因?yàn)槲镔|(zhì)是原子構(gòu)成的，原子是由電子和原子核構(gòu)成的。凝聚態(tài)物理學(xué)研究的對(duì)象和人們的日常生活可以說(shuō)是最近的，比如我們現(xiàn)在手機(jī)電腦背后的科學(xué)基礎(chǔ)基本上都是凝聚態(tài)物理學(xué)，但凝聚態(tài)物理這個(gè)名字又是離普通人最遠(yuǎn)的。比如說(shuō)你問(wèn)我什么是凝聚態(tài)物理，我能想到的回答就是把這個(gè)學(xué)科的發(fā)展歷史給你簡(jiǎn)單列一列，這不是一句話能說(shuō)清楚的。
什么是凝聚態(tài)物理？
凝聚態(tài)物理學(xué)是目前物理學(xué)各分支學(xué)科中最大的研究領(lǐng)域，據(jù)說(shuō)現(xiàn)在物理系博士生中有1/4研究的就是凝聚態(tài)物理。凝聚態(tài)物理學(xué)研究的對(duì)象和人們的日常生活可以說(shuō)是最近的，比如我們現(xiàn)在手機(jī)電腦背后的科學(xué)基礎(chǔ)基本上都是凝聚態(tài)物理學(xué)，但凝聚態(tài)物理這個(gè)名字又是離普通人最遠(yuǎn)的。對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)，天體物理，核物理，粒子物理，以及原子分子和激光物理都是不需要解釋的，雖然普通人不懂天體物理，但天體物理是干什么的，普通人僅通過(guò)天體物理這四個(gè)字也可以猜的差不多。
但凝聚態(tài)物理，普通人看不懂，學(xué)科沒(méi)有一個(gè)好名字對(duì)學(xué)科的發(fā)展是不利的，比如我在上大學(xué)的時(shí)候，系里最好的專業(yè)是晶體物理，但我覺(jué)得這個(gè)名字不如理論物理酷，于是就選了理論物理。但等真學(xué)了幾年，了解多了一些，才發(fā)現(xiàn)其實(shí)理論物理研究的某些前沿也是和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)系的事情（舉個(gè)例子，兩個(gè)單層石墨烯轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，就變成了超導(dǎo)體），但理論物理不做實(shí)驗(yàn)，不能真的把自己研究的東西做出來(lái)，至少對(duì)我來(lái)說(shuō)是不太酷的。
“魔角”石墨烯被自然、物理世界等評(píng)為今年最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。如果沒(méi)有一個(gè)好名字的話，即便對(duì)一個(gè)行業(yè)內(nèi)的人來(lái)說(shuō)要想對(duì)外行解釋清楚也是十分困難的。比如說(shuō)你問(wèn)我什么是凝聚態(tài)物理，我能想到的回答就是把這個(gè)學(xué)科的發(fā)展歷史給你簡(jiǎn)單列一列，這不是一句話能說(shuō)清楚的。凝聚態(tài)物理的前身是固體物理，這個(gè)名字不用解釋，普通人也知道物體有三態(tài)，固體物理就是研究固體的。
固體有種種物性，比如導(dǎo)電性不同，根據(jù)導(dǎo)電性的不同可分為金屬，半導(dǎo)體和絕緣體。固體物理就是研究這些的，而研究這些的前提是必須有量子力學(xué)。因?yàn)槲镔|(zhì)是原子構(gòu)成的，原子是由電子和原子核構(gòu)成的。所謂固體就是一堆原子核和一堆電子，其中電子的運(yùn)動(dòng)又更關(guān)鍵一些，打個(gè)比方就是原子核是舞臺(tái)，電子是舞臺(tái)上的演員。研究電子必須要用量子力學(xué)。
量子力學(xué)出來(lái)后，關(guān)于金屬的研究獲得了很大的進(jìn)步，典型的工作有玻姆和派因斯的等離激元等。更重要的是電子能帶論，能帶論構(gòu)成了半導(dǎo)體物理學(xué)的基礎(chǔ)，半導(dǎo)體物理是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)是今天信息革命與信息社會(huì)的基礎(chǔ)，凝聚態(tài)物理逐漸取代粒子物理成為物理學(xué)研究的主流和這一點(diǎn)關(guān)系很大。除了金屬和半導(dǎo)體外，固體物理中典型的研究領(lǐng)域還有超導(dǎo)與磁學(xué)。
超導(dǎo)潛在地有很大很廣闊的工業(yè)前景，并且在科學(xué)上也是很有趣的。而磁學(xué)和半導(dǎo)體物理一樣也是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，因?yàn)樾畔⒌拇鎯?chǔ)目前主要還是依靠磁性，同時(shí)磁性也是典型的量子現(xiàn)象。兩次獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的巴丁是固體物理學(xué)的標(biāo)桿性人物，他發(fā)明了晶體管，解釋了常規(guī)超導(dǎo)體的物理機(jī)制。固體物理雖然被泡利說(shuō)成是臟的（意味著要做近似，意味著說(shuō)不清），但在上世紀(jì)后半葉仍然獲得了很大發(fā)展。
同時(shí)在上世紀(jì)的80年代開(kāi)始出現(xiàn)了一系列的新研究，這些新研究被當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家認(rèn)為已經(jīng)突破了傳統(tǒng)固體物理學(xué)研究的范式。比如：高溫超導(dǎo)，量子霍爾效應(yīng)，碳60，超晶格，準(zhǔn)晶等。傳統(tǒng)的固體物理強(qiáng)調(diào)周期對(duì)稱，在長(zhǎng)、寬、高三個(gè)維度上的周期性堆砌構(gòu)成了我們看到的固體。但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)打破周期性，或在一個(gè)、兩個(gè)甚至三個(gè)維度上打破周期對(duì)稱會(huì)發(fā)現(xiàn)一系列以前觀察不到的新現(xiàn)象。
從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，物理學(xué)家就逐漸開(kāi)始用凝聚態(tài)物理這個(gè)名字來(lái)概括他們?cè)絹?lái)越廣闊的研究對(duì)象。與此同時(shí)由于以上研究與產(chǎn)業(yè)離的比較近，來(lái)自政府以及工業(yè)界的投資也越來(lái)越多。最近40年以來(lái)，凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展是很迅速的，人們可以在納米尺度上設(shè)計(jì)很復(fù)雜的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用各種量子效應(yīng)來(lái)操控電子或自旋的狀態(tài)，它既是未來(lái)量子計(jì)算的基礎(chǔ)，也是延續(xù)經(jīng)典計(jì)算摩爾定律的基礎(chǔ)。
英特爾公司和伯克利大學(xué)最近宣布了新的基于多鐵和拓?fù)洳牧系男缕骷型永m(xù)摩爾定律。摩爾定律的基礎(chǔ)就是負(fù)責(zé)信息存儲(chǔ)或運(yùn)算的器件尺寸可以越做越小（小型化），或者完成單次信息存儲(chǔ)或運(yùn)算的能量消耗可以越來(lái)越?。ü?jié)約能量）。這對(duì)應(yīng)的是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的速度越來(lái)越快，或我們手機(jī)的待電時(shí)間可以越來(lái)越長(zhǎng)。從這個(gè)角度材料物理這個(gè)名字也許更能概括這個(gè)領(lǐng)域的研究。
凝聚態(tài)物理主要是研究什么的？
凝聚態(tài)物理學(xué)是物理學(xué)領(lǐng)域，涉及物質(zhì)的宏觀和微觀物理特性。特別是它關(guān)注的是當(dāng)系統(tǒng)中的成分?jǐn)?shù)量非常大并且成分之間的相互作用很強(qiáng)時(shí)出現(xiàn)的“濃縮”階段。圖 二階量子相變的相圖最熟悉的凝聚相的例子是固體和液體（本質(zhì)來(lái)自于原子之間的電磁力作用）。凝聚態(tài)物理學(xué)家試圖通過(guò)使用物理定律來(lái)理解這些階段的行為。特別的，這些物理定律它們包括量子力學(xué)，電磁學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的定律等。
最常見(jiàn)的凝聚相是固體和液體，而更奇特的凝聚相包括某些材料在低溫下表現(xiàn)出的超導(dǎo)相，原子晶格上的自旋的鐵磁和反鐵磁相，以及在超冷原子系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的玻色 - 愛(ài)因斯坦凝聚。凝聚態(tài)物理的研究涉及通過(guò)實(shí)驗(yàn)探針測(cè)量各種材料特性以及使用理論物理方法開(kāi)發(fā)有助于理解物理行為的數(shù)學(xué)模型等。可用于研究的系統(tǒng)和現(xiàn)象的多樣性使凝聚態(tài)物理學(xué)成為當(dāng)代物理學(xué)中最活躍的領(lǐng)域：三分之一的美國(guó)物理學(xué)家自我認(rèn)同為凝聚態(tài)物理學(xué)家，凝聚態(tài)物理學(xué)系也是美國(guó)物理學(xué)會(huì)最大的一個(gè)部門。
該領(lǐng)域與化學(xué)，材料科學(xué)和納米技術(shù)重疊，并與原子物理學(xué)和生物物理學(xué)密切相關(guān)。物理學(xué)中的各種主題，如晶體學(xué)，冶金學(xué)，彈性學(xué)，磁學(xué)等，直到20世紀(jì)40年代才被視為不同的領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)它們被歸為固態(tài)物理學(xué)。大約在20世紀(jì)60年代，液體物理性質(zhì)的研究被添加到這個(gè)列表中，形成了凝聚態(tài)物理新的相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)蹜B(tài)物理涉及使用實(shí)驗(yàn)探針試圖發(fā)現(xiàn)材料的新特性。
這種探針包括電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響，測(cè)量響應(yīng)函數(shù)，傳輸特性和測(cè)溫。通常使用的實(shí)驗(yàn)方法包括光譜，用探針，例如X射線，紅外光以及非彈性中子散射 ; 研究熱響應(yīng)，例如比熱和通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)測(cè)量傳輸。冷原子氣體實(shí)驗(yàn)光學(xué)晶格中的超冷原子捕獲是凝聚態(tài)物理學(xué)。該方法涉及使用光學(xué)激光器形成干涉圖案，其充當(dāng)晶格，其中離子或原子可以在非常低的溫度下放置。
什么是量子相干態(tài)、本征態(tài)和壓縮態(tài)？
在量子力學(xué)中沒(méi)有軌跡的概念。位置和動(dòng)量無(wú)法同時(shí)確定。對(duì)任何量子態(tài)都有不確定關(guān)系：?x?p≥h/4π假如以上不等式中的等號(hào)成立，這就是一個(gè)最小的不確定關(guān)系，即不確定度達(dá)到最小，或最接近經(jīng)典物理。雖然此時(shí)沒(méi)有軌跡，但最像有個(gè)軌跡。線性諧振子模型是物理學(xué)家經(jīng)?？紤]的一個(gè)模型，理想的彈簧、晶格在平衡位置附近的運(yùn)動(dòng)、電磁輻射場(chǎng)（光）等都可以用這個(gè)模型予以描述，甚至有的人說(shuō)物理學(xué)家只研究這個(gè)模型。