软物质：概念的诞生与成长——《20世纪物理学》
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20 世纪是物理学的世纪, 物理学在20 世纪取得了突破性的进展, 改变了世界以及世界和人们对世界的认识。《20 世纪物理学》是由英国物理学会、美国物理学会组织发起, 由各个领域的知名学者（有很多是相关领域的奠基者、诺贝尔奖获得者）执笔撰写, 系统总结20 世纪物理学进展的宏篇巨著, 其内容涵盖了物理学各个分支学科和相关的应用领域。全书共分3 卷27 章, 最后一章为3 位物理学大家对20 世纪物理学的综合思考和对新世纪物理学的展望。本书可供物理学科研工作者、教师、物理学相关专业的研究生、高年级本科生, 以及对物理学感兴趣的人员使用。
序言
撰稿人名单
译校人员名单
第一章 1900年的物理学
第二章 原子及原子核的引入
第三章 量子和量子力学
第四章 相对论的历史
第五章 核力、介子和同位旋对称性
第六章 固态结构分析
第七章 平衡态热力学和统计力学
第八章 非平衡统计力学或变幻不定的时间演化
第九章 二十世纪后半期的基本粒子物理学
第十章 流体力学
第十一章 超流体和超导体
第十二章 晶体中的振动和自旋波
第十三章 原子和分子物理
第十四章 磁性
第十五章 核子动力学
第十六章 单位、标准和常量
第十七章 固体中的电子
第十八章 二十世纪的光学及光电子学物理
第十九章 材料物理学
第二十章 电子束仪器
第二十一章 软物质：概念的诞生与成长
第二十二章 二十世纪的等离子体物理学
第二十三章 天体物理学与宇宙学
第二十四章 计算机产生的物理学
第二十五章 医学物理学
第二十六章 地球物理学
对二十世纪物理学的省思：散文三篇
二十世纪物理学的历史概述
关于自然本身
关于物理学作为社会公共事业的省思
主题索引
人名索引
译后记
“软”的含义：强响应
在使用液晶显示的手表中，显示器中的分子每一秒钟被极微弱的电信号触发一次。这些液晶便是我们所称的“软物质”中的一个最好的实例：对于非常小的扰动，分子系统给出了大的响应。
扰动的类型是任意的：在上面的例子中扰动量是电场，但我们还可以想出磁扰动、力学扰动（任何一个吃着一碗木薯粉的人都会发现，木薯粉因搅动而变硬）以及化学扰动。微弱但意义重大的化学作用的一个好例子是1839年Goodyear发明的橡胶硫化(vulcanization of rubber)（见图1中的描述）。硫化是硫对碳氢链的弱反应，只有小于百分之一的碳原子与硫原子起作用。然而结果却惹人注目。系统从液体变成了固体（一种交联系统）！由于反应水平低，这种固体局域上依然相当柔软：如果用核磁共振来探测，会将其诊断为液体。不过在宏观上，硫化形成的网络能抗拒形变，应属固体。于是，Goodyear制成了一种通常称为自然橡胶的奇怪的软固体。
某些特定类型的掺杂为软物质提供了另一种扰动形式：例如，取一罐水并向其中掺加每升100毫克的溶于水的长链聚合物（经典的课堂实例为聚氧乙烯（CH2－CH2－O)N，其中N≥104），则水的流体力学特性就会大大改变！一个例子是图2所描述的无管虹吸（tubless syphone）。除此之外，还有许多其它例子，比如湍流损失显著减小。这个效应虽已被发现40年，但至今尚未得到完全理解。
图1 橡胶硫化：柔性键液体被硫原子交联。宏观上系统由液体转变为固体。微观上仍有许多运动，经核磁共振探测，系统仍然在局域上是液体。
图2 无管虹吸。对于含有约100 mg l-1溶于水的长链聚合物出现这种情况。典型的 h 值在20 cm范围。
柔性的来源
如果叫一位凝聚态物理学家想象出一个对某些扰动具有强烈响应的系统，他的第一反应必定涉及临界现象：比如，在铁磁体的Curie点Tc 附近，磁导率 χ 非常大。
但因为这要求提供非常稳定的外部条件（温度、压力等等），对于大多数实际目的，上面的回答并不非常有用。确实，临界现象结合许多冶金技巧曾用在具有高介电常量的固体（BaTiO3）中，以达到在更宽的温度范围内使系统具有所要求的性质。但是对于我们的软物质系统而言，工作路线与此完全不同。
第一种方法是采用具有（连续）对称性破缺的系统。例如，在T<Tc 的理想Heisenberg磁体中，我们有固定长度但指向任意的磁化矢量
在所有小于Tc 的温度上都非常大。某些液晶效应与这种形式的的大响应有深刻的联系。
另一种方法则基于脆性结构。弱橡胶网络就是一个例子。其它的例子是凝胶，它通常是被溶剂胀大的柔性网络：例如明胶的结构，它其实是具有纤维间自发出现的若干交联点的溶于水的胶原纤维。
图3 由溶于水的某些表面活性剂分子构成的“脂质体”或“膜泡”是自组装的一个例子。其中每个分子具有一个极性头（用小圆圈表示）和两个脂质尾。鸡蛋清是典型的例子。
脆性结构的另一个家族由分子层构成：最基本的例子是图3示出的“膜泡”。正常情况下分子层是极易变形的液体，但因为其脂质成分不可由层中逸出，液体层是稳定的。而且膜泡不可渗透，它可以像口袋一样输运装在其中的溶质。
最后，我们甚至可以认为聚合物长链本身也是一种脆性结构。例如，我们可以从聚合物稀溶液的流体物理学实验中认识到这一点，因为在剪切流情况下，长链极易断裂。聚合物单元间的结合键是强键（一个键通常可以承受一纳牛（nanonewton）的力），然而在这些实验中接近长链化学序列中心处的键要承受链中所有其它组成单位的摩擦力的叠加，颇有点像两组儿童拔河比赛时的绳子。
最后要提到的一个要点是，应当注意到软物质构成单元之间（例如膜泡内脂质之间，或液晶的分子之间等）的相互作用相当弱：它们主要是van der Waals作用。在室温条件下，这些相互作用与热能单位kT 相当，于是许多软物质系统像橡胶一样在局域上是液体。在美国文献中，软物质经常被称为“复杂流体”。不过这种叫法既晦涩难懂，又带有负面意义，尤其是概括性不全面，因为橡胶在宏观尺度上并不是一种液体。
英和陶瓷时代以来，硬物质和软物质就已共存。20世纪前半叶见证了诸如相对论、量子力学、微观物理等‘科学超新星’的连续爆发，这些更直接地与‘硬’系统相关。二十世纪的下半叶出现了一颗非常耀眼的‘超新星’（分子生物学）。另外一颗可能正准备爆发（脑功能）。我们天空的某些部分继续黑暗（比如，充分发展的湍流）。我们观察的所有方向上噪声水平依然很高（垮了台的所谓“发现”，对自然现象的不切实际的模拟等等）。
在这个变动激烈的世界里，我们所定义的软物质看起来只是一个很小的部门，不过它代表着日常生活的科学，因此它应当在我们的教育系统中占有越来越大的份额。上世纪之前，大多数儿童生活在农业环境中，他们从观鸟、牧羊、修理工具等等中学到很多。现在这种经验消失了，我们的学校系统完全忽视这些知识，只注意抽象原理。我们需要基于简单事物的教育。
因为自己笨拙的硬壳，昆虫（暂时地）失去了对地球的控制。人类则因柔软的双手允许他们制造工具并因此最终导致他们扩展了自己的大脑去思考问题，在争夺地球控制权的斗争中获胜。柔软是美丽的。
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