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P. W. Anderson的《more is different》的中心思想是什么?

 政二街 2018-04-28

Anderson是1977年诺贝尔物理学奖得主,他的获奖工作是“关于磁性和无序系统中电子结构”的理论工作的研究。Anderson的这篇文章《More is different》于1972年发表在《Science》上,其实这篇科普性文章的中心思想就是“More is different”,翻译成中文就是“更多的会导致不同”,用我们常听的一句话来说就是“量变导致质变”。

图1. 物理学家Anderson

科学上有一种思想是被普遍认可的,即还原论。还原论实质上是将万千复杂的物理现象分解为一些最基本的物理定律。这样的话,物理学便存在基础与非基础之分:研究支配万千物理现象的基本规律的便属于基础科学,比如基本粒子物理学、宇宙学、量子力学等等;而研究一些应用或者一些外延性的学科便属于不那么基础的科学,比如凝聚态物理学。

甚至我本人以前也是这么认为的:物理学就应该研究一些最基本的性质,比如极微观的基本粒子以及它们的属性,或者极宏观的宇宙的组成以及它们的属性。而处于中间尺度的凝聚态物理显得不那么重要。甚至我当初选择凝聚态的方向也有些许不情愿,那时候一直是在找各种借口说服自己选择凝聚态,事实上的考虑应该是凝聚态研究的人比较多,比较容易找工作什么的。

Anderson本人也是搞凝聚态的。因此如果有人说自己的学科不是那么基础,就相当于自己在研究一些不重要的东西。这样自然会引起安德森的反感以及思考。重要的事,事实上也不是这样。安德森的文章是在1972年发表的,当时的凝聚态物理发展可能还不是那么丰满,但是如果再从现在的局势来看的话,估计没有人会说“凝聚态物理不重要了”。

Anderson的一个观点就是还原论并不能推出构建论。如果说安德森也同意还原论的话,即物理学上存在一些最简单的最基本的定律,那么构建论是绝对不存在的。我们不能从一些最简单的基本定律去推出各个尺度各个复杂度下的物理,因为物理学在从基本走向非基本,从基本粒子走向多体时,并不是1+1等于2那么简单,而是会产生1之外的某些东西,这些东西属于这些所谓的“外延性学科”的特有属性和现象,并不是由微观的基本定律可以直接推导出来的。这就是文章的主题“More is different”。

Anderson用了很长的篇幅讲了物理学中的对称性破缺的概念,这个概念在各种尺度的物理学系统中都有体现,但是这种体现是非常丰富的,并不一定更基本的尺度可以推出更大尺度下的对称性破缺。

他讲了三点结论:

1. 对称性在物理学中很重要;

2. 一个系统的外部如果是对称的,那内部不一定要求对称;

3. 一个更大尺度下的系统,不必具有支配该系统的基本定律的对称性。

文章最后Anderson以一个戏剧性的故事收尾:

菲兹杰拉德(Fitzgerald): 富人不同于我们.

海明威(Hemingway): 是的, 他们有更多的钱.

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