后記

　　本書(shū)歷經(jīng)一年多的艱辛勞動(dòng)，洋洋數(shù)十萬(wàn)言，終于完稿即將付梓。首先，我要感謝華中科技大學(xué)前校長(zhǎng)、教育部前素質(zhì)教育委員會(huì)主任楊叔子院士。沒(méi)有他極力創(chuàng)導(dǎo)將人文素質(zhì)教育與科學(xué)精神的傳揚(yáng)緊密結(jié)合，沒(méi)有他對(duì)于出版事業(yè)的關(guān)心和對(duì)華中科技大學(xué)出版社的信任，沒(méi)有他對(duì)于本書(shū)作者的學(xué)識(shí)和素養(yǎng)的高度信任和極力推薦，本書(shū)是不可能問(wèn)世的。華中科技大學(xué)出版社是我非常景仰和尊重的出版社。1986年，我所翻譯的《高等量子理論》(美國(guó)P.羅曼著)作為改革開(kāi)放后早出版的研究生教材之一，就是該社出版的，并且被載入《中國(guó)優(yōu)秀科技圖書(shū)要覽》；其后，2001年，我所撰寫(xiě)的研究生教材《應(yīng)用群論導(dǎo)引》在該社出版以后也廣受歡迎。難能可貴的是，這本屬于銷(xiāo)路很少的學(xué)術(shù)著作，居然還一再印刷。現(xiàn)在《物理發(fā)現(xiàn)啟思錄》一書(shū)的出版，沒(méi)有華中科技大學(xué)出版社阮海洪社長(zhǎng)、總編輯姜新祺和人文社科分社副社長(zhǎng)周曉方諸位領(lǐng)導(dǎo)盛情邀請(qǐng)之，熱誠(chéng)鼓勵(lì)之，諄諄關(guān)心之，細(xì)致照顧之，我以76歲的高齡，是不敢接受這個(gè)艱巨任務(wù)的。即使接受了，也是難以如此順利高效完成的。本書(shū)的寫(xiě)作體例，頗有創(chuàng)新，但是這個(gè)創(chuàng)意的來(lái)源卻是周曉方女士。

　　出版社原副總編輯包以健先生是我的老朋友，以80余歲的高齡兢兢業(yè)業(yè)、一絲不茍，完成了浩大繁重的編輯工作，指出了原稿中的許多疏誤，甚至于提供了新的信息材料，供我參考。由于彼此配合默契、相互尊重，合作十分愉快。因而使得本書(shū)的后文本不僅避免了許多不應(yīng)有的疏漏和錯(cuò)誤，而且改善了語(yǔ)句的流暢性和語(yǔ)義的暢通。我尤其要感謝的是，華中科技大學(xué)物理學(xué)院杜欣怡同學(xué)。她不僅擔(dān)負(fù)了絕大部分本書(shū)的打印、輸入和電子版的排版任務(wù)，而且在本書(shū)的材料收集和選擇，本書(shū)插圖的修飾(甚至于個(gè)別插圖的繪制)等工作中，不畏勞苦、成效卓著。我后要提到的是該出版社編輯楊玲博士，在出版社與作者之間的協(xié)調(diào)方面起到了特殊的不可替代的作用，對(duì)于本書(shū)的出版功不可沒(méi)。

　　本書(shū)的寫(xiě)作宗旨在緒論中已詳細(xì)論及。簡(jiǎn)言之，通過(guò)新的物理學(xué)領(lǐng)域的突破和發(fā)現(xiàn)，普及其中蘊(yùn)含的科學(xué)精神和科學(xué)方法，進(jìn)而從中提取更深層次的人文領(lǐng)悟和啟示，從而使讀者在豐富科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，提升自身的科學(xué)精神和人文素質(zhì)。因此在材料的選取上，突出材料的科學(xué)性、前沿性和時(shí)效性。21世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)與整個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域一樣，發(fā)展態(tài)勢(shì)有不斷加快之勢(shì)，特別是我國(guó)物理學(xué)的發(fā)展極為迅猛，大有一日千里之勢(shì)。本書(shū)寫(xiě)作時(shí)間不算長(zhǎng)，但由于不斷有新的重大發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)，其間已幾易其稿，仍然不能完全反映新的事態(tài)發(fā)展。好在讀者能夠鑒諒，畢竟專(zhuān)著不能像報(bào)紙、電臺(tái)、電視和雜志一樣容易及時(shí)反映現(xiàn)實(shí)。

　　后記為減少遺憾，在此我們提及2016年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和國(guó)際物理學(xué)科領(lǐng)域在本書(shū)未涉及的幾個(gè)重大進(jìn)展，以供讀者參考。

　　索利斯(1934—)(左)、霍爾丹(1951—)(中)和科斯特利茲(1942—)(右)2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予華盛頓大學(xué)教授大衛(wèi)?J?索利斯(David J.Thouless)、普林斯頓大學(xué)教授F?鄧肯?M?霍爾丹(F.Duncan M.Haldane)和布朗大學(xué)教授J?邁克爾?科斯特利茲(J.Michael Kosterlitz)，以表彰他們?cè)谕負(fù)洳牧系耐負(fù)湎嘧兒屯負(fù)湎嘌芯款I(lǐng)域做出的重要理論發(fā)現(xiàn)。三位獲獎(jiǎng)?wù)邽榇蠹掖蜷_(kāi)了一扇新世界的大門(mén)。在過(guò)去的10年中，這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，拓?fù)洳牧蠘O有可能成為下一代全新的電子和超導(dǎo)材料，也可以應(yīng)用于未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)。

　　也許應(yīng)該說(shuō)明，本書(shū)作者利用華中科技大學(xué)新建的國(guó)家工程中心——脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)工程中心的平臺(tái)，對(duì)拓?fù)浣^緣體材料進(jìn)行了前瞻性的理論和實(shí)驗(yàn)研究。本書(shū)作者是國(guó)際上較早進(jìn)入該領(lǐng)域的學(xué)者之一，與其博士楊鳳霞(后為博士后)在2003年就成功研制出一種拓?fù)浣^緣體材料，在初步對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了表征以后，結(jié)果隨即在國(guó)際刊物上發(fā)表。其后進(jìn)一步測(cè)量出該材料具有特異的正磁阻效應(yīng)：在高達(dá)60特斯拉的強(qiáng)磁場(chǎng)下，依然保持線性規(guī)律不變。這個(gè)發(fā)現(xiàn)是當(dāng)時(shí)國(guó)際上該領(lǐng)域好的結(jié)果之一。上述工作于2006年發(fā)表在《Journal of Applied Phyiscs,98:036103～036105》上。2014年我們發(fā)表了進(jìn)一步的測(cè)試結(jié)果。［見(jiàn)Fengxiayang，Duanming Zhang.J.Alloy.Compd.555，708(2014).］與此同時(shí)，本書(shū)作者與其博士生徐潔合作，利用兩維楊�裁谞査箞�(chǎng)成功地構(gòu)建了這種材料的物理模型，模擬表明，這種材料不僅應(yīng)該具有奇異的正磁阻效應(yīng)，而且還應(yīng)具有奇異的縱向霍爾效應(yīng)。這個(gè)物理模型表明這種材料的拓?fù)湫再|(zhì)應(yīng)該是同倫群Z2所描述的。這項(xiàng)工作于2008年12月發(fā)表在《Journal of Applied Phyiscs,104(11):Art.No.113922》上�？上У氖牵�由于本書(shū)作者當(dāng)時(shí)正面臨退休，其博士畢業(yè)，而且身體不好、行動(dòng)不便，加之強(qiáng)磁場(chǎng)中心新建，測(cè)試設(shè)備尚不夠穩(wěn)定，以致耽誤了大好時(shí)間，沒(méi)有將理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果綜合在一起，及時(shí)作為“重磅炸彈”發(fā)表。

　　至于我國(guó)物理學(xué)在2016年重大進(jìn)展，正文中未提到或需要補(bǔ)充的，我覺(jué)得應(yīng)有如下幾項(xiàng)。

　　一、天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)載人飛行任務(wù)圓滿成功

　　2016年9月15日，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功發(fā)射并進(jìn)入預(yù)定軌道。10月17日，神舟十一號(hào)載人飛船成功發(fā)射，并于19日凌晨與天宮二號(hào)成功對(duì)接，兩名航天員景海鵬、陳冬進(jìn)入天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展了為期30天的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。天宮二號(hào)是中國(guó)第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，第一次實(shí)現(xiàn)航天員中期駐留，并成功開(kāi)展了50余項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)載人飛行任務(wù)是接近未來(lái)中國(guó)空間站要求的一次載人飛行，也標(biāo)志著中國(guó)具備了開(kāi)展較大規(guī)模空間應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。這是中國(guó)發(fā)射第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室。

　　神舟十一號(hào)升空

　　二、我國(guó)可控核聚變出現(xiàn)巨大進(jìn)展

　　據(jù)香港《南華早報(bào)》2016年12月8日?qǐng)?bào)道，我國(guó)合肥等離子體研究院在他們研制的EAST(先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置)中讓電離氣體穩(wěn)定燃燒了兩次，聚變實(shí)驗(yàn)持續(xù)了100多秒，其中被極強(qiáng)電磁場(chǎng)屏蔽的一個(gè)環(huán)形室中的等離子體被控制在一種高效穩(wěn)定態(tài)H�瞞ode(高約束模式)。這是一次具有里程碑意義的事件，它增強(qiáng)了人類(lèi)利用核聚變能的信心。這將有助于加快政府批準(zhǔn)建設(shè)世界第一座核聚變電站——擬建的中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆(CFETR)——的速度，中國(guó)在合肥啟動(dòng)強(qiáng)流氘氚聚變中子源(HINEG)，目標(biāo)是用核聚變技術(shù)生成世界強(qiáng)的中子束。擬建的CFETR將在2030年投入運(yùn)轉(zhuǎn)，初的發(fā)電量為200兆瓦，在隨后10年把發(fā)電量提升至1千兆瓦左右，超過(guò)大亞灣所有商業(yè)裂變反應(yīng)堆的發(fā)電量。

　　我國(guó)研制的EAST(先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置)

　　三、科學(xué)家發(fā)現(xiàn)距離地球近的宜居行星

　　2016年8月25日，英國(guó)倫敦瑪麗王后大學(xué)的科學(xué)家吉列姆?安格拉達(dá)�舶Ｋ蛊醯�(Guillem Anglada�睧scude)在《自然》雜志上宣布，他利用歐洲南方天文臺(tái)(ESO)的望遠(yuǎn)鏡，以及其他天文觀測(cè)設(shè)施，找到了一顆圍繞比鄰星運(yùn)行的宜居行星，它是人類(lèi)已發(fā)現(xiàn)的3 500顆系外行星中接近地球的一顆。比鄰星是距離太陽(yáng)系近的恒星(一顆紅矮星)，僅有4.2光年的距離。這顆行星被命名為比鄰星b，是1995年以來(lái)發(fā)現(xiàn)的3 500顆系外行星中，接近地球的一顆。而且，科學(xué)家認(rèn)為比鄰星b的表面溫度允許水以液態(tài)的形式存在，溫和的紅矮星也可能給這顆行星營(yíng)造一個(gè)適合生命繁衍生息的環(huán)境。

　　比鄰星b四、量子計(jì)算機(jī)首次成功模擬高能物理實(shí)驗(yàn)

　　2016年6月，奧地利物理學(xué)家在《自然》雜志上宣稱(chēng)，他們利用4個(gè)“量子比特”組成的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)高能物理實(shí)驗(yàn)的完整模擬。

　　量子計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)示意圖此次試驗(yàn)，在真空電磁場(chǎng)中，4個(gè)離子排成一行，每個(gè)離子編碼為1個(gè)量子比特，組成了一臺(tái)“菜鳥(niǎo)”量子計(jì)算機(jī)。研究人員用激光束操控離子的自旋，誘導(dǎo)離子執(zhí)行邏輯運(yùn)算。100多步計(jì)算后，科學(xué)家們對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)的一個(gè)預(yù)言成功地進(jìn)行了證實(shí)：高能γ光子的能量轉(zhuǎn)化成物質(zhì)，產(chǎn)生一個(gè)電子和其反粒子(一個(gè)正電子)。模擬結(jié)果讓人興奮。

　　在本書(shū)付梓前夕,我國(guó)科技戰(zhàn)線傳來(lái)振奮人心的喜訊，我國(guó)首創(chuàng)，世界首條量子通信保密干線“京滬干線”已于2017年9月4日通過(guò)總技術(shù)驗(yàn)收，這意味著世界第一條量子保密通信骨干線路已具備開(kāi)通條件。實(shí)際上，這是量子通信科學(xué)首次進(jìn)入人類(lèi)的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，標(biāo)志著我國(guó)在量子技術(shù)的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化方面繼續(xù)走在世界前列。

　　“京滬干線”/圖片來(lái)自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站

　　作為世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”于2016年全線貫通，全長(zhǎng)2000多公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過(guò)濟(jì)南、合肥，到達(dá)上海，全線覆蓋4省3市。在本書(shū)正文已經(jīng)談到，2016年8月，以“墨子號(hào)”命名的全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射。至2017年8月10日，“墨子號(hào)”圓滿完成了三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：量子糾纏分發(fā)、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)，從而開(kāi)啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的大門(mén)，為中國(guó)在國(guó)際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)，成為了國(guó)際同行的標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了從“跟蹤者”到“領(lǐng)跑者”的角色轉(zhuǎn)變。

　　京滬干線北京接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星興隆地面站的連接，全線密鑰率大于5kbps，已形成星地一體的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形，大大擴(kuò)展了京滬干線應(yīng)用能力。不久的將來(lái)，“京滬干線”將真正作為一條實(shí)用化和商用化的量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)向金融、電力、廣電、政務(wù)等各行業(yè)開(kāi)放，為廣大用戶提供量子層面的安全服務(wù)，從而大力推動(dòng)以量子創(chuàng)新技術(shù)驅(qū)動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。

　　2016年11月9日，在河北興隆觀測(cè)站，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星過(guò)境，科研人員在做實(shí)驗(yàn)（合成照片）。新華社資料圖

　　本書(shū)涉獵范圍極廣，領(lǐng)域極多，盡管作者在理論物理和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域從事多年科研工作和教學(xué)實(shí)踐，對(duì)本書(shū)的內(nèi)容反復(fù)核對(duì)材料的可靠性和真實(shí)性，編審者又反復(fù)斟酌，但恐怕謬誤之處在所難免，切望各位先進(jìn)賢達(dá)不吝指教。作者誠(chéng)摯希望讀者、青年才俊們?cè)陂喿x、學(xué)習(xí)本書(shū)的過(guò)程中，多提寶貴的意見(jiàn)，尤其是建設(shè)性的修改意見(jiàn)，以便在本書(shū)再版時(shí)進(jìn)一步修改提高。

　　張端明

　　于2017年9月18日