菲利普·安德森（1923—2020）

2020年3月29日，菲利普·安德森（Philip Warren Anderson）逝世，享年96歲。在他的引領(lǐng)下，凝聚態(tài)物理學(xué)獲得了長足發(fā)展。1977年，安德森憑借對(duì)無序體系電子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性理論研究和磁學(xué)方面的開創(chuàng)性工作而與其他人共同分享了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他在研究超導(dǎo)體時(shí)，提出了安德森-希格斯機(jī)制，這一機(jī)制如今已成為粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的理論之一。

量子物理在早期取得了成功，這使一些人相信，將自然還原至最基本的粒子，科學(xué)就能取得進(jìn)步。對(duì)此，安德森不予認(rèn)同，他認(rèn)為當(dāng)物質(zhì)凝聚在一起時(shí)所產(chǎn)生的涌現(xiàn)性也同樣重要。他表示，在科學(xué)領(lǐng)域，將物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)聯(lián)系起來，每出現(xiàn)一種前所未有的復(fù)雜現(xiàn)象都會(huì)催生新的領(lǐng)域。

安德森出生于1923年，父親是一名植物病理學(xué)家。16歲時(shí)，他進(jìn)入哈佛大學(xué)，從此迷上了物理。第二次世界大戰(zhàn)期間，他在位于華盛頓特區(qū)的美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室從事雷達(dá)研究工作。他的一位同事給了他一份有關(guān)量子力學(xué)的珍貴文稿，這是安德森初次接觸量子力學(xué)。之后，他重返哈佛大學(xué)，繼續(xù)攻讀研究生學(xué)位，師從約翰·范弗萊克（John Hasbrouck Van Vleck），研究壓力對(duì)譜線增寬的影響。1977年，范弗萊克與他共同獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

1949年，在晶體管發(fā)明者之一威廉·肖克利（William Shockley）的盛邀之下，安德森加盟貝爾電話實(shí)驗(yàn)室理論團(tuán)隊(duì)。起初，安德森重點(diǎn)研究磁力。根據(jù)量子力學(xué)的預(yù)測(cè)，電子攜帶微小的自旋磁矩。安德森結(jié)合電子排斥效應(yīng)和量子力學(xué)，闡釋了鐵原子獲得磁性的原理，并對(duì)產(chǎn)生反鐵磁性的相互作用進(jìn)行了解釋。

1958年，安德森發(fā)現(xiàn)磁性和超導(dǎo)性之間具有驚人的相似性。磁體集中磁場(chǎng)，超導(dǎo)體則對(duì)磁場(chǎng)有排斥作用，使其懸浮于空中。繼約翰·巴?。↗ohn Bardeen）、利昂·庫珀（Leon Cooper）和羅伯特·施里弗（Robert Schrieffer）發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性是因電子形成庫珀對(duì)而產(chǎn)生的之后，安德森意識(shí)到這些庫珀對(duì)是一種贗自旋。安德森在研究超導(dǎo)體中的光子如何運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們獲得了質(zhì)量。

安德森意識(shí)到超導(dǎo)和粒子物理學(xué)之間還有更深層次的相似之處。1962年，他提出了一種名為規(guī)范玻色子的亞原子力載體在一種宇宙超導(dǎo)體中獲得質(zhì)量的機(jī)制，該機(jī)制如今以英國物理學(xué)家彼得·希格斯（Peter Higgs）的名字命名為希格斯場(chǎng)。1964年，希格斯發(fā)表了預(yù)測(cè)希格斯玻色子存在的論文，其中大量引用了安德森的研究成果。

1957年，安德森根據(jù)在貝爾實(shí)驗(yàn)室開展的半導(dǎo)體工作，提出材料中的缺陷和雜質(zhì)等導(dǎo)致的無序會(huì)使電子波局域化，從而產(chǎn)生絕緣體。如今，安德森局域化被認(rèn)為是無序介質(zhì)中各種波具備的普遍性質(zhì)。安德森還對(duì)自旋玻璃進(jìn)行了研究，這是一種包括鐵磁相互作用和反鐵磁相互作用的隨機(jī)磁體。他與英國劍橋大學(xué)的山姆·愛德華茲（Sam Edwards）合作，模擬玻璃“記憶”周邊環(huán)境歷史的性能。愛德華茲-安德森模型是早期用于現(xiàn)代機(jī)器學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前身。

1967年至1975年，安德森擔(dān)任劍橋大學(xué)客座教授，與1977年的第三位諾貝爾獎(jiǎng)得主內(nèi)維爾·莫特（Nevill Mott）過從甚密。1975年，他開始任職于普林斯頓大學(xué)，主要致力于高溫超導(dǎo)性研究。

1953年，安德森在日本造訪東京大學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)家久保良吾期間，成為圍棋這一古老游戲的大師。就像他能夠憑借本能想到比對(duì)手更勝一籌的幾步棋一樣，他對(duì)物理學(xué)的見解也往往是別人難以理解的。作為一名理論物理學(xué)家，他的直覺非比尋常。他能夠?qū)栴}化繁為簡，用最少的數(shù)學(xué)知識(shí)將其解決。

安德森就像精神領(lǐng)袖，讓許多年輕的物理學(xué)家深受啟發(fā)。盡管安德森已經(jīng)離我們遠(yuǎn)去，但他的想法在今天仍然極具前瞻性。

資料來源 Nature