软凝聚态物理学•软物质前沿科学丛书 | 周末读书

软凝聚态物理学是近年来发展极为迅猛的物理学分支。正如《学部通讯》2020年第3期中介绍的，“软凝聚态物理学在人们的生产生活中发挥着重要的作用，软物质不仅广泛存在于自然界，在人类的生产生活中也得到广泛应用，如液晶显示、塑料、橡胶、清洁剂、护肤品等。软物质自19 世纪中后期正式进入科学家视野以来，已经发展成为一个高度交叉的研究方向，软物质物理学也已成为物理学的重要组成部分。”

《中国学科发展战略•软凝聚态物理学》由软凝聚态物理学的众多资深专家共同撰写，深入分析了软凝聚态物理学的科学意义和战略价值，并对学科发展规律和研究特点进行了探讨，详细介绍和分析了学科建设存在的关键问题、发展思路与目标等。

为了推动软物质研究这个交叉领域的发展、促进不同学科学者的进一步交流，在《中国学科发展战略•软凝聚态物理学》的影响下，科学出版社正在组织出版《软物质前沿科学丛书》。该丛书由欧阳钟灿院士为主编，刘向阳教授为执行主编，国内外软物质研究方面著名专家组成作者团队，为读者提供软物质研究从基础到前沿的各个领域的最新进展，涵盖软物质研究的主要方面。该丛书得到了国家出版基金的资助，并被列入“十三五”国家重点图书出版规划。至今为此，《软物质前沿科学丛书》已出版了七本，另有十四本在编。已出版专著概览：

社会文明的发展、历史的断代，通常以人类掌握的技术工具材料来刻画，如远古的石器时代、商周的青铜器时代、及在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后的铁器时代，这些时代的名称反映人类最初学会使用的是硬物质。同样的，20世纪的物理学家已开始也是致力于研究硬物质，像金属、半导体、以及稍后的陶瓷，掌握这些材料使大规模集成电路技术成为可能，并开创了信息时代。进入21世纪，人们自然要问，什么材料代表时代的特征？什么是物理学最有发展前途的新研究领域？

1991年诺贝尔物理奖得主德热纳最先给出回答：这个领域就是其得奖演讲的题目—— “软物质”。以《欧洲物理杂志》B分册的划分，它也被称为软凝聚态物质，所辖学科依次为液晶、聚合物、双亲分子、生物膜、胶体、浸润和黏胶及颗粒。

2004年以1977年诺贝尔物理学奖得主，固体物理学家P.W.安德森为首的80余位著名物理学家曾以“关联物质新领域”为题召开研讨会，将凝聚态物理分为硬物质物理与软物质物理，认为软物质（包括生物体系）面临新的问题和挑战，需要发展新的物理学。

2005年，Science提出了125个世界性科学前沿问题，其中13个直接与软物质交叉学科有关。“自组织的发展程度”更是被列入前25个最重要的世界性课题中的第18位，“玻璃化转变和玻璃的本质”也被认为最具有挑战性的基础物理问题以及当今凝聚态物理的一个重大研究前沿。

进入新世纪，软物质在国外受到高度重视，如2015年，爱丁堡大学软物质学者Michael Cates教授被选为剑桥大学卢卡斯教授。大家知道，这个讲座是时代研究热门领域方向标，牛顿、霍金都任过这个最著名的讲座教授。发达国家多数大学的物理系和研究机构已纷纷建立软物质物理的研究方向。

虽然在软物质早期历史上，享誉世界的大科学家如爱因斯坦、朗缪尔、弗洛里等都做出过开创性贡献，荣获诺贝尔物理奖或化学奖。但软物质物理学发展更为迅猛还是自德热纳1991年正式命名“软物质”以来，软物质物理不仅大大拓展了物理学的研究对象，还对物理学基础研究、尤其是与非平衡现象（如生命现象）密切相关的物理学提出了重大挑战。软物质泛指处于固体和理想流体之间的复杂的凝聚态物质，主要共同点是其基本单元之间的相互作用比较弱（约为室温热能量级），因而易受温度影响，熵效应显著，且易形成有序结构。固此具有显著热波动、多个亚稳状态、介观尺度自组装结构，熵驱动的顺序-无序相变，宏观的灵活性等特征。简单地说，这些体系都体现了"小刺激，大反应"和显示强非线性的特性。这些特性并非仅仅由纳观组织或原子或分子的水平结构决定, 更多是由介观多级自组构结构决定。处于这种状态的常见物质体系包括胶体、液晶、高分子及超分子、泡沫、乳液、凝胶、颗粒物质、玻璃、生物体系等。软物质不仅广泛存在于自然界，而且由于其丰富、奇特的物理学性质，在人类的生活和生产活动中也得到广泛应用，常见的例如液晶显示、柔性电子学、塑料、橡胶、颜料、墨水、牙膏、清洁剂、护肤品、食品添加剂等。由于其巨大的实用性以及迷人的物理性质，软物质自19世纪中后期进入科学家视野以来，就不断吸引着来自物理、化学、力学、生物学、材料科学、医学、数学等不同学科领域的大批研究者。近二十年来更是快速发展成为一个高度交叉的庞大的研究方向，在基础科学和实际应用方面都有重大意义。

为推动我国软物质研究，为国民经济作出应有贡献，在国家自然科学基金委员会-中国科学院学科发展战略研究合作项目“软凝聚态物理学的若干前沿问题”（2013.7-2015.6）资助下，本丛书主编组织了我国高校与研究院所上百位分布在数学、物理、化学、生命科学、力学科学的长期从事软物质研究的科技工作者，参与本项目的研究工作。在充分调研的基础上，通过多次召开软物质科研论坛与研讨会，完成了一份80万字研究报告，全面系统地展现了软凝聚态物理学的发展历史、国内外研究现状，凝练出该交叉学科的重要研究方向，为我国科技管理部门部署软物质物理研究提供一份既翔实又前瞻的路线图。

作为战略报告的推广成果，参加本项目的部分专家在《物理学报》出版了软凝聚态物理学术专辑，共计30篇综述。同时，本项目还受到科学出版社关注，双方达成了“软物质科学系列丛书”的出版计划。这将是国内第一套系统总结该领域理论、实验和方法的专业丛书，对从事相关领域的研究人员将起到重要参考作用。因此，项目与科学出版社商讨了合作事项，成立了丛书编委会，并对丛书做了初步部署。编委会邀请了30多位不同背景的软物质领域的国内外专家, 共同完成这一系列专著。这部丛书将为读者提供软物质研究从基础到前沿的各个领域的最新进展，涵盖软物质研究的主要方面，包括理论建模、先进的探测与研究和加工技术等。

由于我们对于软物质这一发展中的交叉科学的了解得不很全面，不可能做到计划的“一劳永逸”，缺乏组织出版一个进行时学科丛书的实践经验，为此，我们要特别感谢科学出版社钱俊先生，他全程跟踪从我们咨询项目启动到完成全过程，并参加本丛书的编辑指导与帮助，从而有望使本丛书的缺点与不当处尽量减少。同时，我们欢迎更多相关同行撰写著作加入本丛书，为推动软物质科学在国内的发展做出贡献。

主编         欧阳钟灿

执行主编    刘向阳