朗道的相变理论

前苏联知名物理学家列夫·朗道是物理界的一位大师级人物，在理论物理多个领域中都有重大贡献。在中国学术界的心目中，朗道和费曼一样，是一位“学术卓著、特立独行”的传奇性人物。费曼因他的数本自传式读物而广为人知，朗道则以其一系列大厚本的经典物理教材而享誉学界。有关朗道的故事，如此一篇文章是写不完道不尽的。

年轻的朗道与玻尔、海森堡、泡利、伽莫夫等在一起

朗道的费米液体（Fermi Liquid）及相变（Phase Transition）等理论，奠定了整个凝聚态物理的基础。费米液体理论，让我们可以在处理多粒子的凝聚态物理中继续使用单粒子图像。此外，朗道提出的相变理论与对称性破缺理论相关，让我们能够用序参量来描述凝聚态系统的宏观态，使用对称性来给不同物相进行分类。

一般的物质有固、液、气三态，这是初中物理告诉我们的知识。后来，现代物理的研究结果，将“物质三态”的概念扩大——有了等离子态、波色-爱因斯坦凝聚态、液晶态等等，见图3。再后来，又扩展细分到物质的许多种不同的“相”。物质相之间的互相转换被称之为“相变”。

固、液、气三相的变化，相应地伴随着体积的变化和热量的释放（或吸收）。这一类转换叫做“一级相变”，它们的数学意义是说：在相变发生点，热力学中的参量（比如化学势）不变化，而它的一阶导数（体积等）有变化。后来，实验中不断观察到的物质相及相变的数目多了，一级相变的概念便被扩展到“二级”、“三级”……N级相变，分别用热力学量的N阶导数来区分。

这些N级相变，被统称为“连续相变”。朗道对连续相变建立数学模型，提供了一个统一的描述。他认为连续相变的特征是物质的有序程度的改变，可以用序参数的变化来描述。或者更进一步，可以看成是物质结构对称性的改变。

根据物质的对称性及其破缺的方式来研究相和相变的方法被称为“朗道范式”。也可以说由此方式才催生了凝聚态物理。物理学家们越来越认识到，分别单独地研究固体或液体，都远远满足不了实际情况的需要。特别是掺和了低温物理之后，固体物理的研究转向了对大量粒子构成的各种体系的研究。这些系统中的粒子具有很强的相互作用，在各种物理条件下，不仅仅表现为固态、液态、液晶态、等离子态，还有超流态、超导态、波色子凝聚态、费米子凝聚态……对这些千姿百态以及它们互相转换的研究，便构成了凝聚态物理。