編者按
近日，科學(xué)出版社出版了汪衛(wèi)華院士著《非晶物質(zhì)》一書，這讓我感到大為驚訝。驚訝的原因是多重的。其一，這本書洋洋灑灑三卷1400多頁(yè)，三卷本同時(shí)推出，就著作出版而言，殊非易事。其二，這樣三卷本的鴻篇巨制竟然真的是汪衛(wèi)華院士一字一句碼出來的。我不是說他沒這個(gè)水平。就闡述非晶物質(zhì)這個(gè)主題而言，還真非他莫屬。我驚訝的是以他的身份，整天要開各個(gè)層級(jí)的會(huì)，要指導(dǎo)各個(gè)方面、各條戰(zhàn)線上的工作，當(dāng)然還得打牌，他哪來的寫書時(shí)間？我一個(gè)一天25小時(shí)閑暇時(shí)間的科技打工人也寫不出這樣厚重的學(xué)術(shù)著作，想來令人汗顏。我猜測(cè)我 (們) 打牌是把打牌當(dāng)作正經(jīng)工作認(rèn)真對(duì)待的，而他打牌是用來調(diào)劑做學(xué)問時(shí)繃緊了的神經(jīng)的。如此看來，他打牌時(shí)常常走神算是合理的舉止了。第三，汪衛(wèi)華院士構(gòu)思撰寫這樣的巨著用時(shí)十年有余，我們作為同事卻都沒聽到一點(diǎn)風(fēng)聲。不過，這第三點(diǎn)倒是與汪衛(wèi)華院士的性格相符，他非常自律，未做成的事情不愿多說。這一點(diǎn)和我用以慫恿年輕人的觀點(diǎn)正好相反。我主張事兒未做成前先弄它個(gè)滿城風(fēng)雨，這樣因?yàn)椴缓靡馑贾坏萌ヅφf不定還能多少有所成就。汪衛(wèi)華院士還有個(gè)朋友比我更極端，據(jù)他自己說他連領(lǐng)諾獎(jiǎng)那天要穿的燕尾服都訂購(gòu)好幾套了。這位朋友和我一樣，都為汪衛(wèi)華院士的大作出版感到驕傲，也都表示要認(rèn)真讀一讀，雖然我們可能都讀不懂。
是得嚴(yán)肅地說說怎么讀這本書的事兒了。這本書名為《非晶物質(zhì)》，初看來是關(guān)于凝聚態(tài)物理一個(gè)比較偏僻的領(lǐng)域的專著，許多人會(huì)以為跟自己無關(guān)。這個(gè)結(jié)論有點(diǎn)兒著急。如果我們知道晶體是物質(zhì)存在中的偶然，因?yàn)橛行蚨兊酶裢鉄o趣 (對(duì)物質(zhì)科學(xué)多不了解的人才會(huì)誤以為金剛石有價(jià)值)，而非晶態(tài)才是固體物質(zhì)的常態(tài)，它因?yàn)榻咏行虻臒o序而呈現(xiàn)給我們一個(gè)具有無限可能性的世界，我們就會(huì)覺得這會(huì)是一本補(bǔ)齊我們知識(shí)短板的急缺的著作。此外，這本書的文筆和插圖都非常有趣，這可能泄露了作者不茍言笑的外表下的詩(shī)人情懷 (這樣的書里肯定是有詩(shī)詞和詩(shī)意的，我跟你賭十塊錢的)。電影演員姜文曾有詩(shī)句云：“勤能補(bǔ)拙不補(bǔ)騷”, 有學(xué)問的書或許常有，但有詩(shī)意的學(xué)問書卻極罕見。
順帶說一句，人年紀(jì)大了，漸漸地就有點(diǎn)兒迷信了。我曾說過，一個(gè)人的成就，也許很久很久以前就種下了前因，有先輩們預(yù)先做了持久的鋪墊。楊振寧先生名字中的“寧” 字據(jù)說取自安徽懷寧縣，楊振寧先生幼時(shí)其父老楊先生在那里教中學(xué)。懷寧縣挨著桐城，桐城文風(fēng)自古極盛。明代桐城人方以智著有《物理小識(shí) (1643年), 那可能是歷史上第一本中文物理書籍。?汪衛(wèi)華院士是在安徽寧國(guó)的一個(gè)叫水晶塢的地方出生長(zhǎng)大的。典型的非晶材料，玻璃，在古代即被稱為水晶。不知道是否因了這個(gè)緣故，汪衛(wèi)華院士在研究非晶物質(zhì)時(shí)比別人多了一份獨(dú)特的情愫從而支持了他的堅(jiān)持？
36年前，安徽合肥，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)西區(qū)，在凝聚態(tài)物理的課堂上俺有幸第一次一睹汪衛(wèi)華同學(xué)的風(fēng)采。36年后的今天，汪衛(wèi)華同學(xué)又推出了三卷本的煌煌巨著《非晶物質(zhì)》掩蓋了他自己的風(fēng)采，怎不讓人妒忌？算了，不說啦，咱們都上自習(xí)去吧。??
——曹則賢，2023.07.12 于物理所

撰文?|?汪衛(wèi)華（中國(guó)科學(xué)院院士、松山湖材料實(shí)驗(yàn)室主任）

我在1987年春做本科畢業(yè)論文的時(shí)候開始進(jìn)入非晶物理和材料這個(gè)領(lǐng)域。此后，碩士、博士、博士后都是從事非晶材料和物理研究。1998年在中國(guó)科學(xué)院物理研究所組建自己的非晶研究團(tuán)隊(duì)，開始獨(dú)立的非晶物質(zhì)研究。一眨眼，已經(jīng)在非晶世界學(xué)習(xí)、工作三十多年了。對(duì)只有百年研究歷史的非晶科學(xué)領(lǐng)域，作者算得上是一名老兵。小時(shí)候聽人說某種職業(yè)需要5年、8年甚至10年的專業(yè)學(xué)習(xí)和工作經(jīng)驗(yàn)，總是感到很驚訝：什么東西還需要這么長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)？在學(xué)習(xí)、嘗試研究非晶的碩士、博士階段，也時(shí)常覺得非晶研究做夠了，沒什么可做了。后來現(xiàn)實(shí)教育了我，10年、20年甚至30年不算長(zhǎng)，學(xué)習(xí)、研究非晶已經(jīng)變成我一生的日常，一生的修煉，一生的事業(yè)。本人的成長(zhǎng)年代與新型非晶物質(zhì)——非晶合金的研究和發(fā)展幾乎同在一個(gè)時(shí)期，本人的職業(yè)生涯也只和非晶研究相關(guān)。典型非晶材料玻璃，在中國(guó)古代又叫“水晶”。機(jī)緣巧合，作者出生、長(zhǎng)大的地方是安徽寧國(guó)市一個(gè)叫水晶塢的地方。古人提倡“荷道以躬，輿之以言”，即一邊努力做事，一邊寫文章，介紹自己的經(jīng)驗(yàn)和智慧。父母在世的時(shí)候，經(jīng)常問我的一句話是：“你讀了這么多年的書，怎么沒有寫出一本書來？”這讓我很不堪。讀了幾十年書，研究非晶物質(zhì)幾十年，確實(shí)欠了很多文債。書籍是一位學(xué)者給社會(huì)、同行的回饋方式，是人類傳承知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的必然環(huán)節(jié)。Edward Bulwer Lytton說過：“Laws die, books never.”如果能通過一本書來記錄非晶物質(zhì)學(xué)科的發(fā)展歷史和成果，留下這一代非晶人曾經(jīng)的所思、所想、所做，為非晶物質(zhì)知識(shí)的江河貢獻(xiàn)點(diǎn)滴，也是一種貢獻(xiàn)和慈悲。秀才人情書一本，借寫書來表達(dá)對(duì)非晶科學(xué)和非晶材料探索做出重大貢獻(xiàn)的、默默無聞貢獻(xiàn)的、熟悉和不熟悉的同行致以深深的謝意，也算完成了我個(gè)人的一個(gè)夙愿，因?yàn)槭撬麄兘o我們建立了安身立命的非晶科學(xué)大廈，給我們帶來了知識(shí)、收獲、智慧和深刻的快樂。

對(duì)非晶物質(zhì)科學(xué)的熱愛也是推動(dòng)我寫作本書的動(dòng)力。物質(zhì)是什么？這是人類永恒的課題。這個(gè)問題在歷史上很早就被提及，很多先哲、科學(xué)家思考和研究過這個(gè)問題。隨著科學(xué)的發(fā)展，“物質(zhì)是什么”這個(gè)問題曾被無數(shù)次提及，并激發(fā)了人類對(duì)自然探索的興趣，也成為科學(xué)的最高使命之一。對(duì)物質(zhì)是什么的回答也在不斷地進(jìn)步，但答案一直沒有令人滿意過。豐富多彩的非晶物質(zhì)占自然界常規(guī)物質(zhì)的很大部分，我們環(huán)顧四周，看到的大多是非晶態(tài)物質(zhì)，正如本書要全面論述的，非晶物質(zhì)可以視為完全不同于晶體固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的常規(guī)物質(zhì)的第四態(tài)?！胺蔷镔|(zhì)本質(zhì)是什么”是“物質(zhì)是什么”這個(gè)問題的核心內(nèi)容之一，也是凝聚態(tài)物理乃至科學(xué)的難題之一，激發(fā)了幾代科學(xué)家為之競(jìng)折腰。目前對(duì)物質(zhì)的研究還沒超越兩千年前人們最初追問物質(zhì)是什么時(shí)的基本思路——還原論，即將物質(zhì)不斷地拆解，直至追根溯源到那恒定不變的、第一性的“基本粒子”。對(duì)非晶物質(zhì)研究的主線也是試圖遵循這個(gè)基本思路：從微觀結(jié)構(gòu)來理解其特性和本質(zhì)。非晶物質(zhì)的研究已經(jīng)跋涉了接近一個(gè)世紀(jì)，我們對(duì)“非晶物質(zhì)是什么”這個(gè)問題有了更多的見解。但是越向前接近真相，就越發(fā)覺悟到我們了解的非晶物質(zhì)不過是物質(zhì)汪洋中泛起的一朵浪花，茫茫無涯的物質(zhì)世界里沒有厘清的問題和奧秘還有很多很多。人類，也不過是自然造物，原子的聚合形成的非晶體系而已，最神奇的是這個(gè)非晶體系卻有能力去認(rèn)識(shí)非晶物質(zhì)體系，甚至能理解、改造我們的宇宙，發(fā)現(xiàn)至理。其中無窮奧秘值得我們?yōu)橹F生奮斗。為了探尋非晶物質(zhì)的奧秘，值得做一個(gè)勇敢的非晶世界的旅行者，向著未來航行。未來是否繁花似錦，源自我們當(dāng)下之努力。本書也是這種努力的微小部分。本書將結(jié)合非晶物質(zhì)科學(xué)的最新進(jìn)展，對(duì)非晶物質(zhì)本質(zhì)問題展開較全面的討論，希望能起到拋磚引玉的作用，吸引更多的人進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，為這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展做貢獻(xiàn)。

常規(guī)物質(zhì)的四種狀態(tài)

相比氣態(tài)和固態(tài)物質(zhì)，非晶物質(zhì)更加復(fù)雜、多樣性。自然界中這些物質(zhì)的存在往往被科學(xué)家繞開，被大眾忽視，回避從大自然提出的問題和挑戰(zhàn)。這激勵(lì)著我們?nèi)ヌ剿骱脱芯磕切┍痪w固體物理擱置在一邊，被認(rèn)為是“無定形”的物質(zhì)，去把非晶物質(zhì)和材料在人類發(fā)展歷史上的杰出表現(xiàn)、影響和故事講出來。非晶領(lǐng)域科學(xué)家T. Egami曾說過：“非晶領(lǐng)域是一個(gè)還沒有教科書的領(lǐng)域，有抱負(fù)的年輕人應(yīng)該積極投身到還沒有教科書的研究領(lǐng)域中去。”諾獎(jiǎng)獲得者P. G. de Gennes也說過“在成熟的理論框架下研究純粹是浪費(fèi)納稅人的錢”。非晶物質(zhì)科學(xué)是值得年輕人努力的領(lǐng)域，因此，寫本書的一個(gè)重要目的是，希望能引起大家尤其是年輕學(xué)生對(duì)非晶物質(zhì)科學(xué)研究的興趣。

非晶物質(zhì)在玻璃轉(zhuǎn)變附近的狀態(tài) (引自密歇根大學(xué)的 Jim Erickson)

寫本書的另一個(gè)更實(shí)際的目的是，讓剛剛進(jìn)入該領(lǐng)域的研究生或者非本專業(yè)的科研人員更快地了解非晶物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域中的基本概念、各類理論、科學(xué)問題、發(fā)展歷程、應(yīng)用價(jià)值、最新的進(jìn)展和發(fā)展前景，也試圖對(duì)非晶物理和材料的研究和進(jìn)展進(jìn)行一些梳理，希望整理出主線和主要進(jìn)展，能給正在從事非晶物質(zhì)研究的人勾畫研究的全貌、現(xiàn)狀和前景，為對(duì)非晶物質(zhì)感興趣的人提供了解的快速途徑。費(fèi)曼?(Richard P. Feynman)?曾說過：“我所講的這些并不是想幫助你們?nèi)?fù)習(xí)考試，也不能幫助你們解決工業(yè)和軍事上的問題，我是想告訴你們，物理是如何看待世界，同時(shí)從物理的角度看世界又是多么奇妙?！毕Ｍ緯軒湍懔私夥蔷镔|(zhì)世界的奇妙，欣賞非晶物質(zhì)世界的美麗風(fēng)景。

非晶物質(zhì)學(xué)科發(fā)展得很快，非晶材料的應(yīng)用也很廣泛，大量關(guān)于非晶材料的新體系和關(guān)于非晶物質(zhì)的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象和細(xì)節(jié)被報(bào)道，還提出了很多模型、理論、猜想。初學(xué)者很容易被淹沒在這些細(xì)節(jié)和海量數(shù)據(jù)中。雖然非晶物質(zhì)研究發(fā)展很快，關(guān)于非晶物理和材料的中文書籍卻很少，非晶物理和材料的專業(yè)教材也不多。很多研究生開始進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做研究，找課題，急需盡早了解非晶物質(zhì)領(lǐng)域的歷史、科學(xué)問題、概況和全貌，非晶物理和材料與其他學(xué)科的關(guān)系和聯(lián)系，以及非晶材料的應(yīng)用背景。本書以論述非晶物質(zhì)是獨(dú)立于氣體、液體、晶體(固體)的第四類常規(guī)物質(zhì)為主線，系統(tǒng)全面地介紹了非晶物質(zhì)的方方面面，盡量不過多涉及專業(yè)的概念、實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算的浩繁的知識(shí)細(xì)節(jié)，更注重討論更普遍的原理、知識(shí)及聯(lián)系，因?yàn)檫@些普遍的原理、知識(shí)有著共同的物理源泉。更專業(yè)的概念、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算技巧和細(xì)節(jié)則留待將來更專業(yè)的書籍進(jìn)行介紹。閱讀本書的研究生將會(huì)及早知道非晶物理和材料領(lǐng)域的概貌，便于閱讀專業(yè)雜志上的文章，尋找合適的課題和方向。

(a)?常見的非晶物質(zhì)：上面依次是火山玻璃、琥珀、天然橡膠；下面依次是塑料、普通玻璃、非晶合金[41]。(b)左上是原子非晶(非晶合金)的原子力顯微鏡像；右上是膠體玻璃結(jié)構(gòu)；左下是非晶泡沫體系；右下是非晶顆粒體系

即使不是從事非晶領(lǐng)域的研究生、科研人員，在科研工作中有時(shí)也需要對(duì)非晶物質(zhì)科學(xué)知識(shí)有所了解。本書期望能給愿意擴(kuò)大知識(shí)面的其他領(lǐng)域的研究生展示一個(gè)容易理解的非晶物理和材料的圖像，介紹非晶物質(zhì)學(xué)科和其他學(xué)科的密切聯(lián)系，特別系統(tǒng)地介紹非晶合金?(又稱液態(tài)金屬，或金屬玻璃)?這個(gè)非晶材料領(lǐng)域的新家族的進(jìn)展和應(yīng)用，因此具有一定的參考價(jià)值。

鈰基非晶金屬塑料在開水中壓印成的中國(guó)科學(xué)院物理研究所的所徽?qǐng)D案，直徑為 20 mm

作者曾聽說一個(gè)故事，一位照管海島燈塔的人，由于孤獨(dú)的長(zhǎng)夜無事可做，就專門在書中尋找錯(cuò)誤。在本書寫作過程中，作者常常會(huì)想到類似這樣的傳奇人物，還有很多同行、同事可能會(huì)讀這本書，始終覺得有三個(gè)“人”會(huì)一直在背后觀望：第一位是非晶領(lǐng)域的外行，所以本書盡全力把復(fù)雜、艱澀的非晶專業(yè)知識(shí)通俗化，要做到這點(diǎn)很難，希望能做到不失其精髓和思想；第二位是同行，同行之間是苛刻的，因此作者盡力做到細(xì)心地揣摩他們的意見和看法，盡力做到嚴(yán)謹(jǐn)，希望減少他們的微詞；第三位是將從外行轉(zhuǎn)內(nèi)行的學(xué)生，他們讀這本書的目的是希望能盡快了解學(xué)科全貌和前沿，以及學(xué)科關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，所以本書力求把非晶物質(zhì)學(xué)科當(dāng)作一個(gè)整體來介紹，希望做到趣味性和學(xué)術(shù)性并存，幫助他們盡快了解非晶物質(zhì)及對(duì)人類社會(huì)的重要作用，引發(fā)思考，激發(fā)興趣和激情，并使他們盡快從外行變成內(nèi)行。

本書寫作的過程非常艱辛，寫寫停停，寫了刪，刪了再寫，時(shí)而覺得很有信心，時(shí)而覺得很沮喪和焦慮，難以為繼。寫作過程中的種種糾結(jié)和折磨不亞于科研中的磨難，有時(shí)還更甚，其中滋味唯作者自知：寫書真是一場(chǎng)個(gè)人意志的修行，是對(duì)一個(gè)人意志力的考驗(yàn)。但是寫書也有很多好處，寫書是最好的學(xué)習(xí)過程，為了寫清楚，需要查閱大量書籍和國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料。一本書寫得是否用心，看看它列出的參考文獻(xiàn)數(shù)量和質(zhì)量就能判斷得差不多了。寫書最大的益處就是能讓人忘記現(xiàn)實(shí)生活中很多煩惱。相信每個(gè)喜歡寫作的人多少會(huì)有這樣的感覺：每當(dāng)你開始寫作，就會(huì)進(jìn)入忘我的境界，在寫作過程中，內(nèi)心充滿寧?kù)o和喜悅。在那個(gè)空間可以擺脫一切束縛，享受自己的世界?，F(xiàn)實(shí)再殘酷，只要有寫作的欲望、動(dòng)力和能力，就可以微笑面對(duì)一切。每一個(gè)愿意寫作的人，都有一個(gè)屬于自己的精彩世界。寫書更是一個(gè)人的思想狂歡。深夜時(shí)分文如泉涌的曼妙，半夜夢(mèng)中靈感激發(fā)的興奮，凌晨披衣而起訴于文字的欣喜，都是一種美妙的回饋和恩賜。金圣嘆評(píng)《水滸傳》的序言在某種程度上也表達(dá)了一個(gè)作者的心情。該序言寫到：是《水滸傳》七十一卷，則吾友散后，燈下戲墨為多；風(fēng)雨甚，無人來之時(shí)半之。然而經(jīng)營(yíng)于心，久而成習(xí)，不必伸紙執(zhí)筆，然后發(fā)揮。蓋薄莫籬落之下，五更臥被之中，垂首拈帶，睇目觀物之際，皆有所遇矣?；蛉魡枺貉约纫盐磭L集為一書，云何獨(dú)有此傳？則豈非此傳成之無名，不成無損，一；心閑試弄，舒卷自恣，二；無賢無愚，無不能讀，三；文章得失，小不足悔，四也。嗚呼哀哉！吾生有涯，吾嗚乎知后人之讀吾書者謂何？但取今日以示吾友，吾友讀之而樂，斯亦足耳。且未知吾之后身讀之謂何，亦未知吾之后身得讀此書者乎？吾又安所用其眷念哉！

作者經(jīng)歷了非晶物質(zhì)科學(xué)發(fā)展的起伏跌宕的時(shí)期，本書也是作者在非晶物質(zhì)研究一個(gè)很激動(dòng)人心的時(shí)代中的旅程的記錄，一些感受、經(jīng)驗(yàn)、體驗(yàn)和喜悅的分享，同時(shí)，也是一個(gè)參與者記下的非晶發(fā)展歷史。作為一位非晶“老兵”，作者愿意作為導(dǎo)游，和讀者一起到非晶物質(zhì)領(lǐng)域一游，給你講述非晶物質(zhì)研究是如何導(dǎo)致新概念、新理論、新思想和新材料，以及新物質(zhì)觀的產(chǎn)生，講述非晶物質(zhì)中一些重要問題的解決是如何給凝聚態(tài)物理和新材料之夢(mèng)插上飛翔的翅膀的，是如何改變?nèi)祟惿鐣?huì)和文明的。在本書寫作過程中，作者也經(jīng)歷了很多震撼人心的感悟和激動(dòng)，希望通過本書能夠把這種激動(dòng)和感悟傳遞給讀者。不期待有很多人讀它，只要有幾個(gè)人喜歡它就知足了，因?yàn)檫@是為志同道合者而寫的書。

愛因斯坦認(rèn)為世界是簡(jiǎn)單、有序和和諧的。但是自然界的至美往往存在于她所呈現(xiàn)的復(fù)雜的一面，自然界的序往往存在于表面上紛繁雜亂的無序之中。復(fù)雜的生命體就是自然界造就的最復(fù)雜也是最美、最成功的一類物質(zhì)。非晶物質(zhì)是一種常見但復(fù)雜、多樣而又神奇和有用的物質(zhì)，其中不僅隱藏著很多深刻而有趣的科學(xué)問題和規(guī)律，也有美和序等待人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)和利用。發(fā)現(xiàn)某種“序”或“秩序”的愿望，是一種強(qiáng)大的動(dòng)力。所有物理和天文專業(yè)的學(xué)生今天都會(huì)學(xué)習(xí)開普勒的行星運(yùn)動(dòng)三大定律，但是開普勒為揭示這些定律而付出的近乎狂熱的長(zhǎng)年努力，遭受的艱辛和痛苦常被人們忽略。他之所以能堅(jiān)持幾十年辛苦工作，從中尋找規(guī)律，是因?yàn)樗麍?jiān)信太陽系的行星每天的位置隱藏著神秘的序和壯美。希望非晶物質(zhì)中隱藏的序和美也能激發(fā)有才能的年輕人去為之奮斗，懂得欣賞非晶物質(zhì)中那些司空見慣的“無序”和“缺陷”，也便懂得了非晶物質(zhì)的美和序。非晶物質(zhì)研究史就是從混亂和無序中尋求規(guī)律和秩序，在紛繁和復(fù)雜中發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單和美的歷史。

松山湖材料實(shí)驗(yàn)室新園區(qū)