«примерно половина всей наличной теоретической физики». Дельта 1960-2020 г.

Из ФБ для памяти: теория конденсированного состояния

Раз уж пошла такая пьянка, давайте я расскажу, что, с моей сугубо личной точки зрения, изменилось в теории конденсированного состояния (это примерно половина всей наличной теоретической физики) по сравнению, ну, скажем, с 1960 годом.

Если коротко: всё.

Что, собственно, было по состоянию на 1960 год? Была, в очень приличном виде, динамика кристаллической решетки (там основы были заложены Борном, фон Карманом и Дебаем в начале века, потом, сразу после создания квантовой механики, был Пайерлс, ну, сразу после войны появилась теория неупругого рассеяния нейтронов, она же потом пригодилась для эффекта Мёссбауэра) - но рассчитывать фононные спектры, а следовательно, термодинамику и т.п. конкретного кристалла возможностей не было. Вообще.

Была зонная теория (теория невзаимодействующих электронов). Было качественное понимание, почему она часто работает, хотя и не должна (теория ферми-жидкости Ландау). Было качественное понимание, что работает она не всегда (концепция моттовского изолятора, на самом деле, восходящая к работам Шубина и Вонсовского 1930х). Была феноменологическая "фермиология", разработанная главным образом И.М.Лифшицем и сотрудниками. Возможностей конструктивно обсуждать электронную структуру конкретных веществ практически не было.

Магнетизм был понятен "в принципе", но при попытках оценить, скажем, температуру Кюри железа получался неправильный порядок величины, ну и, кстати, и знак.

Была феноменологическая теория сверхтекучести гелия-4 (Ландау), а также теория сверхтекучести слабо неидеального Бозе-газа (Боголюбов) и основанная на вариационном принципе (то есть, неконтролируемых приближениях) теория Фейнмана. Была теория сверхпроводимости, феноменологическая (Лондон, Гинзбург-Ландау, Абрикосов...) и полумикроскопическая (БКШ). Была концепция плазмонов (Бом и Пайнс). Были первые попытки разработать микроскопическую теорию взаимодействующих частиц, основанную на диаграммной технике (Геллман, Бракнер, Мигдал, Галицкий, Беляев...).

В общем и целом, теория конденсированного состояния базировалась на чистой феноменологии, то есть, на законах термодинамики и соображениях симметрии. Просто потому, что ничего другого сделать было нельзя, во всяком случае, контролируемым образом.

Была общая концепция "квазичастиц", то есть, совсем грубо, утверждение о том, что все на свете подобно идеальному (или слабо неидеальному) газу, если правильно выбрать переменные.

Что изменилось.

(1) Теория конденсированного состояния стала в очень значительной степени вычислительной. Кстати, в СССР так толком и не стала до самого его распада, не в последнюю очередь, из-за позиции "ведущих научных школ" (я хорошо помню, что "об использовании компьютеров говорят только те, кто не может использовать собственные мозги").

(2) За счет этого и за счет развития новых концепций и подходов, теория "конденсированного состояния вообще" превратилась в теорию конкретных материалов и веществ. Мы действительно _понимаем_ теперь, чем литий отличается от натрия, иридий от платины, а железо от никеля.

(3) Очень важная часть современной теории конденсированного состояния (тоже резко отрицаемая советскими "ведущими научными школами") - это исследование моделей (от почтенной модели Хаббарда до новомодной модели SYK). До 1960х эта деятельность была сугубо маргинальной. Сейчас - магистральная.

(4) Скейлинг, ренормгруппа, далее везде. В современной теории конденсированного состояния понятие "класса универсальности" едва ли не более важно, чем понятие "квазичастицы" в теории образца 1960 года.

(5) Соотношение с математикой. "Старая" теория конденсированного состояния обходилась математикой (в лучшем случае) 19 века. Главной доблестью теоретика было умение проинтегрировать в комплексной плоскости или решить несложный дифур (обыкновенный). Сейчас - как бы ни раздражало порой злоупотребление словом "топологический", но... в общем, чтобы разобраться в физике графена, таки необходимо иметь представление о теореме Атийи-Зингера, об эволюции Шрамма-Лёвнера и о чем только не.

(6) Происходящее прямо на наших глазах: концепция quantum entanglement постепенно становится в центр теоретической физики, включая теорию конденсированного состояния. Что про это говорят (говорили) классики советской науки? А говорили они, например, что Эйнштейн после 1925 года вообще ничего в физике не сделал (работа Эйнштейна-Подольского-Розена, в которой, в сущности, появилось это понятие, возможно, самое важное во всей физике - если не во всем естествознании - опубликована в 1935).

В общем, сейчас речь идет о совершенно новой науке.