物理学经典著作《晶格动力学理论》评析

摘 要：晶体原子最基本的运动方式之一就是围绕平衡位置进行微小振动，晶格动力学研究的主要内容是固体热学、电学、光学性质受晶格震动、晶格原子震动、晶体结构的影响。黄昆和马克思・玻恩合著的《晶格动力学理论》以量子力学为基础，对晶格动力学进行了全面深入的论述。本文将对《晶格动力学理论》一书的历史进行介绍，并在此基础上阐述个人对于该书的感悟。

关键词：晶格动力学 理论 物理

《晶格动力学理论》是20世纪物理学家黄昆和马克思・玻恩合著的权威物理学著作，该著作对于晶格动力学的发展具有重要意义，当前这本著作仍是物理学研究的主要依据和参照。该书分为两部分，这两部分分别由黄昆和玻恩主写，其中黄昆写的是第一部分基础理论，这一部分对于继续学习和阅读第二部分至关重要，也是吸引读者进行深入阅读的部分。第二部分是普遍理论，这部分的内容更加抽象，是建立在第一部分基础之上的。这部著作的形式和内容设置是由黄昆确定的，他在第一部分对该书内容进行了基础性的阐述，使得更多人开始接触这一领域并且能够更加容易地理解第二部分。在我国物理学研究中很多学者使用了这一权威著作，对我国在该领域的发展做出了重要贡献。

一、《晶格动力学理论》概述

玻恩是量子力学和晶格动力学两个领域的开创者，量子力学建立后，他便开始尝试对晶格动力学理论进行重新阐述，随后便产生了《晶格动力学理论》这一著作。第二次世界大战开始后，他又继续写了几个章节，但是之后由于各种原因写书一事就停了下来。直至1947年，黄昆将耗时一年半完成的论文在布列斯托大学发表，然后他又去拜访了玻恩，二人对晶格动力学都开展了深入的研究，玻恩让黄昆浏览晶格动力学理论一书的手稿，之后二人便开始合作写书。

该著作出版后就被用作固体物理学教学书使用，同时其他晶格动力学专著的写作也常常借鉴其中的内容。通过学习该著作，很多物理学家开始走入晶格动力学这个领域，晶格动力学权威W.Cochran在他的著作中强调了《晶格动力学理论》在该学科的地位仍是无法撼动的。20世纪80年代这本书停止印刷了三年，但有学者呼吁再次出版。就这样该著作又被再次出版，并且被收纳到“牛津经典物理著作丛书”中。出版社编辑说，这本著作在出版之初是该领域的代表作，现在很多方面仍然引领着这个领域，几十年后人们仍在购买和引用这本书。根据SCI上的统计数据，当前这本书已经被引用近万次，也就是说每年都有几百个人在引用这本著作，可见《晶格动力学理论》对于该领域的影响程度之深、时间之久。

二、个人就《晶格动力学理论》的感 ッ悟

20世纪末北京大学出版社印制了千册《晶格动力学理论》，这些书很快便售完。对于该书，笔者已经拜读多年，具体有以下几点感受：

首先，《晶格动力学理论》结合了黄昆和玻恩两种完全不同风格的研究。玻恩的研究通常遵循一般到特殊的规律，在这本著作中他打算将量子理论的最一般理论作为出发点，然后通过演绎的方法对晶体的性质和结构进行推导。与玻恩抽象演绎风格不同，黄昆与莫特的风格更为接近，研究通常是以具体物理问题为起点，通过构建模型获得具有物理意义的结果。黄昆认为社会效益是科学研究的主要目的和价值，所以提议将“基础理论”（比较容易理解的第一部分）部分写出来，从具体转化为抽象，玻恩写普遍理论（第二部分）。对于在本书的量子力学推导前是否增加导论性的内容，黄昆和玻恩存在不同的观点，最后玻恩做出了妥协，而这也是黄昆参与写作的重要前提。所以，该书的撰写和形式很大程度上是黄昆确定的。该著作包括基础理论和普遍理论两部分，黄昆主写的基础理论部分则由晶体弹性与稳定性、晶格振动、原❣子结合力三章构成，实验应用和晶体结构的基础知识都囊括其中。而玻恩主写的普遍理论则由光学效应、自由能、长波方法、量子力学基础四部分构成，一般理论及由此导致的更复杂的实验实施也都有所设计。现在来看，两者的互补作用明显，该著作的影响力之所以这么大，虽然与物理学在后期的发展和繁荣不无关系，但是基础理论部分在其中也发挥了巨大作用，相对于抽象理论，唯象理论更易于引起实验工作者的兴趣。同时理论物理学家也从中受益良多，很多学者在完成第一部分的学习后，能更加清晰和透彻地学习第二部分，这样就能够更加有效地运用于实验中。

其次♀，《晶格动力学理论》的很多内容还未在其他文献上发表，内容具有不可替代性。玻恩在概述的序言中指出，本书并不是汇编已发表的结果，这本书不仅对玻恩学派已经发表的研究成果进行了总结，还囊括了黄昆先生进一步研究的创新成果，如对Bom-Oppen heimer近似的阐述、晶格力常数、红外谱线宽度量子理论、色散的唯像处理等。在ERA Report上发表了黄方程和绳子激化激元有关理论的详细推导，这在一定程度上造成了《晶格动力学理论》的长寿。另外，晶体中红外线吸收的精细结构、晶体中的拉曼散射等本书中预言的化学现象，就在激光出现后被一一证实。由此可见，本书是学术专著，并不是总结已有结果。国内学者进行偶记超晶格模型的研究，就是从《晶格动力学理论》中埃瓦尔的方法和宏观场的分离获得灵感，分离短程快变部分和长程缓变部分，这种方法在凝聚态物理理论中较为常用，也是黄昆重要的成就之一。

最后，《晶格动力学理论》的另外一个特征就是不会产生差错。该著作中的理论计算非常繁复，在出版后的这段时期还没有人指出其中存在的差错。对于这一点玻恩感到很欣慰，但这一点黄昆贡献要更多。曾经发生的一件事也许能够说明这一点，玻恩虽然具有扎实的数学功底，并且曾经有选择数据职业的想法，但长且复杂的计算确实是他的软肋，一些初级、笨拙的错失经常出现在他的工作中，而他身边的同事、朋友也都了解这一点。曾经他正在写一篇论文，主要内容是关于电子和氢原子碰撞，然后他请求奥本海默对理论中的计算进行检查。看了之后奥本海默说道：“这确定是你自己写的吗，怎么会一点错误都没有找到？”对此玻恩很欣然地接受，因为他知道世界上唯一能够这样直率说出的人就是奥本海默。实际中长科学计算也不是黄昆的强项，但是他个人的性格严谨，总是反复推敲自己所研究问题的每个环节，经常是否定过多次后才确定最终结论。黄ツ昆说他的想法有90%都是不正确的，所以他用更多的时间进行推敲。同时他是反对在研究物理问题时使用过于繁琐的数学方法的，但他又非常仔细严谨地进行数学推导和计算，他的每一个成果都需要反复多遍的检验，这也是其研究成果能够经受时间考验的重要原因。国内很多学者在阅读《晶格动力学理论》时说到，虽然阅读英文版多遍，但是仍没有发现其中存在的任何错误，反而在很多中文译本中看到翻译错误和印刷错误，所以也非常希望在以后的《晶格动力学理论》中文版的出版中，出版社能够提升翻译和印刷水平，能够将黄昆和玻恩先生的研究成果准确地展现在国内学者面前。另外《晶格动力学理论》作为一本传世之作，物理学后续发展的内容不可能囊括进去，但是人们能够从经典著作中获得更加长远的启示和影响，那些新近发表的综述文章或新书是不可与之同日而语的。

学科的开创和发展都是一代又一代科学家努力的成果，后来科学的发展都是建立在前人有益经验和成果的基础上的。《晶格动力学理论》是物理学者黄昆和玻恩的重要学术成果，一直引领着这一领域的发展，对于世界物理和中国物理都做出了重要的贡献。我国学者应当科学看待《晶格动力学理论》这一著作，在科学研究中借鉴其中的有益内容、经验、方法，但是该书不可能概括后续的物理学发展内容。本文对该著作的写作进行了介绍，并且阐述了个人对这一著作的感悟。文本还存在一定局限，希望行业人员能够加强重视，正确认识《晶格动力学理论》在该领域的地位和作用，进而推动我国物理学的发展。

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