我科学家破解玻璃态物质本质难题

科技日报记者 李丽云 朱虹

记者4月27日从哈尔滨工业大学获悉，该校航天学院教授吕海宝在凝聚态物理领域中关于玻璃态物质本质及其玻璃化转变的研究取得进展。该研究从三个层面提出了三个方程，破解了“物理定律能否统一”和“玻璃态物质本质是什么”两个世界科学难题。相关研究成果近日发表在国际期刊《物理学进展报告》上。

凝聚态物理学先驱、诺贝尔物理学奖获得者菲利普·沃伦·安德森在1995年提出，玻璃态物质本质是凝聚态物理学最具挑战和重要的基础科学问题。2005年,《科学》将其列为全世界最前沿125个科学问题之一。这一问题从提出至今已有70余年，仍是未解难题。

物理定律能否统一？该问题最大的挑战之一是凝聚态物理和分子物理（化学）的统一性证明。玻璃态物质的玻璃化转变，源于凝聚态尺度与分子尺度的临界跃迁与动态波动，为凝聚态物理与分子物理定律统一性提供了佐证。

不同于只需要建立其热力学平衡方程的相变问题，玻璃化转变更为复杂，不仅要建立热力学平衡方程，还包括动力学平衡方程及时空关联方程。

吕海宝先后在热力学、动力学、时空关联三个领域，探寻建立了三个方程：“有序-无序”热力学模型及其随机运动排列组合概率统计方程，发现玻璃化转变过程中约19.5个单体组成的分子链段，其热力学运动达到临界平衡态；基于重整化群论方法，探索了玻璃态物质中的协同动力学（又称“分子纠缠”），破解了分子尺度与凝聚态尺度临界跃迁的熵增原理，发现动态玻璃化转变时分子个数约为72个；建立了能量和体积二元函数的时空关联方程，破解了“空穴体积假说”，建立了凝聚态尺度常数方程，通过分形迭代方程计算获得凝聚态尺度常数约为1.501×10-11 J·mol-1·K-1。

对于“物理定律能否统一”这一问题，吕海宝建立了凝聚态尺度常数方程，从分子、凝聚态到宏观的不同尺度上，证明了分子物理（化学）与凝聚态物理的物理定律统一性，破解和划分了凝聚态物理的平行物理世界。

《物理学进展报告》责任主编评价该成果时说：“论文关于物理定律统一性的研究工作，与电磁定律、万有引力定律的研究意义类似。”