撰文 | 汪卫华（中国科学院院士、松山湖材料实验室主任）

常规物质的四种状态

相比气态和固态物质，非晶物质更加复杂、多样性。自然界中这些物质的存在往往被科学家绕开，被大众忽视，回避从大自然提出的问题和挑战。这激励着我们去探索和研究那些被晶体固体物理搁置在一边，被认为是“无定形”的物质，去把非晶物质和材料在人类发展历史上的杰出表现、影响和故事讲出来。非晶领域科学家T. Egami曾说过：“非晶领域是一个还没有教科书的领域，有抱负的年轻人应该积极投身到还没有教科书的研究领域中去。”诺奖获得者P. G. de Gennes也说过“在成熟的理论框架下研究纯粹是浪费纳税人的钱”。非晶物质科学是值得年轻人努力的领域，因此，写本书的一个重要目的是，希望能引起大家尤其是年轻学生对非晶物质科学研究的兴趣。

非晶物质在玻璃转变附近的状态 (引自密歇根大学的 Jim Erickson)

写本书的另一个更实际的目的是，让刚刚进入该领域的研究生或者非本专业的科研人员更快地了解非晶物质科学领域中的基本概念、各类理论、科学问题、发展历程、应用价值、最新的进展和发展前景，也试图对非晶物理和材料的研究和进展进行一些梳理，希望整理出主线和主要进展，能给正在从事非晶物质研究的人勾画研究的全貌、现状和前景，为对非晶物质感兴趣的人提供了解的快速途径。费曼 (Richard P. Feynman) 曾说过：“我所讲的这些并不是想帮助你们去复习考试，也不能帮助你们解决工业和军事上的问题，我是想告诉你们，物理是如何看待世界，同时从物理的角度看世界又是多么奇妙。”希望本书能帮你了解非晶物质世界的奇妙，欣赏非晶物质世界的美丽风景。 

非晶物质学科发展得很快，非晶材料的应用也很广泛，大量关于非晶材料的新体系和关于非晶物质的数据、现象和细节被报道，还提出了很多模型、理论、猜想。初学者很容易被淹没在这些细节和海量数据中。虽然非晶物质研究发展很快，关于非晶物理和材料的中文书籍却很少，非晶物理和材料的专业教材也不多。很多研究生开始进实验室做研究，找课题，急需尽早了解非晶物质领域的历史、科学问题、概况和全貌，非晶物理和材料与其他学科的关系和联系，以及非晶材料的应用背景。本书以论述非晶物质是独立于气体、液体、晶体(固体)的第四类常规物质为主线，系统全面地介绍了非晶物质的方方面面，尽量不过多涉及专业的概念、实验、理论和计算的浩繁的知识细节，更注重讨论更普遍的原理、知识及联系，因为这些普遍的原理、知识有着共同的物理源泉。更专业的概念、实验、计算技巧和细节则留待将来更专业的书籍进行介绍。阅读本书的研究生将会及早知道非晶物理和材料领域的概貌，便于阅读专业杂志上的文章，寻找合适的课题和方向。

即使不是从事非晶领域的研究生、科研人员，在科研工作中有时也需要对非晶物质科学知识有所了解。本书期望能给愿意扩大知识面的其他领域的研究生展示一个容易理解的非晶物理和材料的图像，介绍非晶物质学科和其他学科的密切联系，特别系统地介绍非晶合金 (又称液态金属，或金属玻璃) 这个非晶材料领域的新家族的进展和应用，因此具有一定的参考价值。 

作者曾听说一个故事，一位照管海岛灯塔的人，由于孤独的长夜无事可做，就专门在书中寻找错误。在本书写作过程中，作者常常会想到类似这样的传奇人物，还有很多同行、同事可能会读这本书，始终觉得有三个“人”会一直在背后观望：第一位是非晶领域的外行，所以本书尽全力把复杂、艰涩的非晶专业知识通俗化，要做到这点很难，希望能做到不失其精髓和思想；第二位是同行，同行之间是苛刻的，因此作者尽力做到细心地揣摩他们的意见和看法，尽力做到严谨，希望减少他们的微词；第三位是将从外行转内行的学生，他们读这本书的目的是希望能尽快了解学科全貌和前沿，以及学科关键科学和技术问题，所以本书力求把非晶物质学科当作一个整体来介绍，希望做到趣味性和学术性并存，帮助他们尽快了解非晶物质及对人类社会的重要作用，引发思考，激发兴趣和激情，并使他们尽快从外行变成内行。

本书写作的过程非常艰辛，写写停停，写了删，删了再写，时而觉得很有信心，时而觉得很沮丧和焦虑，难以为继。写作过程中的种种纠结和折磨不亚于科研中的磨难，有时还更甚，其中滋味唯作者自知：写书真是一场个人意志的修行，是对一个人意志力的考验。但是写书也有很多好处，写书是最好的学习过程，为了写清楚，需要查阅大量书籍和国内外相关资料。一本书写得是否用心，看看它列出的参考文献数量和质量就能判断得差不多了。写书最大的益处就是能让人忘记现实生活中很多烦恼。相信每个喜欢写作的人多少会有这样的感觉：每当你开始写作，就会进入忘我的境界，在写作过程中，内心充满宁静和喜悦。在那个空间可以摆脱一切束缚，享受自己的世界。现实再残酷，只要有写作的欲望、动力和能力，就可以微笑面对一切。每一个愿意写作的人，都有一个属于自己的精彩世界。写书更是一个人的思想狂欢。深夜时分文如泉涌的曼妙，半夜梦中灵感激发的兴奋，凌晨披衣而起诉于文字的欣喜，都是一种美妙的回馈和恩赐。金圣叹评《水浒传》的序言在某种程度上也表达了一个作者的心情。

该序言写到：是《水浒传》七十一卷，则吾友散后，灯下戏墨为多；风雨甚，无人来之时半之。然而经营于心，久而成习，不必伸纸执笔，然后发挥。盖薄莫篱落之下，五更卧被之中，垂首拈带，睇目观物之际，皆有所遇矣。或若问：言既已未尝集为一书，云何独有此传？则岂非此传成之无名，不成无损，一；心闲试弄，舒卷自恣，二；无贤无愚，无不能读，三；文章得失，小不足悔，四也。呜呼哀哉！吾生有涯，吾呜乎知后人之读吾书者谓何？但取今日以示吾友，吾友读之而乐，斯亦足耳。且未知吾之后身读之谓何，亦未知吾之后身得读此书者乎？吾又安所用其眷念哉！

作者经历了非晶物质科学发展的起伏跌宕的时期，本书也是作者在非晶物质研究一个很激动人心的时代中的旅程的记录，一些感受、经验、体验和喜悦的分享，同时，也是一个参与者记下的非晶发展历史。作为一位非晶“老兵”，作者愿意作为导游，和读者一起到非晶物质领域一游，给你讲述非晶物质研究是如何导致新概念、新理论、新思想和新材料，以及新物质观的产生，讲述非晶物质中一些重要问题的解决是如何给凝聚态物理和新材料之梦插上飞翔的翅膀的，是如何改变人类社会和文明的。在本书写作过程中，作者也经历了很多震撼人心的感悟和激动，希望通过本书能够把这种激动和感悟传递给读者。不期待有很多人读它，只要有几个人喜欢它就知足了，因为这是为志同道合者而写的书。

爱因斯坦认为世界是简单、有序和和谐的。但是自然界的至美往往存在于她所呈现的复杂的一面，自然界的序往往存在于表面上纷繁杂乱的无序之中。复杂的生命体就是自然界造就的最复杂也是最美、最成功的一类物质。非晶物质是一种常见但复杂、多样而又神奇和有用的物质，其中不仅隐藏着很多深刻而有趣的科学问题和规律，也有美和序等待人们去发现、认识和利用。发现某种“序”或“秩序”的愿望，是一种强大的动力。所有物理和天文专业的学生今天都会学习开普勒的行星运动三大定律，但是开普勒为揭示这些定律而付出的近乎狂热的长年努力，遭受的艰辛和痛苦常被人们忽略。他之所以能坚持几十年辛苦工作，从中寻找规律，是因为他坚信太阳系的行星每天的位置隐藏着神秘的序和壮美。希望非晶物质中隐藏的序和美也能激发有才能的年轻人去为之奋斗，懂得欣赏非晶物质中那些司空见惯的“无序”和“缺陷”，也便懂得了非晶物质的美和序。非晶物质研究史就是从混乱和无序中寻求规律和秩序，在纷繁和复杂中发现简单和美的历史。

松山湖材料实验室新园区