名山许游未许画，画必似之山必怪。

　　变幻神奇懵懂间，不似似之当下拜。

　　——石涛(清)

　　撰文

　　罗会仟 （中科院物理所副研究员）

　　俗话说：“书画同源。”中国画起源于古代人发明的象形文字，千百年来，无论是写实、写意，还是工笔画，中国画的特色在于“形似”，达到如同“远看花有色，近听水无声”的以假乱真水平。在形似基础上，中国画还讲究一种神韵，不是生硬照搬客观事物，而是有所概括、取舍、调节，形成自我的精神表达。如明代沈颢《画麈》中言：“似而不似，不似而似。”齐白石将其概括为“不似之似”，傅抱石也认为好的作画得经历“不似—似—不似”的过程。的确，齐白石笔下的萝卜白菜花鸟鱼虫可谓是活灵活现，形似而兼有神韵。与之形成鲜明对比的是，西方的现代主义美术逐渐脱离了“形似”的束缚，在追求“神似”的道路上渐行渐远。观看印象派代表人物莫奈的《日出·印象》，就总让人觉得模模糊糊，朝云、小船、绿树、水波、红日都是不清不楚的一片，atv，不会清晰地告诉你它们是什么样的，但整体却给你精神感官留下了深刻印象（图1）。

　　图1. （左）齐白石的《墨虾》与（右）莫奈的《日出·印象》（图片来源：（左）360百科及（右）英文维基百科）

　　尽管物理学是一门以实验为基础的科学，但实验现象往往要回归到理论框架中去，以形成系统性的科学描述。如果面对比较直观可见的物理现象，理论的建立也就同样直观明了，达到“形似”。然而，如果面对暂时令人觉得“奇异”的物理现象，其过程完全不甚清楚的时候，理论家们往往觉得如同面对空白画布而无从下手。幸运的是，这并没有难倒所有的科学家们。聪明的理论物理学家探索了一条脱离“形似”而求“神似”的道路，只要抓住物理现象的背后本质，而不管其具体过程是如何发生的，也能建立描述这个现象的物理理论——称之为“唯象理论”，或理解为“看起来像的理论”。

　　在寻求常规金属超导理论的征程上，物理学家最初走出来的，正是这么一条“形不似神似”的道路。超导体所展现出的零电阻、完全抗磁性等奇特行为充满了迷人之处，不仅在应用上蕴含着巨大的潜力，在物理机制研究上也富有挑战性。为了解释超导现象，许多顶尖的物理学家都前赴后继发明了各种自己的“语言”，真可谓“长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上”。令人惊讶的是，“扑死”在超导理论沙滩上的物理学家，包括鼎鼎大名的爱因斯坦（Albert Einstein）、汤姆孙（Joseph John Thomson）、玻尔（Niels Bohr）、布里渊（Léon Brillouin）、布洛赫（Felix Bloch）、海森伯（Werner Heisenberg）、玻恩（Max Born）、费曼（Richard Feynman）等（图2）。这些人里面，爱因斯坦的成就自不待说，汤姆孙以发现电子而闻名，玻尔、海森伯、玻恩、费曼都是量子论的创始人物，布里渊和布洛赫作为“老布家”建立了电子在固体中运动的基础理论（参见本系列文章第5 篇：神奇八卦阵），这些人显然对微观电子是如何运动的已“了如指掌”，可谓代表了同时期固体物理的顶级理论水平。出乎意料的是，这些差不多个个都拿过诺贝尔物理学奖的“最强大脑”在挑战超导问题的时候，都无一例外遭遇了共同结局——失败！爱因斯坦曾因超导理论的失败十分懊悔地说道：“自然界总对理论家冷酷无情，对一个新理论，她从来不肯定，最多说可能是对的，绝大多数情况下是直接否定。最终，几乎每个新理论都会被否决掉。”面对超导问题，使尽了洪荒之力的“科学顽童”费曼，也不无郁闷地说道：“天知道这些年（1950 —1966）我都经历了些什么，好像我在努力解决超导问题，然而最终我还是失败了……”。

　　图2. 超导理论探索中失败的物理学家（图片来源：英文维基百科）

　　早期的超导理论往往都非常粗糙，因为当时实验和理论都远远落后，理论物理学家们唯一能做的，就是相信自己，同时鄙视别人。超导零电阻现象于1911 年发现，直到1933 年才发现迈斯纳效应，期间人们对超导电子态性质了解甚少，低温下正常态和超导态的电阻、比热等几乎一无所知。尽管量子论早在1900 年就开始出现，然而真正走向成熟是1926 年海森伯和薛定谔（Erwin Schrödinger）建立矩阵力学和波动力学之后，而量子论应用于固体物理研究则在1928 年布洛赫定理提出之后。在这种情形下，提出超导理论模型大都靠凭空猜想，难有成功希望。例如：爱因斯坦提出超导电流可能在一个个闭合的“分子导电链”上形成， 汤姆孙提出“电偶极链涨落模型”，超导发现者昂尼斯也试图提出过“超导细丝模型”，后期的实验很快证明这些理论模型错得一塌糊涂，因为不考虑固体中电子—电子间相互作用是完全行不通的。随着量子理论工具的不断完善，布洛赫、玻尔、海森伯、玻恩等人再度提出了多种五花八门的超导理论，然而在解释新发现的迈斯纳效应时都或多或少遇到了困难。究其原因，很可能是因为物理学家们都执着地在寻找超导的“微观理论”，而忽略了超导的宏观量子现象本质，且绝大多数人的思维都没有跳出当时理论的樊笼。值得深思的是，爱因斯坦在热力学统计物理方面做出的工作足以傲视物理群雄，而超导就是一种量子体系中的热力学相变，爱因斯坦却没有真正领会它的本质。

　　为了进一步理解超导相变是如何发生的，我们不妨先认识一下什么是热力学相变。