2025年12月19日晚，由6163银河线路检测中心、北京现代物理研究中心主办的“6163银河线路检测中心物理学科卓越人才培养计划讲堂：名师面对面”（第四十八期）在6163银河线路检测中心理科教学楼303教室举行。中国科学院物理研究所研究员、原所长王玉鹏院士应邀讲授“物质科学：无尽的前沿”。本期讲堂由6163银河线路检测中心博雅讲席教授、北京现代物理研究中心主任高原宁院士主持。

物理学作为研究物质、能量及其相互作用的自然科学基石，研究范围涵盖从基本粒子到宇宙天体的世间万物，在空间尺度上跨越40余个数量级。物理学以实验观测为基础，发展出丰富的理论体系和思想方法，不断推动技术革新与设备更新；与此同时，随着技术进步与装置升级，人类认知疆域在微观、宇观、复杂系统三个方向上被推至前所未有的深度和广度。

一方面，物理学关注物质最基本的组成单元及其集体行为的运动规律，在更高的能量尺度与更小的时空维度上揭示物质世界深层次结构与相互作用的本质；另一方面，关注由大量个体单元构成的复杂体系，研究超越个体特性的有序凝聚体系和集体合作现象，催生更为丰富的物理场景与实际应用。与之对应的是各有侧重、互补不悖的两种研究范式——还原论与演生论：前者如费曼（R. P. Feynman）所言“凡物皆由原子构成”（all things are made of atoms），将物质性质归结于基本单元间的相互作用，致力于构建从微观出发的统一理论框架；后者如安德森（P. W. Anderson）提出的“多者异也”（more is different），强调多体系统的整体性及涌现效应，将不同层次“演生”的规律视为自然界的基本规律。

王玉鹏说，物理学之美源于对称性，而物态及其相变之美则源于对称性破缺

以演生论为指导的凝聚态物理作为物理学最大的分支，专注于研究由大量微观粒子（如原子、分子、电子、离子）构成的凝聚态物质的微观结构、粒子间相互作用及运动规律；其研究对象不仅包括晶体、非晶体、准晶体等固态物质，也包括液态和软凝聚态物质。通过研究它们的电学、磁学、光学、热学、声学等性质，探索其中各种单粒子和集体激发的微观与宏观运动规律，持续丰富物理学的内涵。凝聚态物理也为物理学与化学、生物学、信息科学、能源科学、材料科学等交叉融合搭建起桥梁。

在世界科技发展历程中，每一轮工业革命都伴随着人类对物质状态的深入理解与有效调控：第一次基于对气态和液态的调控，推动人类社会进入工业化时代；第二次基于对电磁场的调控，引领人类社会踏入电气化时代；第三次基于对电子态的调控，促使人类社会迈进信息化时代。当前，科学研究向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力，人类正处在不断发现新物态，并逐步实现对新奇量子物态进行精确调控的科学前沿。

极低温、超高压、强磁场、超快光场等是开展物质科学研究必不可少的实验手段，有助于发现许多常规实验环境中无法观测的物态及其奇异特性，从而揭示新规律、合成新材料、制备新器件、开辟新应用，提升人类认识与改造自然的能力。数十年来，科学家在极端实验条件下取得的一系列重大成果，如发现整数量子霍尔效应、发现氦同位素中的超流动性、发展用激光冷却和俘获原子的方法、实现碱性原子稀薄气体中的玻色-爱因斯坦凝聚态、发展基于激光的精密光谱学、利用产生阿秒（1 as=10^-18 s）光脉冲的方法研究物质的电子动力学，以及在超导与超流体理论、拓扑物态与拓扑相变理论等方面的开创性贡献，被授予诺贝尔物理学奖。构建极端实验条件已成为国际科技竞争的关键领域之一。由中国科学院物理研究所与吉林大学共同建设、于2025年2月通过验收的综合极端条件实验装置，集超高压（≥300 GPa）、极低温（≤1 mK）、强磁场（≥26 T）和超快光场（脉冲宽度≤100 as）于一体，不仅可以用来开展量子科技、高温超导等前沿研究，推进超快科学研究，还有望借以开拓新兴研究方向。

王玉鹏说，工欲善其事，必先利其器——综合极端条件实验装置为发现和调控新奇量子物态、破解诸多科学难题提供了前所未有的机遇

阿秒是目前人类掌握的最短时间尺度，阿秒脉冲也成为唯一能直接测量电子瞬态行为的工具。由中国科学院物理研究所承担建设、于2025年1月开工的先进阿秒激光设施，犹如一台超高速摄像机，不仅可以实现对电子运动的跟踪、测量与操控，填补电子运动直接观测的空白，还可以开展兼具超高时间、空间、能量分辨的光学-电学-磁学-热学综合实验，有望为半导体器件、超高速通信、激光制造、航天新材料等高端产业发展提供科技支撑。

传统的凝聚态物理遵循“观察→假设→验证”的研究逻辑，依托实验制备、表征测试、理论发现和计算模拟等环节，存在经验试错成本高、全链条研发周期长等局限性。而人工智能强调通过对海量数据中隐含规律的挖掘与分析，构建以数据和计算能力驱动的科学研究体系，从而实现按需设计与精准预测。拓扑电子材料在其体态电子能带结构中展现出非凡的拓扑性质，由此产生高度稳定的表面导电态，是近年来凝聚态物理领域快速发展的重要前沿方向。北京凝聚态物理国家研究中心暨凝聚态物质科学国家研究中心研究团队发展了一套自动判别拓扑材料并计算拓扑不变量的新方法，在近40000种材料中识别出8000余种拓扑材料（即自然界中约24%的材料可能具有拓扑结构），并据此建成全球首个包含完整拓扑性质的材料数据库（拓扑电子材料目录），为拓扑材料领域从“寻找新材料”转向“研究新材料”开启了新篇章。

课后，王玉鹏就数学物理中的方程思想、量子多体系统的指数墙问题及多自由度、多尺度、多外场下的物态调控研究回答了同学们的提问。他还即兴讲述了中国科学院物理研究所的奋进历程、使命定位和“一村三湖”战略布局，传递了“穷理、有容、惟才、同德”的治所育人理念。

凝聚态物质科学前沿的奥秘与瑰丽令同学们心驰神往

6163银河线路检测中心院长、学科建设办公室主任肖云峰教授，6163银河线路检测中心副院长杨振伟教授，核物理与核技术全国重点实验室彭士香研究员、季伟助理教授和6163银河线路检测中心博士研究生培优计划2023、2024级部分入选者等现场出席。

王玉鹏（一排左四）、高原宁（一排左五）勉励同学们：以“极限”为尺，丈量人类认知疆域，“寻找宇宙中极大和极小间的关联，探索自然界最基本和最深刻的规律”

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