E每个人似乎都在谈论物理学的问题:彼得·沃特的书即使是错的, Lee Smolin物理学的麻烦和Sabine Hossenfelder的失去了在数学突然想到，他们就开始了更广泛的对话。但是，是所有的物理学都陷入了困境，还是只是其中的一部分?如果你真的读过这些书，你会发现它们是关于所谓的“基础”物理学的。物理学的其他一些部分做得很好，我想告诉你们一个。它被称为“凝聚态物理”，是对固体和液体的研究。我们正生活在凝聚态物理的黄金时代。
但首先，什么是“基本”物理？这是一个棘手的术语。您可能认为物理学中的任何真正革命性的发展都是基本的。但实际上物理学家以更精确的，狭隘的方式使用这个术语。物理目标之一是弄清楚一些法律，至少原则上，我们可以用来预测可以预测物理宇宙可以预测的一切。搜索这些法律是基本物理学。
仍然有许多令人兴奋的新物理学正在被研究。
细印度至关重要。第一：“原则上”。原则上我们可以使用我们知道的基本物理来计算水的沸点，以巨大的准确性 - 但没有人已经完成了，因为计算很难。第二：“可以预测的一切。”我们可以告诉我们，Quantum Mechanics说，事情中存在固有的随机性，这使得一些预测不可能的，不仅不切实际，而且要肯定地执行。这种固有的量子随机性有时会随着时间的推移被一种叫做混沌的现象放大。由于这个原因，即使我们现在知道了宇宙的一切，我们也无法精确地预测一年后的天气。所以，即使基础物理学完美地成功了，它也远不能回答我们关于物理世界的所有问题。但它仍然很重要，因为它为我们提供了一个基本框架，在这个框架中我们可以尝试回答这些问题。
一个现在，基础物理学的研究已经给了我们标准模型(试图描述物质和所有的力)除了重力)和广义相对论(描述重力)。这些理论取得了巨大的成功，但我们知道它们并不是最终结论。一些大问题仍然没有答案，比如暗物质的性质或者无论如何让我们思考暗症问题。不幸的是，自20世纪90年代以来，这些问题的进展情况非常缓慢。幸运的是，基本物理不是物理学，今天它不再是物理学最令人兴奋的部分。仍然有许多令人兴奋的新物理学正在被研究。还有很多 - 尽管绝不是全部凝聚的物理物理学。
传统上，凝聚态物理学的工作是预测自然界中固体和液体的性质。有时这是非常困难的:例如，计算水的沸点。但现在我们已经掌握了足够的基础物理学知识来设计奇怪的新材料——而且实际上使这些材料，并通过实验研究它们的特性，检验我们关于它们如何工作的理论。更妙的是，这些实验通常可以在桌面上进行。没有必要巨大的粒子加速器在这里。
当爱因斯坦向风车倾斜时
当他们相遇时，爱因斯坦还不是爱因斯坦。他只是阿尔伯特·爱因斯坦，一个17岁左右的孩子，带着青少年焦虑的阴云和一把小提琴。米歇尔·贝索(Michele Besso)比她大，23岁，但与她志趣相映。在里雅斯特长大…阅读更多
让我们来看一个例子。我们将从不起眼的“洞”开始。晶体是一组规则排列的原子，每个原子都有一些电子围绕着它旋转。当其中一个电子以某种方式脱落时，我们就会得到一个“空穴”:一个缺少电子的原子。这个洞可以像粒子一样移动!当邻近原子的一个电子移动来填满空穴时，空穴移动到邻近原子。想象一排人都戴着帽子，只有一个人没戴帽子:如果他们的邻居把帽子借给他们，光头的人就会移到邻居那里。如果这种情况继续发生，光头就会沿着人群移动。没有东西也可以表现得像东西!
著名物理学家保罗·狄拉克在1930年提出了黑洞的概念。他正确地预测，既然电子带负电荷，空穴应该带正电荷。狄拉克致力于基础物理学:他希望质子可以被解释为一个洞。事实证明这不是真的。后来物理学家发现了另一种粒子:“正电子”。它就像一个带相反电荷的电子。因此反物质——邪恶的双胞胎普通物质它们的质量相同，但电荷相反。(但那是另一回事。)
我们现在生活在一个“设计师问题”的时代。
1931年，维尔纳·海森堡将空穴的概念应用到凝聚态物理中。他意识到，就像电子在移动过程中产生电流一样，空穴也会产生电流——但因为它们带正电，它们的电流会向相反的方向流动!很明显，在一些被称为“半导体”的材料中，空穴携带着电流:例如，硅中加入了一点铝。经过许多进一步的发展，在1948年，物理学家威廉·肖克利(William Schockley)获得了晶体管的专利，这种晶体管利用空穴和电子来形成一种开关。他后来因此获得了诺贝尔奖，现在它们被广泛应用于计算机芯片。
半导体中的空穴在基础物理学意义上并不是真正的粒子。它们只是考虑电子运动的一种方便的方法。但是任何足够方便的抽象都有自己的生命。描述空穴行为的方程就像描述粒子行为的方程一样。所以，我们可以处理洞好像他们是粒子。我们已经知道空穴是带正电的。但因为让一个洞移动需要能量，所以它也是一个洞就像它有质量一样．等等：我们通常属于粒子的属性也有意义孔。
物理学家们有一个名称，即使他们不是：“Quasiply。”有很多种类;孔只是最简单的一个。Quasiparticles的美是我们几乎可以使他们订购，具有各种各样的性质。随着量子物理学家迈克尔·尼尔森把它放了，我们现在生活在“设计师”的时代。
例如，考虑“激子”。由于电子带负电，空穴带正电，所以它们相互吸引。如果空穴比电子重得多——记住，空穴有质量——电子可以绕空穴运行，就像氢原子中的电子绕质子运行一样。因此，它们形成了一种叫做激子的人造原子。这是幽灵般的存在与缺失之舞!
激子琴的想法一直回到1931年。现在，我们可以在某些半导体和其他材料中大量的大量制作激子。他们不会持续长期：电子快速倒回孔中。这通常需要少于十亿分之一的时间。但这是有足够的时间做一些有趣的事情。就像两个氢原子可以粘在一起并形成分子一样，两个激子可以粘在一起并形成“biexciton”。激子可以坚持另一个洞并形成“trion”。激子甚至可以坚持一个光子一种光的粒子，形成一种叫做“极化子”的东西。它是物质和光的混合物!
你能做出人工原子的气体吗？是的！在低密度和高温下，激子围绕着气体中的原子非常多。你能做出液体吗？同样，是：在更高的密度和更冷的温度下，激子彼此碰到足以表现出液体。在较冷的温度下，激子甚至可以形成一个“超流，”，几乎沉降粘度：如果你可以以某种方式旋转它，它将实际上是永远的。
这只是凝聚态物理研究人员目前正在做的事情的一小部分。除了激子，他们还在研究许多其他准粒子。“声子”是由振动穿过晶体而形成的声音的准粒子。“磁子”是一种磁化的准粒子:自旋翻转的晶体中的电子脉冲。这个列表还在继续，并且变得越来越深奥。
但除了准粒子外，这个领域还有很多东西。物理学家现在可以制造出比通常速度慢得多的材料，比如每小时40英里。他们甚至可以创造出光在其中移动的材料，就好像有两个空间维度和两个时间维度，而不是通常的三维空间和一个时间维度!通常我们认为时间只能朝一个方向前进，但在这些物质中，光可以选择许多不同的方向，它可以“在时间中前进”。另一方面，它向内运动空间被限制在飞机上。
简而言之，浓缩物质的可能性只受限于我们的想象力和想象力物理基本规律．
一个在这一点上，通常会出现一些怀疑论者，质疑这些东西是否有用。事实上，这些新材料中的一些很可能是有用的．事实上，许多凝聚态物理虽然没有我刚才描述的那么吸引人，但却被精确地用于开发新的改进的计算机芯片，以及像“光子学”这样的技术，它使用光而不是电子。光子学的成果无处不在——它渗透到现代技术中，如平板电视——但物理学家现在的目标是更激进的应用，如利用光处理信息的计算机。
然后，通常会出现一些其他类型的怀疑论者，问凝聚态物理是否“只是工程”。当然，这个问题的前提是侮辱:工程学没有错!尝试创造有用的东西不仅本身很重要，也是一个很好的筹资方式关于物理学的新问题．例如，整个热力学领域，以及熵的概念，在某种程度上都源于试图制造更好的蒸汽机。但是凝聚态物理不仅仅是工程学。其中很大一部分是关于物质可能性的研究，就像我在这里说的。
如今，凝聚态物理领域就像基本粒子或黑洞研究一样，充满了有益的新见解。与基础物理学不同的是，凝聚态物理学进展迅速——部分原因是实验相对便宜和容易，部分原因是有更多的新领域需要探索。
所以，当你看到有人为基础物理学的不幸而哀叹时，认真对待他们——但不要因此而沮丧。找一篇关于凝聚态物理的好文章读一下。你马上就会高兴起来。
John Baez是加州大学的数学教授，Riverside和新加坡Quantum Technologies中心的访问研究员。他在方位角的数学，科学和环境问题上博客。
主图像:Stef Simmons, UCL数学和物理科学/ Flickr
