固体物理作为一门科学单独分离出来，大约要向前追溯45年。那时出版了第一本专论固体物理内容的著作，并率先使用了“固体物理学”这一名词。该书即Fredrick Seitz撰写的《现代固体理论》，1940年出版。作者曾尝试在该书中全面论述所有那些能经得起量子力学理论检验的固体性质，它是当时最早从固体理论观点出发，提出许多与一般物理学内容根本不同的固体物理学专著。适合大学生程度并全面阐述固体物理学观点的第一本教科书是Charles Kittel1953年写成的，其后曾多次再版，发行量一增再增。固体物理这门科学是从对一切可能被人们充分了解的领域里的认识逐渐发展起来的，从事固体物理研究的科学家也从为数不多的几个发展到成千上万。另外，由于耗资颇多，所以在这个分支领域里出版物、专题研究、专业会议和期刊杂志的数量也在剧增。

诚然，固体物理的发展不是孤立的，特别是在恢复和经济似乎从未停止过发展的战后那奇迹般的35年期间，作为经济发展动力的科学令人激动震惊，因为那时，它已十分活跃、兴盛。开始固体物理曾被人们当作原子物理，这不仅因为它具有提供廉价能源的广阔前景，而且还因为它曾经为一些新兴工程技术部门奠定了科学根据。如果从开始到现在就一直把固体物理当作原子能科学研究，那么其前途肯定是十分暗淡的。这样做，结果只能使固体物理的内容变得平庸而且毫无特色。因此它最终将多少有点世俗、单调、不过，随着对固体研究的逐渐深入，改革与发明不断涌现出来，于是导致整个社会面貌发生深刻变化，既然把固体物理当作原子能科学没有前途，它那充满活力的内容会变得枯燥无味，那么这些情况就一定会引起人们关注。微电子技术也就在这一时期诞生了。

初期阶段

1948年宣布世界上第一个微电子器件——晶体管研制成功，这对整个固体物理发展刺激很大，这时，从工厂和高等学校的科研所与实验室里兴起了一股固体理论的研究之风，因而使其取得了举世瞩目的新进展。本世纪最初十年发展起来的三门重要科学——量子力学，X射线晶体结构分析及晶体生长技术，对后来固体物理的诞生有很大影响。量子力学的新发现让人们从理论上研究固体的电学，热学和光学性质，人们搞清了怎样计算固体，特别是金属的内聚力，固体的某些性质，还能用一种设想的点阵结构模型解释。一开始，点阵结构模型是人们为解释物质的均匀性而建立的。不知什么原因，固体对外界条件敏感这种特性未能同点阵结构理论取得协调一致（也就是说，固体对外界条件敏感的特性，在结构上还要用点阵缺陷及掺杂解释）。虽然有些固体的性质在当时已被人们认识，但对这些性质的研究，一方面是由于X射线衍射技术的发展，另一方面也是由于单晶体生长技术的发展而得以实现的，正是借助于这两项技术才使固体物理摆脱了对实验结果似乎一无所知和矛盾的困境。

令人难理解的是，固体的某些最突出的属性（例如强度和塑性）经证明要想把它们搞清楚是很困难的。无论你选用什么方法计算固体的强度，其有效值被证明至少有几个数，量级，不知何故，固体并不像它本身所应有的那么牢固。大部分固体在其所受外力达到了弹性限度时，除发生塑性形变外，并不都突然断裂。另外，更令人不可思议的是，使固体发生塑性形变的方法还能增加固体的强度——这一现象即是十分著名的淬火加工工艺。Kohnion认为要想圆满解释固体的强度和塑性，还存在实际困难。科学家们几乎都无法回避这个问题。在X射线衍射和晶体生长技术发展起来以后，才有可能进行那些结果十分有意义的实验。人们积累了大量的信息资，料，并在这个基础上提出一些假说，有些假说当时看起来就很荒唐，但是，那时人们不得不假定实际固体本身的缺点及由于塑性形变所引起的强度增加，是违反某种标准晶体结构形式的表现。以前还没人提出过能经得起时间检验的晶体缺陷——位错——假说。1934年有三位科学家各自独立地提出了这一假说，而这一假说的正确性直到1950年才经过实验加以证实。那时，由于开始使用电子显微镜和染色技术，晶体中的缺陷变得能直接观察。当然，这就无疑而且又十分恰当地证明了它的存在。另外，这一时期还开始使用了一批现代化的科学仪器与设备，以使固体物理在实验技术上得到进一步发展。

仪器设备，对于科技进步是必不可少的因素，但是它们本身则又是从事科研和工程技术的科学家们共同努力的结果。研制新仪器、新设备的刺激通常来自于科学的新发现。X射线及其特点，电子束的波动性等相应的观察测试设备品是在对其研究的过程中引进大批科技成果后试制出来的。电子显微镜，单晶体生长等设备与普通仪器不同，它们是在实验室里发展起来的，跟固体的力学性质已经经过证实一样，上述这些技术领域里的知识和理论，也都是在电子学的研究中被明确证实了的。此外，还有一些事情是当时人们所料想不到的，例如单晶体，以后竟成了整个新兴工业——电子工业的半导体原料。正因为如此，后来又有更多的科技成果被引进到这项技术中来，实际上它已经变成工程技术部门的一个新分支。

对金属的研究

金属的生产，加工和应用远比从物理学的观点对它任何一种性质的认识都要早一百年甚至一千年。当传统的金属生产加工工艺和早期金属制品的缺点开始显露出来的时候，出于人们为更好掌握金属特性的需要，冶金工程技术便应运而生。不过，从某种意义上讲，作为一门独立的科学，必须具备完善的实验手段和精密的测量方法，因为只有这样，它才能真正成为一门科学。金属为什么会具有某种特点，作为一个重要问题，目前我们仍然无法回答，或者还根本未被人们提出来，但是金属的生产和应用却得到了飞速发展，以致能充分满足民用、机械工程和航空工程的需要。金属物理学是在两次世界大战之间的年代里就已经形成了的。虽然当时它还不能充分解决就金属本身而言所提出的一些难题，然而金属物理却经常被用来解决技术上存在的问题。例如甚至还在第一次世界大战之前，冶金工厂就已经能生产适合于飞艇和飞机使用的高强度铝合金。实际上金属为什么会具有这样的强度还是一个奥秘，除了用沉相淬火硬化工艺这个假说加以解释之外，我们认为这正是目前位错理论研究的一个重要课题。

物理学家们所做的各种材料性质的力学试验可以说是解决上述难题的一种方法，但是几乎都没有什么直接有效的结果。半导体材料性能的研究，使物理学领域开始出现“纯理论的”物理和“应用的”物理两个完全相反的极端。在世界大战期间，半导体理论在三个方面取得了进展：第一方面是把量子力学应用于半导体的研究，并用它来描述半导体的电学特性或解释某些现象。例如半导体和金属的连结等，这一工作抽象而又极富有数学情趣，跟实际应用没有什么直接联系，不过这样做实际上确实是很有益的。第二方面则是半导体的实际应用。这些以实验为基础的工作促进了半导体实际应用的必然发展，从而研制成一批安全可靠的固体检波元件和光电元件，过去它们基本上是用氧化亚铜和硒制造的。第三方面的工作是解决包括旨在解释诸如像碱金属一类的大间隙半导体性质的各种煞费苦心的实验。

就这些研究工作本身的特点而言，上述第一、第三两方面大多集中在高等学校里进行，而其中第二方面工作，则主要是在科研所的实验室里进行。同样，从它们本身特点分析可以看出，理论研究多半不需要固定场所，各个国家都能开展。但是，做实验则需要固定场所，而且在条件简陋的实验室里做实验周期特别长。理论研究可以不依赖于仪器设备，也没有时间上严格连续性的特点，它只需要极少数几个人就能进行，从事理论研究的个人必须保持联系，经常参加重要的学术研讨，从中吸取知识渊博的同行们的观点与见解。做实验工作不仅需要有特殊设备（这些设备往往要自制），而且要求实验工作者不断向同行们学习新的实验手段，方法和技巧。没有任何一本教科书能向我们直接提供只能在实验室的工作中才能获得并且是逐渐积累起来的，被大家确认为是实验技能的实践知识。

碱金属卤化物的研究，当时是在G?ttingen完成的。它的结果十分重要，以致使别国的科学家们竞相效仿，直到这些结果最后为全世界公认为止。对这，我们不必惊异，从前的学生——这些学生在校学习期间不断受到学术研究的熏陶和影响，后来可能在别处的大学里被确认为学者，通过这种正常途径把上述成果从其研究中心逐渐向外扩展。G?ttingen的研究成果在1920年代到1930年代早期德国理论物理学领域里几乎没有反响。事实上，它在纳粹德国具有强烈政治倾向的物理学界根本不可能得到反响。只有在英国和美国，才会得到反响，取得进展。令人费解的是，大多数的信息传递者和他们的支持者都不是实验物理学家而是理论物理学家，像Nevill Mott和Frederik Seitz等。正因为有他们，大量实验结果和理论模型从G?ttingen不断泄漏出来。尽管他们没来及用高度抽象的语言明确表达出来。但是我们认为，这些对固体物理的发展，曾经无疑是一个重要促进因素。对于具有实用主义传统的盎格鲁萨克逊人来说，纯洁比实用是更小的优点。

世界大战期间的固体物理

在世界大战之间的那些年，人们对于检波器件的研究，还仅仅只局限于点接触检波器这一小部分，由于工业生产方面的一些原因，点接触检波器作为电子元件的先驱及早期的无线电检波元件，后来被检波电子管替代。触须式检波晶体管一直未被人们考虑。仅仅当它被看作是新发明的母体以及由于高频雷达信号检波需要时，才再次受到注意，那时雷达接收机上的晶体管检波管是在可能还不知道其结果究竟会怎样的思想指导下，通过不断的试验尝试研制成的，所以它必然会有很多需要改进的地方。工业生产制造的军事装配，在其管理中，不允许触须式晶体管使用时所必须有的那种琐细、麻烦的管理方法。令人高兴的是，本世纪初，热衷于无线电的业余爱好者对这种情况都有体会，人们渐渐明白完全只凭经验不可能获得既具有良好检波性能又不容易破碎的元器件。恰好就在这时，美国人得到了英国的技术情报和目的在于增进对半导体材料性能了解的基础理论研究之重要计划。他们调整了接触点终于制成更好的检波元件。这是早期有计划地利用物理理论来改进技术的一个典型范例。

上述做法被证明是非常成功的。它不仅在很大程度上引起雷达检波技术性能的改进，而且也使基础理论与其研究方法发生根本变化。正因为像这样做了，才诞生了晶体管。当然也就从这时起诞生了微电子学。

半导体理论在世界大战期间取得了巨大进展。如果仅仅就这个事实看，人们一定会得出结论，说战争是物理学发展的极好机会。第二次世界大战期间半导体物理和原子能科学的发展无疑是巨大的。但是战争对这一学科其它分支的发展也许是不利的，就更不用说别的学科了。例如，固体的力学理论（例如位错理论），不管怎样，在战争年代就没能得到发展。大批物理学家忙于从事制造炮弹，改进防护甲板；物理学基础理论又不可能即时有限地被利用，所以它被逐渐淡忘、被冷落了。十分有意思的是，人们已经注意到，在半导体的研究方面，德国人不仅大大落后，而且完全变成了只讲实用的功利主义者，他们仅仅只模仿美国人和英国人的成果。

尤其值得指出的是，1930年所发动的政治极端愚蠢和十分残暴的罪行，致使大批科学家出逃，因而发生“活着的”知识的转移，我们可以这样说，这时历史已经进入到一个新的进程。纳粹德国甚至对一些著名的科学家也非常憎恨、仇视，除非他们的血统毫无瑕疵（这是按纳粹的观点说的）。这时，欧洲刮起了一阵移民风，从有世界名望的著名大学的教授到普通研究生，他们的生命安全都受到威胁，再加上他们十分厌恶那种令人忍受不了社会制度和法西斯统治，纷纷逃亡到其它地方，我们至少可以说，那时固体物理研究中心已经部分地从德国转移到美国和英国。那时，美国的工业企业家们比任何时候，也比任何其它国家的工业企业家们更加意识到他们那些新产品的开发是建立在科学发展基础上的。随着经济势力中心的转移，固体理论研究中心的转移大概也就不可避免了，正因为如此，我们说，一个国家科学体系的打破要比它的建立更容易。古老的，具有悠久历史的德国科学跟它的其它东西一样，是很有教益、令人忧伤而且非常恰当的事例。新鲜血液的注入使美国科学获得了生命力，并且增进了它在科学上的优势。这时德国科学却遭到几乎毁灭性的打击，使德国科学从这个基础上恢复起来需要花费近三十年的时间。

固体物理史的研究，向我们揭示了大量科学——特别是科学发展规律——方面人们不知道的事情以及它发展中一些值得人们深思的客观影响。固体科学之所以能取得成功，不仅因为它那些现代课题中的重要理论在应用上取得了成就，而且还因为它能让人们清楚区别前面提及的重要方案之间的界限。为了了解对外界条件敏感的半导体结构特点，为了了解半导体元件工作细节，为了让它能在特殊场合下使用而要求其精巧化、小型化，还需要人们不断进行各种艰苦实验。一个正确的，具有必然性的理论通常总是以分别在其它科学分支领域局部应用的方式逐步演变而得到的。如果运用得当，交叉授粉原理，是非常有成效的。

固体物理所以能取得今天的地位，发展到今天的规模，是因为我们已经证明它的成就十分突出。虽然一种新技术的形成无疑要依赖于科学研究这种思想今天已经是很自然的了，但是在理论研究与工程技术之间还存在一个协同关系，而且还可以证明这一点无论在哪儿也不可能比它在固体，特别是半导体物理中更加有效。

我希望固体物理史的研究能为物理学家们提供一些新的见解与启发，不管怎样，我最大的愿望是尽可能地让固体物理能为其研究者提供愉快和吸引力。

[Physics Bulletin，1987年38卷2期]