2005 年，为纪念创刊 125 周年，Science 杂志发布了 125 个最重要的前沿科学问题。

其中涉及到一个“玻璃态物质本质”的问题，这与哈尔滨工业大学吕海宝教授所从事的高分子物理学相关。

图 | 右一为吕海宝（来源：吕海宝）

“玻璃态物质本质”旨在探索凝聚态物理学的新知识，是连接微观自然规律与宏观自然规律的基础。针对其开展研究主要具有以下意义：

其一，探索临界波动与跃迁；

其二，探索物理定律能否统一；

其三，探索法国物理学家皮埃尔-吉勒·德热纳（Pierre-Gilles de Gennes）的标度率；

其四，探索美国物理学家菲利普·沃伦·安德森（Philip Warren Anderson）的量变质变涌现效应；

其五，探索美国物理学家肯尼斯·威尔逊（Kenneth G. Wilson）的重整化群论；

其六，探索钱学森先生的系统科学思想、以及乔治·帕里西（Giorgio Parisi）的复杂系统。

自从 2010 年参加工作之后，吕海宝就以该问题作为自己的科研方向。

当年，他开始研究多重玻璃化转变，并开始探索玻璃化转变的离散性、随机性、统计学规律。

2013 年起，他又针对“热-力-化多场耦合效应”开展研究，探索从分子动力学到凝聚态物理的多尺度力学、跨尺度效应、时空变换规律及其时空方程。

2015 年起，吕海宝启动针对协同效应与热力学熵的研究，并开始探索熵、熵变在跨尺度临界问题的数学原理。

2017 年，其获得国家自然科学基金委杰出青年基金。随后，他给自己定下了这样一个目标：破解“玻璃态物质本质”难题，为基金结题做准备。

2019 年，已有一定积累的吕海宝开始撰写论文。不过，在此期间他仍在研究玻璃化转变的统计方程与计算。

其表示：“期间我几乎每天翻看《概率论与统计学》与《高分子物理》这两本教材，出差也要背着这两本书。”

通过此，他找到了关于关键物理参数的数学原理，并据此建立物理模型和数学方程。

另据悉，在他起初的研究计划之中，并未涉及凝聚态尺度常数和物理定律能否统一的内容。

但是，解决“玻璃态物质本质”这一基础问题之后，他发现玻璃化转变反映出来的是分子动力学与凝聚态物理的定律统一性。

然而，对于“凝聚态尺度常数”方程中所涉及的一个关键参数，此前只有两篇文献对此有过简短描述。

由于原理不够清晰，将近两个月之久吕海宝都无法推导出来计算结果，也无法佐证其合理性和准确性。

为此，他又开始学习《混沌与分形》，并决定采用分形数学方法来计算“凝聚态尺度常数”。通过此，他终于让论文得以收尾。

最终，相关论文以《当物理与化学在动态玻璃化转变中相遇》（When physics meets chemistry at the dynamic glass transition）为题，以 article 形式发在 Reports on Progress in Physics（IF 18.1），吕海宝是唯一作者[1]。

图 | 相关论文（来源：Reports on Progress in Physics）

通过这篇论文，吕海宝重述了玻璃化转变，系统地给出了物理模型和数学方程，也给出了合理的计算结果。

（来源：Reports on Progress in Physics）

其表示，人类所接触到的物质即使是结晶物质，也很难达到 100% 的结晶度。

这会导致其中存在无定形态（即非晶态），所有非晶无定形态的物质都属于玻璃态物质，并会呈现出玻璃化转变现象。

因此，本次成果对于不同领域的应用，都能产生一些潜在价值。

但是，这一课题的研究意义主要集中于精确理解和定量定义玻璃化转变。

它主要证明了分子物理（化学）与凝聚态物理的定律统一性，为证明物理定律统一性提供了尺度力学的方法和佐证。

图 | 吕海宝（来源：吕海宝）

本次期刊的责任主编也评价称，这篇论文讨论了关于物理定律能否统一的问题，与麦克斯韦电磁定律和牛顿万有引力意义具有一定的相近性。

图 | 期刊责任主编针对本次论文的评价（来源：吕海宝）

另据悉，吕海宝的成长经历非常“一以贯之”，他小初高分别就读于哈铁三小、哈铁三中、和哈铁一中，本硕博则均在哈尔滨工业大学完成。

如今他在哈工大从事科研工作已有 14 个年头，目前他主要聚焦于研究高分子物理和软物质力学。

其表示：“基础科学问题的研究目的之一就是认识世界及其规律，但往往需要很长时间。因此，我非常期待有机会向同行专家和老师们汇报！”

参考资料：

1.Lu, H. (2024). When physics meets chemistry at the dynamic glass transition. Reports on Progress in Physics.

排版：刘雅坤