一个不平衡的现象
20世纪凝聚态物理的发展是极不平衡的。凝聚态物理是研究固体和液体两大体系的基础科学，但是迄今为止，凝聚态物理的主要成就几乎全部集中在固体材料上。一些人们熟知的科学概念如超导电性、费米面、能带、隧道效应、缺陷等等，都是在固体研究中形成的。而构成当今信息时代的高技术产品如半导体芯片、光纤、超导磁体、CD、磁带等，也全部属于固体体系。相比于固体材料的辉煌成就，液体可就显得暗淡得多。无论从科学研究还是开发应用上，液体似乎没有什么值得称道的。可能唯一能在人们头脑中有所印象的只有“液晶”。在美国国家科研委员会编的《九十年代物理学》——《凝聚态物理》分册中，全书13章的大部分是在讨论固体，而液体仅占了其中的一章。可见当今人们对液体的研究远逊于固体。
这种不平衡的现象有其深刻的科学背景。
固体可以做成有序的晶体，而液体在本质上是无序的。物理学发展到现在，对于有序问题的处理还是有不少办法。在固体物理的研究中，已发展起一整套系统的理论范式，可以用来解释固体中十分精细的行为和现象。相比之下，对于无序问题，物理学家几乎是束手无策的。虽然最近几年发展起来的非线性科学，使人们对无序-有序现象有了更多地了解，但还远称不上已形成了某种理论上的范式。因此，对于以无序为特征的液体，在理论上缺乏相应的工具。例如，对于普遍的液态水的研究，现有的理论模型目前只能解释水的少数特征，没有普适性。
实验方法的欠缺是另一重要原因。这里主要是指在微观层次上测量液体性质的实验手段。因为对于宏观水平的研究，在本世纪初期就已基本完成。现代物理学的特征是在微观层次上揭示材料的结构及性质关系，从而导致一系列新的发现和应用。在固体研究上，人们已发展起来了一大批实验手段用于其结构的微观研究。电子显微镜技术及x-ray等技术已可以揭示固体材料原子水平上的细节。但这些仪器大部分工作在真空中，或者需要样品结晶，因此不适合液体的研究，一直到本世纪80年代，对于液体的观测研究，基本上处于宏观水平。
由于理论方法和实验手段的欠缺，对液体的研究一直比较沉寂。在一般人的概念中，液体并不是当今物理学的“时髦”课题。在1995年美国春季物理年会（即凝聚态物理会议）上，当笔者告诉一位与会者自己正在做液体水的研究时，对方开始竟误以为我是搞污水处理的。
一种新的趋势
当一滴油滴在一块玻璃板上时，它会沿玻璃表面逐渐散开，最后铺满表面。这种现象称之为“润湿”，它是一个非常古典的物理学概念。1806年，拉普拉斯（Laplace）就开始研究了这一现象，并给出了经典的描述。时隔100多年，本世纪80年代，这一现象又引起了德让纳（de Gennes）的兴趣。德让纳是1991年诺贝尔物理学奖获得者，他的研究领域非常广阔，并具有开拓性，往往在以后成为科学界一个活跃的领域。德让纳近几年转向时“润湿”这一十分经典的物理现象的研究，也引起了不少物理学家包括我国物理学家的注意。在谈及为什么对“润湿”感兴趣时，德让纳说道“180多年来，涉及这一现象的最根本的一些问题才刚刚开始着手研究。”当然，他指的是那些涉及微观层次的问题。比如，当油滴完全铺展在玻璃表面后，这层油的厚度是不是确定的？另一个问题涉及到润湿的必威在线网站首页网址 过程。当油滴扩散时，它的边缘的厚度是怎样变化的？盖尔拜特（A. M. Cayabat）等人利用高分辨的椭圆光度仪观察一种名叫PDMS的油滴在平整的硅片表面扩展时，发现它的边缘的形状并不是像人们开始以为的那样光滑连续，而呈现出台阶性，非常像一层层的楼梯。每个台阶的高度仅相当于分子直径的大小。这种现象涉及到许多非常基础的问题，其中之一是液体在微观尺度上呈现的某种非连续性。
这种非连续性相当令人惊讶，因为在经典观念上，液体都是被作为连续介质看待的。液体在微观层次上的非连续性还体现在它的力学性质上。在美国加州大学圣巴巴拉分校的一组研究人员利用一种叫“表面力测量装置”（SFA）的仪器来测量夹在两个贴得很近的固体表面的一层超薄液体的力学性质。实验发现，当进一步挤压这层液体到几十个纳米（1纳米=10-9米）尺度时，液体呈现出的反弹力会随间距发生一种周期振荡式的变化。据分析，这种振荡反映了液体中分子之间位置的重排。这种压力的周期振荡能直接影响液体的润滑性质。他们在测量其摩擦力的变化时，发现了台阶式的跃变现象。
加州大学伯克利分校化学系李远哲教授实验室的一些研究人员却对几个水分子形成的团簇感兴趣，他们发现在平衡状态时，几个水分子连结形成一个小圆环，每个水分子在环上还不断地做翻滚动作。“对这种水分子的团簇研究有可能导致我们对水的性质的真正了解。”研究人员说。水的确是很奇妙的。当一个疏水性的分子进入水中时，水分子会形成一个二十面体的小“笼子”将其包起来。水的这种性质在生物大分子的功能上起着十分重要的作用。尽管人们对水做了许多研究，但在微观层次上，水的神秘面纱还迟迟未被揭开。
在美国劳伦斯 · 伯克利国家实验室做博士后的Qing则对另一个经典现象——潮解现象感兴趣。当盐放在潮湿的空气中时，盐表面会从空气中吸收水分，盐分子溶解在这些水中就发生了所谓的潮解现象。Qing感兴趣的是，当吸附的这层水为分子层厚时，盐表面是怎样开始溶解的。利用一种新发展起来的扫描介电力显微镜技术，Qing发现，在远低于NaCl晶体潮解点湿度（~70%）的40%湿度下，NaCl晶体表面并不是静止的。Qing看到表面的那些原子级台阶不断地前进或后移，宛如海滩边阵阵排浪，而晶体的晶面却保持平整不变。这表明，盐表面的溶解，主要发生在原子台阶上。
上面所列举的一些研究代表着液体研究的一种新趋势。简而言之，是对液体以及液体相关现象在微观水平上进行研究。这些研究之所以能得以进行，主要是来自于实验技术上的一些突破。高分辨椭圆光度仪、SFA，可以使人们研究厚度仅几个埃（?）的液体的结构与力学特性。扫描探针显微镜（SPM）最近的进展必须引起人们的注意。已经发展出了可以直接观察液体纳米形态的技术，其空间分辨率达20 nm甚至更低。另外还可以测量到固液界面单个氢键断裂的事件。这些技术的突破将使液体的研究重新活跃起来，并将其推向一个更深的层次——纳米层次。
下一个世纪的课题
正如本文开头所提到的，20世纪人类在开发固体上成就辉煌，在开发液体上却几乎是空白。
这并不等于说液体本身没有像固体那样大的潜在价值。液体特别是水与人类生活息息相关，水参与绝大部分的物理、化学和生命过程。生命体系对水的利用是值得人们注意的。生物大分子间的相互作用，其中很大一部分是亲水、疏水相互作用，它利用了水在微观尺度上的精细特性。在细胞器中的水，都处于纳米尺度，这种尺度下的水的特性与宏观也会有所差别，但是，迄今为止，我们对它的理解还相当贫乏的。正是由于我们对液体微观层次的性质了解不足，才使我们无法更深入地去开发利用它们。
由于液体本身的特性，它可以提供丰富的无序-有序现象，而这正成为物理学研究的一个主流，这一点，正是液体研究在科学上的价值。我们有理由相信，在21世纪，对液体性质特别是微观性质的研究，将会成为科学研究的一个重要领域，也将会导致一系列新的发现和应用。开发和应用液体，将成为下一个世纪科学的主题之一。