图6 程开甲、彭桓武、黄昆及其著作 (a)，(d) 程开甲和他编订的《固体物理学》封面；(b)，(e) 彭桓武和他的博士论文封面；(c)，(f) 黄昆和他与谢希德共同编订的《半导体物理学》封面
自1950年起，程开甲在浙江大学、南京大学开展了物理学科建设事业和固体物理的教学工作。在1959年，他将在南京大学教授固体物理学所使用的讲义整理装订成册，出版了新中国的第一本《固体物理学》书(图6(d))[54]。在其固体比热一节中，程开甲在脚注里给出了“声子”的定义：“每一个振动频率为ωj的振动子的激发态称为声子，特别在n=1时，表示具有一个声子，具有能量ℏωj，具有动量ℏωj/c，c为声速”。同时在附录24中，程开甲基于声子模型得到了光频支与电场相互耦合的哈密顿量。作为国内第一本固体物理教材，这本书对我国声子物理的教学与科研起到了重要作用，其中涉及的不少内容至今仍然十分先进。
1960年，程开甲任第二机械工业部第九研究所副所长，参加原子弹的研制，从此改变研究方向为爆轰物理和状态方程理论研究，为我国的国防科技事业隐姓埋名二十多年。与程开甲经历相似的还有他的师兄彭桓武(图6(b))，二人均在玻恩名下攻读博士学位，均为新中国“两弹一星”元勋。彭桓武是玻恩名下的第一位中国留学生，也是最早用量子理论研究固体晶格热物理的中国人。1940年，彭桓武以《电子量子理论在金属力学和热学性质中的应用》(“Application of quantum theory of electrons to the mechanical and thermal properties of metals”)为题发表了博士论文(图6(e))，并于1941年和1942年在博士论文的基础上进一步发表了三篇晶格动力学领域的文章[55-57]。不过在这几篇文章中提到关于晶格原子或者离子运动时，多采用 thermal wave，并没有用到过 phonon。
彭桓武在完成其博士论文后改变研究方向，前往都柏林研究院进行介子理论方面的研究。上文提到的程开甲对海特勒—彭理论的修正(即参考文献[52])中的海特勒—彭辐射理论即为彭桓武在这一时期的工作[58]。1947年回国的彭桓武致力于缩小国内外物理学差距，先后在云南大学、清华大学、北京大学教授量子力学，并积极邀请著名物理学家访华或为国内年轻物理学家争取出国交流机会。随后，彭桓武为了“两弹一星”国家重大战略需要，再次调整自己的研究方向，在中子物理、辐射流体力学、爆轰物理等领域取得突破进展，为原子弹和氢弹等战略核武器的设计奠定了理论基础。
被誉为“中国声子物理第一人”的黄昆先生(图6(c))也是中国学者中最早在英文文献中使用“phonon”的(见1951年的论文[45])。而在归国之前，黄昆先生已经在声子物理领域做出了开拓性贡献，其中最著名的两项工作当属“黄方程”[59-61]和“多声子跃迁理论”[62]。在文章[60]中，黄昆利用自己提出的方程处理了离子晶体中晶格振动光频支与电磁波的耦合问题，解释了离子晶体的红外色散特性。而黄昆处理的这种光波与晶格振动的耦合产生的新的元激发，现在被称为“声子极化激元”。在文章[62]中，黄昆虽也未使用phonon一词(采用的lattice vibrational quanta等词汇)，但文章提出了后来被称为“多声子跃迁理论”[63]的方法，来处理固体杂质缺陷束缚电子态跃迁问题，被公认为是电子—声子相互作用在固体缺陷光吸收领域的开创性工作[64]。而文章中引入的表示跃迁前后声子云的平均声子数之差的无量纲因子，也被命名为黄—里斯因子(Huang—Rhys factor)[65]。值得指出的是，这篇1950年的文章实质上首次揭示了“相干声子态”的概念[65]，远远早于1963年格劳伯(Roy J. Glauber)提出的相干光子态(后者因此荣获2005年的诺贝尔物理学奖)[66]。
黄昆认为“在中国培养一支科技人才队伍的重要性远远超过个人在学术上的成就。”这一理念不但体现在其持续一生的教学生涯中，更在科研工作中潜移默化地影响着一代又一代青年声子物理工作者。1951年归国后，黄昆首先在北京大学承担本科生近代物理和统计物理的教学工作。1953年开始，黄昆担任北京大学固体物理专门化教研室主任[67]，为研究生、中国科学院应用物理所的科研人员和一些高校进修教师上固体物理课程，为我国的固体物理领域培养了一批骨干人才。
1956年，教育部为了迎头赶上国际前列水平，成立了五校联合的半导体专门化，黄昆担任半导体教研室主任，谢希德担任副主任。黄昆是这一决策的主要建议人，同时也是实施的主要组织者。这次专门化培训班培养了两百余名学生，成为我国半导体事业的“黄埔一期”[64]。1958年，黄昆和谢希德二人基于1956—1958年这两年教学所用的讲义出版了新中国第一本《半导体物理》教材(图6(f))[68]。在1958年出版的这本书中，可以很容易地找到“声子”这一中文词汇及其相关物理内容。
Phonon在物理学中的意义
声子，作为表征固体振动模的能量量子，其诞生与统计物理的发展，量子力学以及量子场论的诞生紧密相连，更与“光子”概念的诞生和发展密不可分。能量量子化、玻色—爱因斯坦统计和量子场论观点，这些对声子诞生起到关键作用的理论和思想，实际上都是起源于对电磁波和光子的研究。历史上声子(phonon)这一概念无论是物理内涵还是命名方式也都一定程度上受到了光子(photon)的启发和影响。
自声子诞生之初，声子和光子间的类比探讨从未停止。一方面，弗仑克尔在提出“phonon”一词后随即在书中指出它不具有像photon那样的“实在性”[69]：
“然而，我不认为会有人相信这种‘声子’的实在性。当然，这并不意味着光子同样是不真实的，因为声学和光学之间的类比与光学和力学(或声学和单粒子力学)之间的类比一样肤浅(I do not think, however, that anybody would believe in the reality of such‘phonons’. This does not mean, of course, that the photons are equally unreal, for theanalogy between acoustics and optics is just as superficial as that between optics and mechanics (or acoustics and the mechanics of single particles.)。”
可见在一开始，物理学家就不认为声子是和电子、光子一样可以存在于真空中的物质粒子，而仅仅是作为一种简化研究固体振动性质而引入的一种抽象概念。实际上，在1929年派尔斯(R. Peierls)针对固体热导率提出晶格中弹性波相互作用的倒逆过程(umklapp process)时[70]，指出波散射前后准动量之间可差一个倒格矢。用现代的语言讲，就是由于晶格介质的存在，声子在相互作用前后准动量不守恒，可以差一个额外的介质周期性提供的准动量。这与光子、电子等在真空中可以存在的物质粒子所遵循的动量守恒行为大不一样。且根据测不准原理∆x∙∆k≥1，对于具有明确准动量k的声子来说，有∆→∞，即声子的位置无法确定。因而，声子既不是传统的“真实”粒子，也不局域在实空间中，而是代表一种集体激发的非局域准粒子。这种图像是便于处理介质中的多物理相互作用的。
这一“准”粒子观念随后升华为：介质中某种场的振动波或多体相互作用产生的集体运动状态的能量量子，均可视为介质中的某种元激发(elementary excitation)。元激发这一准粒子物理概念的引入，极大地启发了物理学家对凝聚态物理中多物理场与物质粒子各种相互作用的思考。声子，作为物理学中引入的第一个元激发，从准粒子的角度，更简洁地描述了固体中物质粒子的复杂集体运动和相互作用，相继启发了更多的丰富的准粒子，如：激子(exciton，1931年弗仑克尔提出概念[18,19]，1936年也由弗仑克尔命名[71])，极化子(polaron，1933年朗道提出概念[72]，1946年佩卡尔(S. I. Pekar)命名[73])，极化激元(polariton，1956年法诺(U. Fano)提出概念[74]，1958年霍菲尔德(J. J. Hopfield)命名[75])，等离激元(plasmon，1951年玻姆(David Bohm)和派恩斯(David Pines)提出概念[76]，1956年派恩斯命名[77])等等。这些准粒子的英文名均以“-on”作为后缀，中文译名则均以“子”或“激元”结尾。
另一方面，声子这样的元激发准粒子性质又引发了物理学家对其实在性的进一步思考，反过来对声子类比的对象——光子是否真的“实在”这一问题提出质疑。其实早在一开始，在弗仑克尔提出“phonon”一词的同时，他就加了脚注(图3(d))：
“我一点也不想在此表达声子是真实存在的这样的印象。相反，声子的引入可能对光子的真实存在性提出质疑(It is not in the least intended to convey hereby the impression that such phonons have a real existence. On the contrary, the possibility of their introduction rather serves to discredit the belief in the real existence of photons.)。”
在弗仑克尔第二册的《波动力学：高等通论》[69]一书中，他也写到：
“然而，我倾向于认为光子不比声子更加真实，在某种程度上，它们是由光现象中物质的波粒二象性的一种反映所创造的(I am inclined, however, to think that photons have no more reality than phonons, and that they are created by a reflection, as it were, of the wave-corpuscular duality of matter in the phenomena of light.)。”
随着量子场论的发展，这种对声子的思考演变为对光子、电子等基本粒子起源的探讨。20世纪后半叶不断发展的对称性破缺思想指出，如果系统基态具有一种称为连续对称自发破缺的特性，这个基态可以具有无能隙激发，且连续对称自发破缺后必然导致Nambu—Goldstone玻色子的出现[78]。基于这一理论，无能隙声子可以认为是由连续平移对称性在周期晶格固体中的破缺导致的。但这一理论不足以解释光子和费米子的起源问题，激发了人们不断引入新的思想和理论。比如，场的振动涨落导致元激发准粒子的思想由文小刚等进一步发展，称为弦网凝聚。在这套理论下，所谓的基本粒子也不再基本，而是小于普朗克尺度下局域玻色子系统的低能集体激发所演生出来的[79]。
总 结
“夫夷以近，则游者众；险以远，则至者少。而世之奇伟、瑰怪、非常之观，常在于险远，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。”对物质运行规律和真理的不懈追求驱使着物理学家们在知识的边界不断探索。经历热力学统计物理到量子力学再到量子场论这一险远历程，声子这一“奇伟非常之观”终于展现在世人眼中。
声子诞生的历史可以用黄昆先生的名言“物穷其理，宏微交替”精要地总结。随着相关理论的不断发展，晶格振动的图像从粒子运动到弹性波的传播，再从格波到声子，描述手段在“粒子(准粒子)”和“波(场)”间不断交替、层展，蕴含着丰富的辩证思维。连续与离散、波动与粒子、全局与局域、对称与破缺等等对立统一的观念在声子物理里到处可见。每一次认知的螺旋上升，都昭示着人们对物质世界本源的更进一步。声子领域将随着人类对量子物态调控能力的增加而不断扩大，会越来越多地按需设计具有特殊功能的人工微结构和具有新奇性质的混合量子态，从而继续对科技、经济和社会进程产生重大影响，为物理学的新进展作出重要贡献。
抗战期间，杨肇燫先生曾写道“蛰居沪滨，幽忧隐愤，共相策励，亟思藉韬潜之光阴，从事于严正科学之述作，为将来复兴作育人才之准备，效涓埃之助……”。每览此文，长不能喻之于怀。声子在国内的翻译、传播和发展离不开许多老一辈科学家在名词审定、教学、科研等领域的长久付出。中国物理学人的风骨和治学的严谨在他们身上体现得淋漓尽致。斯人已去，其志长存，老一辈科学家对中国物理学(包括声子名词，声子物理)的贡献将被后来者永远铭记。回眸这段历史是为了更好地启迪今日，走向未来，创造新的历史。
注：
1) 本文主要回顾 phonon(声子)诞生前后的历史。为避免混淆，本文在强调其诞生的历史或仅涉及国际情况时，采用英文“phonon”；在概述其在国内的传播发展概况以及其在整个物理学中的意义时使用中文“声子”。受篇幅和主题所限，本文对当代声子物理的丰富成果未能详细涉及，是为遗憾。
2)这里的polariton主要是指exciton polariton(激子极化激元)，而黄昆实际上在1951年提出了声子极化激元的概念(在4.2中我们对此有简要描述)。
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