8/12/2019 Anderson - More is Different

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4 A u g u s t 1 9 7 2 , V o l u m e 1 7 7 , Number 4 0 4 7

More I s D i f f e r e n tB r o k e n s y m m e t r y a n d t h e n a t u r e o f

t h e h i e r a r c h i c a l s t r u c t u r e o f s c i e n c e .P . W. A n d e r s o n

T h e r e d u c t i o n i s t h y p o t h e s i s m ay s t i l lb e a t o p i c f o r c o n t r o v e r s y among p h i -l o s o p h e r s , b u t among t h e g r e a t m a j o r i t yo f a c t i v e s c i e n t i s t s I t h i n k i t i s a c c e p t e dw i t h o u t q u e s t i o n . T h e w o r k i n g s o f o u rm i n d s a n d b o d i e s , a n d o f a l l t h e a n i -m a t e o r i n a n i m a t e m a t t e r o f w h i c h weh a v e a n y d e t a i l e d k n o w l e d g e , a r e a s -s u m e d t o b e c o n t r o l l e d b y t h e same s e to f f u n d a m e n t a l l a w s , w h i c h e x c e p tu n d e r c e r t a i n e x t r e m e c o n d i t i o n s wef e e l we know p r e t t y w e l l .I t s e e m s i n e v i t a b l e t o g o on u n c r i t -i c a l l y t o w h a t a p p e a r s a t f i r s t s i g h t t ob e a n o b v i o u s c o r o l l a r y o f r e d u c t i o n -i s m : t h a t i f e v e r y t h i n g o b e y s t h e s a m ef u n d a m e n t a l l a w s , t h e n t h e o n l y s c i -e n t i s t s who a r e s t u d y i n g a n y t h i n g r e a l l yf u n d a m e n t a l a r e t h o s e who a r e w o r k i n go n t h o s e l a w s . I n p r a c t i c e , t h a t a m o u n t st o s o m e a s t r o p h y s i c i s t s , s o m e e l e m e n -t a r y p a r t i c l e p h y s i c i s t s , s o m e l o g i c i a n sa n d o t h e r m a t h e m a t i c i a n s a n d f e wo t h e r s . T h i s p o i n t o f v i e w , w h i c h i t i st h e m a i n p u r p o s e o f t h i s a r t i c l e t oo p p o s e , i s e x p r e s s e d i n a r a t h e r w e l l -k n o w n p a s s a g e b y W e i s s k o p f ( 1 ) :L o o k i n g a t t h e d e v e l o p m e n t o f s c i e n c ei n t h e T w e n t i e t h C e n t u r y o n e c a n d i s -t i n g u i s h t w o t r e n d s , w h i c h I w i l l c a l l i n t e n s i v e a n d e x t e n s i v e r e s e a r c h , l a c k -i n g a b e t t e r t e r m i n o l o g y . I n s h o r t : i n -t e n s i v e r e s e a r c h g o e s f o r t h e f u n d a m e n t a ll a w s , e x t e n s i v e r e s e a r c h g o e s f o r t h e e x -

T h e a u t h o r i s a member of t h e t e c h n i c a l s t a f fo f t h e B e l l T e l e p h o n e L a b o r a t o r i e s , M u r r a y H i l l ,N e w J e r s e y 0 7 9 7 4 , a n d v i s i t i n g p r o f e s s o r o ft h e o r e t i c a l p h y s i c s a t C a v e n d i s h L a b o r a t o r y ,C a m b r i d g e , E n g l a n d . T h i s a r t i c l e i s a n e x p a n d e dv e r s i o n o f a R e g e n t s L e c t u r e g i v e n i n 1 9 6 7 a tt h e U n i v e r s i t y o f C a l i f o m i a , La J o l l a .4 AUGUST 1 9 7 2

SCIE NCEl e s s r e l e v a n c e t h e y s e e m t o h a v e t o t h ev e r y r e a l p r o b l e m s o f t h e r e s t o f s c i -e n c e , much l e s s t o t h o s e o f s o c i e t y .T h e c o n s t r u c t i o n i s t h y p o t h e s i s b r e a k sdown w h e n c o n f r o n t e d w i t h t h e t w i nd i f f i c u l t i e s o f s c a l e a n d c o m p l e x i t y . T h eb e h a v i o r o f l a r g e a n d c o m p l e x a g g r e -g a t e s o f e l e m e n t a r y p a r t i c l e s , i t t u r n so u t , i s n o t t o b e u n d e r s t o o d i n t e r m so f a s i m p l e e x t r a p o l a t i o n o f t h e p r o p -e r t i e s o f a f e w p a r t i c l e s . I n s t e a d , a te a c h l e v e l o f c o m p l e x i t y e n t i r e l y newp r o p e r t i e s a p p e a r , a n d t h e u n d e r s t a n d -i n g o f t h e new b e h a v i o r s r e q u i r e s r e -s e a r c h w h i c h I t h i n k i s a s f u n d a m e n t a li n i t s n a t u r e a s a n y o t h e r . T h a t i s , i ts e e m s t o m e t h a t o n e m ay a r r a y t h es c i e n c e s r o u g h l y l i n e a r l y i n a h i e r a r c h y ,a c c o r d i n g t o t h e i d e a : T h e e l e m e n t a r ye n t i t i e s o f s c i e n c e X o b e y t h e l a w s o f

p l a n a t i o n o f p h e n o m e n a i n t e r m s o fknown f u n d a m e n t a l l a w s . As a l w a y s , d i s -t i n c t i o n s o f t h i s k i n d a r e n o t u n a m b i g u o u s ,b u t t h e y a r e c l e a r i n m o s t c a s e s . S o l i ds t a t e p h y s i c s , p l a s m a p h y s i c s , a n d p e r h a p sa l s o b i o l o g y a r e e x t e n s i v e . H i g h e n e r g yp h y s i c s a n d a g o o d p a r t o f n u c l e a r p h y s i c sa r e i n t e n s i v e . T h e r e i s a l w a y s much l e s si n t e n s i v e r e s e a r c h g o i n g o n t h a n e x t e n s i v e .O n c e new f u n d a m e n t a l l a w s a r e d i s c o v -e r e d , a l a r g e a n d e v e r i n c r e a s i n g a c t i v i t yb e g i n s i n o r d e r t o a p p l y t h e d i s c o v e r i e s t oh i t h e r t o u n e x p l a i n e d p h e n o m e n a . T h u s ,t h e r e a r e t w o d i m e n s i o n s t o b a s i c r e -s e a r c h . T h e f r o n t i e r o f s c i e n c e e x t e n d s a l la l o n g a l o n g l i n e f r o m t h e n e w e s t a n d m o s tm o d e r n i n t e n s i v e r e s e a r c h , o v e r t h e e x -t e n s i v e r e s e a r c h r e c e n t l y s p a w n e d b y t h ei n t e n s i v e r e s e a r c h o f y e s t e r d a y , t o t h eb r o a d a n d w e l l d e v e l o p e d w e b o f e x t e n -s i v e r e s e a r c h a c t i v i t i e s b a s e d o n i n t e n s i v er e s e a r c h o f p a s t d e c a d e s .T h e e f f e c t i v e n e s s o f t h i s m e s s a g e m ayb e i n d i c a t e d b y t h e f a c t t h a t I h e a r d i tq u o t e d r e c e n t l y b y a l e a d e r i n t h e f i e l d

o f m a t e r i a l s s c i e n c e , who u r g e d t h ep a r t i c i p a n t s a t a m e e t i n g d e d i c a t e d t o f u n d a m e n t a l p r o b l e m s i n c o n d e n s e dm a t t e r p h y s i c s t o a c c e p t t h a t t h e r ew e r e f e w o r n o s u c h p r o b l e m s a n d t h a tn o t h i n g w a s l e f t b u t e x t e n s i v e s c i e n c e ,w h i c h h e s e e m e d t o e q u a t e w i t h d e v i c ee n g i n e e r i n g .T h e m a i n f a l l a c y i n t h i s k i n d o ft h i n k i n g i s t h a t t h e r e d u c t i o n i s t h y p o t h -e s i s d o e s n o t b y a n y m e a n s i m p l y a c o n s t r u c t i o n i s t o n e : T h e a b i l i t y t or e d u c e e v e r y t h i n g t o s i m p l e f u n d a m e n -t a l l a w s d o e s n o t i m p l y t h e a b i l i t y t os t a r t f r o m t h o s e l a w s a n d r e c o n s t r u c tt h e u n i v e r s e . I n f a c t , t h e m o r e t h e e l e -m e n t a r y p a r t i c l e p h y s i c i s t s t e l l u s a b o u tt h e n a t u r e o f t h e f u n d a m e n t a l l a w s , t h e

s c i e n c e Y .x

s o l i d s t a t e o rm a n y - b o d y p h y s i c sc h e m i s t r ym o l e c u l a r b i o l o g yc e l l b i o l o g y

p s y c h o l o g ys o c i a l s c i e n c e s

ye l e m e n t a r y p a r t i c l ep h y s i c sm a n y - b o d y p h y s i c sc h e m i s t r ym o l e c u l a r b i o l o g y

p h y s i o l o g yp s y c h o l o g yB u t t h i s h i e r a r c h y d o e s n o t i m p l yt h a t s c i e n c e X i s j u s t a p p l i e d Y . A te a c h s t a g e e n t i r e l y new l a w s , c o n c e p t s ,a n d g e n e r a l i z a t i o n s a r e n e c e s s a r y , r e -q u i r i n g i n s p i r a t i o n a n d c r e a t i v i t y t o j u s ta s g r e a t a d e g r e e a s i n t h e p r e v i o u s o n e .P s y c h o l o g y i s n o t a p p l i e d b i o l o g y , n o ri s b i o l o g y a p p l i e d c h e m i s t r y .I n m y own f i e l d o f m a n y - b o d y p h y s -i c s , we a r e , p e r h a p s , c l o s e r t o o u r f u n -

d a m e n t a l , i n t e n s i v e u n d e r p i n n i n g s t h a ni n a n y o t h e r s c i e n c e i n w h i c h n o n -t r i v i a l c o m p l e x i t i e s o c c u r , a n d a s a r e -s u l t we h a v e b e g u n t o f o r m u l a t e ag e n e r a l t h e o r y o f j u s t how t h i s s h i f tf r o m q u a n t i t a t i v e t o q u a l i t a t i v e d i f f e r -e n t i a t i o n t a k e s p l a c e . T h i s f o r m u l a t i o n ,c a l l e d t h e t h e o r y o f b r o k e n s y m -m e t r y , m ay b e o f h e l p i n m a k i n g m o r eg e n e r a l l y c l e a r t h e b r e a k d o w n o f t h ec o n s t r u c t i o n i s t c o n v e r s e o f r e d u c t i o n -i s m . I w i l l g i v e a n e l e m e n t a r y a n d i n -c o m p l e t e e x p l a n a t i o n o f t h e s e i d e a s , a n dt he n g o o n t o s o m e m o r e g e n e r a l s p e c -u l a t i v e c o m m e n t s a b o u t a n a l o g i e s a t

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8/12/2019 Anderson - More is Different

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o t h e r l e v e l s a n d a b o u t s i m i l a r p h e -n o m e n a .B e f o r e b e g i n n i n g t h i s I w i s h t o s o r to u t t w o p o s s i b l e s o u r c e s o f m i s u n d e r -s t a n d i n g . F i r s t , w h e n I s p e a k o f s c a l ec h a n g e c a u s i n g f u n d a m e n t a l c h a n g e Id o n o t m e a n t h e r a t h e r w e l l - u n d e r s t o o di d e a t h a t p h e n o m e n a a t a n e w s c a l emay o b e y a c t u a l l y d i f f e r e n t f u n d a m e n -t a l l a w s - a s , f o r e x a m p l e , g e n e r a l r e l a -

t i v i t y i s r e q u i r e d o n t h e c o s m o l o g i c a ls c a l e a n d q u a n t u m m e c h a n i c s o n t h ea t o m i c . I t h i n k i t w i l l b e a c c e p t e d t h a ta l l o r d i n a r y m a t t e r o b e y s s i m p l e e l e c -t r o d y n a m i c s a n d q u a n t u m t h e o r y , a n dt h a t r e a l l y c o v e r s m o s t o f w h a t I s h a l ld i s c u s s . ( A s I s a i d , we m u s t a l l s t a r tw i t h r e d u c t i o n i s m , w h i c h I f u l l y a c -c e p t . ) s e c o n d s o u r c e o f c o n f u s i o nm a y b e t h e f a c t t h a t t h e c o n c e p t o fb r o k e n s y m m e t r y h a s b e e n b o r r o w e d b yt h e e l e m e n t a r y p a r t i c l e p h y s i c i s t s , b u tt h e i r u s e o f t h e t e r m i s s t r i c t l y a na n a l o g y , w h e t h e r a d e e p o r a s p e c i o u so n e r e m a i n i n g t o b e u n d e r s t o o d .L e t me t h e n s t a r t m y d i s c u s s i o n w i t ha n e x a m p l e o n t h e s i m p l e s t p o s s i b l el e v e l , a n a t u r a l o n e f o r me b e c a u s e Iw o r k e d w i t h i t w h e n I w a s a g r a d u a t es t u d e n t : t h e a m m o n i a m o l e c u l e . A t t h a tt i m e e v e r y o n e k n e w a b o u t a m m o n i aa n d u s e d i t t o c a l i b r a t e h i s t h e o r y o rh i s a p p a r a t u s , a n d I w a s n o e x c e p t i o n .T h e c h e m i s t s w i l l t e l l y o u t h a t a m m o n i a i s a t r i a n g u l a r p y r a m i d

N ( - )H + i

( + ) H H I ( + )w i t h t h e n i t r o g e n n e g a t i v e l y c h a r g e da n d t h e h y d r o g e n s p o s i t i v e l y c h a r g e d ,s o t h a t i t h a s a n e l e c t r i c d i p o l e m o -m e n t ( n ) , n e g a t i v e t o w a r d t h e a p e x o ft h e p y r a m i d . N o w t h i s s e e m e d v e r ys t r a n g e t o m e , b e c a u s e I w a s j u s t b e i n gt a u g h t t h a t n o t h i n g h a s a n e l e c t r i c d i -p o l e m o m e n t . T h e p r o f e s s o r w a s r e a l l yp r o v i n g t h a t n o n u c l e u s h a s a d i p o l em o m e n t , b e c a u s e h e w a s t e a c h i n g n u -c l e a r p h y s i c s , b u t a s h i s a r g u me n t s w e r eb a s e d o n t h e s y m m e t r y o f s p a c e a n dt i m e t h e y s h o u l d h a v e b e e n c o r r e c t i ng e n e r a l .I s o o n l e a r n e d t h a t , i n f a c t , t h e y w e r ec o r r e c t ( o r p e r h a p s i t w o u l d b e m o r ea c c u r a t e t o s a y n o t i n c o r r e c t ) b e c a u s eh e h a d b e e n c a r e f u l t o s a y t h a t n os t a t i o n a r y s t a t e o f a s y s t e m ( t h a t i s ,o n e w h i c h d o e s n o t c h a n g e i n t i m e )h a s a n e l e c t r i c d i p o l e m o m e n t . I f a m -m o n i a s t a r t s o u t f r o m t h e a b o v e u n -s y m m e t r i c a l s t a t e , i t w i l l n o t s t a y i n i tv e r y l o n g . By m e a n s o f q u a n t u m m e -c h a n i c a l t u n n e l i n g , t h e n i t r o g e n c a n

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l e a k t h r o u g h t h e t r i a n g l e o f h y d r o g e n st o t h e o t h e r s i d e , t u r n i n g t h e p y r a m i di n s i d e o u t , a n d , i n f a c t , i t c a n d o s ov e r y r a p i d l y . T h i s i s t h e s o - c a l l e d i n -v e r s i o n , w h i c h o c c u r s a t a f r e q u e n c yo f a b o u t 3 X 1 0 1 0 p e r s e c o n d . t r u l y s t a t i o n a r y s t a t e c a n o n l y b e a ne q u a l s u p e r p o s i t i o n o f t h e u n s y m m e t r i -c a l p y r a m i d a n d i t s i n v e r s e . T h a t m i x -t u r e d o e s n o t h a v e a d i p o l e m o m e n t .( I w a r n t h e r e a d e r a g a i n t h a t I a mg r e a t l y o v e r s i m p l i f y i n g a n d r e f e r h i mt o t h e t e x t b o o k s f o r d e t a i l s . )I w i l l n o t g o t h r o u g h t h e p r o o f , b u tt h e r e s u l t i s t h a t t h e s t a t e o f t h e s y s t e m ,i f i t i s t o b e s t a t i o n a r y , m u s t a l w a y sh a v e t h e s a m e s y m m e t r y a s t h e l a w s o fm o t i o n w h i c h g o v e r n i t . r e a s o n m ayb e p u t v er y s i m p l y : I n q u a n t u m m e -c h a n i c s t h e r e i s a l w a y s a w a y , u n l e s ss y m m e t r y f o r b i d s , t o g e t f r o m o n e s t a t et o a n o t h e r . T h u s , i f we s t a r t f r o m a n yo n e u n s y m m e t r i c a l s t a t e , t h e s y s t e m w i l lm a k e t r a n s i t i o n s t o o t h e r s , s o o n l y b ya d d i n g u p a l l t h e p o s s i b l e u n s y m m e t -r i c a l s t a t e s i n a s y m m e t r i c a l way c a nwe g e t a s t a t i o n a r y s t a t e . T h e s y m m e t r yi n v o l v e d i n t h e c a s e o f a m m o n i a i sp a r i t y , t h e e q u i v a l e n c e o f l e f t - a n dr i g h t - h a n d e d w a y s o f l o o k i n g a t t h i n g s .( T h e e l e m e n t a r y p a r t i c l e e x p e r i m e n t a l -i s t s d i s c o v e r y o f c e r t a i n v i o l a t i o n s o fp a r i t y i s n o t r e l e v a n t t o t h i s q u e s t i o n ;t h o s e e f f e c t s a r e t o o w e a k t o a f f e c to r d i n a r y m a t t e r . )H a v i n g s e e n how t h e a m m o n i a m o l -e c u l e s a t i s f i e s o u r t h e o r e m t h a t t h e r e i sn o d i p o l e m o m e n t , we may l o o k i n t oo t h e r c a s e s a n d , i n p a r t i c u l a r , s t u d yp r o g r e s s i v e l y b i g g e r s y s t e m s t o s e ew h e t h e r t h e s t a t e a n d t h e s y m m e t r y a r ea l w a y s r e l a t e d . T h e r e a r e o t h e r s i m i l a rp y r a m i d a l m o l e c u l e s , m a d e o f h e a v i e ra t o m s . H y d r o g e n p h o s p h i d e , P H 3 , w h i c hi s t w i c e a s h e a v y a s a m m o n i a , i n v e r t s ,b u t a t o n e - t e n t h t h e a m m o n i a f r e q u e n c y .P h o s p h o r u s t r i f l u o r i d e , P F 3 , i n w h i c ht h e much h e a v i e r f l u o r i n e i s s u b s t i t u t e df o r h y d r o g e n , i s n o t o b s e r v e d t o i n v e r ta t a m e a s u r a b l e r a t e , a l t h o u g h t h e o -r e t i c a l l y o n e c a n b e s u r e t h a t a s t a t ep r e p a r e d i n o n e o r i e n t a t i o n w o u l d i n -v e r t i n a r e a s o n a b l e t i m e .W e may t h e n g o o n t o m o r e c o m p l i -c a t e d m o l e c u l e s , s u c h a s s u g a r , w i t ha b o u t 4 0 a t o m s . F o r t h e s e i t n o l o n g e rm a k e s a n y s e n s e t o e x p e c t t h e m o l e c u l et o i n v e r t i t s e l f . E v e r y s u g a r m o l e c u l em a d e b y a l i v i n g o r g a n i s m i s s p i r a l i nt h e s a m e s e n s e , a n d t h e y n e v e r i n v e r t ,e i t h e r b y q u a n t u m m e c h a n i c a l t u n n e l -i n g o r e v e n u n d e r t h e r m a l a g i t a t i o n a tn o r m a l t e m p e r a t u r e s . A t t h i s p o i n t wem u s t f o r g e t a b o u t t h e p o s s i b i l i t y o f i n -v e r s i o n a n d i g n o r e t h e p a r i t y s y m m e t r y :

t h e s y m m e t r y l a w s h a v e b e e n , n o t r e -p e a l e d , b u t b r o k e n .I f , on t h e o t h e r h a n d , w e s y n t h e s i z eour s u g a r m o l e c u l e s b y a c h e m i c a l r e -a c t i o n m or e o r l e s s i n t h e r m a l e q u i -l i b r i u m , w e w i l l f i n d t h a t t h e r e a r e n o t ,on t h e a v e r a g e , m or e l e f t - t h a n r i g h t -h a n d e d o n e s o r v i c e v e r s a . I n t h e a b -s e n c e o f a n y t h i n g more c o m p l i c a t e dt h a n a c o l l e c t i o n o f f r e e m o l e c u l e s , t h es y m m e t r y l a w s a r e n e v e r b r o k e n , on t h ea v e r a g e . W e n e e d e d l i v i n g m a t t e r t op r o d u c e an a c t u a l u n s y m m e t r y i n t h ep o p u l a t i o n s .I n r e a l l y l a r g e , b u t s t i l l i n a n i m a t e ,a g g r e g a t e s o f a t o m s , q u i t e a d i f f e r e n tk i n d o f b r o k e n s y m m e t r y c a n o c c u r ,a g a i n l e a d i n g t o a n e t d i p o l e m o m e n to r t o a n e t o p t i c a l r o t a t i n g p o w e r , o rb o t h . M a n y c r y s t a l s h a v e a n e t d i p o l em o m e n t i n e a c h e l e m e n t a r y u n i t c e l l( p y r o e l e c t r i c i t y ) , a n d i n some t h i s m o-ment c a n b e r e v e r s e d b y a n e l e c t r i cf i e l d ( f e r r o e l e c t r i c i t y ) . T h i s a s y m m e t r yi s a s p o n t a n e o u s e f f e c t o f t h e c r y s t a l ss e e k i n g i t s l o w e s t e n e r g y s t a t e . Ofc o u r s e , t h e s t a t e w i t h t h e o p p o s i t e m o-ment a l s o e x i s t s a n d h a s , b y s y m m e t r y ,j u s t t h e same e n e r g y , b u t t h e s y s t e m i ss o l a r g e t h a t no t h e r m a l o r q u a n t u mm e c h a n i c a l f o r c e c a n c a u s e a c o n v e r s i o no f o n e t o t h e o t h e r i n a f i n i t e t i m e com-p a r e d t o , s a y , t h e a g e o f t h e u n i v e r s e .T h e r e a r e a t l e a s t t h r e e i n f e r e n c e s t ob e d r a w n f r o m t h i s . O n e i s t h a t s y m -m e t r y i s o f g r e a t i m p o r t a n c e i n p h y s i c s .B y s y m m e t r y w e m e a n t h e e x i s t e n c e o fd i f f e r e n t v i e w p o i n t s f r o m w h i c h t h e s y s -t e m a p p e a r s t h e s a m e . I t i s o n l y s l i g h t l yo v e r s t a t i n g t h e c a s e t o s a y t h a t p h y s i c si s t h e s t u d y o f s y m m e t r y . T h e f i r s td e m o n s t r a t i o n o f t h e p o w e r o f t h i s i d e amay h a v e b e e n b y N e w t o n , who mayh a v e a s k e d h i m s e l f t h e q u e s t i o n : W h a ti f t h e m a t t e r h e r e i n m y h a n d o b e y st h e s a m e l a w s a s t h a t u p i n t h e s k y -t h a t i s , w h a t i f s p a c e a n d m a t t e r a r eh o m o g e n e o u s a n d i s o t r o p i c ?T h e s e c o n d i n f e r e n c e i s t h a t t h e i n -t e r n a l s t r u c t u r e o f a p i e c e o f m a t t e rn e e d n o t b e s y m m e t r i c a l e v e n i f t h et o t a l s t a t e o f i t i s . I w o u l d c h a l l e n g e y o ut o s t a r t f r o m t h e f u n d a m e n t a l l a w s o fq u a n t u m m e c h a n i c s a n d p r e d i c t t h e am-m o n i a i n v e r s i o n a n d i t s e a s i l y o b s e r v -a b l e p r o p e r t i e s w i t h o u t g o i n g t h r o u g ht h e s t a g e o f u s i n g t h e u n s y m m e t r i c a lp y r a m i d a l s t r u c t u r e , e v e n t h o u g h n o s t a t e e v e r h a s t h a t s t r u c t u r e . I t i sf a s c i n a t i n g t h a t i t w a s n o t u n t i l a c o u -p l e o f d ec a d es a g o ( 2 ) t h a t n u c l e a r p h y s -i c i s t s s t o p p e d t h i n k i n g o f t h e n u c l e u s a sa f e a t u r e l e s s , s y m m e t r i c a l l i t t l e b a l l a n dr e a l i z e d t h a t w h i l e i t r e a l l y n e v e r h a s ad i p o l e m o m e n t , i t c a n b e c o m e f o o t b a l l -

S C I E N C E , VOL. 1 7 7

8/12/2019 Anderson - More is Different

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o r p l a t e - s h a p e d . T h i s h a s o b -c o n s e q u e n c e s i n t h e r e a c t i o n sn d e x c i t a t i o n s p e c t r a t h a t a r e s t u d i e dn n u c l e a r p h y s i c s , e v e n t h o u g h i t i sm o r e d i f f i c u l t t o d e m o n s t r a t e d i -t h a n t h e a m m o n i a i n v e r s i o n . I ny o p i n i o n , w h e t h e r o r n o t o n e c a l l si n t e n s i v e r e s e a r c h , i t i s a s f u n d a -i n n a t u r e a s many t h i n g s o n e

s o l a b e l . B u t i t n e e d e d no n e wo f f u n d a m e n t a l l a w s a n d

h a v e b e e n e x t r e m e l y d i f f i c u l t t os y n t h e t i c a l l y f r o m t h o s e l a w s ; i ta s s i m p l y a n i n s p i r a t i o n , b a s e d , t o b eo n e v e r y d a y i n t u i t i o n , w h i c h s u d -f i t t e d e v e r y t h i n g t o g e t h e r .T h e b a s i c r e a s o n why t h i s r e s u l th a v e b e e n d i f f i c u l t t o d e r i v e i sn i m p o r t a n t o n e f o r o u r f u r t h e r t h i n k -I f t h e n u c l e u s i s s u f f i c i e n t l y s m a l li s n o r e a l way t o d e f i n e i t s s h a p eT h r e e o r f o u r o r t e n p a r -w h i r l i n g a b o u t e a c h o t h e r d o n o t

a r o t a t i n g p l a t e o r f o o t b a l l .t i s o n l y a s t h e n u c l e u s i s c o n s i d e r e do b e a m a n y - b o d y s y s t e m - i n w h a t i sc a l l e d t h e N -> o o l i m i t - t h a t s u c hi s r i g o r o u s l y d e f i n a b l e . W e s a yo o u r s e l v e s : m a c r o s c o p i c b o d y ofs h a p e w o u l d h a v e s u c h - a n d - s u c h ao f r o t a t i o n a l a n d v i b r a t i o n a lc o m p l e t e l y d i f f e r e n t i n n a -f r o m t h o s e w h i c h w o u l d c h a r a c t e r -z e a f e a t u r e l e s s s y s t e m . When we s e e

a s p e c t r u m , e v e n n o t s o s e p a r a t e d ,n d s o m e w h a t i m p e r f e c t , we r e c o g n i z et h e n u c l e u s i s , a f t e r a l l , n o t m a c r o -i t i s m e r e l y a p p r o a c h i n g m a c r o -o p i c b e h a v i o r . S t a r t i n g w i t h t h e f u n -

l a w s a n d a c o m p u t e r , weh a v e t o d o t w o i m p o s s i b l e t h i n g sa p r o b l e m w i t h i n f i n i t e l y manya n d t h e n a p p l y t h e r e s u l t t o as y s t e m - b e f o r e we s y n t h e s i z e db e h a v i o r . t h i r d i n s i g h t i s t h a t t h e s t a t e o f ab i g s y s t e m d o e s n o t a t a l l h a v eo h a v e t h e s y m m e t r y o f t h e l a w s w h i c hi t ; i n f a c t , i t u s u a l l y h a s l e s sT h e o u t s t a n d i n g e x a m p l e o f

i s t h e c r y s t a l : B u i l t f r o m a s u b s t r a t ef a t o m s a n d s p a c e a c c o r d i n g t o l a w se x p r e s s t he p e r f e c t h o m o g e n e i t y

f s p a c e , t h e c r y s t a l s u d d e n l y a n d u n -r e d i c t a b l y d i s p l a y s a n e n t i r e l y new a n db e a u t i f u l s y m m e t r y . Th e g e n e r a lh o w e v e r , e v e n i n t h e c a s e o f t h er y s t a l , i s t h a t t h e l a r g e s y s t e m i s l e s sy m m e t r i c a l t h a n t h e u n d e r l y i n g s t r u c -w o u l d s u g g e s t : S y m m e t r i c a l a s i ts , a c r y s t a l i s l e s s s y m m e t r i c a l t h a ne r f e c t h o m o g e n e i t y .P e r h a p s i n t h e c a s e o f c r y s t a l s t h i s

p p e a r s t o b e m e r e l y a n e x e r c i s e i nT h e r e g u l a r i t y o f c r y s t a l s4 AUGUST 1 9 7 2

c o u l d b e d e d u c e d s e m i e m p i r i c a l l y i nt h e m i d - 1 9 t h c e n t u r y w i t h o u t a n yc o mp l i c a te d r e as on i n g a t a l l . B u t s o m e -t i m e s , a s i n t h e c a s e o f s u p e r c o n d u c -t i v i t y , t h e new symmetry-now c a l l e db r o k en s y m m e t r y b e c a u s e t h e o r i g i n a ls y m m e t r y i s n o l o n g e r e v i d e n t - m a y b eo f a n e n t i r e l y u n e x p e c t e d k i n d a n d e x -t r e m e l y d i f f i c u l t t o v i s u a l i z e . I n t h e c a s eo f s u p e r c o n d u c t i v i t y , 3 0 y e a r s e l a p s e db e t w e e n t h e t i m e w h e n p h y s i c i s t s w e r ei n p o s s e s s i o n o f e v e r y f u n d a m e n t a l l a wn e c e s s a r y f o r e x p l a i n i n g i t a n d t h e t i m ew h e n i t w a s a c t u a l l y d o n e .T h e p h e n o m e n o n o f s u p e r c o n d u c t i v -i t y i s t h e m o s t s p e c t a c u l a r e x a m p l e o ft h e b r o k e n s y m m e t r i e s w h i c h o r d i n a r ym a c r o s c o p i c b o d i e s u n d e r g o , b u t i t i so f c o u r s e n o t t h e o n l y o n e . A n t i f e r r o -m a g n e t s , f e r r o e l e c t r i c s , l i q u i d c r y s t a l s ,a n d m a t t e r i n many o t h e r s t a t e s o b e ya c e r t a i n r a t h e r g e n e r a l s c h e m e o f r u l e sa n d i d e a s , w h i c h s o m e m a n y - b o d y t h e -o r i s t s r e f e r t o u n d e r t h e g e n e r a l h e a d i n go f b r o k e n s y m m e t r y . I s h a l l n o t f u r t h e rd i s c u s s t h e h i s t o r y , b u t g i v e a b i b l i o g -r a p h y a t t h e e n d o f t h i s a r t i c l e ( 3 ) .T h e e s s e n t i a l i d e a i s t h a t i n t h e s o -c a l l e d N - - o o l i m i t o f l a r g e s y s t e m s ( o no u r o w n , m a c r os c op i c s c a l e ) i t i s n o to n ly c on v en i en t b u t e s s e n t i a l t o r e a l i z et h a t m a t t e r w i l l u n d e r g o m at h em at i c a l lys h a r p , s i n g u l a r p h a s e t r a n s i t i o n s t os t a t e s i n w h i c h t h e m i c r o s c o p i c s y m -m e t r i e s , a n d e v e n t h e m i c r o s c o p i c e q u a -t i o n s o f m o ti o n , a r e i n a s e n s e v i o l a t e d .T h e s y m m e t r y l e a v e s b e h i n d a s i t s e x -p r e s s i o n o n l y c e r t a i n c h a r a c t e r i s t i c b e -h a v i o r s , f o r i n s t a n c e , l o n g - w a v e l e n g t hv i b r a t i o n s , o f w h i c h t h e f a m i l i a r e x a m -p l e i s s o u n d w a v e s ; o r t h e u n u s u a l m a c -r o s c o p i c c o n d u c t i o n p h e n o m e n a o f t h es u p e r c o n d u c t o r ; o r , i n a v e r y d e e pa n a l o g y , t h e v e r y r i g i d i t y o f c r y s t a l l a t -t i c e s , a n d t h u s o f m o s t s o l i d m a t t e r .T h e r e i s , o f c o u r s e , n o q u es t i on o f t h es y s t e m s r e a l l y v i o l a t i n g , a s o p p o s e d t ob r e a k i n g , t h e s y m m e t r y o f s p a c e a n dt i m e , b u t b ec a us e i t s p a r t s f i n d i t e n e r -g e t i c a l l y m o r e f a v o r a b l e t o m a i n t a i n c e r -t a i n f i x e d r e l a t i o n s h i p s w i t h e a c h o t h e r ,t h e s y m m e t r y a l l o w s o n l y t h e b o d y a sa w h o l e t o r e s p o n d t o e x t e r n a l f o r c e s .

T h i s l e a d s t o a r i g i d i t y , w h i c h i sa l s o a n a p t d e s c r i p t i o n o f s u p e r c o n d u c -t i v i t y a n d s u p e r f l u i d i t y i n s p i t e o f t h e i ra p p a r e n t f l u i d b e h a v i o r . [ I n t h e f o r -mer c a s e , L o n d o n n o t e d t h i s a s p e c tv e r y e a r l y ( 4 ) . ] A c t u a l l y , f o r a h y p o -t h e t i c a l g a s e o u s b u t i n t e l l i g e n t c i t i z e n o fJ u p i t e r o r o f a h y d r o g e n c l o u d s o m e -w h e r e i n t h e g a l a c t i c c e n t e r , t he p r o p er -t i e s o f o r d i n a r y c r y s t a l s m i g h t w e l l b ea m o r e b a f f l i n g a n d i n t r i g u i n g p u z z l et h a n t h o s e o f s u p e r f l u i d h e l i u m .

I d o n o t mean t o g i v e t h e i m p r e s s i o nt h a t a l l i s s e t t l e d . F o r i n s t a n c e , I t h i n kt h e r e a r e s t i l l f a s c i n a t i n g q u e s t i o n s o fp r i n c i p l e a b o u t g l a s s e s a n d o t h e r a m o r -p h o u s p h a s e s , w h i c h m ay r e v e a l e v e nm o r e c o m p l e x t y p e s o f b e h a v i o r . N e v e r -t h e l e s s , t h e r o l e o f t h i s t y p e o f b r o k e ns y m m e t r y i n t h e p r o p e r t i e s o f i n e r t b u tm a c r o s c o p i c m a t e r i a l b o d i e s i s n ow u n -d e r s t o o d , a t l e a s t i n p r i n c i p l e . I n t h i sc a s e we c a n s e e how t h e w h o l e b e c o m e sn o t o n l y m o r e t h a n b u t v e r y d i f f e r e n tf r o m t h e s um o f i t s p a r t s .Th e n e x t o r d e r o f b u s i n e s s l o g i c a l l yi s t o a s k w h e t h e r a n e v e n m o r e c o m -p l e t e d e s t r u c t i o n o f t h e f u n d a m e n t a ls y m m e t r i e s o f s p a c e a n d t i m e i s p o s s i -b l e a n d w h e t h e r new p h e n o m e n a t h e na r i s e , i n t r i n s i c a l l y d i f f e r e n t f r o m t h e s i m p l e p h a s e t r a n s i t i o n r e p r e s e n t i n ga c o n d e n s a t i o n i n t o a l e s s s y m m e t r i cs t a t e .W e h a v e a l r e a d y e x c l u d e d t h e a p p a r -e n t l y u n s y m m e t r i c c a s e s o f l i q u i d s ,g a s e s , a n d g l a s s e s . ( I n a n y r e a l s e n s et h e y a r e m o r e s y m m e t r i c . ) I t s e e m s t om e t h a t t h e n e x t s t a g e i s t o c o n s i d e r t h es y s t e m w h i c h i s r e g u l a r b u t c o n t a i n si n f o r m a t i o n . T h a t i s , i t i s r e g u l a r i ns p a c e i n s o m e s e n se s o t h a t i t c a n b e r e a d o u t , b u t i t c o n t a i n s e l e m e n t sw h i c h c a n b e v a r i e d f r o m o n e c e l lt o t h e n e x t . An o b v i o u s e x a m p l e i sDNA; i n e v e r y d a y l i f e , a l i n e o f t y p eo r a m o v i e i f i m h a v e t h e s a m e s t r u c -t u r e . T h i s t y p e o f i n f o r m a t i o n - b ea r i n gc r y s t a l l i n i t y s e e m s t o b e e s s e n t i a l t ol i f e . W h e t h e r t h e d e v e l o p m e n t o f l i f er e q u i r e s a n y f u r t h e r b r e a k i n g o f s y m -m e t r y i s b y n o m e a n s c l e a r .K e e p i n g o n w i t h t h e a t t e m p t t o c h a r -a c t e r i z e t y p e s o f b r o k e n s y m m e t r yw h i c h o c c u r i n l i v i n g t h i n g s , I f i n d t h a ta t l e a s t o n e f u r t h e r p h e n o m e n o n s e e m st o b e i d e n t i f i a b l e a n d e i t h e r u n i v e r s a l o rr e m a r k a b l y common, n a m e l y , o r d e r i n g( r e g u l a r i t y o r p e r i o d i c i t y ) i n t h e t i m ed i m e n s i o n . n u m b e r o f t h e o r i e s o f l i f ep r o c e s s e s h a v e a p p e a r e d i n w h i c h r e g -u l a r p u l s i n g i n t i m e p l a y s a n i m p o r t a n tr o l e : t h e o r i e s o f d e v el op m e n t , o f g r o w t ha n d g r o w t h l i m i t a t i o n , a n d o f t h e m e m -o r y . T e m p o r a l r e g u l a r i t y i s v e r y c o m -m o n l y o b s e r v e d i n l i v i n g o b j e c t s . I tp l a y s a t l e a s t t w o k i n d s o f r o l e s . F i r s t ,m o s t m e t h o d s o f e x t r a c t i n g e n e r g y f r o mt h e e n v i r o n m e n t i n o r d e r t o s e t u p ac o n t i n u i n g , q u a s i - s t a b l e p r o c e s s i n v o l v et i m e - p e r i o d i c m a c h i n es , s u c h a s o s c i l -l a t o r s a n d g e n e r a t o r s , a n d t h e p r o c e s s e so f l i f e w o r k i n t h e s a m e w a y . S e c o n d ,t e m p o r a l r e g u l a r i t y i s a m e a n s o f h a n -d l i n g i n f o r m a t i o n , s i m i l a r t o i n f o r m a -t i o n - b e a r i n g s p a t i a l r e g u l a r i t y . H u m a ns p o k e n l a n g u a g e i s a n e x a m p l e , a n d i t

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8/12/2019 Anderson - More is Different

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i s n o t e w o r t h y t h a t a l i c o m p u t i n g m a -c h i n e s u s e t e m p o r a l p u l s i n g . p o s s i b l et h i r d r o l e i s s u g g e s t e d i n s o m e of t h et h e o r i e s m e n t i o n e d a b o v e : t h e u s e o fp h a s e r e l a t i o n s h i p s o f t em p o r a l p u l s e st o h a n d l e i n f o r m a t i o n a n d c o n t r o l t h eg r o w t h a n d d e v e l o p m e n t o f c e l l s a n do r g a n i s m s ( 5 ) .

I n s o m e s e n s e , s t r u c t u r e - f u n c t i o n a ls t r u c t u r e i n a t e l e o l o g i c a l s e n s e , a s o p -p o s e d t o m e r e c r y s t a l l i n e s h a p e - m u s ta l s o b e c o n s i d e r e d a s t a g e , p o s s i b l y i n -t e r m e d i a t e b e t w e e n c r y s t a l l i n i t y a n d i n -f o r m a t i o n s t r i n g s , i n t h e h i e r a r c h y o fb r o k e n s y m m e t r i e s .To p i l e s p e c u l a t i o n o n s p e c u l a t i o n , Iw o u l d s a y t h a t t h e n e x t s t a g e c o u l d b eh i e r a r c h y o r s p e c i a l i z a t i o n o f f u n c t i o n ,o r b o t h . A t s o m e p o i n t we h a v e t o s t o pt a l k i n g a b o u t d e c r e a s i n g s y m m e t r y a n ds t a r t c a l l i n g i t i n c r e a s i n g c o m p l i c a t i o n .T h u s , w i t h i n c r e a s i n g c o m p l i c a t i o n a te a c h s t a g e , we g o o n u p t h e h i e r a r c h yo f t h e s c i e n c e s . W e e x p e c t t o e n c o u n t e rf a s c i n a t i n g a n d , I b e l i e v e , v e r y f u n d a -m e n t a l q u e s t i o n s a t e a c h s t a g e i n f i t t i n gt o g e t h e r l e s s c o m p l i c a t e d p i e c e s i n t o t h em o r e c o m p l i c a t e d s y s t e m a n d u n d e r -s t a n d i n g t h e b a s i c a l l y new t y p e s o f b e -h a v i o r w h i c h c a n r e s u l t .T h e r e may w e l l b e n o u s e f u l p a r a l l e lt o b e d r a w n b e t w e e n t h e w a y i n w h i c hc o m p l e x i t y a p p e a r s i n t h e s i m p l e s t c a s e so f m a n y - b o d y t h e o r y a n d c h e m i s t r y a n dt h e w a y i t a p p e a r s i n t h e t r u l y c o m p l e xc u l t u r a l a n d b i o l o g i c a l o n e s , e x c e p t p e r -h a p s t o s a y t h a t , i n g e n e r a l , t h e r e l a -t i o n s h i p b e t w e e n t h e s y s t e m a n d i t sp a r t s i s i n t e l l e c t u a l l y a o n e - w a y s t r e e t .S y n t h e s i s i s e x p e c t e d t o b e a l l b u t i m -

p o s s i b l e ; a n a l y s i s , o n t h e o t h e r h a n d ,may b e n o t o n l y p o s s i b l e b u t f r u i t f u l i na l l k i n d s o f w a y s : W i t h o u t a n u n d e r -s t a n d i n g o f t h e b r o k e n s y m m e t r y i ns u p e r c o n d u c t i v i t y , f o r i n s t a n c e , J o s e p h -s o n w o u l d p r o b a b l y n o t h a v e d i s c o v e r e dh i s e f f e c t . [ A n o t h e r n a m e f o r t h e J o s e p h -s o n e f f e c t i s m a c r o s c o p i c q u a n t u m - i n -t e r f e r e n c e p h e n o m en a : i n t e r f e r e n c e e f -f e c t s o b s e r v e d b e t w e e n m a c r o s c o p i cw a v e f u n c t i o n s o f e l e c t r o n s i n s u p e r -c o n d u c t o r s , o r o f h e l i u m a t o m s i n s u -p e r f l u i d l i q u i d h e l i u m . T h e s e p h e n o m -e n a h a v e a l r e a d y e n o r m o u s l y e x t e n d e dt h e a c c u r a c y o f e l e c t r o m a g n e t i c m e a -s u r e m e n t s , a n d c a n b e e x p e c t e d t o p l a ya g r e a t r o l e i n f u t u r e c o m p u t e r s , a m o n go t h e r p o s s i b i l i t i e s , s o t h a t i n t h e l o n gr u n t h e y may l e a d t o s o m e o f t h e m a j o rt e c h n o l o g i c a l a c h i e v e m e n t s o f t h i s d e c -a d e ( 6 ) . ] F o r a n o t h e r e x a m p l e , b i o l o g yh a s c e r t a i n l y t a k e n o n a w h o l e n e w a s -p e c t f r o m t h e r e d u c t i o n o f g e n e t i c s t ob i o c h e m i s t r y a n d b i o p h y s i c s , w h i c h w i l lh a v e u n t o l d c o n s e q u e n c e s . S o i t i s n o tt r u e , a s a r e c e n t a r t i c l e w o u l d h a v e i t( 7 ) , t h a t we e a c h s h o u l d c u l t i v a t e o u rown v a l l e y , a n d n o t a t t e m p t t o b u i l dr o a d s o v e r t h e m o u n t a i n r a n g e s . . .b e t w e e n t h e s c i e n c e s . R a t h e r , wes h o u l d r e c o g n i z e t h a t s u c h r o a d s , w h i l eo f t e n t h e q u i c k e s t s h o r t c u t t o a n o t h e rp a r t o f o u r o w n s c i e n c e , a r e n o t v i s i b l ef r o m t h e v i e w p o i n t o f o n e s c i e n c e a l o n e .T h e a r r o g a n c e o f t h e p a r t i c l e p h y s i -c i s t a n d h i s i n t e n s i v e r e s e a r c h may b eb e h i n d u s ( t h e d i s c o v e r e r o f t h e p o s i t r o ns a i d t h e r e s t i s c h e m i s t r y ) , b u t weh a v e y e t t o r e c o v e r f r o m t h a t o f s o m em o l e c u l a r b i o l o g i s t s , who s e e m d e t e r -

N a t u r a l A r e a sW h i l e h a r b o r i n g v a l u a b l e s p e c i e s , n a t u r a l a r e a s a l s os e r v e a s b e n c h m a r k s i n e v a l u a t i n g l a n d s c a p e c h a n g e .

W i l l i a m H . M o i r

T h e s h e e p d e s t r o y y o u n g t r e e s a n dw h e n t h e o l d o n e s d i e n o f o r e s t w i l l b el e f t ; t h u s H . C . C o w l e s d e s c r i b e d t h es i t u a t i o n a f t e r h i s e p o c h a l s t u d y i n 1 8 9 9o f p l a n t s u c c e s s i o n on t h e d u n e s o f L a k eM i c h i g a n ( 1 ) . C o w l e s k n e w w e l l howt h e h e a v y h a n d o f m a n c o u l d a c c e l e r a t e

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c h a n g e s i n v e g e t a t i o n , o f t e n i n u n d e -s i r a b l e d i r e c t i o n s . He a n d h i s c o l l e a g u eV . E . S h e l f o r d h a d s e e n t h e e x p a n d i n gc i t y o f G a r y t h r e a t e n e v e r more o f t h e . q u i e t b u t v a r i e d b e a u t y o f t h e d u n e sa n d w o o d e d h i l l s ( 2 ) . M a n s d e s t r u c -t i o n o f t h e n a t u r a l l a n d s c a p e a p p e a r e d

m i n e d t o t r y t o r e d u c e e v e r y t h i n g a b o u tt h e h u m a n o r g a n i s m t o o n l y c h e m -i s t r y , f r o m t h e common c o l d a n d a l lm e n t a l d i s e a s e t o t h e r e l i g i o u s i n s t i n c t .S u r e l y t h e r e a r e m o r e l e v e l s o f o r g a -n i z a t i o n b e t w e e n human e t h o l o g y a n dDN t h a n t h e r e a r e b e t w e e n DN a n dq u a n t u m e l e c t r o d y n a m i c s , a n d e a c hl e v e l c a n r e q u i r e - a w h o l e n e w c o n c e p -t u a l s t r u c t u r e .I n c l o s i n g , I o f f e r t w o e x a m p l e s f r o me c o n o m i c s o f w h a t I h o p e t o h a v e s a i d .M a r x s a i d t h a t q u a n t i t a t i v e d i f f e r e n c e sb e c o m e q u a l i t a t i v e o n e s , b u t a d i a l o g u ei n P a r i s i n t h e 1 9 2 0 s s u m s i t u p e v e nm o r e c l e a r l y :F I T Z G E R A L D : T h e r i c h a r e d i f f e r e n tf r o m u s .H E M I N G W A Y : Y e s , t h e y h a v e m o r e

m o n e y .R e f e r c e s

1 . V . F . W e i s s k o p f , i n B r o o k h a v e n N a t . L a b .P u b i . 8 8 8 T 3 6 0 ( 1 9 6 5 ) . A l s o s e e Nuovo C l -m e n t o S u p p i . S e r 1 4 , 4 6 5 ( 1 9 6 6 ) ; P h y s . T o d a y2 0 ( N o . 5 ) , 2 3 ( 1 9 6 7 ) .2 . A . B o h r a n d B . R . M o t t e l s o n , K g l . D a n .V i d e n s k . S e l s k . M a t . F y s . M e d d . 2 7 , 1 6 ( 1 9 5 3 ) .3 . B r o k e n s y m m e t r y a n d p h a s e t r a n s i t i o n s : L .D . L a n d a u , P h y s . Z . S o w j e t u n i o n 1 1 , 2 6 , 5 4 2( 1 9 3 7 ) . B r o k e n s y m m e t r y a n d c o l l e c t i v e m o t i o n ,g e n e r a l : J . G o l d s t o n e , A . S a l a m , S . W e i n b e r g ,P h y s . R e v . 1 2 7 , 9 6 5 ( 1 9 6 2 ) ; P . W. A n d e r s o n ,C o n c e p t s i n S o l i d s ( B e n j a m i n , N e w Y o r k ,1 9 6 3 ) , p p . 1 7 5 - 1 8 2 ; B . D . J o s e p h s o n , t h e s i s ,T r i n i t y C o l l e g e , C a m b r i d g e U n i v e r s i t y ( 1 9 6 2 ) .S p e c i a l c a s e s : a n t i f e r r o m a g n e t i s m , P . W.A n d e r s on , P hy s . R e v . 8 6 , 6 9 4 ( 1 9 5 2 ) ; s u p e r -c o n d u c t i v i t y , i b i d . 1 1 0 , 8 2 7 ( 1 9 5 8 ) ;i b i d . 1 1 2 , 1 9 0 0 ( 1 9 5 8 ) ; Y . N a m b u , i b i d . 1 1 7 ,6 4 8 ( 1 9 6 0 ) .4 . F . L o n d o n , S u p e r f l u i d s ( W i l e y , N e w Y o r k ,1 9 5 0 ) , v o l . 1 .5 . M. H . C o h e n , J . T h e o r . B i o l . 3 1 , 1 0 1 ( 1 9 7 1 ) .

6 . J . C l a r k e , A m e r . J . P h y s . 3 8 , 1 7 5 ( 1 9 6 9 ) ; P .W. A n d e r s o n , P h y s . T o d a y 2 3 ( N o . 1 1 ) , 2 3( 1 9 7 0 ) .7 . A . B . P i p p a r d , R e c o n c i l i n g P h y s i c s w i t h R e a l i -t y ( C a m b r i d g e U n i v . P r e s s , L o n d o n , 1 9 7 2 ) .

s o w i d e s p r e a d a n d p e r v a s i v e t h a t i n1 9 1 7 t h e n e w l y o r g a n i z e d E c o l o g i c a lS o c i e t y o f A m e r i c a a p p o i n t e d S h e l f o r dt h e c h a i r m a n o f a c o m m i t t e e t o f i n do u t w h a t r e m a i n e d o f w i l d , n a t u r a lA m e r i c a a n d t o p r o m o t e t h e i d e a o f as y s t e m o f n a t u r a l p r e s e r v e s ( 3 ) .Some 5 0 y e a r s l a t e r , P r e s i d e n t N i x o nr e p e a t e d t h e n e e d - w h i c h h a d b e c o m eu r g e n t - o f p r e s e r v i n g t h e n a t u r a l e n -v i r o n m e n t ( 4 ) :

I am s u b m i t t i n g t o C o n g r e s s s e v e r a l b i l l st h a t w i l l b e p a r t o f a c o m p r e h e n s i v e e f -f o r t t o p r e s e r v e o u r n a t u r a l e n v i r o n m e n ta n d t o p r o v i d e more o p e n s p a c e s a n dp a r k s i n u r b a n a r e a s w h e r e t o d a y t h e ya r e o f t e n s o s c a r c e .T h o s e 5 0 y e a r s h a d s e e n G a r y f u s ew i t h C a l u m e t C i t y , H a m m o n d , W h i t -i n g , a n d E a s t C h i c a g o t o b e c o m e a n e n -v i r o n m e n t a l n i g h t m a r e . To b e s u r e , av e s t i g e o f t h e e x t e n s i v e d u n e s s t i l l

S C I E N C E , V O L . 1 7 7