既非液体也非固体，却两者皆是
我们被教导，物质分成几种整齐的状态：一种是[[solid|固体]]，原子固定地坐在有序的[[crystal|晶体]]图案里；一种是[[liquid|液体]]，原子毫无秩序地翻滚、自由地流动。晶体既有位置上的有序，也有方向上的有序，却无法流动；液体能流动，却毫无秩序。很长一段时间里，这似乎就是仅有的两个选项。后来化学家发现了一种死活不肯选边站的东西：一种像液体一样能倒、能流的流体，它的分子却又像晶体一样，偷偷地全都指向同一个方向。它是货真价实的两者皆是。我们把这种奇异的中间状态叫作[[liquid-crystal|液晶]]。
诀窍藏在分子的形状里。液晶分子不是圆滚滚的小球；它们又长又像棒子，像一粒粒小小的米，或者一支支短铅笔。想想一盒火柴。你可以把火柴从盒里倒出来——它们会流动——可一盒塞得满满的火柴，又让它们全都平行地躺着、整整齐齐地对齐。一堆火柴既能流动，又能全都指向同一个方向。这种“一边流动、一边对齐”的双重生活，恰恰就是液晶所成就的，而这之所以可能，唯一的原因就是分子是长的，而不是圆的。
向列相：方向一致，位置随意
最简单、也最有用的液晶排布，是[[nematic-phase|向列相]]。想象一大群那种小棒子，全都大致指向同一个方向——比如说，全都朝北倾斜——可除此之外就散落得到处都是，能自由地彼此漂移而过。每根棒子坐在哪里，没有任何规矩；唯一有的，是关于“朝哪个方向”的一份共识。这就像一群鱼全都朝同一个方向游，却又自由地交换着位置；又像体育场里的人群全都面朝球场，却又在四处走动。
这是一种局部的、半路出家式的有序，而物理学家最爱用一个单一的数字，来精确衡量它到底“半”到什么程度，这个数字叫作[[order-parameter|序参量]]。它从零跑到一。零意味着棒子完全随机地指向——一个真正无序的液体。一意味着它们全都步调完全一致地指向同一方向。向列相居于两者之间，大概在 0.6 上下：大多数棒子朝着同一个方向倾斜，但热抖动不停地把其中一些撞歪。序参量是这整卷里最强大的想法之一，因为它让我们能给“它到底有多有序？”这个模糊的概念，安上一个数字。
既然温度一心想把这些棒子搅乱，它们何苦还要排列整齐？这里正是聚合物那一讲里熵的教训给出的深层回报。把长棒子挤在一起、挤得够紧，悖论般地，它们反而会通过对齐而获得自由。当棒子全都指向同一方向时，它们能彼此滑过、能沿着自己的长度方向扭动，且绰绰有余；而当它们随机指向时，就会彼此卡住、相互挡道。所以这群棒子排成一行，并不是因为有什么东西逼它们，而是因为对齐给了每根棒子更多抖动的空间。这就是活生生的[[entropy-driven-order|熵驱动的有序]]：从对自由的追逐中诞生的秩序。
近晶相：当棒子排成层
把向列相稍微冷却一点——让热抖动可施展的余地小一些——这些棒子往往会朝着有序再迈一步，滑入[[smectic-phase|近晶相]]。如今这些棒子不仅指向同一个方向；它们还把自己排进了一层层分明的堆叠里，就像码得整整齐齐的一沓纸，或者叠起来的一条条黄油。在每一层之内，棒子仍然能自由地四处滑动，所以近晶相依然能沿着它的层面流动。但它获得了一种向列相所没有的新有序：层与层之间有了规律的间距。
所以，随着我们逐渐冷却，来看这架有序的阶梯。高温下的液体：棒子东倒西歪，毫无秩序。稍微冷一点：向列相，棒子方向上对齐，位置上却散乱。再冷一点：近晶相，方向上对齐，且排成层。继续冷下去：完整的晶体，方向和位置都被固定，再也不流动了。液晶就是这架阶梯半途上的那几级横档——是物质正在一步一步、随着热量流失而把自己组织起来的“现行”姿态。
high temp: rods random -> ordinary LIQUID (no order) cool a bit: rods aligned only -> NEMATIC (direction order) cool more: aligned + layered -> SMECTIC (direction + layer order) cool lots: fixed in place -> CRYSTAL (full order, no flow)
你的屏幕是怎么用上它的
下面就是为什么每一块“LCD”——液晶显示屏——都仰仗向列相。有两个事实让它得以运作。其一，因为棒子全都指向同一个方向，向列相会沿不同方向以不同方式弯折、扭转光线；它在光学上是可控地“有偏向”的。其二，这些棒子带着一点点电性上的偏斜，所以一个小小的电压就能把它们摆向一个新方向——而整群棒子都会跟着转，因为它们偏爱彼此保持对齐。一记微小的电推力，就一次性把数百万个分子重新瞄准了方向。这正是第一讲里那份软物质的温顺，被派上了用场。
- 一薄层向列液晶被夹在两片偏振滤光片之间，单凭这两片滤光片，本会挡住所有光、看上去一片漆黑。
- 没有电压时，棒子在缝隙中被轻轻地扭出一道螺旋，光通过时被它们旋转方向，于是顺利穿过第二片滤光片——这个像素看上去是亮的。
- 施加一个小电压：棒子摆动起来、直直立起，不再扭转光线，于是第二片滤光片把光挡住——这个像素变暗了。
- 在数百万个微小的单元格里把这套开关开开关关，再加上彩色滤光片，你就得到了一幅活动的画面——它整个都建立在“重新瞄准棒状分子的方向”之上。
序参量与破缺的对称：往深处瞥一眼
退后一步，欣赏一下液体冷却成向列相时发生了什么。在高温液体里，棒子均等地指向每一个方向——世界里没有任何特殊的方向，无论你把头转向哪边，这材料看上去都一个样。而向列相一旦形成的那一刻，棒子选定了一个方向，于是这材料沿着那根轴的样子，骤然就和横穿它的样子不一样了。在此之前所有选择都平等，如今一个选择被做了出来。物理学家把这叫作[[symmetry-breaking|对称破缺]]，它是整个物理学里最宏大的组织性想法之一，其影响远不止于软物质。
而我们早先遇到的序参量，恰恰就是衡量“对称被破缺了多少”的那把尺子：在没有特殊方向的对称液体里，它是零；随着棒子认定了它们选好的那根轴，它便朝着一逐渐增大。当你越过某个特定的温度时，从无序液体到有序向列相的那一跃，是一次货真价实的[[phase-transition|相变]]——它和冰的熔化、或铁变成磁体，属于同一类突然的重组。原来，液晶竟是一座美得一目了然、又在室温下运作的实验室，供我们去探究那些关于有序、对称、以及物质如何自我组织的最深刻的想法。