寂静春天里的动力学(上)

作者: 孟子杨

来源: 中科院物理所

发布日期: 2018-07-30 10:00:00

文章讨论了在混乱嘈杂的春天里,如何通过培育量子多体系统的动力学性质计算,找到新的生机和静默却不可阻挡的力量。文章详细介绍了量子多体系统动力学性质计算的重要性及其在凝聚态物理学中的应用,并提出了通过大规模数值计算方法和解析手段结合,来理解和预测实验现象的方法。

北京的春天,短暂而狂躁,万物的复苏和生长都在让人猝不及防的时间中完成,该发生的和不该发生的事,都在一场沙尘暴、几场春雨和几场雾霾的夹裹之下,生生地走进这熙熙攘攘的世相里,让人只有接受的份儿。

生活在这样狂躁之中的人,很难不被如此的气氛所影响和蛊惑,做出些本来可以不做、几年后回想会脸红追悔的事儿来。就算是在相对平静的自然科学研究圈子里,春天也让人变得狂躁。

目之所及,就看到有的人上下交通、攀附权贵,想在科研投入的大饼中多切下一块来;有的人炒作概念,利用社会大众的知识缺陷和猎奇心理,哄骗着不少不明就里的学生走上研究的不归路;有的人酷爱折腾,不断地举行重复性的学术会议,以所谓聚集人气的方式哄抬自身的学术地位。种种动作,往往偏离了科研的本意,但是在表面上制造出一派熙熙攘攘热热闹闹的混乱局面,让人看不清底细,只有接受的份儿。

接受者还好,可惜的是盲从和咸与维新者,最后追悔的,往往是这些人。

在这样混乱嘈杂的春天里,哪里能找到寂静,哪里能找到新的生机酝酿时静默却不可阻挡的力量,是考验从业人员实力、修为和气魄的大问题。春天当然是动态的,但是动态要有一个静的表面,新发现孕育的时候如林间的野花幼苗,阳光雨露之下静却决绝。一开始就熙熙攘攘热热闹闹,混淆了心智,耗尽了力气,怎么可能看到成熟和收获呢?

就是在这样的考虑之下,笔者和朋友们决定在凝聚态物理学量子多体计算的领地中,在这个春天里培育一株幼苗,小心地浇灌它,期望它成长为凝聚态物理学量子多体计算领地中的大树。这株幼苗,就是量子多体系统的动力学性质计算。

量子多体系统的动力学性质计算,笔者在之前的文字中有过介绍,涵盖量子多体系统的谱学和输运行为计算,比如关联电子材料中的准粒子谱,量子磁学和高温超导系统中的自旋激发谱,还有关联电子材料中最基本的电阻、热输运测量等等。

这些能量、动量、温度依赖的响应函数中蕴含着量子多体系统的本质信息,而且它们就是凝聚态物理实验直接测量的物理量,比如角分辨光电子谱测量的就是关联电子材料的电子结构(即准粒子能谱),而中子散射、核磁共振测量的就是量子磁学材料中的自旋激发谱。电阻和输运测量的重要性更是自不待言,远有近藤、量子霍尔效应,近有铜基、铁基高温超导体中的非费米液体行为,都是由电阻和输运测量所揭示的现象。

然而,如笔者在之前的文字中所写,动力学性质计算,从理论上来讲是十分困难的问题,这关乎准确计算指数多的、强烈相互作用的自由度的时间演化,是几近不可能完成之任务。动力学性质计算是量子多体系统理论发展中的核心问题,它的解决可以让凝聚态物理学中许多难题,比如高温超导机理和量子相变临界行为的完整描述,得到彻底地解释。

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