Re: [问卦] 请问凝态物理是什么

楼主: newwu (frankwu)   2018-10-10 02:51:14
※ 引述《iwantzzz (我爱大自然)》之铭言:
: 请问大家
: 看完科学影片 很好奇 想问有小道消息
: 凝态物理好像是讨论一堆原子特质或者是特性
: 其中跟对称性为核心 跟括朴型名词有关吗?
: 跟杨博士科学家研究有关吗?
: 为什么会兴起这门学问
: 它跟固态物理有什么关联?
: 请问这科学常识会很难吗?
MIT的凝态物理教授文小刚,在他的书[1]里写到的是这样
"Condensed matter physics is a branch of physics which studies systems of many
particles in the 'condensed' (i.e. solid or liquid) states. The starting
point of current condensed matter theory is the Schrödinger equation that
governs the motion of a number of particles (such as electrons and nuclei).
The Schrödinger equation is mathematically complete. In principle, we can
obtain all of the properties of any many-body system by solving the
corresponding Schrödinger equation."
不专业中文翻译:
“凝态物理是物理学中的一个分支,研究在凝态(固态和液态)的多粒子系统,
当今凝态物理的起始点是薛丁格方程式,薛丁格方程式主宰多粒子的运动
(例如电子、原子核),薛丁格方程式是数学上完备的。
理论上,利用解薛丁格方程式,我们可以得到多体系统的所有性质。”
However, in practice, the required computing power is immense. In the 1980s,
a workstation with 32 Mbyte RAM could solve a system of eleven interacting
electrons. After twenty years the computing power has increased by 100-fold,
which allows us to solve a system with merely two more electrons.
The computing power required to solve a typical of 10^23 interacting electrons
is beyond the imagination of the human brain. A classical computer made by all of the atoms in our universe would
not be powerful enough to handle the problem....."
“然而,实务上,这件事需要非常巨大的计算能力。
在1980年代,32MB内存的工作站,可以计算11颗互相作用的电子系统。
二十年后,在计算能力是当初的百倍的今天,我们只能多加两颗电子进系统。
假如我们要考虑10^23个交互作用电子,需要的运算能力远超出人类想像。
古典电脑不可能有能力去处理这样的问题。”
这是文小刚在 Quantum Field Theory of Many-Body Systems 的第一章,
More is different 中的叙述,
里面写了凝态,是指固态和液态,
强调了量子交互作用。
但重要的是,即使所有运动都来自于量子力学方程式
我们也无法从方程式直接得到结果。
那我们该怎么做呢?
事实上,More is different 是取自诺贝尔奖得主P.W.Anderson的著名文章[2],
在此篇文章中明确的论述,在系统的大小、复杂度提升时,
人们势必要发展新的理论去描述他。
“量变造成质变”
这不只是凝态物理(包含 固态物理、多体物理)与高能物理(基本粒子、力)之间的关系,
也是生物和化学的关系、生态学和生物的关系,社会学和心理学的关系。
向上跑一个层级,就得有新的理论、规则去描述。
这就是凝态物理在做的事,凝态物理并不是高能物理的应用,
自己也在发展着基本规则与理论,只是适用于描述多粒子、材料。
物理学家从最早固体物理课本常出现的低交互作用系统,
慢慢建构起各种不同的理论。
你提到的对称性是比较早的重点(但是一直很重要)。
当物理学家觉得早些时候的相变理论、超导超流理论已经变得trivial之后,
他们开始朝着物质中的拓朴性质拓展。
所以,拓朴是这一个领域最前沿的部分,
这也是2016年诺贝尔物理奖的主题[3]。
[1] Xiao-Gang Wen, 2004, Quantum Field Theory of Many-Body Systems
(Oxford University Press)
[2] Philip W. Anderson, 1972, Science 177,393
[3] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2016/press-release/

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