• 337章 復雜性(1 / 2)

    普林斯頓高等研究所如往常一樣平靜。

    沈奇來拜訪他的物理學導師威騰,并談了談他的想法:“納維和斯托克斯實際上是采用微積分的方式來解釋流體運動,納維-斯托克斯方程雖然尚未找到數學解,但納維的名字被刻在埃菲爾鐵塔上,斯托克斯則是劍橋的盧卡斯教授。”

    威騰說到:“相比而言,斯托克斯的數學能力更強,N-S方程中的大部分數學處理來自斯托克斯,他獲得了一種更為偉大的紀念,在月球和火星上都有以斯托克斯名字命名的環形山。”

    “微分,積分,偏微分,這些我拿手,然而關于流體運動我是個門外漢,最近我在研究流體運動。”沈奇匯報了近期在物理上的學習進度。

    威騰問到:“所以你想要找到N-S方程的數學解?”

    “很困難,但我盡力,這需要花費大量的時間,以及一點點恰到好處的靈感。那么愛德華,我們接著聊聊楊-米爾斯方程吧,跟N-S方程相比,楊-米爾斯方程所涉及的領域要復雜許多。”“經典力學、量子力學、量子場論、能量鏈波和宇宙學,以及你的弦理論,僅僅一個QFT就讓我頭疼不已,GUT看上去似乎是個傳說。”沈奇顯的苦惱,QTF是量子場論的縮寫,GUT則是所有物理學家夢寐以求的大一統理論。

    “所以你想同時解決N-S方程和楊-米爾斯方程?”愛德華-威騰表示驚奇。

    沈奇搖搖頭說到:“這太困難了,我想聽聽你的看法。”

    威騰:“我暫時給不出任何觀點,等你拿到物理博士學位再說吧。”

    “哦,對了,愛德華,我是帶著問題來的,我們都知道凝聚態物理更像是一道橋梁,它連接量子力學與經典物理,我們在凝聚態物理中能找到楊-米爾斯方程相關的研究報告,也能發現N-S方程的邊緣化交叉點,那么關于凝聚態物理學中提及的復雜性,你是怎么看的?”沈奇問到。

    復雜性這個概念其實是由P.W.安德森最先提出,威騰用他自己的語言進行了闡述:“在物理界,復雜性仍是一個未有定論的問題,從自旋晶格的圖像到人們熟知的圖靈機,從熱力學第二定律到魔鬼階梯,從米堆實驗到混沌理論,從湍流到地震,看似無關的事情聯系在一起并遵循某種規律,這就是復雜性。”

    “然而目前大多數復雜性規律主要依靠物理學家的直覺來判斷,比如P.W.安德森,我們缺少必要的定量化解釋。嘿,孩子,那我問你,從你天天研究的石墨相碳化氮中,依據復雜性原理,你能聯想到什么?”威騰借題發揮,聊的很開心。

    沈奇立即回答:“摩擦。”

    威騰感到好奇:“摩擦?非常新穎的答案,可以具體說說你的摩擦嗎?”

    沈奇搓了搓手:“物質存在缺陷,我用基于同倫群的拓撲學方式定義物質缺陷,哈克曼教授根據我發表在PRL上的論文,采取摻雜、剪裁等物理化學手段改進、重組石墨相碳化氮的分子結構,這是微觀中的摩擦。”

    沈奇不停搓手,越搓越快,搓到手心發燙:“摩擦摩擦,魔鬼的步伐,將石墨相碳化氮中的碳原子放大約10的17次方倍,它就變成了地球般大小。摩擦摩擦,地球的缺陷是否能通過摩擦來優化?這就是我能聯想到的復雜性,很遺憾,我給不出定量化的支撐,一種毫無憑證的直覺而已。”

    “那就找到憑證。”威騰結束了今天的談話。

    沈奇一路搓著手回到了他的辦公室,根本停不下來。

    凝聚態物理學中的復雜性理論是個很玄乎的東西,不研究則已,一旦深入研究,沈奇便沉迷了。

    “摩擦,摩擦。”

    沈奇摩擦了整整一下午,反復念叨這兩字。

    看似沒有什么目的性,沈奇隨手點開了電腦中的ADF軟件,找到GaN晶體的模擬分子結構圖,它像是一張墻紙,嚴格遵守對稱性排列規則,白球代表鈣原子,黑球代表氮原子,縱橫交錯,無限延伸。

    沈奇操作鼠標,鼠標在鼠標墊上摩擦。

    對GaN的量子點進行TDDFT計算,可以得到GaN量子點的紫外-可見吸收光譜。

    光譜曲線非常明顯,GaN在300-1500nm之間有五個不同吸收強度的吸收峰,其中心位于401nm處的最強吸收峰主要來自HOMO-11→LUMO(95%)的電子躍遷。

    “摩擦摩擦,膨脹坍塌。”

    沈奇切回GaN晶體的平面分子結構示意圖,模擬實驗計算結果驗證了GaN中的混合位錯。

    位錯的滑移沿著位錯線和伯格斯矢量所構成的平面運動,位錯的攀移由位錯的邊緣半原子平面作膨脹或收縮來實現。

    順著這個思路進行發散,基于二維晶格OFC模型在0≤α≤1/4情況下的動力學,沈奇本能的做出一個數學計算。

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