我只想當一個安靜的學霸

337章 複雜性

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    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,並談了談他的想法:「納維和斯托克斯實際上是採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,然而關於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。那麼愛德華,我們接着聊聊楊-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複雜許多。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,我是帶着問題來的,我們都知道凝聚態物理更像是一道橋樑,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,那麼關於凝聚態物理學中提及的複雜性,你是怎麼看的?」沈奇問到.

    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,複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,看似無關的事情聯繫在一起並遵循某種規律,這就是複雜性。」

    「然而目前大多數複雜性規律主要依靠物理學家的直覺來判斷,.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,依據複雜性原理,你能聯想到什麼?」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,我用基於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,採取摻雜、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複雜性,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。

    沈奇一路搓着手回到了他的辦公室,根本停不下來。

    凝聚態物理學中的複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,反覆念叨這兩字。

    看似沒有什麼目的性,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,它像是一張牆紙,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,其中心位於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。

    位錯的滑移沿着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。

    順着這個思路進行發散,基於二維晶格ofc模型在0≤a≤1/4情況下的動力學,沈奇本能的做出一個數學計算。

    計算的依據來自具有狄利克雷邊界條件的定常納維-斯托克斯方程。

    目前只能假定n-s方程成立,上百年來,科學家們皆是假定n-s方程成立,得出了大量的理論研究成果,並運用到實際中。

    如果n-s方程不成立,那麼飛機怎能翱翔天空?

    n-s方程在大自然中時刻演繹,只不過人們無法求得它的數學解。

    沈奇的思維一直在跳躍,從半導體照明中藍光發光二極管的核心材料氮化鎵,跳躍到n-s方程。

    兩種看似毫無關聯的存在,在凝聚態物理複雜性原理的穿插下,摩擦,摩擦。

    因為毫無關聯,所以計算量極其巨大。

    沈奇計算到深夜,忘記了吃飯,忘記了回家。

    獨守空閨的歐葉一個電話打過來:「幾點回家?」

    「哦,回家,12點了。」沈奇抱着一堆草稿紙,回到教職工宿舍。

    「很忙呢?」歐葉將7點就煲好的雞湯熱一熱,擱在餐桌上。

    「我先喝湯,你幫我算一組數據,不用知道前因後果,通過低次等階有限元方法,把這個方程解出來就ok了。」沈奇交代給歐葉一個計算任務,他喝起了雞湯,味道不錯,就是鹽擱多了。

    「這是……狄利克雷邊界條件,n-s方程?」歐葉讀本科時學過數學物理方法,考了99分,剩下一分不給,是因為那個數學物理方法的女老師說歐葉長的太美。

    「數學物理方法忘光了沒有?」沈奇笑問。

    「小瞧我?」歐葉白了沈奇一眼,少女時代的計算姬之心熊熊燃燒。

    僅僅一碗雞湯的時間,歐葉在不知道來龍去脈的情況下,通過純粹的數學計算方法,做出了最高效的計算。

    「厲害了我的



  

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