這是真的。 一年之后,,面對(duì) referee,,他總會(huì)想起機(jī)緣將他帶到德國某著名研究所見識(shí)某小牛人的那個(gè)下午。那時(shí)他剛剛回國工作,,開始組建自己的研究小組,,又是博士畢業(yè)四年之后重新訪問德國,心想自己闖蕩幾年并沒有驚世駭俗的收獲,,面對(duì)師友還有些不安,。角色的變換,工作的變換,,一切都剛開始,,新鮮而真實(shí),包括心里的不安,,一如他當(dāng)時(shí)身在的德國的清冷的早春,。
某小牛人向他侃侃而談自己的新理論,就像現(xiàn)在市面上很多新理論一樣,,其中更多的是一些一廂情愿的good wishes,。當(dāng)然,這些 good wishes 的底層,,卻是阻挫磁體中一個(gè)有意思的現(xiàn)象,,所謂的 “涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性”。大意是,,物理系統(tǒng)的哈密頓量決定了系統(tǒng)所能具有的對(duì)稱性,,而體系在哈密頓量參數(shù)空間中所呈現(xiàn)出的相,其對(duì)稱性往往要低于哈密頓量的對(duì)稱性,,即凝聚態(tài)物理中常常提到的對(duì)稱性自發(fā)破缺現(xiàn)象,。但是,在阻挫磁體中,,也有違反這樣基本規(guī)律的時(shí)候,。由于阻挫和臨界漲落(可以是經(jīng)典熱漲落或者量子漲落)共同作用的結(jié)果,系統(tǒng)可以在相變點(diǎn)處涌現(xiàn)出比哈密頓量更高的對(duì)稱性,。其實(shí),,那個(gè)德國某著名研究所中的某大牛人--即某小牛人的上司--就是“涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性” 的發(fā)現(xiàn)者。
在上世紀(jì)末,,某大牛人與合作者推測(cè)在反鐵磁三角晶格的橫場(chǎng)伊辛模型中,,雖然反鐵磁相互作用阻止自旋在三角晶格上排列成簡(jiǎn)單長程序(此即阻挫),但是微小的橫向磁場(chǎng)所引入的量子漲落,卻能夠幫助自旋在更大的原胞上排列成磁性長程序,。但是,,更有意思的是,當(dāng)磁場(chǎng)足夠大時(shí),,自旋又會(huì)被磁場(chǎng)極化,,在有序和極化之間,有一個(gè)臨界點(diǎn),,在這個(gè)臨界點(diǎn)上,,由于阻挫和量子漲落,系統(tǒng)突然具有了一種比其哈密頓量的離散對(duì)稱性還要高的連續(xù)對(duì)稱性,,即“涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性”,。這個(gè)推測(cè)后來被精確的蒙特卡洛模擬證實(shí),現(xiàn)在已是統(tǒng)計(jì)物理和凝聚態(tài)相變理論中的美談,,很多阻挫磁體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,,也嘗試著用類似的理論來解釋。
話說回來,,在那個(gè)下午,,某小牛人對(duì)他侃侃而談的新理論,就是對(duì)某大牛人“涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性” 從阻挫三角晶格到阻挫六角晶格的推廣,。與三角晶格類似,,阻挫的六角晶格在橫向外磁場(chǎng)的幫助下,也可以形成一種更大原胞的磁性長程序,,破缺其哈密頓量所具有的離散對(duì)稱性,;而當(dāng)磁場(chǎng)很強(qiáng)時(shí),自旋亦會(huì)被極化到磁場(chǎng)的方向,。某小牛人與合作者推測(cè)在有序相和極化相之間,,也會(huì)涌現(xiàn)出具有連續(xù)對(duì)稱性的量子臨界點(diǎn)。而且,,由于阻挫六角晶格的哈密頓量具有更高的離散對(duì)稱性,,這里涌現(xiàn)出的連續(xù)對(duì)稱性應(yīng)該比阻挫三角晶格中的連續(xù)對(duì)稱性還要高。
聽起來十分合理,,某小牛人意氣風(fēng)發(fā),,為同代物理學(xué)家中的翹楚。在某著名研究所中深耕幾年,,已有一個(gè)規(guī)模可觀的團(tuán)隊(duì),,堪為他的榜樣,。
他認(rèn)真記下這新理論的細(xì)節(jié),結(jié)束訪問回到自己的小組后,開始了低調(diào)的蒙特卡洛計(jì)算,。阻挫六角晶格比三角晶格復(fù)雜,,需要改進(jìn)蒙特卡洛計(jì)算的細(xì)節(jié);為了把相變看的更清楚,,他和合作者還設(shè)計(jì)了直接在蒙特卡洛中測(cè)量系統(tǒng)自由能高階項(xiàng)的方法,。克服了這些困難之后,,他們發(fā)現(xiàn)結(jié)果總是有些蹊蹺,,和某小牛人的新理論并不一致。阻挫六角晶格在有序相和極化相之間,,的確有一個(gè)相變,,但卻是一個(gè)一級(jí)相變,并沒有“涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性”,。他嘗試著和某小牛人討論,,但是發(fā)現(xiàn)其總是很忙,忙于意氣風(fēng)發(fā)地傳播自己更加新的新理論,,總沒有時(shí)間停下來思考一下上一個(gè)新理論出了什么問題,。
其實(shí),原因也不復(fù)雜,,經(jīng)典臨界行為在理論上就已經(jīng)難以嚴(yán)格處理了,,遑論阻挫磁體中的量子臨界點(diǎn)。某小牛人的新理論基于不少假設(shè),,其中重要的一條是系統(tǒng)的自由能中能夠?qū)е乱患?jí)相變的三階項(xiàng),,基于某些good wishes,要在相變點(diǎn)處消失,。其實(shí),,某大牛人關(guān)于阻挫三角晶格中的“涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性”理論,也是基于這個(gè)假設(shè),。但是,,造化弄人,通過嚴(yán)格的蒙特卡洛計(jì)算,,他們最終確定:在阻挫三角晶格的量子臨界點(diǎn)上,,自由能三階項(xiàng)的確消失;而在阻挫六角晶格的量子臨界點(diǎn)上,,自由能三階項(xiàng)的確不消失,。故而,前者具有“涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性”,,成為凝聚態(tài)相變理論中的美談,,玉成某大牛人為大牛人,;而后者就是一個(gè)普通的一級(jí)相變,符合普通的凝聚態(tài)相變理論的描述,,某小牛人只好暫時(shí)屈居小牛人,。可是,,真正的問題在于,,這些基于good wishes 的理論預(yù)言,對(duì)于阻挫磁體這樣的強(qiáng)關(guān)聯(lián)凝聚態(tài)系統(tǒng),,如果不通過如蒙特卡洛般的嚴(yán)格計(jì)算,,誰也不會(huì)知道對(duì)錯(cuò),意氣風(fēng)發(fā)者仍然會(huì)意氣風(fēng)發(fā)下去,。“天地不仁,,以萬物為芻狗”,物理的真理和good wishes 之間很多時(shí)候往往正交,,沒有精確的嚴(yán)格計(jì)算,,當(dāng)然還有更重要的實(shí)驗(yàn),goodwishes 總有 too good to be true 的命運(yùn),。
他們低調(diào)地總結(jié)了計(jì)算的結(jié)果,,低調(diào)地寫了一篇文章,題目可譯為“小心預(yù)言涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性 ” (Caution on emergent continuous symmetry),。
一年之后,,他還在組建自己的研究小組,還是沒有驚世駭俗的收獲,,面對(duì)師友和種種小牛人時(shí),,心里的不安仍然真實(shí)??墒?,想起一年前的那個(gè)下午,他慶幸自己學(xué)會(huì)了蒙特卡洛,,不會(huì)被忽悠,。
圖1:蒙特卡洛計(jì)算結(jié)果。阻挫三角晶格的序參量histogram,。在橫場(chǎng)小的時(shí)候(h=0.4),系統(tǒng)具有磁性長程序,,序參量在離散的6個(gè)點(diǎn)上取值;在相變點(diǎn)附近(h=1.5),,由于阻挫和量子漲落,,系統(tǒng)具有涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性,序參量在連續(xù)的圓環(huán)上取值,。
圖2:蒙特卡洛計(jì)算結(jié)果,。阻挫六角晶格的序參量histogram,。在橫場(chǎng)小的時(shí)候(h=2.45),系統(tǒng)具有磁性長程序,序參量在離散的6個(gè)點(diǎn)(m1,m2,m3)上取值,;在相變點(diǎn)附近(h=2.50),系統(tǒng)發(fā)生1級(jí)相變,沒有涌現(xiàn)連續(xù)對(duì)稱性,,序參量仍在離散的6個(gè)上取值,。 點(diǎn)擊圖片進(jìn)入專欄 發(fā)現(xiàn)生活中好玩的科學(xué) 分享動(dòng)手時(shí)探索的快樂 和我們一起玩點(diǎn)正經(jīng)的 回傳實(shí)驗(yàn)視頻有機(jī)會(huì)獲得小禮品 |
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