Re: [問卦] 請問凝態物理是什麼

作者: newwu (frankwu)   2018-10-10 02:51:14
※ 引述《iwantzzz (我愛大自然)》之銘言:
: 請問大家
: 看完科學影片 很好奇 想問有小道消息
: 凝態物理好像是討論一堆原子特質或者是特性
: 其中跟對稱性為核心 跟括樸型名詞有關嗎?
: 跟楊博士科學家研究有關嗎?
: 為什麼會興起這門學問
: 它跟固態物理有甚麼關聯?
: 請問這科學常識會很難嗎?
MIT的凝態物理教授文小剛,在他的書[1]裡寫到的是這樣
"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."
不專業中文翻譯:
「凝態物理是物理學中的一個分支,研究在凝態(固態和液態)的多粒子系統,
當今凝態物理的起始點是薛丁格方程式,薛丁格方程式主宰多粒子的運動
(例如電子、原子核),薛丁格方程式是數學上完備的。
理論上,利用解薛丁格方程式,我們可以得到多體系統的所有性質。」
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,實務上,這件事需要非常巨大的計算能力。
在1980年代,32MB記憶體的工作站,可以計算11顆互相作用的電子系統。
二十年後,在計算能力是當初的百倍的今天,我們只能多加兩顆電子進系統。
假如我們要考慮10^23個交互作用電子,需要的運算能力遠超出人類想像。
古典電腦不可能有能力去處理這樣的問題。」
這是文小剛在 Quantum Field Theory of Many-Body Systems 的第一章,
More is different 中的敘述,
裡面寫了凝態,是指固態和液態,
強調了量子交互作用。
但重要的是,即使所有運動都來自於量子力學方程式
我們也無法從方程式直接得到結果。
那我們該怎麼做呢?
事實上,More is different 是取自諾貝爾獎得主P.W.Anderson的著名文章[2],
在此篇文章中明確的論述,在系統的大小、複雜度提升時,
人們勢必要發展新的理論去描述他。
「量變造成質變」
這不只是凝態物理(包含 固態物理、多體物理)與高能物理(基本粒子、力)之間的關係,
也是生物和化學的關係、生態學和生物的關係,社會學和心理學的關係。
向上跑一個層級,就得有新的理論、規則去描述。
這就是凝態物理在做的事,凝態物理並不是高能物理的應用,
自己也在發展著基本規則與理論,只是適用於描述多粒子、材料。
物理學家從最早固體物理課本常出現的低交互作用系統,
慢慢建構起各種不同的理論。
你提到的對稱性是比較早的重點(但是一直很重要)。
當物理學家覺得早些時候的相變理論、超導超流理論已經變得trivial之後,
他們開始朝著物質中的拓樸性質拓展。
所以,拓樸是這一個領域最前沿的部分,
這也是2016年諾貝爾物理獎的主題[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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