正在阅读《附录》
第(2/3)页


密度泛函理论(学术圈的人称之为DFT)是一种求解含大量粒子的分子波函数的漂亮方法。DFT并不是把每个粒子建模成单独的点,然后一次性计算它们的相互作用,而是把大糊块中的所有电子表示成一个“电子云”。

只要把所有电子弄得模糊不清,然后计算电子密度的“厚度”,你就可以谈论原子或分子在一段时间内的行为。电子云最厚的地方对应着电子最可能出现的地方,而电子云最薄的地方就是电子很少被观察到的地方。

小分子的DFT计算可以在几小时内完成,准确率通常超过90%。与严格求解薛定谔方程(计算大分子需要几年)相比,DFT已经成为量子计算的行业标准。

附录Ⅲ:爱因斯坦的自行车

下面这个简单的设想阐明了光速的恒定,它来自科学作家和电视主持人卡尔·萨根。卡尔·萨根设想了这样一个场景:一个人骑着自行车沿公路向你而来,突然一辆大卡车横穿公路,双方急忙转向。

卡车并非朝你驶来,所以来自卡车侧面的光以正常的光速接近你,物理学家用字母c表示这个常数。骑手朝向你骑车,因此来自自行车的光接近你的速度是“c+自行车速”。这意味着来自自行车的光比来自卡车的光先到达你的眼睛。

当卡车从骑手面前冲过,骑手会转向一边,来自骑手新位置的光会率先抵达你的眼睛(告诉你他移动了),然后很快你看到了来自横穿公路的卡车的光。

如果光速不是恒定的,你会看到自行车毫无理由地转向(来自卡车的光尚未抵达),接着几秒后卡车从它后面驶过。在这种情况下,你会很奇怪为什么骑手会提前几秒转弯。当然,事实并非如此。

来自卡车的光与来自突然转向的自行车的光同时到达你的眼睛,这听起来才是一个更合理的故事。但由于自行车向你移动的速度更快,它的光线按说应该率先抵达。唯一的解释是,来自自行车的光速并不是“c+自行车速”,而是c,与来自卡车的光相同。因此,无论每个人走得多快,光速一定总是相同的。

附录Ⅳ:驯服无限

理论物理学的许多问题都来自无限。以双缝实验为例,我们可以在墙上打两个孔,然后发射一个光子,通过结合两条可能的路径来计算它可能到达的位置。

如果你在墙上打第三个孔,情况也差不多。你计算光子的三条路径(而不是两条),然后计算这三条路径的可能结果。4个孔同理,40个孔、400个孔也差不多。但最终你会发现墙上有许多孔,以至于它不再是一面墙壁,而成了一个大的空洞。

这意味着我们必须计算光子的无限多的路径,因为墙上有无限多的孔(没有墙=无限多的孔)。如果没有墙,我们直接把光子照射在探测屏上,显然光子就会走直线。这就好像光子“嗅出了”(费曼的说法)无限种可能的路径,然后它选择了经典的路线—就好像无限以某种方式被抵消了。

QED另一个棘手的问题是粒子与自身的相互作用。电子带负电荷,这意味着它与其他带负电荷的粒子相互作用。严格意义上来说,因为电子是带电的,所以它会与自身相互作用;但由于电子与自身无限靠近,当我们尝试计算其相互作用时,这种自身的相互作用会给出无限的答案。

这两个例子真让人头疼,因此无限并不是物理学中真正的东西。它存在于抽象的数学世界,而真正的宇宙没有无限(宇宙不可能容纳无限),所以当理论预测了无限的答案后,这意味着理论一定有问题。

当方程开始趋于无限时,科学家称为“发散”,许多物理学家都在努力消除这些数字爆炸。通常的方法是通过修改方程、推导新方程或改变输入值,得到更合理的答案。

一种比较笨拙也极其粗糙的方法是在数字变得太大时直接砍掉它(这种方法叫正规化)。这种方法比对着方程哭泣并忽略它好不了多少。

还有一种更复杂的方法叫“重整化”。这个方法是为场选择属性(主要是根据猜测),用这些值求解一系列不同的方程,直到与答案相匹配。被纳入的细节越多,计算值就越接近实验结果。

相关小说

药祖 武侠 / 完结
药祖
何无恨
手握至尊药鼎,成就无上药祖。少年采药郎,偶然得到一尊神秘药鼎,从此打开修仙大门。药鼎之中,玄功秘法,药典丹方,天材地宝,仙田药园,应有尽有。成就最逆天的炼药祖师,炼制最完美的灵丹妙药,铸造最传奇的修士神话。没有妖孽天资,但凭大智慧,大毅力,终于问鼎乾...
250.77万字 1 小时更新
绝世唐门 玄幻 / 完结
绝世唐门
唐家三少
这里没有魔法,没有斗气,没有武术,却有武魂。唐门创立万年之后的斗罗大陆上,唐门式微。一代天骄横空出世,新一代史莱克七怪能否重振唐门,谱写一曲绝世唐门之歌?百万年魂兽,手握日月摘星辰的死灵圣法神,导致唐门衰落的全新魂导器体系。一切的神奇都将一一展现。唐...
532.63万字 1 小时更新
异界全职业大师 玄幻 / 完结
异界全职业大师
庄毕凡
网络游戏中的仓库小号,却意外的穿越到了异界。
483.07万字 37 天前
傲剑凌云 玄幻 / 完结
傲剑凌云
小刀锋利
这是个以剑为主的大陆。
266.39万字 37 天前
九界独尊 武侠 / 完结
九界独尊
兵心一片
“混沌之子,九界乱始,开天辟地,九界独尊!” “如意宝袋天下装,九天神笔大道扬;镇魂碑里明混沌,轮回指环生死藏;宝冶神鼎炼万物,神砚乾坤此一方;混沌之子临九界,九界独尊一界皇。” 南海仁,一个生在神洲天龙朝清泉镇穷书生家的子弟,一个偶然的际...
419.19万字 1 小时更新
天珠变 玄幻 / 完结
天珠变
唐家三少
人有本命珠,觉醒后或为意珠、或为体珠,如手串分别在左右手腕处盘旋。天珠如人类之双胞胎,当意、体双珠同时出现在一个人身上的时候,即为天珠。修炼体珠者是为体珠师,修
269.21万字 37 天前