12月21号的下午,上海交通大学的暗物质研究小组在开会,我的好朋友给我打来电话,“你们的暗物质成果被美国物理学会在线刊物《物理》(《physics》)选为2017年的八大亮点成果报道了。”[1]当时我并没有非常在意。PandaX团队今年取得的暗物质直接探测的结果是世界领先的,被选为亮点成果也就并不意外了。
会议结束后,合作组的同事在《物理》的网站上找到了这条新闻。我看了一眼,却马上被八大亮点中的另一个成果吸引住了——“胶子提供了质子一半的自旋。”[2]这是我的朋友,美国肯塔基大学刘克非教授带领的研究小组和我过去的博士生赵勇(现为麻省理工学院博士后)做出的大型数值模拟量子色动力学(QCD)的成果。
这个成果虽然在计算精度方面还需要进一步改善,但这仍是近半个世纪以来高能质子结构理论计算在正确的方向上迈出的初始一小步,值得庆祝。
特别让我感慨的是,这个成果的背后与我近四十年的物理人生也有着密切的关系。
大学里的梦想
1978年是我非常幸运的一年,我作为一个地道的农村孩子应届考上了大学。我在高中时,数学成绩非常优秀,曾得过全县数学竞赛的冠军。但考大学时我把数学考砸了,不过物理却拿了高分。因此我最终被同济大学海洋系录取,学习海洋地球物理勘探专业。很多年后,我才明白,这就是专门在海底寻找石油等资源。
刚进大学还没有专业课,我们主要学习数学和物理基础课。我对物理课有特别的兴趣,也被老师注意到了。当时同济有位非常优秀的物理老师建议我和研究生一起听课,并参加考试。课程结束后,老师就直接拿着我的考卷去找当时的李国豪校长。在校长的直接安排下,我在二年级时从海洋系转到了物理系。我一直非常感激这位老师的帮助使我有机会终身从事物理研究,而不是去海里找石油。这种转系在当时是非常罕见的,我愉快地正式开始了我的物理生涯。
转到物理系后,因为我的数学功底比较好,理论力学、电动力学、量子力学等课程学起来也比较轻松。特别是量子力学,看上去基本都是一些数学题,不需要搞清其中的物理意义就能拿高分。但唯有一门功课是例外,就是热力学与统计物理。
这是一门研究日常生活中冷与热的学科,涉及到温度、能量守恒定律、热功转换效率、相变等,其研究成果直接推动了蒸汽机的应用与第一次工业革命。
热力学是一门非常优美的经验学科,而统计物理则是用微观的分子热运动去解释热力学的定律。当时课堂里流行用的是北京大学王竹溪先生写的两本教材。令人沮丧的是,统计物理的书虽然看懂了,但习题却非常难解。原来统计物理研究的是几乎无穷多个(1023)粒子的力学系统,光数学好没有用。必须弄清其中重要的物理机制才能找到合适的数学方法去进行近似求解。
1982年大学毕业前要报考研究生,我二话没说就报了北京大学王竹溪先生的研究生。我的理由非常简单:第一,北大是当时中国物理学最强、物理学子最向往的地方;第二,去学最难的东西才能挑战自己。王先生既然能写这样的教科书,那他应该是我能找到的最好的老师了!那是一个非常幸运的春天,我报考北大物理研究生被顺利录取了。
好消息与坏消息
1982年秋,我进入北大开始学习高等物理课程,包括量子统计物理。教这门课的老师刚从国外访问回来,讲得异常生动。有一天他上课时宣布,今年的诺贝尔物理学奖颁发给了美国康内尔大学理论物理学家威尔森(Kenneth Wilson)教授,以表彰他对物质相变有关的临界现象所作出的理论贡献。这是在物理学史上少有的颁发给统计物理的诺奖,而且是一人独得。我当时真的非常兴奋,觉得选对了学习方向。而以前从未听说过的威尔森先生,一下成了我心目中的大英雄,我马上开始学习他的诺奖成果。
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