第三十七章 太空站

当石碑从教学楼间的灌木丛中缓缓升起时，所有的学生和老师都走出了教室。他们看着这不可思议的景象，震惊得说不出话来。

“那玩意儿到底是什么？”文仔坐在孙元一的面前，竭力让自己冷静下来。他发现自己似乎问了个极为奇怪的问题，因为对方一听到他的话，便露出了一脸苦笑。

孙元一的办公室里，杂乱地堆满了各种打印出来的论文和图纸。这些纸张有的收拢在文件夹里，有的用曲别针随意地夹了起来，有的则用订书钉整齐地装订着，上面还贴着各种颜色的便利贴。看着虽然很乱，但是他却总能在需要的时候，准确而迅速地找到需要的资料。他看了看结伴来到办公室里的文仔、陈松和古河，伸出右手，从桌上的小木抽屉里取出了一份资料，翻动几页后，将资料摊放在了他们面前。

“我听索罗说起过你，”他没有回答文仔的问题，只是把手上的文件向前一推，“你之前在中科大少年班？”

文仔嗯了一声，接过文件，迅速扫了一眼标题：

The Metal-Insulator transition induced by an endogenous AFM order.

内源反铁磁序驱动的金属-绝缘体相变。他迅速在脑子里将其翻译成了中文。可那是什么意思？

“你知道能带理论吧？”他示意文仔直接看文件上的一个相图，“在传统的能带理论里，我们忽略电子之间的库伦相互作用，只考虑单电子与晶体的周期结构之间的相互作用，从而得到了固体的能带结构。在很多时候，能带理论的应用都非常成功，根据计算出的能带，我们知道了哪些材料是金属，哪些材料是绝缘体，还有哪些材料是半导体。尽管如此，在一些特殊的材料里，能带理论的应用却遭遇了挫折。比如氧化锰，根据能带理论计算的结果，它应该是一种金属，可它又是一种能隙很大的绝缘体！后来我们知道，在这些材料里，电子之间的库伦相互作用极其重要，正是它导致材料中出现了很多用能带理论无法解释的现象和物理性质……”

“我想，你说的是强关联电子体系吧？”文仔接过话头，“我知道这是一个很困难的研究领域，并没有深入涉猎。”

“孙老师，我们只是想问问，那块石碑怎么能飞起来呢？”陈松趁机插嘴道。

“是啊是啊，”古河也忍不住问，“现在地球上到底发生什么事了？和那块石碑有关系吗？”

孙元一挥了挥手，让他们先坐下来。但他仍然没有回答他们两人的问题，而是接着刚才的话题继续讲了起来。

“十八世纪的科学界里，很多人相信决定论。他们认为，世界就像一个时钟，万物都像钟表的齿轮一样走动。当整个宇宙在某个时刻的状态被测定后，他们就可以通过运动方程来计算出其后所有时刻的状态。现在我们当然知道，这是完全错误的。除了量子力学给了它迎头一击之外，即使在经典力学的范畴，那也是办不到的。有的体系精确依赖于初始条件，微小的偏差就会导致结果呈现出巨大的差异，这就是所谓的混沌系统。可以说，它从一个侧面否定了决定论。另外一个对决定论补刀的，便是多体系统了。如果一个体系由很多物体构成，而且这些物体之间彼此都有相互作用的力，那么这个体系的求解难度将随着物体数量的增加而急剧上升。事实上，即使这个体系只有三个物体，其求解的难度也是极大的，比如天体力学里的‘三体’问题……”

“《三体》？”古河眼里放着光，“这个我看过，刘慈欣的大作！”

“他说的不是科幻小说。”文仔连忙解释道。

孙元一不以为意地笑了笑，继续说道：“这就是在传统的能带理论里为什么不考虑电子间库伦力的原因了。你想想，在一般的固体材料里，有多少电子？那是以摩尔为单位的数量级啊，如果要考虑它们之间的库伦力再严格求解的话——即使只做数值计算——就算用全宇宙的物质制作出一台超大型计算机，肯定也算不出结果来。”

“那对于强关联电子体系，岂不是没办法研究了？”文仔问道。

“精确解是不可能了，但可以根据一些简化的模型来进行研究。比如，研究Hubbard模型后就会发现，在这些强关联材料中，随着电子间库伦关联的增强，体系会从金属突然变成缘体，这就是所谓的‘莫特相变’。”

“这个什么‘莫特相变’和今天学校里发生的事有关系吗？”陈松急迫地问道。

“当然有关。”孙元一终于正面回答了这个问题，“你们应该听说了吧，太空站的控制系统发生了大规模的断电现象，知道原因是什么吗？”

所有人都没有说话，只是认真地看着孙元一。

“那正是因为这些体系中的导电材料发生了莫特相变，从金属变成了绝缘体。你可以这么理解，所有电路中的那些铜线啊、铝线啊，通通变成了木头，那这电路还能继续运行吗？”

“这怎么可能？”文仔一脸的不可思议，“金属导体怎么会莫名其妙地发生这种相变呢？而且据我所知，造成金属—绝缘体相变的原因有很多种，比如金属中出现的杂质和缺陷，也可能导致其变成绝缘体。你凭什么断定是发生了莫特相变？”

“这是我刚从控制室的电路里随便取出的一根导线，”孙元一晃了晃手中的铜线，“我用ARPES 测量了它的能谱，再结合动力学平均场理论估算了它的电子关联强度。计算结果表明，其中的电子关联强度远超正常水平，由此证明，这种金属—绝缘体相变极有可能是莫特相变。

“另外，还有另一个证据支持我的猜测。”孙元一用手指着论文上的一个图，示意文仔看一下。文仔发现，那是某个材料的内部磁序的实空间分布图。从图上可以明显看到，在这种材料的内部，不同格点处的磁序是交替反向分布着的。文仔知道，这种特殊的分布在磁学里叫作反铁磁序。

“看到了吧？材料内部出现了反铁磁序，这本是铜导线中绝不可能出现的。可是，研究强关联体系让我们知道，一旦体系中的关联强度超过某个程度以后，体系中便会自动形成这种反铁磁序。由此反推回去，不也是对我刚才所言的又一个印证吗？”

文仔若有所思地看着论文，一时竟呆住了。在这突如其来的静寂中，古河突然发问道：“那块悬空的石碑，也是因为发生了这种相变？”

“不，不不！”孙元一连忙否认道，“形成了反铁磁序的物体，从其整体来看，是因为内部磁序方向相反，互相抵消，所以宏观上并没有磁性。外面的石碑，当然也在其内部形成了磁序，但却不是反铁磁序，而是铁磁序！这种情况下，每个原子上的磁序都沿着大致相同的方向，因此不会相互抵消，从宏观上来看，它便具有了磁性。事实上，石碑和它下方的地面都发生了类似的变化，产生了铁磁序。简单来说，石碑和它下方的地面，可以看成是两个同极相对的磁铁——现在知道它为什么能悬浮在空中了吧？”

古河突然想起衣柜里的悬浮音响。

“可是，那是石头啊——怎么就突然变成磁铁了呢？”陈松还是觉得不敢相信。

“问得好！”孙元一突然用力拍了下桌子，“事实上，这所有的问题，都跟磁序息息相关。在有的物体里，形成了反铁磁序，从金属变成了绝缘体；而有的物体则产生了铁磁序，获得了可以悬浮在空中的磁力。究其本质，到底是哪里出了问题呢？”

文仔慢慢地抬起头来，皱着眉头看着孙元一，有些迟疑地说：“磁序跟电子的自旋排布有关，可是……在没有外来因素影响的情况下，电子自旋的排布怎么会突然改变了呢？”

孙元一哈哈大笑，就在古河等人感到莫名其妙的时候，笑声却戛然而止。他突然板起了脸，一字一句认真地说道：

“那是因为——那些电子都活过来了！”