第三十七章 太空站

當石碑從教學樓間的灌木叢中緩緩升起時，所有的學生和老師都走出了教室。他們看著這不可思議的景象，震驚得說不出話來。

「那玩意兒到底是什麼？」文仔坐在孫元一的面前，竭力讓自己冷靜下來。他發現自己似乎問了個極為奇怪的問題，因為對方一聽到他的話，便露出了一臉苦笑。

孫元一的辦公室里，雜亂地堆滿了各種列印出來的論文和圖紙。這些紙張有的收攏在文件夾里，有的用曲別針隨意地夾了起來，有的則用訂書釘整齊地裝訂著，上面還貼著各種顏色的便利貼。看著雖然很亂，但是他卻總能在需要的時候，準確而迅速地找到需要的資料。他看了看結伴來到辦公室里的文仔、陳松和古河，伸出右手，從桌上的小木抽屜里取出了一份資料，翻動幾頁後，將資料攤放在了他們面前。

「我聽索羅說起過你，」他沒有回答文仔的問題，只是把手上的文件向前一推，「你之前在中科大少年班？」

文仔嗯了一聲，接過文件，迅速掃了一眼標題：

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

內源反鐵磁序驅動的金屬-絕緣體相變。他迅速在腦子裡將其翻譯成了中文。可那是什麼意思？

「你知道能帶理論吧？」他示意文仔直接看文件上的一個相圖，「在傳統的能帶理論里，我們忽略電子之間的庫倫相互作用，只考慮單電子與晶體的周期結構之間的相互作用，從而得到了固體的能帶結構。在很多時候，能帶理論的應用都非常成功，根據計算出的能帶，我們知道了哪些材料是金屬，哪些材料是絕緣體，還有哪些材料是半導體。儘管如此，在一些特殊的材料里，能帶理論的應用卻遭遇了挫折。比如氧化錳，根據能帶理論計算的結果，它應該是一種金屬，可它又是一種能隙很大的絕緣體！後來我們知道，在這些材料里，電子之間的庫倫相互作用極其重要，正是它導致材料中出現了很多用能帶理論無法解釋的現象和物理性質……」

「我想，你說的是強關聯電子體系吧？」文仔接過話頭，「我知道這是一個很困難的研究領域，並沒有深入涉獵。」

「孫老師，我們只是想問問，那塊石碑怎麼能飛起來呢？」陳松趁機插嘴道。

「是啊是啊，」古河也忍不住問，「現在地球上到底發生什麼事了？和那塊石碑有關係嗎？」

孫元一揮了揮手，讓他們先坐下來。但他仍然沒有回答他們兩人的問題，而是接著剛才的話題繼續講了起來。

「十八世紀的科學界里，很多人相信決定論。他們認為，世界就像一個時鐘，萬物都像鐘錶的齒輪一樣走動。當整個宇宙在某個時刻的狀態被測定後，他們就可以通過運動方程來計算出其後所有時刻的狀態。現在我們當然知道，這是完全錯誤的。除了量子力學給了它迎頭一擊之外，即使在經典力學的範疇，那也是辦不到的。有的體系精確依賴於初始條件，微小的偏差就會導致結果呈現出巨大的差異，這就是所謂的混沌系統。可以說，它從一個側面否定了決定論。另外一個對決定論補刀的，便是多體系統了。如果一個體系由很多物體構成，而且這些物體之間彼此都有相互作用的力，那麼這個體系的求解難度將隨著物體數量的增加而急劇上升。事實上，即使這個體系只有三個物體，其求解的難度也是極大的，比如天體力學裡的『三體』問題……」

「《三體》？」古河眼裡放著光，「這個我看過，劉慈欣的大作！」

「他說的不是科幻小說。」文仔連忙解釋道。

孫元一不以為意地笑了笑，繼續說道：「這就是在傳統的能帶理論里為什麼不考慮電子間庫倫力的原因了。你想想，在一般的固體材料里，有多少電子？那是以摩爾為單位的數量級啊，如果要考慮它們之間的庫倫力再嚴格求解的話——即使只做數值計算——就算用全宇宙的物質製作出一台超大型計算機，肯定也算不出結果來。」

「那對於強關聯電子體系，豈不是沒辦法研究了？」文仔問道。

「精確解是不可能了，但可以根據一些簡化的模型來進行研究。比如，研究Hubbard模型後就會發現，在這些強關聯材料中，隨著電子間庫倫關聯的增強，體系會從金屬突然變成緣體，這就是所謂的『莫特相變』。」

「這個什麼『莫特相變』和今天學校里發生的事有關係嗎？」陳松急迫地問道。

「當然有關。」孫元一終於正面回答了這個問題，「你們應該聽說了吧，太空站的控制系統發生了大規模的斷電現象，知道原因是什麼嗎？」

所有人都沒有說話，只是認真地看著孫元一。

「那正是因為這些體系中的導電材料發生了莫特相變，從金屬變成了絕緣體。你可以這麼理解，所有電路中的那些銅線啊、鋁線啊，通通變成了木頭，那這電路還能繼續運行嗎？」

「這怎麼可能？」文仔一臉的不可思議，「金屬導體怎麼會莫名其妙地發生這種相變呢？而且據我所知，造成金屬—絕緣體相變的原因有很多種，比如金屬中出現的雜質和缺陷，也可能導致其變成絕緣體。你憑什麼斷定是發生了莫特相變？」

「這是我剛從控制室的電路里隨便取出的一根導線，」孫元一晃了晃手中的銅線，「我用ARPES 測量了它的能譜，再結合動力學平均場理論估算了它的電子關聯強度。計算結果表明，其中的電子關聯強度遠超正常水平，由此證明，這種金屬—絕緣體相變極有可能是莫特相變。

「另外，還有另一個證據支持我的猜測。」孫元一用手指著論文上的一個圖，示意文仔看一下。文仔發現，那是某個材料的內部磁序的實空間分布圖。從圖上可以明顯看到，在這種材料的內部，不同格點處的磁序是交替反向分布著的。文仔知道，這種特殊的分布在磁學裡叫作反鐵磁序。

「看到了吧？材料內部出現了反鐵磁序，這本是銅導線中絕不可能出現的。可是，研究強關聯體系讓我們知道，一旦體系中的關聯強度超過某個程度以後，體系中便會自動形成這種反鐵磁序。由此反推回去，不也是對我剛才所言的又一個印證嗎？」

文仔若有所思地看著論文，一時竟呆住了。在這突如其來的靜寂中，古河突然發問道：「那塊懸空的石碑，也是因為發生了這種相變？」

「不，不不！」孫元一連忙否認道，「形成了反鐵磁序的物體，從其整體來看，是因為內部磁序方向相反，互相抵消，所以宏觀上並沒有磁性。外面的石碑，當然也在其內部形成了磁序，但卻不是反鐵磁序，而是鐵磁序！這種情況下，每個原子上的磁序都沿著大致相同的方向，因此不會相互抵消，從宏觀上來看，它便具有了磁性。事實上，石碑和它下方的地面都發生了類似的變化，產生了鐵磁序。簡單來說，石碑和它下方的地面，可以看成是兩個同極相對的磁鐵——現在知道它為什麼能懸浮在空中了吧？」

古河突然想起衣櫃里的懸浮音響。

「可是，那是石頭啊——怎麼就突然變成磁鐵了呢？」陳松還是覺得不敢相信。

「問得好！」孫元一突然用力拍了下桌子，「事實上，這所有的問題，都跟磁序息息相關。在有的物體里，形成了反鐵磁序，從金屬變成了絕緣體；而有的物體則產生了鐵磁序，獲得了可以懸浮在空中的磁力。究其本質，到底是哪裡出了問題呢？」

文仔慢慢地抬起頭來，皺著眉頭看著孫元一，有些遲疑地說：「磁序跟電子的自旋排布有關，可是……在沒有外來因素影響的情況下，電子自旋的排布怎麼會突然改變了呢？」

孫元一哈哈大笑，就在古河等人感到莫名其妙的時候，笑聲卻戛然而止。他突然板起了臉，一字一句認真地說道：

「那是因為——那些電子都活過來了！」