那么多量)子物理学的“重磅”突破，我们真的明白吗？

更新时间：2026-01-19 18:30 来源：牛马见闻

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若干年前，香港大学物理系孟子(杨（笔！名“卡洛”）教授开始在《物理》杂志创作他的专栏《量子多体中的呐喊与彷徨》，间或将其中文章扩写或优先发表在《返朴》上。 世间以量子物理为对象的科普何其多，但卡洛的这组聚焦在强关联物理的科普少见地做到了“以相对浅显易懂的语言解释复杂科学概念”（向涛院士语），此外更独特的是，他的文字饱含了一个以创造性精神为根本追求的人的性情，除了自由探索的欢欣，还有苦闷、忧愁和颓放。由是发展下去，乃至该专栏后来还衍生了《返朴》的另几个专栏《科学遐思》《量子多体中的坟》和《量子多体中的野草》。 量子多体物理学的研究竟有何魅力能让人持续耕耘？向涛院士在本书序言中作了关键说明。但也如卡洛说，如今人们热衷谈论的量子多体纠缠、量子多体模拟、量子多体计算、量子多体线路等似乎总能收获“重磅”突破，但其间的诸多基础理论和实验问题正是现有知识的边界，正是需要具有自由探索精神的灵魂全身心投入的场域，如此多的“重磅”让人不禁要问，我们真的明白我们到底在谈论什么吗？ 在科研人追求发表、资源、经费、“帽子”和功名的今天，看似热闹实则浮躁的氛围锈蚀着象牙塔。发现和创造是最个体的、最纯粹的、最自由的精神活动。如果你也极度珍视自身生命价值，想必也会对作者讲谈科学之时迸发的那种坚硬的抵抗有共鸣和欣赏。 此书适合对科学与人文创造性活动、凝聚态物理学史和量子物质科学前沿进展感兴趣的读者阅读。 《量子多体中的呐喊与彷徨》（人民邮电出版社，2026年1月） 福利来了： 在返朴公众号评论区说出你在创造性活动中的感受和故事，我们将从评论区选出五人送出本书。亦欢迎投稿，来稿一经选用将付稿酬。 序言 中国科学院院士向涛 量子理论是人类迄今为止建立的最基础的科学理论之一，是划时代的科学突破，不仅实现了物理和化学的统一，也奠定了现代及未来信息技术发展的科学基础。从普朗克于1900年提出量子概念开始到现在，量子理论的发展大致可以分为以下三个阶段。第一阶段从20世纪初到20世纪30年代，是量子理论的基本原理及概念体系的建立阶段。这个阶段的成果奠定了量子力学的理论基石，也构成了大学量子力学课程的核心内容。第二阶段始于20世纪30年代，是微扰量子场论的建立和发展的阶段。此阶段通过重整化群理论及规范量子场论的建立，在20世纪五六十年代达到其顶峰，象征着量子物理学一个新纪元的诞生，其精华已成为现代量子场论的核心内容，也奠定了描述相变与临界现象的理论基础。第三阶段致力于非微扰量子场论的构建，是量子理论发展过程中尚未攻克的难关。从20世纪50年代开始的对粒子物理强相互作用的研究，可认为是这个阶段的开端，但直到20世纪80年代铜氧化物高温超导体等强关联量子系统的发现，人们才更加明确地意识到解决这些问题的紧迫性。强关联量子系统属于非微扰范畴，目前人们还没有找到一种普遍适用的解析方法或半解析方法来研究它们。因此，发展数值计算方法解决和揭示强关联多粒子系统的量子规律，已成为量子理论研究的关键方向。 孟子杨的这本文集，就是在这种科学背景下诞生的。 孟子杨是我在中国科学院物理研究所的前同事，是一个对探索科学未知领域充满无限激情的年轻人。这本文集，通过平实的语言，记录了他在攀登强关联物理高峰过程中的艰辛历程和人生感悟，没有追逐高影响因子的浮躁，也没有追求时髦课题的喧嚣，读者通过阅读本文集能深刻体会到一位勇攀科学高峰者面对重重挑战时的平静和坚毅，以及在经历无数失败后终获成功的喜悦。他的文字生动展现了科研从无到有的创造过程，体现了科研工作者在追求真理的道路上所面临的种种心理和情感挑战，同时也表达了对于建立一个自由、开放、鼓励创造的科研环境的深切期望。 孟子杨的文集，通过科普阅读的形式，为广大读者揭开了强关联量子物理研究的神秘面纱，缩小了物理学前沿研究与大众认知之间的鸿沟，不仅成功地将高深的量子理论转化为公众可理解的知识，也能激发人们对探索量子世界奥秘的兴趣和好奇心。在强关联量子物理这个相对艰深的领域中，能够以相对浅显易懂的语言解释复杂科学概念的图书屈指可数，孟子杨的努力在此背景下显得尤为珍贵。希望有更多的人能够加入科学文化传播事业中来。 神奇的量子多体材料 前言 香港大学物理系教授 孟子杨（卡洛） “我在年青时候也曾经做过许多梦，后来大半忘却了，但自己也并不以为可惜。” 当我写下这些熟悉的文字时，大抵也就是鲁迅写下上述文字的年纪，他的梦尚且大半忘却，我的梦岂不更是如此。100年前的大先生身处动荡的大时代，如今的我们同样身处一个风云变幻的时代，在种种变化之中，希望和失望都是倏忽之间的事。种种新潮、种种时代的悲喜剧，种种在社会和行业的梯子上挣扎着向上攀爬的剧情，每天都在上演，热热闹闹此起彼伏，而我们的生命也就在这样的热闹中无声无息地流走了。 在鲁迅的时代，市面上进行的是思想文化上的革命，所谓“德先生”与“赛先生”。而这样二位先生我们请了一百年，似乎也还没有在我们的文化和心理家园中变成稳定的家庭成员，总是在门口游走。在笔者从事的量子物理学研究领域，赛先生所要引发的革命——既是真诚的人们正在盼望的科学革命，也是弄潮儿们正在努力鼓吹的革命——总说将要发生、正在发生或者已经发生了，但是笔者总是茫然。 我们不是还没有可以普遍性地解决量子多体问题的理论与计算框架吗？我们不是还没有理解什么是铜氧化物高温超导现象，没有理解为什么二维量子材料中的超导和分数量子反常霍尔效应会发生吗？甚至我们还不明白强关联材料中金属到绝缘体的莫特转变是如何进行的，费米面上的准粒子是如何消失的，朗道费米液体理论是如何失效的等基础理论问题。遑论眼下正在被广泛讨论的量子多体纠缠、量子多体模拟、量子多体计算、量子多体线路等将要发生、正在发生或者已经发生的“重磅”突破。我们真的明白我们在讨论的内容吗？ 事情的脉络原本是清楚的，一如向涛院士在序言中所写，从普朗克于1900年提出量子概念开始到现在，量子理论大致可分为三个阶段，第一阶段从20 世纪初到20 世纪30 年代，建立了量子理论的基本原理及概念体系。第二阶段始于20 世纪30 年代，建立了重整化群理论及规范量子场论，及至20 世纪五六十年代现代量子场论、相变与临界现象的理论等基础趋于完备。而当下我辈还处在量子理论发展的第三个阶段，正在致力于非微扰量子场论的构建，这是量子理论发展中尚未攻克的难关。在我从事的凝聚态物理学研究领域中，自20世纪80年代铜氧化物高温超导体等强关联量子系统的发现，人们更加明确地意识到，量子多体问题属于非微扰范畴。目前还没有一种普遍适用的解析或半解析方法，取而代之的是，人们开始着力发展量子多体数值计算方法，辅之以量子场论等解析工具，解决和揭示强关联量子多体系统的量子规律，这既是量子理论研究的关键方向，同时也说明我们还处在摸着石头过河的状态中。 具体到我自己，作为一个从事量子物理学研究的科研人员，稍稍回想一下，入行这些年发表了一些所谓的一区论文，培养了一些学生，给多个科普平台写了一些“游戏”文字。做这些事只是因为喜欢，只是想搞清楚量子多体问题中的一些难点，并分享给感兴趣的朋友。至于是不是“前瞻性、原创性、引领性”的成果，是否做到了“提出新理论、发展新方法、开辟新领域，推动我国基础研究在前沿领域取得突破”，我个人认为其实已不重要。量子多体问题神秘无穷，书生们以肉身进入现场，看着花开花落、风日闲静、人家笑语，追求的不过是那值得寄托的人生贞信、跌宕自喜的深稳；追求的不过是日月山川变异中的那一股朝气。在非费米液体研究中的摸索和体会，在量子多体模型构建和计算上的心得，在量子相变和多体纠缠方面的一点点新发现，在二维量子摩尔材料计算方面的一点点新学习，对于书生们来说，就算是他们的回报了，就算是他们的“每有会意，便欣然忘食”。 推广到我身处的科研大环境，这些年来，大家都经历了从呐喊到彷徨的变化，眼见着行业中的同伴们“ 有的高升，有的退隐，有的前进，我又经历了一回同一战阵中的伙伴还是会这么变化”，开始感到寂寞，变成了沙漠中荷戈的孤卒。也就是在这样寂寞的心情中，却又更加清楚地看到“我决不是一个振臂一呼应者云集的英雄。”一如鲁迅，在想把量子多体问题搞清楚的时间里，我更多体会到的是未尝经验的悲哀。为了消解心中的寂寞，我也开始尝试着寻找安放自己灵魂的办法，或回望过去，或走向异国，或集中精力从事自己认为值得追求的科学创造。只希望我的寂寞不要打扰这个看似热闹实则浮躁的环境，不要传染给其他青年。但是就在这之中，我却总发现心灵无法完全地沉寂，似乎是自己在想要勉力从事创造的过程中，总有几件事、几种感动、几次科学创造中深入心灵的体验在招引着我、催促着我，使我不甘让自己的内心沉寂，使我觉得有必要把它们讲出来，讲给真诚的人们，给他们以鼓励和或多或少的温暖。承蒙科普平台的编辑朋友们和行业内诸多友人的勉励，我几年来陆陆续续地写下读者眼前的这些文字。现在竟然有机会结集出版，确是在我的意料之外。 写作之于笔者，其实已经变成了一种救赎，让我在变化的时代中找到属于自己的一片土地，可以心安理得平静思考的土地。本书收录的十几篇文章，从风格到体例一以贯之，我尝试着用一种更加个人化的方式，解释和记录自己、学生、朋友们在量子多体研究中的心得和体会，尝试讲述量子多体研究中一些个人化的、十分具体的量子多体物理问题的研究进展，讲述点滴想法怎么一步步落实；涵盖的内容也十分杂乱，充满了个人的印记，从去禁闭量子临界现象，到非费米液体的模型设计与数据分析方法、量子磁性材料计算与实验数据解读，再到关联电子系统量子纠缠算法的新进展，还有量子摩尔材料模型设计和计算、拓扑序临界现象、受限量子多体与量子模拟系统结合的新发展等。因水平有限，我只会讲自己身边的故事，那些随喜的、锦上添花类的灌水评述，实在不适合笔者。由是观之，如果读者诸君希望从这些文字中学到如何发现研究热点、跻身青年才俊的成功案例，恐怕将会失望。本书中呈现的只是一些从个人心中冒出来的、自认为好的故事。在编辑整理本书的过程中，我受到很多同行、学生和朋友们的鼓励和帮助，无法一一致谢。值得特别提到的是中国物理学会《物理》杂志的编辑王海霞、返朴的编辑潘颖、人民邮电出版社的编辑胡玉婷和王芳，还有香港大学物理系的研究生冉晓雪，她们为我这些不成系统的文字，操心费力，进行了很多细心的整理工作。当然，文中不可避免的错误，责任都在笔者。 “知我者，谓我心忧；不知我者，谓我何求。”随着过往一起沉寂下去的，是个人的喜乐和哀愁。而内心中希望不会沉寂的，是我们在从事科学创造的过程中亲历的几件事、获得的几种感动、几次深入心灵的体验，在这里拿出来分享给真诚的人们，希望可以鼓励和宽慰如我一样正在体会着孤独的灵魂。出于向前贤致意的心思，姑且名之曰：量子多体中的呐喊与彷徨。 后记 香港大学物理系教授 孟子杨（卡洛） 这篇是本书中最后一篇文字，静下心来一看，发现也是2022年下半年的作品了。这一晃又是三年过去了，成书的过程，竟也如这篇文字一样，是一个漫长的告别。现在回看三年前的文字，还有本书中其他各篇更早的文字，真有些愧于少做的感觉，这愧的原因，也不过是茶饭一年年地吃多了，年纪不能没有长进，而思想学问却没有突破，使人难免忧愤颓放之故。 本文原是我为中国物理学会《物理》杂志所写的系列文章“量子多体中的呐喊与彷徨”的结尾，放在本书中作为后记，也正是物尽其用。三年前写这篇的时候，我就想通过美国侦探小说大师雷蒙德·钱德勒的经典作品《漫长的告别》（后来拍成电影，也颇为成功，我们现在熟悉的阿诺哥·施瓦辛格老师就在其中跑龙套），上溯到侦探小说的流派传承，还有钱德勒对于钱钟书和村上春树的影响——帮助他们找到自己的风格，谈谈在我们的环境中从事自然科学研究，也需要发展出个人独特的风格，这个简单却常常被忽视的道理。 科学研究和文学艺术在本质上是相通的，都是创造性的工作，都要在前人的积累之上找到新的内容，再用新的形式和新的表达，阐述创造者对于自然界和社会的理解和见解，发出既具有普适意义又具有个人特点的声音，这样的声音就是风格。只有风格才能传承下去，被后人接受、消化，再发展出新的风格。简单的重复，是不会有长久的生命力的。正是因为这样，科学研究是一项困难的事业，创造性的科研工作不仅要求参与者投入自己的全部性情来进行，而且——也许是更重要的——需要参与者通过投入而培养出自我科研风格和对身处的科学共同体的洞察力。正是这样的风格，让一代代对于真理感兴趣的人们在重锁的浓雾里找到追求科学的那股最纯粹的力量，有了这股力量，一代代对于真理感兴趣的人们才能开拓新的领域，启发和激励后来的探索者。 有了风格的科学家，就像能写好文章的写作者，他爱惜所有的意思：数据、定理、实验、文字、声音、典故，他不肯草率地使用他们，他随时随处加以爱抚，好像是水遇见可飘荡的水草要使他飘荡几下，风遇见能叫号的窍穴要使他叫号几声，看似不着痕迹却又用尽了心神，所以是文生情，所以这样的研究才浸润着研究者的生命，也因为这样所以这生情的文章和这有风格的研究才是研究者的创造，是生命的延续。前面的愤懑颓放是因为我觉得自己还做不到如此，因为还做不到，所以接下来的三年，三十年，这样的有风格、能传承的研究，都是我要勉力追求下去的目标。我想，一代代对于真理感兴趣的人们，在思想学问和科研生涯中的追求，就在于此。 <hr> 本书章节目录 第1章被解救的诺特： 对称性在量子物质科学中的应用 第2章白马非马，非费米液体——非——费米液体: 如何理解量子多体金属（之一） 第3章一生能有多少爱： 如何理解量子多体金属（之二） 第4章从德尔斐箴言到自学习蒙特卡罗： 人工智能在量子多体计算中的应用 第5章南方的动力学平均场： 现代量子多体材料计算 第6章蒙蒙卡和张量量： 量子多体计算中的蒙特卡罗和张量网络 第7章我们的壮游： 浅谈科学交流和教育方式 第8章我爱纠缠如秋裤： 量子纠缠在物理系统中的定量计算和衡量（之一） 第9章关于纠缠的十四行诗： 量子纠缠在物理系统中的定量计算和衡量（之二） 第10章转角石墨烯的三昧： 二维量子材料的热潮 第11章无愁河上的浪荡汉子们： 现代相变和临界现象的进展 第12章情愿不自由，便是自由了： 趣谈受限量子多体模型研究 后记漫长的告别——论风格的养成 作者简介 卡洛，本名孟子杨，凝聚态物理学研究人员，香港大学物理系教授。研究工作侧重量子多体系统中的模型设计和计算方法发展，以及通过如是计算解释量子多体材料中涌现的新现象。在科研工作的间隙，撰写了一些介绍量子物质科学研究的专栏文章，希望将科学研究和文学艺术等创造性活动的共同点，用更加平实易懂的语言表达出来，也希望可以让大众看到一线科研人员对于人文和艺术也有自己的追求，对于当下科研环境，对于人生道路的选择也有自己的看法。这些表达，虽略显稚嫩和笨拙，其人却乐此不疲，那原因也不过是为了追溯着一百年前西方量子物理学先贤和东方五四新文化运动先贤们的足迹，推动着我们对于自然的认知和对于文化社会环境的完善，永远不会到达却也永远不会停步的追求。 看完了，别忘了领走福利！ 特别提示 1. 进入『返朴』微信公众号底部菜单“精品专栏“，可查阅不同主题系列科普文章。 2. 『返朴』提供按月检索文章功能。关注公众号，回复四位数组成的年份+月份，如“1903”，可获取2019年3月的文章索引，以此类推。

编辑：Wilson