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考試和做研究(2)
送交者: 零加一中 2009年12月06日13:34:56 於 [靈機一動] 發送悄悄話

                我知道好幾個例子,一個研究課題,好多年沒人能做出來,不管沿什麼途徑,用什麼方法,有時感覺只是一步之遙了,最後還是敗下陣來。然而,當某人用一個方法解出來,那些原來鍛羽而歸的途徑和方法,忽然柳暗花明,一個個都有解了。這方面最著名的例子是Ising模型,用來描述鐵磁體的。此模型由Ising1925年提出,一維很容易解,但沒有相變,故只是個數學工藝品而已。二維嚴格解直到1944年才由Onsager給出,成了人類歷史上第一個觀察到的相變模型。在他解出後,沒有幾年,那些原來死路一條的方法似乎又枯木逢春,一個個殊途同歸的嚴格解象雨後春筍似地冒出來,我聽說過的就有四種: Kaufmann的矩陣代數,Fisher用量子力學中的產生湮滅算符,Percus的排列組合方法,還有一種是Dimer,作者記不得了。四種看上去都比原始解要簡潔漂亮。但是大家都明白,沒有Onsager前輩的解答打底,自己很可能會在此虛度一生,一事無成。只有在他解出後,大家才確信,這“題目”,對於高手來說,是屬於“回家作業”級的。所以大家說起Ising模型,還是言必稱Onsager解。

                另一個例子是本人的親身經歷,關於集體振動模式(Collective Modes)。這玩藝由Bohm Pines1955年提出,看上去似乎極其有用,所以大家寫論文都喜歡引用,一為方便,二為時髦,其中以蘇聯超級大師Landau最為積極起勁。然而,因為這些模式的內在數學關係實在深奧莫測,大家也就引用而已,從來沒有解決過具體問題。一直到1991年,即使在最簡單的一維情況,也是毫無進展。Landau大師在引用過程中,還錯過好幾次。

                說是毫無進展,其實還是有的,只是人家沒有公諸於眾。當年的貝爾實驗室有一位數值模擬大師(Simulation),說他大師,絕無吹捧之嫌。該同志幾十年前就設計過水分子相變實驗,在當時堪稱世界之最。他自己不會寫程序,不會寫任何語言的程序,太太就是他的程序員。所以貝爾實驗室給他的編制多少年來也就是三個人:他,他太太,一個博士後。他於80年代後期設計了一個極為精巧的實驗,他發現這些模式在一維的某些特定條件下會形成一個個恆等式。他後來曾把這些計算機紙傳真過來給我,雙精度的數字,幾十行幾百行全是160,沒有半點雜音。這些恆等式,自然不是解析形式的,只是說,在這些函數上任意取點,函數值都是0,小數點後面乾乾淨淨的160

                看到這個結果,任何一個物理學家都不可能不興奮。如果說這些恆等式不存在,你運氣好,所取得點正好都在函數的零點,而且這幾百個點都準確到16位小數,那這幾率比世界上最難中的彩票還要小無數倍。經過幾年悄悄的努力,他在理論方面沒有取得任何進展。1991年春天,他向我老闆求助。我老闆沒有透露半點風聲,利用一個鮮為人知的牛頓名下的定理,走出了萬里長征的第一步。兩個月後,他決定告訴我,不獨吞了。第二天,我告訴老闆,這些恆等式在某種特定情況是存在的,白紙黑字,不容置疑。兩人當時的激動心情實在是言辭難以形容。兩星期左右,一般情況下的(一維)表達式全部解出。文章在《Physical Review》發表後,我收到了好幾十份索取Reprint的明信片,其中包括了當時的美國陸軍研究所主任。

                這篇文章當然有自己抬轎子的嫌疑。在離開學校這麼多年後,這轎子已經沒有任何意義,但是這故事所包含的道理對有志搞研究的同仁還是很有啟發性的。沒有該大師開創性的計算機實驗,我和我老闆是絕對不會去花這兩個星期的,天天閒聊喝咖啡也不會去幹這號傻事,誰知道是兩個星期,兩個月,還是兩年,甚至是20年或一輩子。在看到他的結果以前,這就是一個超難的研究課題,前途渺茫。看到了他的結果,我們和他都知道這是一個高級回家作業,我們不一定能做出,但肯定有人能做出。

                該大師在做一維實驗的同時,還設計了二維的實驗,是用三角形晶格做的,實驗是一如既往的嚴謹巧妙。他發現,在接近某參數條件時,計算機速度明顯變慢,似乎就是傳說中的相變。我離開學校後的這十幾年,總有四五次,想在二維情況走出萬里長征第一步,但都如第一段所說,好幾次眼看只有一步之遙了,一個意想不到的的陷阱出現在眼前。那篇文章發表十年後,我去查了一下索引(Citation),居然是零。那些當初寄明信片的都幹什麼去了。我嚮導師在電話中匯報了此事。老人家說,下一次突破,恐怕就不止40年了。

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