许铭忽然想起一件事。
“对了肖宿,”他开口,“你刚才说的先確定对称性破缺后的子群,再在这个子群下做块对角化这个想法,你是怎么想到的”
肖宿转过头看他。
许铭说:“我是说……那种看待问题的角度。我们做计算化学的,习惯把自旋-轨道耦合当成微扰项,因为它的能量尺度比电子关联小。但你直接把它当成对称性破缺项,这个视角切换,是怎么来的”
肖宿沉默了一会儿。
然后他说:“因为对称性是被破坏的,不是被修正的。”
许铭等著他往下说。
“微扰的意思是,你有一个精確解,然后加一个小项,在这个小项下展开。”
“但自旋-轨道耦合不是小项,至少在重元素体系里不是。金原子或者铅原子,自旋-轨道耦合的能级分裂可以到电子伏特量级,跟化学键一个量级。”
他顿了顿,又说:“这种量级的东西,你不能当成微扰。它改变的是体系的基本对称性。”
许铭听完,沉默了很久。
电子伏特量级。
他当然知道这个数据,金原子的自旋-轨道耦合確实很大,大到会影响价电子结构。
但他从来没从这个角度想过问题。
他一直把自旋-轨道耦合当成“相对论效应”的一部分,放在“修正项”的篮子里。
但肖宿说得对,当修正项大到跟主项一个量级的时候,它就不是修正项了,它是主项的一部分。
……
晚上回到酒店,肖宿坐在窗前,翻出手机里存的几篇论文。
其中有许铭发在jctc上的那篇,关於两分量近似方法的。
他快速扫了一遍,大概理解了框架。
然后他打开电脑,开始写东西。
分子体系,本质上是一个多体量子系统。
电子的运动,由薛丁格方程描述。
但这个方程太复杂,无法精確求解,只能做近似。
现有的近似方法,无论是密度泛函理论还是多体微扰论,都建立在波函数和哈密顿量的框架上。
但如果换一个视角呢
如果把分子体系看作一个几何对象呢
分子的构型空间,也就是所有原子可能的位置构成的集合是一个高维流形。
这个流形上有自然的对称群作用,也就是分子点群。
电子的量子態,是这个流形上的某个向量丛的截面。
化学反应的路径,是流形上的某条曲线。
化学键的形成与断裂,是这些截面之间的相交理论。
如果用辛几何的语言来描述呢
辛几何研究的是相空间的几何结构,而量子力学本质上就是在相空间上演化的。
薛丁格方程,是哈密顿向量场在希尔伯特空间上的表现。
如果能把分子体系放到辛流形的框架里……
他敲下一行字:
“设为分子的辛构型空间,其中是原子的位形空间与电子自由度的直积,w是辛形式。分子点群g作用於上,保持w不变。电子的量子態对应於上的预量子线丛的平方可积截面。化学反应的动力学由上的哈密顿向量场描述,化学键的稳定性对应於某些拉格朗日子流形的相交数。”
写完,他盯著这行字看了很久。
这是一个全新的视角。