重回自由表達與創造的密林 | 量子多體中的野草_風聞

引子

機緣巧合，筆者剛剛完成了一次對自己碩士、博士時讀書和生活環境的短暫重温。很難想象十幾年的時光就這樣過去了，不變的，是厚重的森林教給我的對於人類創造性精神的不停的追問。

撰文 | 卡洛

德國西南部施瓦本 (Swabia) 地區的丘陵和暮春的森林，離開了十幾年之後，我又回到了這裏。

圖1（上）: 德國施瓦本地區的森林、丘陵和泥土。圖1（下）：林中的水塘，還有那隻如我一樣沉思的鳥。| 圖源：作者拍攝

3月裏中國江南和嶺南已經鶯飛草長，而施瓦本的丘陵，和丘陵上密植松樹的黑森林，每天的早晨還掛着沉重的霧氣，和多雲的天空連接在一起，讓人覺得肅穆與充實。在林間的土路上走過，堅實的土地飽吸了上一個秋冬的落葉、雨雪中的養分，厚重的生命力從腳下傳遞到腿上和身上的肌肉裏，傳遞到20年來不停求索的少年的心裏。我還是那個總帶着人生的問題，總是追問着生命的創造性意義的憂傷的少年麼？

20年前，心懷着理解人類現代文明中創造性活動的意義的想法，嚮往着體會“詩意地棲居在大地上” 這樣失落的理想，我來到德國南部的施瓦本地區，在黑格爾 (Hegel)、荷爾德林（Hölderlin）和海德格爾（Heidegger）散步的施瓦本黑森林裏，開始了自己的棲居——雖然遠遠談不上是詩意的，但也是關乎人生關乎生命的意義的追問。我學習的是物理學。

圖2: 此處大學物理系，建在一處小丘的頂上，我讀碩士、博士時的辦公室就在5樓。從窗户望出去，視野開闊。| 圖源：作者拍攝

此處大學的物理系在一座小丘的頂上，地勢高，樓房又是二戰後西德經濟起飛時包豪斯（Bauhaus）變體的大塊頭，粗糲的混凝土建築。我作為 PhD 學生的辦公室在5樓，從窗口望出去，林地、村落一直排到視線的盡頭。走向森林，走下山坡的路上，有一株大橡樹，夏天的時候綠葉張成圓滾滾的一大片，茂盛的綠意在風中搖曳，美得讓人憂傷。路上還有幾個積水的小潭，水邊總站着一支鶴一樣瘦高的鳥，沉思着，就像正在路上走着的我（如圖1下）。水潭過去，有一大片開墾的土地，土是黑色的，在德國這樣高緯度的地方，種植的作物有麥子和土豆，一年一熟。我是去森林的另一頭馬克斯·普朗克固體物理研究所（後面簡稱“馬普所”）聽物理學報告的，幾年中見到好些有趣的人，比如第一次見到 Laughlin，第一次見到 Geim 就是在這樣的場合。

圖3: 從辦公室的窗口望出去，宿舍、森林和林地另一頭的馬普所，還是十幾年前的樣子。圖源丨作者拍攝

説起物理學，也是在那幾年中我才漸漸知道，施瓦本地區也是人才輩出淵源深厚的。往早了説，發現行星運動定律的開普勒（Johannes Kepler）就是施瓦本人，他出生的故居現在是開普勒博物館，當時我還專門朝聖似地參觀過。那是接近20年前的事情了，記得博物館是在一個偏僻小鎮中十分小眾的景點，參觀完我還在門口向着開氏的畫像恭敬地鞠了一躬，看門的德國老奶奶恐怕沒有見過這樣一個來自東方的物理學生，也沒有見過彼時的我廟裏上香似土氣，都不知道該怎麼回應才好。

稍微近一些的，是推導電子在金屬中運動的 Drude model的德魯德老師（Paul Drude）。德老師在19世紀末20世紀初的研究論文就有在當地出版的，記得還在物理系的某個房間裏看到過德老師的照片，留着一百年前流行於德奧地區的兩撇大鬍子，卻又聽過德老師在中年被廣泛認可的時候神秘自殺，也頗合那個浪漫時代流行的感傷活動。時間過去了一百多年，今天的我們大談非費米液體和拓撲能帶等等“新奇”，“非常規”和“顛覆性”的電子輸運現象，但誰也不能否認，大多數金屬和導體中的電子，不還是老老實實地按照德老師的教導，在平均自由程之內做着彈道輸運？再進一步，不還是按照朗道費米液體的行為，其電阻按照温度的平方關係散射和傳導？就好像行星和太陽之間的引力，還是距離的平方反比。

再近一些，發現整數量子霍爾效應的馮·克利青 (Klaus von Klitzing)，就在森林那邊的馬普所工作。量子霍爾效應，包括整數和分數的版本，蔚為大觀，目前已經成為凝聚態物理學的一大分支。電子在二維材料和外加磁場中的運動，給出來為零的縱向電導和整數或者分數量子化的橫向電導，這是如超流和超導現象一樣，宏觀量子多體行為的有趣代表。量子霍爾效應的波函數所具有的拓撲學與數學性質，所謂的朗道能級和 Laughlin 波函數，還有 Haldane，Jain等人量子幾何和分數序列性質方面的開拓，都為現代量子多體物理學的前途指出了道路。而且更加有趣的是，眼下十分火熱的量子摩爾材料，如轉角石墨烯和過渡金屬二硫化物，也展現出了整數和分數的橫向電導，是為量子反常霍爾效應（因為不需要外加磁場）。整數和分數量子反常霍爾效應中的相變，如從分數化電導的拓撲序到金屬，從分數化電導的拓撲序到具有對稱性破缺的絕緣體的相變，還有量子反常霍爾拓撲序中的低能激發，如電中性的磁轉子（magnetoroton）和引力子（graviton），以及這些低能激發在上述相變中扮演的角色，都是當下世界上的研究前沿。整數和分數量子反常霍爾效應的波函數與朗道能級和 Laughlin 波函數的異同，也是從理論到計算再到實驗，全領域都在認真討論的問題。

就是在這樣的環境中，我完成了碩士和博士階段的凝聚態量子多體物理學教育，完成了從文化、性格和對世界的基本認識的人生教育。在這個意義上説，南德的施瓦本丘陵和黑森林，就是我的 alma mater。

圖4: 田野裏的小路和遠處的村落人家，也是一種棲居。| 圖源：作者拍攝

大學宿舍區背後的樹林中，有一個大斜坡，恐怕最陡的地方有近45度的斜率，從大學的山坡上走下斜坡，穿過一條公路，就來到了林中的一處湖泊邊。湖名叫熊湖（Bärensee），但我沒有見過有黑熊出沒，湖是長條狀的，沿湖一週應該有5、6公里長。彼時很喜歡在湖邊跑步遊玩，這裏一年四季都有不同的風景。夏日裏在湖邊的綠樹中穿梭，涼風和粼粼的湖水撫慰着我憂鬱的少年心境；到了冬天，湖水完全結冰，當地的男女老少都在湖面上行走和滑冰，呼吸着清冽的空氣，看着身披皚皚白雪的厚重的森林，我的肺活量和心胸就是在這樣的環境中拓寬的。

圖5: 森林裏面的熊湖（Bärensee），夏天（上）和冬天（下），都是彼時流連和成長的地方。| 圖源：wikipedia

遊玩之後往宿舍走，面對着森林中那個幾百米長的大斜坡，我總會醖釀很久，然後深吸一口氣，一路奔跑着衝上去。這樣的跑步，其實還沒有到中途，就開始有了缺氧的難受勁兒，呼吸不斷急促起來，但是就像對於人生意義的追問，對於人類創造性精神的追問，這些活動都是 ordeal，都是讓人不得不和不想不咬牙堅持住的跑上坡去的活動。就是在這樣咬牙堅持的難受勁兒中，十幾年、二十年的時光就這樣過去了。當年憂傷和總是心懷疑惑的少年變成了今天仍然憂傷仍然心懷疑惑的中年。

回想起來，十幾年來也曾被迷惑，將靈魂短暫地出賣給了謊話，和其他被矇蔽的人們一道，變成了我們文化歷史基因中古已有之於今為烈的專制思想和科舉制度的犧牲品，也曾想變成一個具有某處特色的封建官僚科學家，一如行業中很多假道學一樣。但是，我的身心畢竟在德國厚重的黑森林中受過洗禮，畢竟“世界的精神”（黑格爾語）和“存在與時間”（海德格爾語）曾經教會我為了完成像樣的創造性活動，需要不停地追問，就算是我們兩千多年死氣沉沉的歷史中，也出現過疾虛妄的漢的王充、明的李贄和清的俞正燮。疾虛妄的同道是愛真理、愛智慧，這是和希臘精神一樣的人類文明傳統，想要有真正的創造，就要知道去追問，就要知道不要去做假道學的科舉士大夫。

個人的生命其實並不長，如果説眼下的我和十幾年前在施瓦本森林中坡道上咬牙跑步的少年有什麼不同，可能就是更加清楚地明白了這一點，而憂傷仍然是一樣的。在急促地似乎要斷氣的人生長跑中，很難想象我已經來到了中途，但有幸的是以往的教養和訓練總可以讓我再勉力多吸一口自由的空氣、追問的空氣，清冽又讓人心懷警醒和肅穆，警醒和肅穆才能不再被矇蔽，不再被文化歷史基因的腐朽慣性帶向倒退的深淵，而是勉力向着人生命題和人類自由表達與創造的密林深處，再多跑一步。

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