重回自由表达与创造的密林 | 量子多体中的野草

引子

机缘巧合，笔者刚刚完成了一次对自己硕士、博士时读书和生活环境的短暂重温。很难想象十几年的时光就这样过去了，不变的，是厚重的森林教给我的对于人类创造性精神的不停的追问。

撰文 | 卡洛

德国西南部施瓦本 (Swabia) 地区的丘陵和暮春的森林，离开了十几年之后，我又回到了这里。

图1（上）: 德国施瓦本地区的森林、丘陵和泥土。图1（下）：林中的水塘，还有那只如我一样沉思的鸟。| 图源：作者拍摄

3月里中国江南和岭南已经莺飞草长，而施瓦本的丘陵，和丘陵上密植松树的黑森林，每天的早晨还挂着沉重的雾气，和多云的天空连接在一起，让人觉得肃穆与充实。在林间的土路上走过，坚实的土地饱吸了上一个秋冬的落叶、雨雪中的养分，厚重的生命力从脚下传递到腿上和身上的肌肉里，传递到20年来不停求索的少年的心里。我还是那个总带着人生的问题，总是追问着生命的创造性意义的忧伤的少年么？

20年前，心怀着理解人类现代文明中创造性活动的意义的想法，向往着体会“诗意地栖居在大地上” 这样失落的理想，我来到德国南部的施瓦本地区，在黑格尔 (Hegel)、荷尔德林（Hölderlin）和海德格尔（Heidegger）散步的施瓦本黑森林里，开始了自己的栖居——虽然远远谈不上是诗意的，但也是关乎人生关乎生命的意义的追问。我学习的是物理学。

图2: 此处大学物理系，建在一处小丘的顶上，我读硕士、博士时的办公室就在5楼。从窗户望出去，视野开阔。| 图源：作者拍摄

此处大学的物理系在一座小丘的顶上，地势高，楼房又是二战后西德经济起飞时包豪斯（Bauhaus）变体的大块头，粗粝的混凝土建筑。我作为 PhD 学生的办公室在5楼，从窗口望出去，林地、村落一直排到视线的尽头。走向森林，走下山坡的路上，有一株大橡树，夏天的时候绿叶张成圆滚滚的一大片，茂盛的绿意在风中摇曳，美得让人忧伤。路上还有几个积水的小潭，水边总站着一支鹤一样瘦高的鸟，沉思着，就像正在路上走着的我（如图1下）。水潭过去，有一大片开垦的土地，土是黑色的，在德国这样高纬度的地方，种植的作物有麦子和土豆，一年一熟。我是去森林的另一头马克斯·普朗克固体物理研究所（后面简称“马普所”）听物理学报告的，几年中见到好些有趣的人，比如第一次见到 Laughlin，第一次见到 Geim 就是在这样的场合。

图3: 从办公室的窗口望出去，宿舍、森林和林地另一头的马普所，还是十几年前的样子。图源丨作者拍摄

说起物理学，也是在那几年中我才渐渐知道，施瓦本地区也是人才辈出渊源深厚的。往早了说，发现行星运动定律的开普勒（Johannes Kepler）就是施瓦本人，他出生的故居现在是开普勒博物馆，当时我还专门朝圣似地参观过。那是接近20年前的事情了，记得博物馆是在一个偏僻小镇中十分小众的景点，参观完我还在门口向着开氏的画像恭敬地鞠了一躬，看门的德国老奶奶恐怕没有见过这样一个来自东方的物理学生，也没有见过彼时的我庙里上香似土气，都不知道该怎么回应才好。

稍微近一些的，是推导电子在金属中运动的 Drude model的德鲁德老师（Paul Drude）。德老师在19世纪末20世纪初的研究论文就有在当地出版的，记得还在物理系的某个房间里看到过德老师的照片，留着一百年前流行于德奥地区的两撇大胡子，却又听过德老师在中年被广泛认可的时候神秘自杀，也颇合那个浪漫时代流行的感伤活动。时间过去了一百多年，今天的我们大谈非费米液体和拓扑能带等等“新奇”，“非常规”和“颠覆性”的电子输运现象，但谁也不能否认，大多数金属和导体中的电子，不还是老老实实地按照德老师的教导，在平均自由程之内做着弹道输运？再进一步，不还是按照朗道费米液体的行为，其电阻按照温度的平方关系散射和传导？就好像行星和太阳之间的引力，还是距离的平方反比。

再近一些，发现整数量子霍尔效应的冯·克利青 (Klaus von Klitzing)，就在森林那边的马普所工作。量子霍尔效应，包括整数和分数的版本，蔚为大观，目前已经成为凝聚态物理学的一大分支。电子在二维材料和外加磁场中的运动，给出来为零的纵向电导和整数或者分数量子化的横向电导，这是如超流和超导现象一样，宏观量子多体行为的有趣代表。量子霍尔效应的波函数所具有的拓扑学与数学性质，所谓的朗道能级和 Laughlin 波函数，还有 Haldane，Jain等人量子几何和分数序列性质方面的开拓，都为现代量子多体物理学的前途指出了道路。而且更加有趣的是，眼下十分火热的量子摩尔材料，如转角石墨烯和过渡金属二硫化物，也展现出了整数和分数的横向电导，是为量子反常霍尔效应（因为不需要外加磁场）。整数和分数量子反常霍尔效应中的相变，如从分数化电导的拓扑序到金属，从分数化电导的拓扑序到具有对称性破缺的绝缘体的相变，还有量子反常霍尔拓扑序中的低能激发，如电中性的磁转子（magnetoroton）和引力子（graviton），以及这些低能激发在上述相变中扮演的角色，都是当下世界上的研究前沿。整数和分数量子反常霍尔效应的波函数与朗道能级和 Laughlin 波函数的异同，也是从理论到计算再到实验，全领域都在认真讨论的问题。

就是在这样的环境中，我完成了硕士和博士阶段的凝聚态量子多体物理学教育，完成了从文化、性格和对世界的基本认识的人生教育。在这个意义上说，南德的施瓦本丘陵和黑森林，就是我的 alma mater。

图4: 田野里的小路和远处的村落人家，也是一种栖居。| 图源：作者拍摄

大学宿舍区背后的树林中，有一个大斜坡，恐怕最陡的地方有近45度的斜率，从大学的山坡上走下斜坡，穿过一条公路，就来到了林中的一处湖泊边。湖名叫熊湖（Bärensee），但我没有见过有黑熊出没，湖是长条状的，沿湖一周应该有5、6公里长。彼时很喜欢在湖边跑步游玩，这里一年四季都有不同的风景。夏日里在湖边的绿树中穿梭，凉风和粼粼的湖水抚慰着我忧郁的少年心境；到了冬天，湖水完全结冰，当地的男女老少都在湖面上行走和滑冰，呼吸着清冽的空气，看着身披皑皑白雪的厚重的森林，我的肺活量和心胸就是在这样的环境中拓宽的。

图5: 森林里面的熊湖（Bärensee），夏天（上）和冬天（下），都是彼时流连和成长的地方。| 图源：wikipedia

游玩之后往宿舍走，面对着森林中那个几百米长的大斜坡，我总会酝酿很久，然后深吸一口气，一路奔跑着冲上去。这样的跑步，其实还没有到中途，就开始有了缺氧的难受劲儿，呼吸不断急促起来，但是就像对于人生意义的追问，对于人类创造性精神的追问，这些活动都是 ordeal，都是让人不得不和不想不咬牙坚持住的跑上坡去的活动。就是在这样咬牙坚持的难受劲儿中，十几年、二十年的时光就这样过去了。当年忧伤和总是心怀疑惑的少年变成了今天仍然忧伤仍然心怀疑惑的中年。

回想起来，十几年来也曾被迷惑，将灵魂短暂地出卖给了谎话，和其他被蒙蔽的人们一道，变成了我们文化历史基因中古已有之于今为烈的专制思想和科举制度的牺牲品，也曾想变成一个具有某处特色的封建官僚科学家，一如行业中很多假道学一样。但是，我的身心毕竟在德国厚重的黑森林中受过洗礼，毕竟“世界的精神”（黑格尔语）和“存在与时间”（海德格尔语）曾经教会我为了完成像样的创造性活动，需要不停地追问，就算是我们两千多年死气沉沉的历史中，也出现过疾虚妄的汉的王充、明的李贽和清的俞正燮。疾虚妄的同道是爱真理、爱智慧，这是和希腊精神一样的人类文明传统，想要有真正的创造，就要知道去追问，就要知道不要去做假道学的科举士大夫。

个人的生命其实并不长，如果说眼下的我和十几年前在施瓦本森林中坡道上咬牙跑步的少年有什么不同，可能就是更加清楚地明白了这一点，而忧伤仍然是一样的。在急促地似乎要断气的人生长跑中，很难想象我已经来到了中途，但有幸的是以往的教养和训练总可以让我再勉力多吸一口自由的空气、追问的空气，清冽又让人心怀警醒和肃穆，警醒和肃穆才能不再被蒙蔽，不再被文化历史基因的腐朽惯性带向倒退的深渊，而是勉力向着人生命题和人类自由表达与创造的密林深处，再多跑一步。