那么多量子物理學的“重磅”突破，我們真的明白嗎？

若干年前，香港大學物理系孟子楊（筆名“卡洛”）教授開始在《物理》雜志創作他的專欄《量子多體中的吶喊與彷徨》，間或將其中文章擴寫或優先發表在《返樸》上。

世間以量子物理為對象的科普何其多，但卡洛的這組聚焦在強關聯物理的科普少見地做到了“以相對淺顯易懂的語言解釋復雜科學概念”（向濤院士語），此外更獨特的是，他的文字飽含了一個以創造性精神為根本追求的人的性情，除了自由探索的歡欣，還有苦悶、憂愁和頹放。由是發展下去，乃至該專欄后來還衍生了《返樸》的另幾個專欄《科學遐思》《量子多體中的墳》和《量子多體中的野草》。

量子多體物理學的研究究竟有何魅力能讓人持續耕耘？向濤院士在本書序言中作了關鍵說明。但也如卡洛說，如今人們熱衷談論的量子多體糾纏、量子多體模擬、量子多體計算、量子多體線路等似乎總能收獲“重磅”突破，但其間的諸多基礎理論和實驗問題正是現有知識的邊界，正是需要具有自由探索精神的靈魂全身心投入的場域，如此多的“重磅”讓人不禁要問，我們真的明白我們到底在談論什么嗎？

在科研人追求發表、資源、經費、“帽子”和功名的今天，看似熱鬧實則浮躁的氛圍銹蝕著象牙塔。發現和創造是最個體的、最純粹的、最自由的精神活動。如果你也極度珍視自身生命價值，想必也會對作者講談科學之時迸發的那種堅硬的抵抗有共鳴和欣賞。

此書適合對科學與人文創造性活動、凝聚態物理學史和量子物質科學前沿進展感興趣的讀者閱讀。

《量子多體中的吶喊與彷徨》（人民郵電出版社，2026年1月）

在返樸公眾號評論區說出你在創造性活動中的感受和故事，我們將從評論區選出五人送出本書。亦歡迎投稿，來稿一經選用將付稿酬。

序言

中國科學院院士 向濤

量子理論是人類迄今為止建立的最基礎的科學理論之一，是劃時代的科學突破，不僅實現了物理和化學的統一，也奠定了現代及未來信息技術發展的科學基礎。從普朗克于1900年提出量子概念開始到現在，量子理論的發展大致可以分為以下三個階段。第一階段從20世紀初到20世紀30年代，是量子理論的基本原理及概念體系的建立階段。這個階段的成果奠定了量子力學的理論基石，也構成了大學量子力學課程的核心內容。第二階段始于20世紀30年代，是微擾量子場論的建立和發展的階段。此階段通過重整化群理論及規范量子場論的建立，在20世紀五六十年代達到其頂峰，象征著量子物理學一個新紀元的誕生，其精華已成為現代量子場論的核心內容，也奠定了描述相變與臨界現象的理論基礎。第三階段致力于非微擾量子場論的構建，是量子理論發展過程中尚未攻克的難關。從20世紀50年代開始的對粒子物理強相互作用的研究，可認為是這個階段的開端，但直到20世紀80年代銅氧化物高溫超導體等強關聯量子系統的發現，人們才更加明確地意識到解決這些問題的緊迫性。強關聯量子系統屬于非微擾范疇，目前人們還沒有找到一種普遍適用的解析方法或半解析方法來研究它們。因此，發展數值計算方法解決和揭示強關聯多粒子系統的量子規律，已成為量子理論研究的關鍵方向。

孟子楊的這本文集，就是在這種科學背景下誕生的。

孟子楊是我在中國科學院物理研究所的前同事，是一個對探索科學未知領域充滿無限激情的年輕人。這本文集，通過平實的語言，記錄了他在攀登強關聯物理高峰過程中的艱辛歷程和人生感悟，沒有追逐高影響因子的浮躁，也沒有追求時髦課題的喧囂，讀者通過閱讀本文集能深刻體會到一位勇攀科學高峰者面對重重挑戰時的平靜和堅毅，以及在經歷無數失敗后終獲成功的喜悅。他的文字生動展現了科研從無到有的創造過程，體現了科研工作者在追求真理的道路上所面臨的種種心理和情感挑戰，同時也表達了對于建立一個自由、開放、鼓勵創造的科研環境的深切期望。

孟子楊的文集，通過科普閱讀的形式，為廣大讀者揭開了強關聯量子物理研究的神秘面紗，縮小了物理學前沿研究與大眾認知之間的鴻溝，不僅成功地將高深的量子理論轉化為公眾可理解的知識，也能激發人們對探索量子世界奧秘的興趣和好奇心。在強關聯量子物理這個相對艱深的領域中，能夠以相對淺顯易懂的語言解釋復雜科學概念的圖書屈指可數，孟子楊的努力在此背景下顯得尤為珍貴。希望有更多的人能夠加入科學文化傳播事業中來。

神奇的量子多體材料

前言

香港大學物理系教授

孟子楊（卡洛）

“我在年青時候也曾經做過許多夢，后來大半忘卻了，但自己也并不以為可惜?！?/p>

當我寫下這些熟悉的文字時，大抵也就是魯迅寫下上述文字的年紀，他的夢尚且大半忘卻，我的夢豈不更是如此。100年前的大先生身處動蕩的大時代，如今的我們同樣身處一個風云變幻的時代，在種種變化之中，希望和失望都是倏忽之間的事。種種新潮、種種時代的悲喜劇，種種在社會和行業的梯子上掙扎著向上攀爬的劇情，每天都在上演，熱熱鬧鬧此起彼伏，而我們的生命也就在這樣的熱鬧中無聲無息地流走了。

在魯迅的時代，市面上進行的是思想文化上的革命，所謂“德先生”與“賽先生”。而這樣二位先生我們請了一百年，似乎也還沒有在我們的文化和心理家園中變成穩定的家庭成員，總是在門口游走。在筆者從事的量子物理學研究領域，賽先生所要引發的革命——既是真誠的人們正在盼望的科學革命，也是弄潮兒們正在努力鼓吹的革命——總說將要發生、正在發生或者已經發生了，但是筆者總是茫然。

我們不是還沒有可以普遍性地解決量子多體問題的理論與計算框架嗎？我們不是還沒有理解什么是銅氧化物高溫超導現象，沒有理解為什么二維量子材料中的超導和分數量子反?；魻栃獣l生嗎？甚至我們還不明白強關聯材料中金屬到絕緣體的莫特轉變是如何進行的，費米面上的準粒子是如何消失的，朗道費米液體理論是如何失效的等基礎理論問題。遑論眼下正在被廣泛討論的量子多體糾纏、量子多體模擬、量子多體計算、量子多體線路等將要發生、正在發生或者已經發生的“重磅”突破。我們真的明白我們在討論的內容嗎？

事情的脈絡原本是清楚的，一如向濤院士在序言中所寫，從普朗克于1900年提出量子概念開始到現在，量子理論大致可分為三個階段，第一階段從20 世紀初到20 世紀30 年代，建立了量子理論的基本原理及概念體系。第二階段始于20 世紀30 年代，建立了重整化群理論及規范量子場論，及至20 世紀五六十年代現代量子場論、相變與臨界現象的理論等基礎趨于完備。而當下我輩還處在量子理論發展的第三個階段，正在致力于非微擾量子場論的構建，這是量子理論發展中尚未攻克的難關。在我從事的凝聚態物理學研究領域中，自20世紀80年代銅氧化物高溫超導體等強關聯量子系統的發現，人們更加明確地意識到，量子多體問題屬于非微擾范疇。目前還沒有一種普遍適用的解析或半解析方法，取而代之的是，人們開始著力發展量子多體數值計算方法，輔之以量子場論等解析工具，解決和揭示強關聯量子多體系統的量子規律，這既是量子理論研究的關鍵方向，同時也說明我們還處在摸著石頭過河的狀態中。

具體到我自己，作為一個從事量子物理學研究的科研人員，稍稍回想一下，入行這些年發表了一些所謂的一區論文，培養了一些學生，給多個科普平臺寫了一些“游戲”文字。做這些事只是因為喜歡，只是想搞清楚量子多體問題中的一些難點，并分享給感興趣的朋友。至于是不是“前瞻性、原創性、引領性”的成果，是否做到了“提出新理論、發展新方法、開辟新領域，推動我國基礎研究在前沿領域取得突破”，我個人認為其實已不重要。量子多體問題神秘無窮，書生們以肉身進入現場，看著花開花落、風日閑靜、人家笑語，追求的不過是那值得寄托的人生貞信、跌宕自喜的深穩；追求的不過是日月山川變異中的那一股朝氣。在非費米液體研究中的摸索和體會，在量子多體模型構建和計算上的心得，在量子相變和多體糾纏方面的一點點新發現，在二維量子摩爾材料計算方面的一點點新學習，對于書生們來說，就算是他們的回報了，就算是他們的“每有會意，便欣然忘食”。

推廣到我身處的科研大環境，這些年來，大家都經歷了從吶喊到彷徨的變化，眼見著行業中的同伴們“ 有的高升，有的退隱，有的前進，我又經歷了一回同一戰陣中的伙伴還是會這么變化”，開始感到寂寞，變成了沙漠中荷戈的孤卒。也就是在這樣寂寞的心情中，卻又更加清楚地看到“我決不是一個振臂一呼應者云集的英雄?！币蝗玺斞?，在想把量子多體問題搞清楚的時間里，我更多體會到的是未嘗經驗的悲哀。為了消解心中的寂寞，我也開始嘗試著尋找安放自己靈魂的辦法，或回望過去，或走向異國，或集中精力從事自己認為值得追求的科學創造。只希望我的寂寞不要打擾這個看似熱鬧實則浮躁的環境，不要傳染給其他青年。但是就在這之中，我卻總發現心靈無法完全地沉寂，似乎是自己在想要勉力從事創造的過程中，總有幾件事、幾種感動、幾次科學創造中深入心靈的體驗在招引著我、催促著我，使我不甘讓自己的內心沉寂，使我覺得有必要把它們講出來，講給真誠的人們，給他們以鼓勵和或多或少的溫暖。承蒙科普平臺的編輯朋友們和行業內諸多友人的勉勵，我幾年來陸陸續續地寫下讀者眼前的這些文字?，F在竟然有機會結集出版，確是在我的意料之外。

寫作之于筆者，其實已經變成了一種救贖，讓我在變化的時代中找到屬于自己的一片土地，可以心安理得平靜思考的土地。本書收錄的十幾篇文章，從風格到體例一以貫之，我嘗試著用一種更加個人化的方式，解釋和記錄自己、學生、朋友們在量子多體研究中的心得和體會，嘗試講述量子多體研究中一些個人化的、十分具體的量子多體物理問題的研究進展，講述點滴想法怎么一步步落實；涵蓋的內容也十分雜亂，充滿了個人的印記，從去禁閉量子臨界現象，到非費米液體的模型設計與數據分析方法、量子磁性材料計算與實驗數據解讀，再到關聯電子系統量子糾纏算法的新進展，還有量子摩爾材料模型設計和計算、拓撲序臨界現象、受限量子多體與量子模擬系統結合的新發展等。因水平有限，我只會講自己身邊的故事，那些隨喜的、錦上添花類的灌水評述，實在不適合筆者。由是觀之，如果讀者諸君希望從這些文字中學到如何發現研究熱點、躋身青年才俊的成功案例，恐怕將會失望。本書中呈現的只是一些從個人心中冒出來的、自認為好的故事。在編輯整理本書的過程中，我受到很多同行、學生和朋友們的鼓勵和幫助，無法一一致謝。值得特別提到的是中國物理學會《物理》雜志的編輯王海霞、返樸的編輯潘穎、人民郵電出版社的編輯胡玉婷和王芳，還有香港大學物理系的研究生冉曉雪，她們為我這些不成系統的文字，操心費力，進行了很多細心的整理工作。當然，文中不可避免的錯誤，責任都在筆者。

“知我者，謂我心憂；不知我者，謂我何求?！彪S著過往一起沉寂下去的，是個人的喜樂和哀愁。而內心中希望不會沉寂的，是我們在從事科學創造的過程中親歷的幾件事、獲得的幾種感動、幾次深入心靈的體驗，在這里拿出來分享給真誠的人們，希望可以鼓勵和寬慰如我一樣正在體會著孤獨的靈魂。出于向前賢致意的心思，姑且名之曰：量子多體中的吶喊與彷徨。

后記

香港大學物理系教授

孟子楊（卡洛）

這篇是本書中最后一篇文字，靜下心來一看，發現也是2022年下半年的作品了。這一晃又是三年過去了，成書的過程，竟也如這篇文字一樣，是一個漫長的告別?，F在回看三年前的文字，還有本書中其他各篇更早的文字，真有些愧于少做的感覺，這愧的原因，也不過是茶飯一年年地吃多了，年紀不能沒有長進，而思想學問卻沒有突破，使人難免憂憤頹放之故。

本文原是我為中國物理學會《物理》雜志所寫的系列文章“量子多體中的吶喊與彷徨”的結尾，放在本書中作為后記，也正是物盡其用。三年前寫這篇的時候，我就想通過美國偵探小說大師雷蒙德·錢德勒的經典作品《漫長的告別》（后來拍成電影，也頗為成功，我們現在熟悉的阿諾哥·施瓦辛格老師就在其中跑龍套），上溯到偵探小說的流派傳承，還有錢德勒對于錢鐘書和村上春樹的影響——幫助他們找到自己的風格，談談在我們的環境中從事自然科學研究，也需要發展出個人獨特的風格，這個簡單卻常常被忽視的道理。

科學研究和文學藝術在本質上是相通的，都是創造性的工作，都要在前人的積累之上找到新的內容，再用新的形式和新的表達，闡述創造者對于自然界和社會的理解和見解，發出既具有普適意義又具有個人特點的聲音，這樣的聲音就是風格。只有風格才能傳承下去，被后人接受、消化，再發展出新的風格。簡單的重復，是不會有長久的生命力的。正是因為這樣，科學研究是一項困難的事業，創造性的科研工作不僅要求參與者投入自己的全部性情來進行，而且——也許是更重要的——需要參與者通過投入而培養出自我科研風格和對身處的科學共同體的洞察力。正是這樣的風格，讓一代代對于真理感興趣的人們在重鎖的濃霧里找到追求科學的那股最純粹的力量，有了這股力量，一代代對于真理感興趣的人們才能開拓新的領域，啟發和激勵后來的探索者。

有了風格的科學家，就像能寫好文章的寫作者，他愛惜所有的意思：數據、定理、實驗、文字、聲音、典故，他不肯草率地使用他們，他隨時隨處加以愛撫，好像是水遇見可飄蕩的水草要使他飄蕩幾下，風遇見能叫號的竅穴要使他叫號幾聲，看似不著痕跡卻又用盡了心神，所以是文生情，所以這樣的研究才浸潤著研究者的生命，也因為這樣所以這生情的文章和這有風格的研究才是研究者的創造，是生命的延續。前面的憤懣頹放是因為我覺得自己還做不到如此，因為還做不到，所以接下來的三年，三十年，這樣的有風格、能傳承的研究，都是我要勉力追求下去的目標。我想，一代代對于真理感興趣的人們，在思想學問和科研生涯中的追求，就在于此。

本書章節目錄

第1章 被解救的諾特：

對稱性在量子物質科學中的應用

第2章 白馬非馬，非費米液體——非——費米液體:

如何理解量子多體金屬（之一）

第3章 一生能有多少愛：

如何理解量子多體金屬（之二）

第4章 從德爾斐箴言到自學習蒙特卡羅：

人工智能在量子多體計算中的應用

第5章 南方的動力學平均場：

現代量子多體材料計算

第6章 蒙蒙卡和張量量：

量子多體計算中的蒙特卡羅和張量網絡

第7章 我們的壯游：

淺談科學交流和教育方式

第8章 我愛糾纏如秋褲：

量子糾纏在物理系統中的定量計算和衡量（之一）

第9章 關于糾纏的十四行詩：

量子糾纏在物理系統中的定量計算和衡量（之二）

第10章 轉角石墨烯的三昧：

二維量子材料的熱潮

第11章 無愁河上的浪蕩漢子們：

現代相變和臨界現象的進展

第12章 情愿不自由，便是自由了：

趣談受限量子多體模型研究

后記 漫長的告別——論風格的養成

作者簡介

卡洛，本名孟子楊，凝聚態物理學研究人員，香港大學物理系教授。研究工作側重量子多體系統中的模型設計和計算方法發展，以及通過如是計算解釋量子多體材料中涌現的新現象。在科研工作的間隙，撰寫了一些介紹量子物質科學研究的專欄文章，希望將科學研究和文學藝術等創造性活動的共同點，用更加平實易懂的語言表達出來，也希望可以讓大眾看到一線科研人員對于人文和藝術也有自己的追求，對于當下科研環境，對于人生道路的選擇也有自己的看法。這些表達，雖略顯稚嫩和笨拙，其人卻樂此不疲，那原因也不過是為了追溯著一百年前西方量子物理學先賢和東方五四新文化運動先賢們的足跡，推動著我們對于自然的認知和對于文化社會環境的完善，永遠不會到達卻也永遠不會停步的追求。

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