透过统计力学，模拟软物质——EPJE专访2016年玻尔兹曼奖得主Daan Frenkel

原文来源：Eur. Phys. J. E (2016) 39: 68

2016年玻尔兹曼奖得主Daan Frenkel接受欧洲物理学报E专访，畅谈统计物理在交叉科学研究中的前所未有的重要性。

统计物理这个研究领域，在你看来，前景如何？

统计物理是物理各分支里对其他学科最具影响的一个分支，并且统计物理对其他学科的影响将继续增大。统计物理的定义比过去的定义宽泛得多。能用统计物理方法研究的任何问题都属于统计物理。统计物理与基因组学、进化论、生物学、数据分析、经济学、社会科学等等学科的边界在逐渐消失。还有些新问题，刚刚进入统计物理的研究领域，比如活力物质，鸟群行为即是这种研究对象的一个例子。

鸟群是活力物质

现在如何定义统计物理？

现在，我们进行的很多新实验，收集了巨量的信息，并有巨大的计算能力来分析这些信息，计算和分析这些信息要靠统计力学方法。比如，生活中的很多问题会涉及到大规模的人口，比如经济学和生物物理。统计力学还可以用于进化过程建模，比如追踪人群中遗传缺陷的起源。演化过程习惯上用连续性方法处理，常用工具是微分方程，而统计力学处理的是大量的“原子”，本质上是一种基于粒子的方法。

统计物理在描述具有大量自由度的系统方法起着关键作用。多体系统会“涌现”出少体系统所没有的行为。统计物理学家认识到，噪声或涨落可能含有关键信息。另外，噪声或涨落与热力学第二定律有深深的联系，因此熵在很多物理现象中扮演着关键角色。

你的研究领域，最具争议的课题是什么？

玻璃化转变的本质有相当多的争议，尤其是结构和动力学这两个方面在玻璃化转变中的相对重要性。当然，统计力学中总是有争议的，但是观点的分歧常常是说法的不同。对于同一个问题，不同的理论研究者关注不同的方面，因此有不同的说法。其他争议较多的问题还有，热力学第二定律的微观解释，熵和信息的关系。还经常有论文称热力学第二定律不成立。但是这些论文往往关注的是字面含义，从来不曾有论文证明可以让热自发地从低温处持续流向高温处。

如果你没有成为科学家，你最有可能从事什么工作？

如果我没有成为科学家，我可能会成为历史学家，或者成为一个厨师，或者成为历史学家兼厨师。这两种职业我都很喜欢，但估计我不会干出多大名堂。科学家不是一种职业，科学家是一种态度。这是我个人的看法。因此，我很难想象，我不做科学会是什么样的。我不一定非得做物理学家。如果我可以重新开始，我想应用统计物理研究微生物和宿主之间的关系。

你还能回忆起来你第一次接触统计物理，你是什么感觉吗？

我最初的回忆来自物理化学。在这门课上，我被普朗克黑体辐射模型、德拜的固体模型和理想玻色气体的玻色-爱因斯坦凝聚折磨透了。随后是路径积分。

我在做学生时还是挺霸气的：权威之言我不鸟。对于我刚提到的这些内容，我就是认为，书都错了，我才是对的。我在阿姆斯特丹大学读书时学的统计力学，老师是Sybren de Groot，他与Peter Mazur合写过一本不可逆热力学的经典著作。这门课真难啊。Groot老师直接进入主题，用了一堆堆我们不懂的数学。尽管如此，Groot老师的课让我感觉非常棒。

Groot 与 P. Mazur 的经典著作的封面

你从事科学的几十年里，科学讨论的方式有何改变？

我还记得我在化学系读书时学统计热力学的一些情形。非常棒，讨论非常热烈。我喜欢参与科学讨论。现在的科学学术会议不搞分组讨论。现在的人也不如以前的人擅长讨论科学，部分原因是，现在的教育不像19世纪末和20世纪初的古典教育那样，将讨论看做教育的重要组成部分。现在的人也不擅长提出关键问题。

玻尔兹曼本人就很善于讲和辩。如果他还活着，他会很怀念他那个时代的讨论的。

丰富的新媒体可以在线分享信息，可能会在提高讨论参与方面发挥作用。现在在网上花上半天时间检索文献，就可以了解某个领域的研究现状，因此，进入一个新领域变得非常容易。如果一个人想应用统计物理的方法研究不同的领域，这个时代的信息便捷性是个明显的优势。

现状的科学教育有何不足？

现状的教育没有植根于学科的发展史中。学生不清楚一个概念是在什么样的历史阶段发展出来的。这使人以为，十年以前的论文不再重要了。在统计力学里，可不是这样的。

你对想从事统计物理研究的青年学生有何建议？

选一个你真心觉得有意思的课题做！做研究计划的时候，假定自己长生不老，做研究的时候，假定自己明天就要死了。你选择的课题不一定是热门的或时髦的课题，因为选择热门问题，你会有做垃圾问题的风险。你学过的所有技术都可用于科学的任何领域，甚至用于科学之外的领域。

但是，我不大愿意给一些更具体的建议。就我个人而言，我会忽视物理和化学领域年长的科学家给我的一切建议。

现在最让你觉得激动的物理问题是什么？

我想理解物理信息的本质。这个领域现在还只是有来自热力学、统计力学、量子力学等学科的零散研究，还没有找到一个漂亮的一致的叙述。下个阶段的研究将是找到新的表述方式，当时是在不任意改变任何物理定律的前体下。

（注：文中插图为博主所加）