美科學(xué)家解決物理化學(xué)領(lǐng)域“N表示性”難題
發(fā)布時間： 2012-07-05 | 作者：常麗君
http://www.stdaily.com 2012年07月05日 來源： 中國科技網(wǎng) 作者： 常麗君 中國科技網(wǎng)訊 物理學(xué)家組織網(wǎng)7月4日報(bào)道，最近美國芝加哥大學(xué)研究人員在《物理評論快報(bào)》上發(fā)表論文稱，解決了美國國家研究委員會1995年列為物理化學(xué)領(lǐng)域頂級理論難題之一的“N表示性”（N-representability）問題?，F(xiàn)在科學(xué)家能更精確地預(yù)測在許多現(xiàn)象背后的化學(xué)反應(yīng)中，原子和分子中電子的運(yùn)動行為，包括發(fā)動機(jī)的燃料效率、大氣臭氧層的消耗等。
分子有上萬的電子，要模擬這些電子行為極為復(fù)雜，復(fù)雜程度隨強(qiáng)相關(guān)電子數(shù)量的增加呈指數(shù)增長。新方法是通過一種雙電子技術(shù)來推算出多電子系統(tǒng)的性質(zhì)，雙電子代表系統(tǒng)中的“其他”電子。
研究“N表示性”問題專家、加拿大皇后大學(xué)數(shù)學(xué)家羅伯特·厄達(dá)爾指出，60多年來，對此問題理論基礎(chǔ)的研究已取得顯著進(jìn)展，但卻是沿著兩個相互獨(dú)立的方向發(fā)展。“人們都知道要更好地解釋這一問題，需要一個統(tǒng)一的方法將兩個方向結(jié)合起來。新研究恰好做到了這一點(diǎn)。”
“雙電子模型提供了一種探索整個物理化學(xué)領(lǐng)域的平臺?！闭撐淖髡?、芝加哥大學(xué)化學(xué)教授大衛(wèi)·馬茲奧蒂說，“假如你正在推算水分子，它有10個電子，而雙電子模型只有2個。但在真實(shí)系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)這2個電子的可能性要和其他8個電子一樣。這種一致性要求，我們稱之為‘表示性條件’，是用雙電子推算多電子分子的必要條件?！?/p>
上世紀(jì)50年代，3位科學(xué)家各自提出了雙電子模型的想法。早期科學(xué)家想在一兩年內(nèi)找出這些必要條件，但到上世紀(jì)60年代末就已不抱希望。
本世紀(jì)初，馬茲奧蒂利用某些已知條件的數(shù)學(xué)方程重新研究這一問題，并首次將它們應(yīng)用于原子和分子中。經(jīng)過10多年不斷改進(jìn)，終于使雙電子模型超越傳統(tǒng)量子力學(xué)方程，在化學(xué)領(lǐng)域取得巨大進(jìn)步。（記者 常麗君）
總編輯圈點(diǎn)
海森堡測不準(zhǔn)原理指出科學(xué)度量能力和精度在理論上存在局限，但這項(xiàng)研究卻試圖用數(shù)學(xué)方程和概率打開一扇洞察多電子系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的窗口，它不是在物理或化學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的精密測量，而是對電子運(yùn)動進(jìn)行的精確數(shù)學(xué)建模，試圖用簡單的模型來描繪復(fù)雜的運(yùn)動，從而根據(jù)已知的條件去探求未知的世界。有人稱這項(xiàng)研究是對N表示性這一“頑固”問題的“擊倒”性成果和能獲諾貝爾獎的成就，同時研究者困境中上下求索的精神也給我們很多啟示。
《科技日報(bào)》（2012-7-5 一版）
(中國科技網(wǎng))責(zé)編：王冠
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