Глава 708. Сюй Чуань Мне нужны два помощника •
В вилле у подножия горы Цзыцзинь Сюй Чуань привел в порядок свой загроможденный стол и достал стопку чистых листов бумаги.
Когда не знаешь, что делать, используй квантовую механику.
Хотя эта фраза используется пользователями Интернета для шуток о неопределенных вещах, в данный момент она действительно дала ему новое направление исследований и прорыв.
Квантовая химия!
Это новое направление исследований, которое он определил для модели расчета химических материалов.
Это была не внезапная идея, а решение, принятое после тщательного обдумывания.
Квантовая химия была предложена довольно давно, в 1930-х годах, когда квантовая механика начала созревать, и возникла эта дисциплина.
Известные физики-теоретики Гайтлер и Ф. В. Лондон, обсуждая структуру молекулы водорода с помощью основных принципов квантовой механики, впервые использовали квантовую механику для рассмотрения молекулы водорода и объяснили сущность ковалентной связи в молекуле водорода, тем самым заложив теоретическую основу для теории валентных связей химической связи и положив начало дисциплине квантовой химии.
Однако по сравнению с квантовой механикой развитие квантовой химии было относительно медленным.
С момента ее появления в 1930-х годах, хотя многие физики и химики создали вокруг нее такие важные достижения, как теория молекулярных орбиталей, теория поля лигандов, квантово-химическая теория межмолекулярных взаимодействий и т. д.
Но до сих пор квантовая химия может выполнять расчеты только для систем с небольшим количеством атомов, таких как молекула водорода, гидрид лития (LiH) и гидрид бериллия.
А для систем с большим количеством атомов время вычислений, можно сказать, безумно растет экспоненциально при тех же вычислительных условиях.
Поскольку самая большая проблема, с которой сталкивается моделирование молекул, — это вычисление основного энергетического состояния соединения, то есть необходимо смоделировать взаимодействие каждого электрона в каждом атоме с ядрами всех других атомов.
Это взаимодействие следует принципам квантовой механики на микроскопическом уровне, оно сложное и грандиозное.
Поэтому для традиционных суперкомпьютеров моделирование молекулярной структуры с этими квантовыми свойствами не только потребляет много энергии, но и становится все труднее по мере увеличения числа атомов в молекуле.
Если это трудно понять, то, проще говоря.
То есть для моделирования одной молекулы количество вычислений равно 1, то при увеличении до двух молекул количество вычислений увеличится до 2, при увеличении до трех молекул количество вычислений увеличится до 3.
И так далее, для расчета сложных больших молекулярных кластеров количество вычислений резко возрастет до такой степени, что суперкомпьютер не сможет с ними справиться.
Вот почему нынешнее развитие квантовой химии идет медленно: с нынешней вычислительной мощностью трудно поддерживать ее вычисления и развитие на основе различных существующих теорий вычислений квантовой химии.
Конечно, при таких больших недостатках ее преимущества, естественно, тоже немалые.
Во-первых, вычисления квантовой химии основаны на решении уравнения Шредингера для молекул с помощью квантовой механики, и теоретически для этого не требуется никаких параметров, кроме фундаментальных констант, что делает ее универсальной.
Во-вторых, она может изучать перенос электронов и оптимизацию в химических реакциях, а также предсказывать и моделировать возбужденные состояния молекул и электронные спектры поглощения в ультрафиолетовой области.
Это то, что традиционная химия не может сделать или с трудом может сделать.
Иначе журнал Nature не назвал бы квантовую химию самой многообещающей областью применения квантовых компьютеров.
Сюй Чуань хотел в рамках общей структуры материаловедения неэмпирическим образом установить теоретическую связь между микроскопическими теоретическими расчетами и физическими явлениями на мезоскопическом и даже макроскопическом уровнях.
В этом и заключается истинная суть модели расчета химических материалов!
Если бы это удалось сделать, то для химического сообщества это было бы подобно теореме Сюй-Вейля-Берри, которая полностью изменила всю астрономию (химию)!
Изложив на черновике направление исследований квантовой химии и поэтапный план работы, Сюй Чуань включил компьютер и подключился к небольшому суперкомпьютеру, специально созданному для него на вилле.
Загрузив экспериментальные данные, связанные с искусственной пленкой SEI, литий-ионными батареями и литий-серными батареями, он подключил свой ноутбук к Интернету и начал искать статьи, связанные с квантовой химией и вычислительным материаловедением, в различных журналах.
Создание базовой математической логики и теоретической основы для модели расчета химических материалов — чрезвычайно сложная задача.
Даже он не осмелился бы сказать, что у него обязательно получится.
Потому что с его точки зрения это была попытка решить вековую проблему создания точной, эффективной и общеприменимой модели расчета для химии.
Но Рим не за один день строился, и химическое здание тоже нельзя построить за короткое время.
Но чем сложнее задача, тем больше она пробуждает его интерес.
В жизни нужно делать то, что тебе интересно, и даже если на это придется потратить бесчисленное количество времени и сил, достаточно получить хоть какой-то результат.
Но прежде ему нужны были два помощника, чтобы помочь ему с некоторыми предварительными работами!
Закончив с подготовкой, Сюй Чуань, спустя долгое время, вернулся в кампус Нанкинского университета.
В офисе ассистентка Люй Лин, которая скучала и смотрела сериал, внезапно почувствовала, что на нее упала тень.
В то же время рядом раздался знакомый голос с улыбкой.
"Смотришь сериал?"
Услышав голос, Люй Лин подняла голову и застыла на месте: "Профессор... профессор, почему вы здесь?"
Услышав этот немного "странный" вопрос, Сюй Чуань с улыбкой сказал: "Кажется, это мой кабинет? Разве я не могу прийти?"
Люй Лин яростно замотала головой: "Нет, я не это имела в виду".
"Я имею в виду, как вы... кхм, я имею в виду, вы решили исследовательские вопросы, над которыми работали?"
Ошеломленно спросив, увидев, что взгляд Сюй Чуаня упал на планшет в ее руке, Люй Лин покраснела, быстро нажала кнопку, выключила планшет, положила его на стол, и смущенно опустила глаза за круглыми очками.
"Профессор... извините... я..."
Люй Лин заикалась, пытаясь объясниться, но не знала, как.
В отличие от других ассистентов профессоров в университете, которые были загружены повседневной работой, она и Тан Жань отвечали за Сюй Чуаня, который часто не появлялся в университете по месяцу или два, а то и дольше.
Из-за этого, помимо повседневной работы, у них было много свободного времени, и им нечего было делать.
В сочетании с непринужденной рабочей обстановкой просмотр сериалов стал ее обычным способом развеяться.
Но как бы то ни было, когда начальник застает тебя за бездельем во время работы, это очень неловко.
Конечно, это было связано и с тем, что он давно не появлялся в университете, ведь если его нет, то у Тан Жаня и Люй Лин не так много работы.
С улыбкой покачав головой, Сюй Чуань сказал: "Ладно, ничего страшного, если ты смотришь сериал, когда тебе скучно, главное, чтобы это не мешало нормальной работе". Помолчав, он продолжил: "Помоги мне связаться с профессорами Дин Жуем и Гу Бином, если у них нет занятий и дел, попроси их прийти ко мне в кабинет".
Люй Лин вздохнула с облегчением, ее сердце, висевшее на волоске, наконец-то успокоилось, и она быстро ответила: "Я сейчас же свяжусь с ними".
Вскоре Дин Жуй первым приехал из кампуса.
"Профессор, вы наконец-то вернулись!"
Глядя на знакомую и в то же время незнакомую фигуру перед собой, Дин Жуй был так взволнован, что чуть не расплакался.
Он наконец-то глубоко понял, что имел в виду старший брат Цай Пэн, когда два года назад, став учеником, сказал: "Не видеть своего наставника полмесяца — это вообще не проблема"!
С тех пор как они стали учениками этого знаменитого профессора, они ничем не отличались от коров и лошадей на лугах, их просто пустили на самотек.
Поначалу все было хорошо, возможно, потому что он только что закончил работу над проектом, и его часто можно было видеть в университете.
Но с началом работы в аэрокосмической области, самое долгое время, когда они не видели профессора в кампусе, составляло почти полгода.
Глядя на удивленного ученика перед собой, Сюй Чуань почувствовал себя немного неловко.
Из-за исследований он снова оставил этих четырех студентов без присмотра почти на два месяца.
"Кхм..."
Слегка кашлянув, Сюй Чуань сказал: "Я помню, что во время учебы в магистратуре и докторантуре ты, кажется, изучал функциональный анализ, верно?"
Дин Жуй, самый старший из четырех его учеников, ранее получил предложение о зачислении на математический факультет Кембриджского университета, но позже, когда Сюй Чуань набирал студентов в Нанкинском университете, он решительно отказался от предложения Кембриджа и стал его учеником.
Напротив, Дин Жуй чуть не прослезился, профессор помнил направление его учебы, это было просто потрясающе!
Кивая, как цыпленок, клюющий зерно, он быстро ответил: "Да, профессор, во время учебы в магистратуре и докторантуре я изучал функциональный анализ".
Сюй Чуань кивнул и сказал: "Если это так, то не хочешь ли ты учиться и исследовать вычислительное материаловедение вместе со мной?"
"Вычислительное материаловедение?"
Дин Жуй удивленно посмотрел на него, Сюй Чуань кивнул и продолжил: "Да, у меня есть исследовательский проект, над которым я работаю, и мне нужны помощники. Если хочешь, можешь перейти ко мне и изучать эту область".
Помолчав, он продолжил: "Конечно, если не хочешь, то..."
Не успел он договорить, как Дин Жуй взволнованно сказал: "Я согласен! Профессор! Я согласен!"
"Кхм..." Сюй Чуань слегка кашлянул и спросил: "Ты даже не спросишь, что это за проект?"
Дин Жуй быстро ответил: "Неважно, что это за проект, главное, что я могу учиться у профессора".
Он не дурак, возможность работать над проектом вместе с Сюй Чуанем, хотя он прекрасно понимал, что, скорее всего, будет выполнять черновую работу, но это был шанс, который другие не получили бы, даже если бы молились Будде десять тысяч раз.
Неважно, что это за проект, главное — согласиться.
Даже если будет тяжело и утомительно, что с того, главное, чтобы его не продали в Мьянму на органы, все остальное неважно!
Сюй Чуань слегка кашлянул и сказал: "Если ты будешь учиться и исследовать этот проект вместе со мной, боюсь, что тебе придется отложить выпускной надолго, поэтому я советую тебе хорошенько подумать, прежде чем принимать решение".
Слегка помолчав, он достал из рюкзака лист бумаги и протянул его, продолжив: "Кроме того, если ты будешь участвовать в моих исследованиях, то помимо функционального анализа, который ты уже изучал, тебе нужно будет изучить знания, указанные здесь".
"И у тебя будет не так много времени на освоение, максимум два месяца, ты должен будешь прочитать все книги и статьи, перечисленные здесь".
Дин Жуй взял лист бумаги и ахнул.
"Введение в квантовую химию"
"Основы квантовой химии"
"Молекулярная квантовая механика"
"..."
"Вычислительное моделирование наноразмерных материалов: основные принципы"
"..."
На листе бумаги было перечислено более десяти учебников и более двух десятков статей.
Глядя на эти названия, даже он, который обычно читал статьи и решал задачи, как ел и пил воду, почувствовал, как у него волосы встали дыбом.
Напротив, глядя на ученика, у которого волосы встали дыбом и который постоянно сглатывал слюну, Сюй Чуань с улыбкой сказал: "Не нужно так спешить с ответом, ты можешь сначала найти пару учебников и статей и посмотреть, интересно ли тебе это".
С улыбкой похлопав Дин Жуя по плечу, он обошел его, подошел к столу, включил компьютер и подключился к небольшому суперкомпьютеру, специально созданному для него на вилле Цзыцзиньшань.
Он перенес некоторые материалы и экспериментальные данные, которые подготовил прошлой ночью.
Обучение Дин Жуя знаниям в области вычислительной химии материалов было тем, о чем он подумал прошлой ночью.
Что касается физических вычислений, то Амелия, которая уже выпустилась, унаследовала его знания. А что касается химических вычислений, то из четырех студентов, которых он набрал позже, если выбирать, то Дин Жуй, вероятно, единственный вариант.
Во время учебы в магистратуре и докторантуре он изучал функциональный анализ, который является одной из математических основ вычислительного материаловедения.
И переход от функционального анализа к квантовой химии, или, скорее, изучение квантовой химии в качестве дополнительной специальности, вполне подходит.
Конечно, есть ли у него талант к этому, зависит от него самого.
Ведь не каждый может, изучая основную специальность, иметь достаточно сил и таланта, чтобы изучать еще одну.
Что касается другого ученика, Гу Бина, то Сюй Чуань не думал о том, чтобы он унаследовал знания в области химических вычислений, а пригласил его принять участие в изменении и оптимизации базовой логики и теории "модели расчета химических материалов".
Если бы Амелия не уехала в Принстон, чтобы стать профессором математики, эта работа подошла бы ей больше.
Ведь гипотеза Блоха сама по себе является основой вычислительного материаловедения.
Но в качестве помощника Гу Бин, который также решил гипотезу Блоха, был достаточно компетентен.