本科生做出“惊人”科研成果的背后：“英气比经验更重要”

■韩阳梅，本报见习记者，王嘉文，本报记者

最近，一个困扰科学家半个多世纪的物理问题被两名大学生解决了。毕业前，湖南大学物理与微电子学院应用物理专业2013级本科生廉定坤和胡亮·董在扩展的狄拉克量子化方案中克服了曲面上粒子运动的量子化问题。相关成果发表在《物理年鉴》上。

“本科生完全有可能取得惊人的科学成就。他们没有太多的限制，但他们有更多的勇气和想法。”《通讯》的作者、湖南大学物理学教授刘说。

这个问题在“随机计算”中被突破了

量子力学是研究微观条件下受约束的粒子运动所必需的。如何在曲面上建立量子力学一直是量子力学中的一个难题。

半个多世纪以来，人们一直认为，当粒子被限制在曲面上时，量子力学性质的理论描述将受制于算子阶的模糊性。这迫使理论研究者求助于与狄拉克的量子化规则完全不同的其他理论框架。

“但是由于狄拉克的量子化方法是最基本的量子方法，学者们争论了多年，没有达成一致意见。”刘告诉记者。

十多年来，他和他的学生一直在努力寻找一种无争议、明确的方法，在狄拉克量子化的框架内实现曲面粒子运动的量子化。这条路最终被连丁坤和胡找到了。

令我们惊讶的是，最终的成功来自他们的“胡乱猜测和计算”。连定坤告诉记者，他负责曲面上粒子运动的量子化，胡研究曲面上粒子运动的统一形式。

量化的问题就像“晚期癌症”。他们想不出任何办法来解决它。刘·曾在博客中写道:“曲面上的量子力学本身就是一个‘邪恶’系统，普通的手段无法应对。”当他第一次安排这个项目的时候，他没有想到这两个大学生会有所突破，只是让年轻的学生“尽可能多地练习他们的技能和玩耍”

连定坤仔细分析了粒子在曲面上的运动，进行了大胆的猜想和计算，并与胡、、刘、进行了密切的讨论。无数的尝试、碰撞和积累激励他从表面方程开始，最终实现量子化。

突破来自支付更多。

这是连丁昆、胡在大学期间的第二个重大发现。2016年11月，他们和刘发现了宇宙向心力公式。这一成就被认为是“对传统向心力定律的改写”。

有些人批评他们是“天才”，但熟悉他们的人都知道，所谓的“天才”只是比他们的同龄人更辛苦一点，娱乐性更差一点。

2016年1月，刘完成了大三学生的最后一课《热力学与统计物理》。当他们到达教学楼外时，丁坤也追了出来，说:“刘先生，我不回家过寒假了。你能帮我在研究生办公室找个座位，我就在那里学习吗？”后来胡、也参加了，刘欣然同意，并决定“春节期间不要让他们闲着”。

2月15日，农历新年的第八天，长沙的街道寒冷多风。当人们还在享受新年的喜悦时，在湖南大学胸科楼二楼的一间教室里，两三个学生正坐在讲台下，一摞公式草稿纸上“横七竖八”放着课桌，而刘则在黑板前演绎着公式。

他们没想到在两个月内，一项改变传统物理定律的成就会诞生。整个春节和开学后一个月，师傅和徒弟一起“泡泡”，高强度的联合“战斗”，结果渐渐“浮出水面”。此外，由于研究需要，丁坤和胡还去数学研究所学习《微分几何》，用微分几何和哈密顿力学的语言完成了论文。

从“娃娃”开始培养人才

纽约城市大学的物理学教授大卫·施梅尔泽在接受《中国科学》杂志采访时，对连定坤和胡的最新成就表示赞赏:“他们解决了一个长期存在的问题...他们证明了使用一些约束并用狄拉克括号代替泊松括号...结果产生了一个几何势场，它取决于曲面的曲率

乌得勒支大学荷兰理论物理研究所的教授卡迈·奥尔蒂斯(Carmine Ortiz)在一次采访中也表示，通过一个巧妙的理论方案，他们已经证明了狄拉克量子化能够准确给出曲面上粒子的量子力学性质。更重要的是，他们的研究为量子几何势能的存在提供了基础。除了基础，这项工作在纳米技术中也有非常重要的应用价值。

现在，就连丁坤和胡都已经从湖南大学毕业，正朝着更高的研究平台努力。刘对他们的科学研究印象颇深:“英国精神有时比经验更重要。”因此，要培养优秀人才，我们应该从“娃娃”开始。

时光回到2016年的冬天下午，经过长时间的演绎，师徒们带着蓝天走出教室。他们“摆好姿势”让照片留在记忆中。就连丁坤和胡都曾坚定的目光和刘微微一笑。

《中国科学报》(2018-07-16，第4版)