打开

摘取2021年诺贝尔物理学奖桂冠的自旋玻璃

subtitle
科学出版社 2021-10-26 15:33

2021年10月5日,瑞典皇家科学院决定将诺贝尔物理学奖,授予三位在对理解复杂物理系统中做出开创性贡献的科学家。他们分别是在日本出生的美国籍普林斯顿大学高级研究员真锅淑郎,德国科学家克劳斯哈塞尔曼以及意大利物理学家乔治帕里希。

打开网易新闻 查看更多图片

意大利物理学家乔治帕里西是一名不拘一格的理论物理学家,他的研究面很广,涵盖了粒子物理、量子场论、统计、物理团流等领域。这次诺贝尔奖主要授予的是他在自旋玻璃相关领域的贡献。

自旋玻璃系统作为无序复杂系统的范例,是统计物理学的重要研究对象。自旋玻璃统计物理学经过四十年发展,已经取得了丰硕的研究成果,并且理论研究成果在计算机科学、信息科学和生命科学等相关领域已有一些成功应用。对“大数据”(bigdata)的整理和研究是当前的新兴研究领域,自旋玻璃统计物理学很可能也将在这一前沿方向发挥重要作用。

关于自旋玻璃理论的英文专著已经有好多,但中文书籍比较少。《自旋玻璃与消息传递》介绍自旋玻璃统计物理学的基础理论和方法,以及这些理论和方法在约束满足问题和组合优化问题上的应用。作为物理学专业和计算机科学专业高年级大学生和研究生的自学参考书,希望它能起到抛砖引玉的作用,帮助有兴趣的读者理解自旋玻璃平均场理论的精髓和消息传递计算方法的要点,为阅读最前沿的文献打下基础。

作者在跟随欧阳钟灿老师从事单分子生物聚合物结构相变研究期间接触到自旋玻璃理论,并在于禄老师的鼓励下从2002年开始系统学习这一理论。本书总结了作者十多年来钻研自旋玻璃统计物理的心得,它没有也不可能包含自旋玻璃统计物理领域的所有理论进展。作者主要从配分函数全图展开的角度探讨自旋玻璃理论和方法,希望借此提供一条理解自旋玻璃统计物理学基础理论的途径。

阅读本书不需要深厚的统计物理学背景知识。作者假定读者学过高等数学分析和基础统计物理学,并且有一些概率论方面的基础知识。书中包含很多数学公式,为了方便读者自学,作者对部分公式的直观物理含义讨论较多,希望有经验的读者谅解由此带来的冗余。也由于书中公式很多,作者特意将最重要的一些公式罗列在正文前,以方便读者在研究特定自旋玻璃问题时参考。为了帮助初学读者更好地理解种群动力学模拟方法和消息传递算法,作者会陆续将书中用到的一些C++程序源代码放到如下网页以供参考:

http://power.itp.ac.cn/~zhouhj/Book2012.html.

全书共7章。

第1章介绍自旋玻璃模型、自旋玻璃系统的主要统计物理性质,并列举自旋玻璃理论和方法在物理学、计算机科学、信息科学、生命科学等研究领域的一些应用。第2章回顾平衡统计物理学的一些基本概念并引进因素网络这种表示方法。作者在第2章还简要介绍Bethe-Peierls近似和Kikuchi团簇变分法的基本物理思想。这两种平均场处理方法在统计物理学的许多领域都有应用。

第3章和第4章包含本书的核心内容。第3章介绍一般概率图模型以及配分函数圈图展开,并推导出信念传播方程、自旋玻璃复本对称平均场理论及其圈图修正贡献表达式。本章还演示复本对称平均场理论在随机网络自旋玻璃系统上的应用。第4章讨论广义配分函数圈图展开并推导出概观传播方程、自旋玻璃一阶复本对称破缺平均场理论及其圈图修正贡献表达式。本章还讨论自旋玻璃相变,并演示一阶复本对称破缺平均场理论在随机网络自旋玻璃系统上的应用。

第5∼7章分别讨论自旋玻璃平均场理论及消息传递算法在节点覆盖问题、K-满足问题、反馈节点集问题上的应用。这三个问题是很有代表性的组合优化问题和约束满足问题,它们的计算复杂性都属于NP-完备类别。这三章彼此是独立的。

自旋玻璃与消息传递

周海军 著

北京:科学出版社,2015.5

ISBN 978-7-03-044360-1

责任编辑:牛宇峰

内容简介

自旋玻璃是统计物理学一个重要的研究领域, 其理论研究成果近年来在计算机科学、信息科学和生命科学等研究领域己有一些引人注目的应用。本书以作者提出的配分函数展开方法为数学基础, 从配分函数展开这一角度出发推导出自旋玻璃平均场理论, 以及获得对于平均场理论的修正表达式;本书也包含作者在配分函数区域图展开方面的理论工作以及区域图消息传播方程;本书还包含自旋玻璃理论在组合优化、 约束满足问题上的应用。

本书可供物理学专业和计算机科学专业研究人员参考, 也可作为相关专业高年级本科生和研究生的自学参考用书。

(本期编辑:王芳)

一起阅读科学!

科学出版社│微信ID:sciencepress-cspm

专业品质 学术价值

原创好读 科学品味

科学出版社视频号

硬核有料 视听科学

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
9赞
大家都在看打开应用 查看全部
网易热搜每30分钟更新
打开应用 查看全部
打开