先鄙视一下Sheldon,再聊一下Geek

跟别人说我不太喜欢TBBT (the big bang theory,国内翻译成生活大爆炸),很多人都不信,惊讶的问,你不是学物理的吗?好吧,我的确喜欢它欢乐的主题歌和那个印度人Raj,但正因为我学物理,才阻碍了我更喜欢这出戏。

向我那些Geek朋友传达了不喜欢TBBT的信息以后,有人要暗暗的鄙视我。我决定先行一步,在这儿鄙视一下Sheldon。

第三季14集,Sheldon一开始搞不明白“为什么Graphene(石墨烯)里电子没有质量”。然后废了半天劲,终于在结尾“恍然大悟”:不能把电子当成粒子看待,它们在石墨烯里是以波状运动的!

TBBTgraphene1

TBBTgraphene4

大家都知道,碳元素有两个主要的晶体构型,一种是钻石结构,一种是石墨结构。石墨是层状的,石墨烯,也就是石墨里面的单独一层。可以想见,这个只有一层碳原子的材料是多么的脆弱,所以才在04年第一次由曼彻斯特大学A. Geim领导的研究小组成功分离,并且做成了器件,测量了一些基本的物理性质,文章发表在Science。自从石墨烯被成功分离,吸引了无数物理学家,电子工程师,化学家,生物学家的关注,是目前固体材料界最火的研究方向之一。

Graphene Electronic Band Structure

石墨烯新奇的地方之一在于它的能带结构(左图中黄色的那一坨)在接近狄拉克点(黄色的那坨中红线的顶点)附近是线性的,所以二阶微分是零,导致电子的有效质量为零。我仔细听了一下原声,Sheldon说的的确是“质量”而不是“有效质量”,这两个概念有关联,但含义完全不同,Sheldon不应该搞错。

这个零有效质量是怎么来的呢?这是由石墨烯的晶体结构决定的,看上图那个六角形的网格,就是石墨烯的晶体结构,每个网格节点处都安放一个碳原子,用能带理论算一下就得到了这个结果。

能带论是量子力学建立之后,用来解决固体内部电子运动的理论,所以在任何晶体里,电子都是以波的形式处理的,可偏偏石墨烯里的电子有效质量为零。Sheldon最后恍然大悟出来的道理根本无关宏旨,不是这个问题的合理答案。这个莫名其妙的顿悟,显然是因为编剧并不了解固体物理造成的,不过能把这么前沿的科研热点编进肥皂剧,也算是难得。

TBBT之所以受Geek追捧,很大程度上是里面的人物的确展现了Geek的很多特征,比如爱好漫画,不通世故,爱较真。但是,如果恰好你也拥有这些特征,先别沾沾自喜,那并不代表你就是个Geek。Geek最重要的特征是专注,世间处处皆学问,有能力沿着一个切入点顺利思考下去,才是Geek。就像,花边新闻知道得再多,也不一定是真球迷。

看着Geek挺酷,你也想当?我觉得,看科普文章没用,看TBBT更没用,最好的方法就是去搞科研,做一个全职Geek。

最后表个态,说归说,还是希望Sheldon能赢下Emmy奖!

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10 Responses to 先鄙视一下Sheldon,再聊一下Geek

  1. 匿名 says:

    有效质量是和E对k的二阶微分之倒数成正比来着吧……
    所以二阶微分是0的话,有效质量是不是应该是无穷大……
    有效质量为0的话,应该是说能带极值的位置非常尖锐,所以一阶微分不连续,二阶微分就无穷大了吧……

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    猴戏 回复:

    为了省事儿,我在文章里跳过了一些环节,可能引起了你的误解。引入有效质量是为了和牛顿力学的方法做一个类比,从直观上容易理解。但是二阶导数为零就意味着速度是个常量,类似于光在真空中传播,这时E=P^2/m就不成立了,所以得不到无穷大有效质量的结论。
    原文的确有一处错误,Geim论文发表的时间和杂志应该是04年的Science,而非06年的Nature。我已做了更正。

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  2. dt says:

    哎,作为一个实验固体化学工作者就更不喜欢tbbt了–其实很多理论什么的都是在扯淡,要指导实验考虑的多了去了…

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    猴戏 回复:

    把它当作一般的情景喜剧看还是挺有意思的。

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  3. chancewu says:

    作为一个实验固体化学工作者就更不喜欢tbbt了–其实很多理论什么的都是在扯淡
    ====
    作为一个半高能物理,半宇宙学的半吊子…
    我可以明确的告诉你…这些理论不扯淡…都是很基本的东西…不过内容上来讲很多都说的是naive了些…
    毕竟细节讲多了那成教学录影了 也就没人看了…

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  4. 匿名 says:

    geek就是geek,什么狗屁专注,那是不要还要分专注到什么程度。。。恭喜你倒是个全职geek。妈呀谁要当geek啊,不就是科学怪人嘛。。还当真了

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  5. fivestone says:

    最终悲哀地发觉:像我这种已经把数理忘得只剩下些许方法论的伪geek,在真geek们炫耀功力(譬如鄙视 TBBT)的时候,就只能自暴自弃地说哎呀不要这么认真嘛俺这辈子又不靠微积分吃饭了只是感染一下情趣嘛—-和那些所谓摄影论坛里的土人被骂片子太烂时的终极回答如出一辙。

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  6. greenzhizhi says:

    好吧,完全看不懂

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  7. Healson says:

    好吧,我也完全看不懂,不过TBBT挺好看,当然是把它当做一部情景喜剧(里面有各种各样的人,做着引人发笑的动作和表情,说着不着调的话,当然必不可少的还有美女^_^),而非一部Geek的扫盲教程,如果你当真了,那你就输了呵呵

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  8. Rachel says:

    这哪是编剧写的 肯定是那个物理顾问写的 他们有个ucla的顾问我记得

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