暴乱的分子群

　　一个水分子很简单，它由一个氧原子和两个氢原子组成，人们很容易研究它的性质。很多水分子堆在一起，我们就得到了雪花、彩虹、冰块、薄雾……变幻万千的水分子的集合。不过要研究这些分子群的性质，就不那么容易了。

　　原子和分子一旦形成群体，就会变得很奇妙。通过在一定条件下将各种类型的分子化合在一起，科学家可以制造出各种科技新材料，比如说，坚不可摧的合金，室温下的超导体，对流星体和太阳风有自我防御能力和自我疗伤能力的飞船“皮肤”等等。材料设计方面前景广阔，但是却有个令人头疼的问题：成群的分子就像汹涌的波浪一样，很难预测，很难掌控，也就很难研究。

　　研究一两个简单的物体很容易。比方说利用力学知识，可以把单一行星围绕太阳的运动规律描述得简单而美妙，连中学生都可以轻易地解出万有引力方程来。那么现在再加上另外一个星球，三个球体互相拖曳，不停地运动，该怎么办呢？“三体问题”的复杂程度是出了名的，要精确了解它，必须依靠计算机。在量子力学里，也有三体问题，两个粒子的薛定鄂方程很容易解出，比如说氢原子里一个电子和一个质子。但是多加一个电子，那么就不得不借助计算机来计算了。

　　现在设想一下，不是三个粒子，而是1023个粒子的情况。这个巨大的数字只是一汤勺水里面的原子的个数。它们相互拖曳、相互束缚、相互碰撞着。任何时刻的相互作用数目都大得惊人。要描述这种场面，繁杂的计算量远远超过了任何人、任何电脑的能力，科学家只能做点近似研究。

　　只有在极少数的理想状况下，物理学家才能了解分子群的一些简单的规律，比如理想气体状态下，他们可以描述众多粒子的系统行为。然而，在新材料设计的过程中，基本不会出现这样的理想状态，那该如何研究这些成群的分子，制服它们呢？