الفصل 1340: طريقة الكثافة الوظيفية
معامل يونغ > 2.1تبا ، قوة الكسر ≥ 80ن/م...
انطلاقاً من سلسلة المعلمات المطلوبة ، فكر لو شوه أولاً في حبل يتمتع بقوة شد عالية ، ثم فكر في الطلاءات المقاومة للصدمات المستخدمة في السيارات أو المعدات الفضائية.
أما بالنسبة للمكان الذي يمكن استخدام هذه المادة فيه...
كان هناك الكثير من الاستخدامات.
يمكن استخدامه ككابلات في محطة الفضاء ، أو كحبال سحب لتثبيت مشتتات الحرارة والألواح الشمسية. و كما يمكن استخدامه كمادة تعليق للمعدات الهندسية ، أو كأداة تثبيت على سطح حاملة طائرات.
كل هذه الاستخدامات قد توفر قدراً كبيراً من المال.
وهذه كانت فقط بعض الاستخدامات لهذا النوع من المواد.
كان لو شوه يعتقد أن هذا النوع من المواد ذات معامل يونغ العالي وقوة الكسر العالية يمكن أن يكون لها عدد لا يحصى من التطبيقات التي لم يكن ليفكر فيها أبداً.
العودة إلى البحث.
بالنسبة للمعايير الفنية التي يقدمها النظام ، فإن الخيار الأفضل الذي يمكن أن يفكر فيه لو شوه هو الحصول على مادة قائمة على الكربون تتمتع بقوة شد عالية وخفيفة الوزن ومرونة قوية.
مثل ألياف الكربون وسلسلة من المواد المركبة المقواة المشتقة من الجرافيت.
لم يكن لهذا النوع من المواد مجال تطوير واسع فحسب ، بل كان أيضاً مجال بحثه الأصلي في علم المواد الحاسوبية. و عندما بدأ أبحاثه في المواد الحاسوبية ، بدأ بالمواد الكربونية.
لذلك بالنسبة له لم تكن هذه المهمة صعبة على الإطلاق.
لقد كان الأمر سهلاً مثل قطعة الكعكة!
بعد مغادرة مختبر البروفيسور وانغ تشنج بينغ لم يمكث لو شوه في معهد جينلينغ للدراسات المتقدمة ، بل عاد مباشرةً إلى منزله.
وعندما قام بتعديل النموذج الرياضي بناء على النتائج التجريبية ، ظهرت فجأة في ذهنه بعض الأفكار حول أبحاث المواد الحسابية.
ولعل السبب في ذلك يعود إلى وصوله إلى المستوى العاشر في كل من الرياضيات والفيزياء ، حيث وجد لو شوه أن حساسيته للأرقام والظواهر الفيزيائية قد وصلت إلى مستوى جديد.
حتى الدليل الذي كان صغيراً جداً لدرجة أنه كان من غير الممكن إهماله تم تكبيره إلى ما لا نهاية في عينيه و وتحول إلى مفتاح يمكنه رؤيته بعقله.
بغض النظر عن مصدر الإلهام لم يكن هناك سوى فكرة واحدة في ذهنه في هذه اللحظة.
الذي كان يهدف إلى تسجيل هذا الإلهام قبل أن يختفي.
صعد لو شو إلى غرفة الدراسة. و بعد أن طلب من شياو آي تحضير فنجان قهوة له ، جلس لو شو على المكتب وبسط مسودة ورقة العمل التي أحضرها من المختبر.
"وفقاً للمادة A التي تم تصنيعها في العملية التجريبية التي صممها النموذج ، تتشكل كتلة ناعمة بعد الترسيب ، ويكون قطر الأنابيب النانوية الكربونية غير متساوٍ للغاية...
يُرجَّح أن يكون سبب هذه النتيجة هو أن مونومر الأكريلونيتريل لا يخضع لبلمرة يكفى للجذور الحرة ، مما يؤدي إلى تكوين كمية كبيرة من المنتج الوسيط. وهذا يؤدي إلى تقدم غير كافٍ في تفاعل المرحلة الثالثة... ثم يتشكل خليط رغوي ناعم.
"مممم ، مثير للاهتمام. "
لم يكن الخليط الرغوي الناعم هو ما اعتبره لو شو مثيراً للاهتمام و بل كانت الظاهرة التي اكتشفها عندما قام بمراجعة نموذج الحساب.
وبعد أن فكر بجدية لبعض الوقت ، التقط قلمه وكتب سطراً من النص على مسودة ورقة فارغة بدقة.
[طريقة الكثافة الوظيفية الضمنية]
عندما رأى لو شوه إلهامه يتشكل في الكلمات لم يستطع إلا أن يبتسم.
وبشكل عام ، عندما يتم كتابة المشكلة بوضوح ، فهذا يعني أنها قطعت نصف الطريق نحو الحل.
على الأقل بالنسبة له!
كانت الكثافة الوظيفية الضمنية طريقة في علم المواد الحسابية للكثافة الوظيفية الصريحة و وكانت مجال بحث شائع في المجال النظري لعلم المواد الحسابية.
كما نعلم جميعاً كانت دالة طاقة التبادل والارتباط دالة صريحة تُمثَّل مباشرةً بدالة كثافة الإلكترونات. وباستخدام دالة الموجة المدارية لكون-شام كتمثيل مباشر للمتغير ، تصبح الدالة ضمنية.
كانت أبسط دالة ضمنية هي دالة الطاقة التبادلية لفوك ، والتي غالباً ما كانت تسمى دالة الارتباط الدقيق في سياق نظرية الكثافة الوظيفية.
في الأنظمة الجزيئية ، يُمكن أن يُحقق استخدام الدوال الضمنية دقةً تُعادل نظرية اضطراب الأجسام المتعددة من الدرجة الثانية ، مع قدرٍ ضئيلٍ نسبياً من الحسابات. لذلك اعتُبرت طريقة الدوال الكثافة الضمنية على نطاقٍ واسعٍ طريقةً حاسوبيةً عالية الإمكانات في علم المواد.
ومع ذلك ورغم وجود مزايا واضحة كانت عيوبها جلية أيضاً. و على سبيل المثال كانت دقتها محدودة ، بالإضافة إلى عدم قدرتها على وصف تفاعلات فان دير فالس بدقة ، وما إلى ذلك. وكان هذا أمراً بالغ الأهمية لدراسة المواد الصلبة.
لذلك كانت تطبيقات طريقة الكثافة الوظيفية الضمنية قليلة نسبياً في أبحاث المواد الصلبة ، ولم يتم تحقيق سوى بعض التقدم في مجالات معينة ، على الرغم من التطور الهائل في قوة الحوسبة.
حتى ذلك الحين ، استندت طريقة دالة الارتباط الضمني إلى نظرية تذبذب وتبديد الارتباط الأدياباتي التي حظيت باهتمام واسع في الأوساط الأكاديمية. واعتُبرت هذه النظرية إنجازاً كبيراً في مجال البحث الهادف إلى التغلب على عيوب الكثافة الوظيفية الضمنية.
ومع ذلك كانت أحجام هذه الدوال هائلة حتى أن أقوى الحواسيب التقليديه كانت ستواجه صعوبة في التعامل مع هذا الكم الهائل من الحسابات. ولذلك ظل مجال البحث الحالي محصوراً في البحث الاستكشافي للأنظمة البسيطة.
ما كان على لو شوه أن يفعله في تلك اللحظة هو توسيع هذه الطريقة من نظام بسيط إلى بحث معقد في المواد الكربونية!
إذا نجح هذا البحث ، فسيكون ذا فائدة كبيرة لمجال أبحاث المواد الكربونية المركبة بأكمله. وقد تتجاوز أهميته مادة "معامل يونغ ≥ 2.1 طن باسكاش ، ومقاومة الكسر ≥ 80 نيوتن/متر " نفسها!
لم يتوقف القلم في يده لحظة. و بعد كتابة العنوان ، انغمس لو شوه سريعاً في استكشاف الفكرة نفسها.
[وفقاً لنظرية هك ، يمكن التعبير عن دالة طاقة الحالة الأرضية للنظام على النحو التالي: يغ{ب(ر)}=ي{ب(ر)}+∫ف(ر)ρ(ر)در...]
[يمكن التعبير عن الدالة ي{ب(ر)} على النحو التالي: ي{ب(ر)}=ت{ρ(ر)}+1/2∫∫{ρ(ر){ρ(ر)دردر+يشس{ ب(ر)}...]
[...]
تدفقت خطوط الحسابات تحت رأس القلم ، مثل جدول متدفق ، مع اندفاع الإلهام ، وتشكلت في شكل أنهار وتدفقت في البحر!
لقد تجلى كل إلهاماته في شكل أرقام.
لقد تم تضمين جميع قوى المواد والخصائص الفيزيائية وتم تلخيصها في لغة رياضية من خلال المنطق الصارم!
"ثم قدم معادلة شرودنجر... "
كان القلم الذي يحمله لو شوه بأطراف أصابعه مثل خنجر حاد يخترق الفروع السميكة في الغابة الضبابية.
نظر لو شوه إلى النتيجة على الورقة. أضاءت حدقتا عينيه ، وانفرجت حاجباه أخيراً ، راسمة ابتسامة على وجهه.
مازال أمامنا طريق طويل لنقطعه.
لكن حدسه العلمي أخبره أنه كان قريباً جداً من النهاية!
لقد مر الوقت ببطء.
تحركت الشمس تدريجيا عبر السماء.
أظلمت السماء خارج النوافذ تماماً ، وبدأت أضواء الشوارع على جانبي الطريق المُحاط بالأشجار تُضاء. رفع لو شو رأسه أخيراً وتنهد بارتياح. وضع القلم من يده.
"... كما أن لطريقة الكثافة الوظيفية الضمنية آفاقاً واسعة في مجال أبحاث المواد الكربونية المركبة. فهي الآن أكثر قابلية للتطبيق.
"وفي الوقت نفسه ، يمكن اعتبار هذا أيضاً بمثابة إنجاز كبير في توسيع الطريقة من نظام بسيط إلى نظام معقد.
"لكن ما زال هناك مجال لمزيد من الاستكشاف وراء هذا.
"ولكن... دعونا نتوقف هنا الآن. "
ابتسم لو شوه ووضع القلم في يده جانباً.
في اللحظة التي وضع فيها القلم ، ظهر أمام عينيه خط من النص باللون الأزرق الفاتح.
رمش لو شوه ، معتقداً أن هذا مجرد وهم.
ومع ذلك ظل النص الأزرق الفاتح هناك...
[تهانينا للمستخدم على إكمال المهمة!]
