电子关联与多体物理
有效相互作用
水床两头各坐着一个孩子,他们并没有碰到彼此,却分明在相互影响:一个一蹦,床垫就凹陷、起伏,另一个便被顶了一下。他们并不是直接在推——是中间那张床传递了影响,甚至还决定了这一顶到底像是推还是拉。有效相互作用,就是在两个粒子之间的介质「发完言」之后,它们之间那一来一往的净效果。
在材料内部,两个电子之间赤裸的力,本是单纯的库仑排斥。可每个电子都坐在一片由其他电子和振动着的原子组成的海里,这片海无时无刻不在它周围重新排布。等一个电子的影响传到另一个那里时,它已被这一路上所有的喧闹过滤了一遍——被屏蔽、被延迟、被重新塑形。剩下的,就是有效相互作用:被「打扮」过的准粒子之间的力,而非赤裸电荷之间的力。
它之所以重要,是因为支配材料实际行为的,是有效相互作用,而不是那赤裸的力——而且令人惊讶的是,它甚至能改变符号。借助振动的晶格,两个在真空里相互排斥的电子,竟可以变成微弱地相互吸引,正是这份出人意料的有效吸引,把它们束成超导里的库珀对。要诚实地补一句:「有效」意味着依赖于具体环境——同样这两个电子,在不同的材料或条件下,有着不同的有效相互作用。
把一个重球丢到松软的床垫上,第二个球便会朝它压出的凹坑滚去——它们看起来在相互吸引,尽管谁也没有拉谁。在超导体里,一个电子同样把原子晶格压出一个凹坑,第二个电子则被吸向这个凹坑:一种完全由中间介质变出来的有效吸引。
两球各自滚向对方在床垫上压出的凹坑,模仿了把电子配成对的有效吸引。
别把有效相互作用当成一种新的基本力——并没有这样一种力。它仍是同一套底层的电磁作用,只不过在你把周围介质所做的一切都折算进去之后,被记成了一个更简单的净力。介质可以软化排斥,甚至把它变成吸引。
另见