模拟蒙特卡罗物理

他（她）会拿诺奖吗（14）Kurt Binder

20世纪中叶科学重镇由欧洲转向美国，21世纪科学花落谁家尚未可知。本微信公众平台分析科学发展规律，大胆预测未来诺贝尔奖得主，为中华之崛起而发微。...

从古希腊时代起，人们就不断地用实验 (experiment) 和理论 (theory) 探索着大自然的奥秘。但自从20世纪50年代计算机技术兴起之后，模拟 (simulation) 加入到科学研究的方法行列。而在往后的60多年里，模拟变得越来越举足轻重，可以说21世纪的科学就是实验，理论和模拟三足鼎立。在这个伟大的历史进程中，一个安静的灵魂不应该被忽略，他就是本文的主人公——Kurt Binder。

Kurt Binder出生于奥地利的小城Korneuburg，在1969年获得了维也纳技术大学(Technical University
of Vienna) 的理论物理博士学位，并开始了漫长而丰富多彩的科研生涯。慕尼黑，苏黎世，新泽西，萨尔，于利希，科隆，佐治亚，转战欧美各大著名大学或研究所。最终，选择了在莱茵河畔的小城Mainz扎根，1983年，他成为了Mainz约翰尼斯.古滕堡大学物理系教授。

如同他的姓氏（binder在德语和英语中的意思皆为粘合剂），Kurt最重要的贡献就是粘合了最先进的计算机技术和最传统的的自然科学——理论物理。他从1968年开始，系统性地用蒙特卡罗模拟 (Monte Carlo
Simulation) 技术研究了大量最基本的物理学问题：相变，表面性质等等。蒙特卡罗方法模拟，是指使用随机数来解决很多计算问题的方法。至于Kurt的研究，通俗地说，就是把所研究的任何现实中的物质看作许多小球的集合体，在计算机中定义与描述这样的小球、位置以及小球之间的关系，然后让计算机随机地赋予这些小球新的位置坐标，如此反复，在成百万次的循环后，就能看见这些小球的集合体会更倾向呈现何种状态，进而可以预测对应的现实世界中物质的性质。近年来，Binder用这样的逻辑研究了纳米的尺寸效应，胶体的混溶和水的结冰等前沿问题。当然，我们要强调的是比起他用蒙特卡罗模拟技术所发现的现象，他的研究更重要的意义是促进科学界全面而广泛地接受模拟技术，并启发了分子动力学模拟的发展。人们用“奠基性的”(groundbreaking) 这样一个词语来形容他的贡献。

Binder虽然已经退休，但每周还是会来办公室一两个上午，与年轻的研究人员（笔者每个月均会与他见一次面）进行讨论。并且还继续不计报酬地进行一些研究，以每年2-3篇Physical Review系列论文的产率发光发热，这样的效率可能是很多正值当打之年的青年科学家所不能企及的。

除了出色的科学研究外，Kurt Binder也一直热心教学，编写了数本统计物理与分子模拟的大部头教材，特别是其与David Landau 合著的《统计物理中的蒙特卡罗方法》(A guide to Monte
Carlo Simulation in Statistical Physics)，堪称统计物理学与分子模拟领域里的圣经。鉴于上述出色的工作和对现代物理的贡献，Kurt Binder 已经分别于1993年和2007年获得了理论物理最高荣誉马克斯普朗克奖 (Max Planck Medal) 和统计力学最高荣誉玻尔兹曼奖(Boltzmann Medal)。让我们看看这个睿智的灵魂能否摘得诺贝尔物理学奖。