统计物理关键问题的解——多体系统配分函数的计算

统计物理一百多年来悬而未决的关键问题是如何精确计算多体相互作用系统的配分函数（或自由能），这严重阻碍了该理论在真实系统中的应用。本文提出一种新方法，对该问题的求解速度至少比最先进算法快四个数量级，并可通过第一性原理计算应用于预测大分子和宏观凝聚态物质的热学性质。该方法以 C$_{60}$ 分子、固态与液态铜（高达 $\sim 600$GPa）、固态氩、基底上的石墨烯和硅烯为例进行了演示，所得内能或压强在高达 $2500$K 的温度范围内与大量分子动力学模拟结果吻合良好，精度比以往方法至少高一个数量级。并且，首次从配分函数直接复现了固态氩的真实定容状态方程。