三位美國(guó)拓?fù)湎嘧冄芯空攉@2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

秦雪/編譯

三位美國(guó)拓?fù)湎嘧冄芯空攉@2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

秦雪/編譯

邁克爾·科斯特利茨、戴維·索利斯和鄧肯·霍爾丹

瑞典皇家科學(xué)院于10月4日宣布授予三位美國(guó)科學(xué)家2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)谕負(fù)鋵W(xué)領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)，拓?fù)鋵W(xué)是描述增量導(dǎo)致特性變化的一個(gè)數(shù)學(xué)分支。這三位科學(xué)家都出生于英國(guó)，如今分別在美國(guó)華盛頓大學(xué)、普林斯頓大學(xué)和布朗大學(xué)從事研究工作，他們是戴維·索利斯（David J.Thouless）、鄧肯·霍爾丹（F.Duncan M. Haldane）和邁克爾·科斯特利茨（J.Michael Kosterlitz）。

被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的這三位物理學(xué)家研究的是物質(zhì)在極端狀態(tài)下的一些奇異特性，包括超導(dǎo)體、超流體和磁性薄膜。

華盛頓大學(xué)的戴維·索利斯獲本屆諾貝爾獎(jiǎng)獎(jiǎng)金800萬(wàn)瑞典克朗（約合93萬(wàn)美元）的一半，普林斯頓大學(xué)的鄧肯·霍爾丹和布朗大學(xué)的邁克爾·科斯特利茨共享另一半獎(jiǎng)金。

瑞典皇家科學(xué)院稱，這三位科學(xué)家依靠先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型研究發(fā)現(xiàn)了“拓?fù)湎嘧兒臀镔|(zhì)拓?fù)湎嗬碚摗?。他們的研究將主要?yīng)用于電子技術(shù)、材料科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)。芝加哥大學(xué)的物理學(xué)家邁克爾·特納（Michael S.Turner）在一封電子郵件中稱，他們的研究是“對(duì)物理學(xué)應(yīng)用實(shí)踐和基本理論產(chǎn)生長(zhǎng)期影響的一個(gè)真正轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。

成就介紹

獲得今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的這三位物理學(xué)家一直在努力探索和破解物質(zhì)在超冷和超薄狀態(tài)下，如何克服原子在常態(tài)下隨機(jī)碰撞的特性而產(chǎn)生奇異量子效應(yīng)的秘密。在超導(dǎo)體中，所有的電阻都會(huì)消失，就是其中的一個(gè)例子。

20世紀(jì)70年代，索利斯博士和科斯特利茨博士在英國(guó)伯明翰大學(xué)一起進(jìn)行合作研究，探索在什么情況或條件下，二維薄膜會(huì)產(chǎn)生物質(zhì)相變，即從某個(gè)奇異的物相，如超導(dǎo)體，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N奇異物相的。

他們成功的關(guān)鍵在于對(duì)拓?fù)鋵W(xué)理論的研究和突破，拓?fù)鋵W(xué)是研究物體基本形態(tài)的一個(gè)數(shù)學(xué)分支。在斯德哥爾摩舉行的諾貝爾獎(jiǎng)新聞發(fā)布會(huì)上，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)的一位成員托爾斯·漢森（Thors Hans Hansson）手拿一個(gè)肉桂面包、一個(gè)百吉餅和一個(gè)脆餅，來(lái)解釋說(shuō)明什么是拓?fù)鋵W(xué)。

他說(shuō)，對(duì)于拓?fù)鋵W(xué)家來(lái)說(shuō)，它們之間唯一的區(qū)別是這幾種面食中孔洞的數(shù)量，而不是普通人所關(guān)注的一些特征，如它們是咸味的還是甜味的。拓?fù)鋵W(xué)家會(huì)注意到，這些孔洞都沒(méi)有半個(gè)的，孔的數(shù)量皆呈整數(shù)級(jí)階梯式變化。

由控制原子行為奇特規(guī)則所決定的超薄超小物質(zhì)的奇特物態(tài)變化的宏觀特性，同樣亦呈現(xiàn)階梯式的“量子躍遷”模式。

一個(gè)例子是量子霍爾效應(yīng)，在這種效應(yīng)中，薄膜的電阻變化也是呈階梯式的。1983年，索利斯博士成功地以數(shù)學(xué)方法將這種變化與“陳數(shù)”之間建立起聯(lián)系，“陳數(shù)”是以數(shù)學(xué)家陳省身的名字命名的描述拓?fù)湫螤畹囊环N數(shù)學(xué)理論。

霍爾丹博士以類似的方法來(lái)分析超薄物質(zhì)原子鏈的特性，超薄物質(zhì)薄到極致之時(shí)可被視為一維線程，例如根據(jù)量子引力理論，時(shí)空結(jié)構(gòu)就是由一維量子線編織而成的?；魻柕ふJ(rèn)為，未來(lái)有一天，這種特性有可能成為新一代計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。

過(guò)去十年里，這一研究成果已被用來(lái)開(kāi)發(fā)了一種被稱為拓?fù)浣^緣體的新材料，這種材料的導(dǎo)電性能存在于它的表面而不是其內(nèi)部。

“他們的成果引發(fā)了這一領(lǐng)域內(nèi)的研究風(fēng)暴，盡管具體應(yīng)用還有待開(kāi)發(fā)，但我相信這只是時(shí)間問(wèn)題，他們的研究成果將帶來(lái)的未來(lái)科技的進(jìn)步是我們今天所難以想象的，就像很多年前開(kāi)始的激光和計(jì)算機(jī)芯片研究對(duì)于如今科技發(fā)展的深遠(yuǎn)意義一樣?！泵绹?guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)勞拉·格林（Laura H.Greene）說(shuō)道。

獲獎(jiǎng)物理學(xué)家

索利斯博士，現(xiàn)年82歲，出生于蘇格蘭貝爾斯登，劍橋大學(xué)本科畢業(yè)，1958年在康奈爾大學(xué)獲博士學(xué)位。1965年至1978年在英國(guó)伯明翰大學(xué)教授數(shù)理物理學(xué)，在那里與科斯特利茲進(jìn)行合作研究。1980年加入華盛頓大學(xué)西雅圖分校，如今為該校名譽(yù)教授。

霍爾丹博士，現(xiàn)年65歲，出生于英國(guó)倫敦。從劍橋大學(xué)本科畢業(yè)，并于1978年在劍橋大學(xué)獲博士學(xué)位。曾先后在法國(guó)一家研究所、美國(guó)南加州大學(xué)、貝爾實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)圣地亞哥分校工作，1990年加入普林斯頓大學(xué)任教。

科斯特利茨博士，現(xiàn)年73歲，出生于英格蘭亞伯丁郡，1969年在牛津大學(xué)獲高能物理博士學(xué)位。曾先后在伯明翰大學(xué)、意大利都靈理論物理研究所、康奈爾大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、貝爾實(shí)驗(yàn)室和哈佛大學(xué)工作。

[資料來(lái)源：New York Times][責(zé)任編輯：彥隱]