錯過2016，張首晟諾獎還有戲么？

雖然已經好幾年成為諾獎預測中的熱門人選，張首晟今年還是沒有拿到。但是更讓人灰心的是，這屆諾貝爾物理獎並沒有頒發給探測到引力波的美國團隊，而是給了與張首晟同處一個領域的三位英籍美國人。而這三個人，正是這個領域的開創者。

北京時間10月4日下午5點45分，諾貝爾委員會宣布，將2016年諾貝爾物理學獎授予大衛·J·索利斯（David J. Thouless），F·鄧肯·M·霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）和J·邁克爾·科斯特利茲（J. Michael Kosterlitz），以表彰他們在拓撲相變和拓撲相物質研究領域做出的重要理論發現。

看到這次的獲獎結果，許多科學家扎堆的微信群都一下子懵住了。很少有人知道，這個拓撲相變究竟是什麼東西，不久才有人反應過來，這不就是張首晟提出的拓撲絕緣體的理論基礎么。

由於張首晟在2006年提出基於「量子自旋霍爾效應」的「拓撲絕緣體」理論，次年就得到德國團隊的實驗證實，並因此獲得「歐洲物理獎」等三大頂級獎項。利用這種效應，科學家可能突破摩爾定律的極限，從而引發未來電子技術的新一輪革命。

張首晟曾經用「集市」和「高速公路」為例講述該成果應用和意義：電子在晶元中移動就像跑車開進集市中，再怎麼高檔也跑不快；但若在高速公路上就可暢行無阻。

這也是湯森路透把張首晟當成諾獎熱門人選的原因。但是今年諾貝爾物理獎的三位獲獎者，恰恰是最初把拓撲這一原本是數學上的概念，應用在物理學上的三個人。

拓撲學（topology）的原意是地形學，後來在數學上形容各種「空間」在連續性的變化下不變的性質，也就是它看重的是各種結構之間的相互關係，而不是外在的形狀，就算是你把一根油條擰成麻花，有一些拓撲性質還是不變的。

中國數學家陳省身就是這一領域的奠基者之一，是他建立了代數拓撲和微分幾何的聯繫，現在人們還把拓撲不變數成為「陳數」。

而這次獲獎的三位科學家，就把這種概念引入了物理領域。上世紀70年代，邁克爾·科斯特利茲和大衛·索利斯顛覆了人們都普遍認為超導態和超流體態不可能出現在薄層（二維）材料中的觀念，不僅展示了超導態在低溫下的可能性，同時還解釋了超導態在溫度升高時的消失機理和相變機制。

到了上世界80年代，索利斯有解釋了先前實驗中的遺留問題——薄層材料中測量所得的電導率都是精確的整數倍關係。他展示了這些整數倍電導率是這些材料天生的拓撲性質。幾乎在同時，鄧肯·霍爾丹應用了拓撲概念來理解某些材料中的「小磁鐵鏈」性質。

是他們三位的開創性工作，讓人們知道材料還有很多種拓撲相，而這種物質內部的「相互關係」，將在很大程度上決定它的外在性質。在過去的10年中，這個領域發展迅速，拓撲材料極有可能成為下一代全新的電子，超導材料，也可以應用於未來的量子計算機。

諾貝爾獎發布會主持人在介紹今年的諾獎工作時說，這一領域在拓撲量子計算，低能耗電子學方面應用前景巨大，有可能解決電子器件的發熱問題，量子計算機的發展也因此成為可能。

生活大爆炸中的拓撲絕緣體

而張首晟就是站在這個領域最前沿的科學家之一。甚至可以這樣說，正是張首晟等人在拓撲絕緣體的理論和實驗方面做出的開創性工作，當然也包括實驗證實量子反常霍爾效應的清華大學的薛其坤教授的工作，才讓三位獲獎者的理論獲得了證實。張首晟所發表的論文，也被列在了諾貝爾獎頒獎詞的參考文獻中。

其實張首晟在這一領域的地位，也是公認的。2012年，他就曾經同這次獲得諾貝爾獎的鄧肯·霍爾丹以及賓州大學查爾斯·凱恩，共同獲得國際理論物理學領域最高獎「狄拉克獎」。在當時，張首晟已經囊括了國際物理學界的三大頂級獎項，可以說就差一個諾貝爾獎就是大滿貫了。

這次的三位獲獎者，則進一步證明了諾獎特別關注開創性原創性的研究。但是我們轉念一想，諾貝爾獎總不會給同一個領域發兩次獎吧，就算是發，也不會那麼快吧。雖然量子霍爾效應的研究就曾經分別獲得1985年和1998年兩度諾貝爾物理學獎，起碼也隔了13年。

當然張首晟也不必著急，想想這次獲獎的三位科學家，出成果的時候還要追溯到上世紀七八十年代，看似沒有多麼遙遠，其實也已經接近半個世紀。

所以還是可以等的，正如薛其坤所說，這一領域如果做出對人類有意義的工作，拿獎的可能性還是存在的。

而張雙南的態度則比較樂觀，「如果凝聚態物理學家獲獎，那麼中國的物理學家未來獲得諾獎的可能性是非常大了。」

那樣的話就不光是張首晟了，薛其坤也要算上。

不過最好不要再等半個世紀。

2050

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