揭示奇異物質秘密 三拓撲學家分享物理諾獎

圖：諾貝爾大會發言人索爾．漢森教授用麵包解釋拓撲理論法新社

大公網10月5日訊 綜合美聯社、英國《衛報》、中央社報道：瑞典皇家科學院周二宣布，將2016年諾貝爾物理學獎授予大衛．索利斯（David Thouless）、鄧肯·霍爾丹（Duncan Haldane）和邁克爾·科斯特利茨（Michael Kosterlitz）這三名科學家，以表彰他們在物質的拓撲相變和拓撲相物質方面的理論發現。

這三名科學家均在英國出生，目前分別在美國的華盛頓大學、普林斯頓大學、布朗大學從事研究工作。今年諾貝爾物理學獎獎金共800萬瑞典克朗（約合728萬港元），索利斯將獲得其中一半，霍爾丹與科斯特利茨將共享另一半。

麵包解說拓撲概念

據諾貝爾獎評選委員會介紹，今年的三位物理學獎獲得者，打開了一扇通往由奇異狀態下的物質構成的未知世界的大門。他們用先進的數學方法，對超導、超流體和薄膜磁性等物質的異常狀態與階段，進行了深入研究。「他們開創性的工作，引領我們踏上了追尋物質的奇異狀態之旅。」

三位獲獎者們的核心成就，是將拓撲學概念應用到物理學中。拓撲（Topology）本是數學的一個分支，通常用來研究幾何圖形或空間在連續改變形狀後還能保持不變的性質。上世紀70年代早期，當時盛行的理論認為，超導或超流現象無法發生在薄膜中。但科斯特利茨和索利斯推翻了這一點。他們解釋了低溫超導現象，以及為何超導無法存在於高溫中的相變機理。

到了80年代，索利斯又對之前的一項實驗做出解釋，即超薄導電層的導電率可以實現整數級精確度量，證明了這些整數本身的自然屬性都是拓撲狀態。幾乎同一時期，霍爾丹發現可以利用拓撲概念來解釋一些材料中存在的小磁鐵鏈的特性。

由於這些理論深奧難明，諾貝爾大會發言人索爾．漢森教授拿來一個肉桂麵包，一個麵包圈和一個椒鹽卷餅來做解釋。他說，拓撲學研究的是「不連續」的特徵。所以這些麵包變大變小變形狀都無所謂，因為這些變化是連續性的，但如果在麵包上挖洞，那麼就會出現「不連續」變化，而這才是拓撲研究者關心的特點。

應用於材料科學潛力無窮

瑞典皇家科學院在新聞公報中說，得益於這些關於拓撲概念的開創性研究，科學家們現在可以探索物質的新相變，未來有望應用於材料科學和電子學領域。

拓撲材料未來潛力無窮，它的特性是結構穩定，不容易受缺陷和雜質影響，適合用在電子產品，「就像是甜甜圈，面糰中間有一個洞，不論你灑鹽、加糖、做各種變化，也不會改變他就是甜甜圈。」另一個應用方向是量子計算機。報道稱，現在電腦只有0和1，但量子電腦則有兩個態，可做更快的運算，而且不容易過熱。

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不少媒體此前分析認為，今屆諾貝爾物理學獎的大熱門為重力波研究項目，其中有份參與的香港中文大學物理系研究助理教授黎冠峰表示對得獎十分有信心，「不是今年就是明年！」但他同時也表示，重力波項目今年未能趕及提名的截止日期，無緣角逐也是意料之內。

據悉，諾貝爾物理學獎每年的提名截止日期是1月31日，按正常流程的話本來就沒有重力波的份兒的，因為重力波的研究結果於今年2月11日才被公布。黎冠峰接受訪問時表示，他認為即使順延至下屆，仍然有信心能奪獎。

有報道指，黎冠峰上周二與三位提出及研究探測重力波的英美物理學家德雷弗、索恩及賴茲等教授，出席領受邵逸夫天文學獎，他表示，當時眾人亦曾討論獲得今屆諾貝爾物理學獎的可能性，同樣考慮到未必趕及競逐。

目前香港中文大學仍然繼續與美國雷射干涉重力波天文台（LIGO）合作研究，黎冠峰稱透過專屬軟體分析數據，繼續尋找重力波，加以引證愛因斯坦的廣義相對論。

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