拓朴先锋 3学者获诺贝尔物理奖

熊猫时报

諾貝爾物理獎委員會的韓森教授拿出各種麵包當道具來說明拓樸概念。 美聯社

     【熊猫时报讯】本届诺贝尔物理学奖颁给英国出生的三位研究者，表彰他们在拓朴相变化(topological phase
transitions)与物质的拓朴相(topological phases of matter)两大概念的理论发现，替「未知的世界打开一扇门」。三名得主分别是杜列斯(David Thouless，八十二岁)、哈尔丹(Duncan Haldane，六十五岁)和科斯特利兹 (Michael
Kosterlitz，七十四岁)。得奖研究属于理论物理，但哈尔丹预言，相关研究与拓朴绝缘体未来可能打造出量子电脑。

　　任教于西雅图华盛顿大学的杜列斯分得八百万瑞典克朗(约台币二千九百万)的半数，任教于普林斯顿大学及布朗大学的哈尔丹和科斯特利兹平分另外一半。台大物理系教授高涌泉解释，杜列斯对得奖的两项研究都有参与贡献，因此获得半数奖金。

　　哈尔丹得知获奖后表示非常惊喜且深感欣慰：「根据这些研究的许多新发现正在发生中，各界对这些新材料产生重大影响寄予厚望。」科斯特利兹则说，得奖感觉「有些茫茫然，努力沉淀中。」

　　需要时间沉淀的不只是得主。英国电讯报戏称，三人研究太难懂，以致诺贝尔委员会必须拿麵包当道具说明研究的意义与重要性。记者会上，诺贝尔物理学奖委员会委员韩森特别拿出贝果、德国结麵包和肉桂麵包做例子，说明拓朴(topology)概念，表示在拓朴学者眼中，外形不同的三者在拓朴学者眼中唯一差异只有洞的数目，德国结麵包有两个洞，贝果有一个，肉桂麵包没洞。拓朴学处理物体延伸扭曲甚至变形时，某些不变的特性，像是洞数。无论麵包被扭成何种形状，洞数不变。

　　高涌泉解释，此为拓朴稳定性。杜列斯与科斯特利兹一九六○年代从研究二维的统计力学系统著手，发现某些物质温度改变，状态跟著改变时，拓朴量会产生变化。另一个简单比喻：拓朴量像是用橡皮筋去套铅笔，绕一圈或两圈三圈的「绕数」不会轻易改变，也就是拓朴稳定性，除非像割断橡皮筋这样的剧烈变化。两人研究在七○年代证明低温时出现的超导现象，温度升高后因为拓朴相变化而消失。

　　杜列斯与哈尔丹的研究则受到「量子霍尔效应」的启发，发现某些固态系统在低温状态的拓朴性质。

　　诺贝尔委员会在颂辞中指出，三人的研究运用高等数学拓朴的方法研究物质的不寻常状态，像是超导体、超流体或薄磁膜。拜三人开创性的研究所赐，寻找物质拓朴相已全面开展，希望有助于材料科学和电子学未来的应用。

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