“高冷”理論優(yōu)美不凡美國專家解讀諾貝爾物理學(xué)獎

1、“高冷理論優(yōu)美非凡美國專家解讀諾貝爾物理學(xué)獎“正如晶體管創(chuàng)造(1956年諾貝爾物理學(xué)獎)促進(jìn)并帶來了半導(dǎo)體技術(shù)革命 ,未來有一天 ,或許我們在經(jīng)歷拓?fù)浼夹g(shù)革命時 ,會回首今天 ,滿心感慨地看待2019年諾貝爾物理學(xué)獎 ,美國科學(xué)家戴維?謝對新華社記者說 ,“根底科學(xué)研究的突破性進(jìn)展 ,往往是技術(shù)革命背后的驅(qū)動力。瑞典皇家科學(xué)院4日宣布 ,將今年諾貝爾物理學(xué)獎授予三名科學(xué)家 ,以表彰他們在物質(zhì)的拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎喾矫娴睦碚摪l(fā)現(xiàn)。戴維?謝和陳諧是美國加州理工學(xué)院兩名研究“拓?fù)湎嗯c相變理論的科學(xué)家。他們4日在接受新華社記者專訪時 ,就今年受諾貝爾物理學(xué)獎青睞的“高冷理論給出解讀。數(shù)學(xué) ,物理學(xué)開展的重

2、要工具微積分是牛頓力學(xué)的根底 ,黎曼幾何是廣義相對論的根底 ,微分幾何是弦理論的根底 ,而量子力學(xué)的每次進(jìn)展也都會有矩陣、群論這樣新的數(shù)學(xué)工具“加盟可以說 ,每當(dāng)有新的數(shù)學(xué)工具被引入物理學(xué) ,都會極大推動物理學(xué)的開展。這一次也不例外?！白鳛橐粋€數(shù)學(xué)概念 ,拓?fù)溆泻苡凭玫臍v史 ,但是用于凝聚態(tài)理論還是最近40年的事情 ,陳諧介紹說?！皵?shù)學(xué)是我們描述物理世界的語言 ,把突破性的數(shù)學(xué)工具運(yùn)用到物理學(xué)領(lǐng)域 ,就像孩子學(xué)習(xí)了語法和修辭一樣 ,可以更深入地理解問題 ,同時更精確地表達(dá)自己的意思 ,陳諧說。作為物理學(xué)的“語言 ,數(shù)學(xué)和物理總是親密為伴。戴維?謝告訴新華社記者 ,“理解一個新的物理學(xué)現(xiàn)象 ,我

3、們有時需要在更廣泛的領(lǐng)域?qū)で蟠鸢?,今年贏得諾貝爾物理學(xué)獎的研究 ,就是典型例子?！爸档靡惶岬氖?,數(shù)學(xué)和物理的緊密結(jié)合 ,通常是由新的物理現(xiàn)象所驅(qū)動的。戳個洞 ,解釋拓?fù)淅碚摗巴負(fù)湎嗯c相變絕對屬于讓大多數(shù)人“望而生畏的深奧理論 ,不過在科學(xué)家眼里 ,這些理論優(yōu)雅美麗、意義非凡。為解釋這個難懂的理論 ,陳諧舉了個例子。想象一下 ,有一個橡皮泥做的球 ,把它揉一揉 ,捏一捏 ,通過小的形變 ,就可以把球面變成一個正方體的外表 ,但是卻不能把它變成一個面包圈的外表。因為 ,如果要變成面包圈的外表形狀 ,就必須要把球面戳一個洞 ,這也就打破了這個外表的連續(xù)性。而換成“高冷的專業(yè)詞匯 ,也就是說 ,球

4、面和面包圈外表 ,具有不同的“拓?fù)湫再|(zhì)；而球面和正方體外表 ,那么具有相同的“拓?fù)湫再|(zhì)。“拓?fù)湎嗝枋龅氖且粋€物質(zhì)的物理性質(zhì)中特別穩(wěn)定的局部 ,這些性質(zhì)不會隨物體小的連續(xù)形變而改變。例如 ,有一種物理現(xiàn)象叫“量子霍爾效應(yīng) ,即把一個薄層導(dǎo)體放進(jìn)兩塊半導(dǎo)體之間 ,冷卻到極低溫度再加上一個磁場的時候 ,導(dǎo)體的電導(dǎo)率突然不能像日常一樣連續(xù)改變了 ,而是一步步按整數(shù)倍改變。本次諾獎獲得者索利斯就意識到 ,拓?fù)鋵W(xué)可以描述量子霍爾效應(yīng)中的這種不連續(xù)特征。“高冷理論有什么用拓?fù)淅碚摬粌H理論優(yōu)美 ,而且在實驗實現(xiàn)上有一系列重要的突破。專家指出 ,這一理論作為一個根本觀念 ,將持續(xù)深入地影響我們對物質(zhì)和材料的認(rèn)識

5、。陳諧認(rèn)為 ,一個重要應(yīng)用是量子計算機(jī)。她介紹說 ,現(xiàn)在實現(xiàn)量子計算最大的困難在于量子態(tài)非常脆弱 ,如果要保證計算穩(wěn)定進(jìn)行 ,必須使用特殊手段抵御外界的干擾。但是基于拓?fù)淅碚摰牧孔佑嬎銠C(jī)將信息存儲在穩(wěn)定的拓?fù)鋺B(tài)里 ,在很大程度上不受外界干擾 ,因此提供了一個實現(xiàn)量子計算的捷徑。具有拓?fù)湮镄缘牟牧显趯崿F(xiàn)精確標(biāo)定、低能耗電子器件等方面也具有普通材料不可比較的優(yōu)勢。此外 ,戴維?謝認(rèn)為 ,這一理論還可應(yīng)用于靈敏度更高的光學(xué)傳感器和探測器等的研發(fā)。“不過 ,老實講 ,最沖動人心的技術(shù) ,可能是那些我們還想象不到的。三位得主實至名歸奪得諾貝爾物理學(xué)獎的戴維?索利斯、鄧肯?霍爾丹和邁克爾?科斯特利茨三名科學(xué)家 ,在上世紀(jì)70至80年代進(jìn)行的一系列研究 ,最早將拓?fù)鋵W(xué)理論引入凝聚態(tài)物理學(xué)的根底理論。對三名獲獎?wù)哐芯糠浅Ｊ煜さ拇骶S?謝對記者說 ,“他們的工作是我眼下研究工程的根底 ,獲此殊榮 ,實至名歸。陳諧介紹說 ,這三名科學(xué)家“基于拓?fù)涞母拍顚δ蹜B(tài)做出預(yù)言的時候 ,這一概念還沒有被廣泛接受 ,以至于相關(guān)預(yù)言的正確性會受到疑心。但正是由于他們的遠(yuǎn)見以及洞察力 ,將凝聚態(tài)的研究帶到了一個新的高度。麻省理工學(xué)院物理系教授文小剛在發(fā)給記者的郵件中回憶說：“霍爾丹是一位非常專注的理論物理學(xué)家 ,經(jīng)常潛心在他的物理世界中。有一次我們在瑞士開會的間隙中 ,去一個植物園游覽參觀。大家?guī)Я苏障鄼C(jī)欣