「 更 新 」 诺 贝 尔 物 理 奖 颁 给 了 三 位 研 究 物 质 奇 异 状 态 的 科 学 家

不 明 觉 厉 ＊ 本 文 只 能 在 《 好 奇 心 日 报 》 发 布 ， 即 使 我 们 允 许 了 也 不 许 转 载 ＊ 获 奖 理 由 三 位 获 奖 者 试 图 解 释 的 事 情 ， 是 物 质 在 极 低 温 或 极 薄 条 件 下 ， 奇 异 量 子 效 应 就 会 超 越 在 普 通 物 质 中 占 主 导 的 随 机 原 子 碰 撞 。 比 如 超 导 电 性 （ 所 有 电 阻 都 消 失 的 情 况 ） 就 是 这 种 效 应 的 一 个 例 子 。 1970 年 代 ， 索 利 斯 博 士 和 科 斯 特 利 茨 博 士 在 伯 明 翰 大 学 合 作 研 究 了 当 物 质 的 二 维 薄 膜 从 一 种 奇 异 相 （ 比 如 超 导 电 性 ） 转 变 到 另 一 种 时 会 发 生 什 么 现 象 。 三 人 获 奖 的 关 键 词 是 一 种 被 称 为 拓 扑 学 的 理 论 ， 这 一 数 学 分 支 关 注 的 是 事 物 的 根 本 形 状 。 在 斯 德 哥 尔 摩 举 行 的 诺 奖 记 者 招 待 会 上 ， 诺 贝 尔 奖 物 理 委 员 会 成 员 托 尔 · 汉 斯 · 汉 森 （Thors Hans Hansson） 试 图 拿 肉 桂 小 圆 面 包 、 百 吉 饼 和 椒 盐 卷 饼 来 演 示 拓 扑 理 论 。 他 表 示 ， 对 一 个 拓 扑 学 家 来 说 ， 三 样 东 西 唯 一 的 不 同 就 是 它 们 的 孔 洞 数 量 ， 这 和 一 般 人 会 关 注 的 咸 味 和 甜 味 等 特 点 截 然 不 同 。 拓 扑 学 家 会 注 意 到 ， 这 三 者 中 都 不 存 在 只 有 半 个 孔 洞 的 情 况 ， 孔 洞 的 数 量 只 会 以 整 数 形 式 进 行 阶 梯 式 变 化 。 同 样 地 ， 如 果 某 种 材 料 薄 或 小 到 一 定 程 度 ， 从 而 让 它 们 的 表 现 形 式 由 一 种 支 配 原 子 行 动 的 奇 异 规 则 所 决 定 的 话 ， 这 种 奇 异 物 质 的 宏 观 特 性 就 会 以 阶 梯 式 的 “ 量 子 迁 跃 ” 方 式 变 化 。 以 量 子 霍 尔 效 应 为 例 ， 薄 膜 物 质 的 电 阻 就 是 以 阶 梯 方 式 产 生 变 化 的 。1983 年 ， 索 利 斯 博 士 就 把 这 些 变 化 与 数 学 中 用 以 描 述 拓 扑 形 状 的 “ 陈 数 ”（Chern number， 以 数 学 家 陈 省 身 [Shiing-Shen Chern] 命 名 ） 概 念 建 立 起 了 联 系 。 霍 尔 丹 博 士 也 使 用 了 一 种 类 似 的 技 巧 分 析 了 那 种 薄 到 可 以 看 作 是 一 维 线 状 结 构 的 超 薄 原 子 链 的 性 能 。 在 未 来 的 某 一 天 ， 它 或 许 就 是 构 成 新 型 计 算 机 的 基 础 。 在 过 去 十 年 间 ， 这 一 研 究 已 经 促 进 了 对 于 拓 扑 绝 缘 体 材 料 的 研 发 ， 这 种 材 料 只 在 表 面 导 电 ， 内 部 则 是 绝 缘 的 。 美 国 物 理 协 会 （American Physical Society） 下 一 任 主 席 劳 拉 · 格 林 表 示 ：“ 他 们 点 燃 了 相 关 研 究 的 燎 原 之 火 ， 尽 管 目 前 实 际 应 用 还 没 能 实 现 ， 但 我 相 信 这 只 是 时 间 问 题 ， 最 终 他 们 的 研 究 带 来 的 会 是 如 同 一 百 年 前 的 激 光 和 电 脑 芯 片 那 样 超 乎 我 们 想 象 的 进 步 。” 这 项 研 究 的 重 要 性 这 种 拓 扑 学 见 解 已 被 证 明 能 用 来 理 解 极 端 低 温 下 和 强 磁 场 中 某 些 二 维 物 质 的 电 导 率 —— 即 电 流 通 过 某 种 物 质 的 难 易 程 度 。 尽 管 这 项 研 究 大 部 分 还 停 留 在 理 论 上 ， 但 它 在 电 子 工 业 、 超 导 体 乃 至 计 算 机 领 域 中 都 有 实 际 应 用 的 可 能 。 获 奖 人 简 介 索 利 斯 博 士 ：82 岁 ， 生 于 苏 格 兰 贝 尔 斯 登 ， 本 科 阶 段 在 剑 桥 大 学 学 习 ，1958 年 在 康 奈 尔 大 学 取 得 博 士 学 位 。1965-1978 年 间 ， 于 英 国 伯 明 翰 大 学 教 授 数 学 物 理 ， 期 间 与 科 斯 特 利 茨 博 士 进 行 合 作 。1980 年 到 位 于 西 雅 图 的 华 盛 顿 大 学 任 教 ， 如 今 仍 是 那 里 的 名 誉 教 授 。 霍 尔 丹 博 士 ：65 岁 ， 生 于 伦 敦 。 剑 桥 大 学 读 本 科 ， 并 于 1978 年 在 剑 桥 获 得 博 士 学 位 。1990 年 加 入 普 林 斯 顿 之 前 ， 曾 在 位 于 法 国 格 勒 诺 布 尔 的 劳 厄 - 朗 之 万 研 究 所 、 南 加 利 福 尼 亚 大 学 、 贝 尔 实 验 室 以 及 位 于 圣 迭 哥 的 加 利 福 尼 亚 大 学 工 作 。 科 斯 特 利 茨 博 士 ：73 岁 ， 生 于 苏 格 兰 亚 伯 丁 ，1969 年 在 牛 津 大 学 取 得 高 能 物 理 学 博 士 学 位 。 曾 在 伯 明 翰 大 学 、 意 大 利 都 灵 的 理 论 物 理 研 究 所 以 及 康 奈 尔 、 普 林 斯 顿 、 贝 尔 实 验 室 和 哈 佛 大 学 等 地 工 作 。 获 奖 者 声 明 诺 贝 尔 委 员 会 于 周 二 早 上 通 过 电 话 联 系 到 了 霍 尔 丹 博 士 ， 他 向 斯 德 哥 尔 摩 的 记 者 招 待 会 表 示 ：“ 我 感 到 很 惊 讶 ， 也 很 高 兴 。 这 项 研 究 是 很 久 之 前 的 事 了 ， 但 直 到 现 在 ， 很 多 重 要 的 新 发 现 才 基 于 这 项 初 始 研 究 得 以 诞 生 ， 并 对 它 进 行 了 延 展 。” 科 斯 特 利 茨 博 士 接 受 美 联 社 采 访 时 表 示 ， 他 目 前 在 荷 兰 赫 尔 辛 基 的 阿 尔 托 大 学 做 访 问 教 授 ， 听 到 这 个 消 息 的 时 候 正 在 去 吃 午 饭 的 路 上 。 他 说 ：“ 我 觉 得 有 点 恍 惚 ， 到 现 在 还 在 努 力 接 受 这 个 事 实 。” 他 表 示 ， 开 始 研 究 二 维 物 质 的 时 候 自 己 才 20 多 岁 ，“ 年 少 无 知 ” 让 他 能 够 勇 于 挑 战 已 经 建 立 起 的 科 学 体 系 。 他 说 道 ：“ 当 时 我 没 有 任 何 先 入 为 主 的 成 见 ， 那 时 太 年 轻 ， 也 太 傻 ， 所 以 才 能 去 做 这 个 。” （ 以 上 是 更 新 ） 本 周 三 ， 大 卫 · 索 利 斯 （David J. Thouless）、F· 邓 肯 · 霍 尔 丹 （F. Duncan M. Haldan） 和 J· 迈 克 尔 · 科 斯 特 利 茨 （J. Michael Kosterlitz） 三 人 被 授 予 诺 贝 尔 物 理 学 奖 ， 以 表 彰 他 们 在 凝 聚 态 物 理 学 方 面 的 发 现 ， 这 些 发 现 改 变 了 人 们 对 那 些 呈 现 出 奇 异 形 态 物 质 的 理 解 。 周 二 ， 斯 德 哥 尔 摩 ， 皇 家 理 工 学 院 的 成 员 宣 布 今 年 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖 。 图 片 版 权 ：Anders Wiklund/ 欧 洲 新 闻 图 片 社 三 位 科 学 家 使 用 了 先 进 的 数 学 模 型 来 研 究 物 质 的 奇 异 阶 段 或 奇 异 状 态 ， 比 如 超 导 体 、 超 流 体 或 磁 性 薄 膜 材 料 。 他 们 的 研 究 成 果 在 材 料 科 学 与 电 子 学 之 间 建 立 了 联 系 。 由 于 “ 在 物 质 的 拓 扑 相 变 与 拓 扑 相 方 面 的 理 论 发 现 ”， 华 盛 顿 大 学 的 索 利 斯 博 士 、 普 林 斯 顿 大 学 的 霍 尔 丹 博 士 以 及 布 朗 大 学 的 科 斯 特 利 茨 博 士 共 同 获 得 了 斯 德 哥 尔 摩 瑞 典 皇 家 学 院 授 予 的 殊 荣 。 来 自 普 林 斯 顿 大 学 的 英 国 科 学 家 F· 邓 肯 · 霍 尔 丹 正 在 美 国 新 泽 西 州 的 家 中 。 图 片 版 权 ：Dominick Reuter/ 路 透 社 到 了 1980 年 代 ， 索 利 斯 博 士 公 布 了 可 测 量 的 电 流 导 电 率 整 数 有 着 拓 扑 学 性 质 。 差 不 多 同 一 时 期 ， 霍 尔 丹 博 士 发 现 了 怎 样 用 拓 扑 概 念 去 理 解 一 些 物 质 中 发 现 的 小 磁 性 链 的 性 质 。 瑞 典 皇 家 学 院 表 示 ：“ 我 们 现 在 已 知 的 拓 扑 相 有 很 多 种 ， 它 们 不 仅 在 薄 膜 层 和 线 状 结 构 中 存 在 ， 有 些 还 存 在 于 一 些 普 通 的 3D 材 料 中 。 特 别 要 指 出 的 是 ， 在 过 去 的 十 年 间 ， 由 于 人 们 希 望 能 把 拓 扑 材 料 应 用 在 新 一 代 的 电 子 学 和 超 导 体 、 或 是 未 来 的 量 子 计 算 机 中 ， 这 个 领 域 已 经 发 展 成 为 凝 聚 态 物 理 学 的 一 线 研 究 领 域 ”。 索 利 斯 博 士 获 得 了 总 奖 金 800 万 瑞 典 克 朗 （ 约 93 万 美 元 ） 中 的 一 半 ， 霍 尔 丹 博 士 和 科 斯 特 利 茨 博 士 则 会 平 分 另 一 半 。 2015 年 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖 得 主 是 谁 ？ 梶 田 隆 章 （Takaaki Kajita） 和 亚 瑟 · 麦 克 唐 纳 （Arthur B. McDonald） 共 同 获 得 了 去 年 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖 ， 因 为 他 们 发 现 被 称 为 中 微 子 的 神 秘 亚 原 子 粒 子 是 有 质 量 的 。 翻 译 熊 猫 译 社 乔 木 题 图 来 源 ： 视 觉 中 国 © 2016 THE NEW YORK TIMES