以数学之眼看物理 拓扑理论研究获诺奖青睐

2016年10月05日09:36  来源:新华社
 
原标题:焦点科普:以数学之眼看物理 拓扑理论研究获诺奖青睐

什么成就,盖过了今年风头正旺的国际物理界大头条——引力波探测,一举拿下今年诺贝尔物理学奖?没错,正是看似冷门却并不寂寞的拓扑相变领域的研究。

瑞典皇家科学院4日将2016年诺贝尔物理学奖授予戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨这三名科学家,以表彰他们在物质的拓扑相变和拓扑相方面的理论发现。

拓扑学本身是数学的一个分支,主要研究的是几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的性质。诺贝尔奖评选委员会表示,这三名获奖者将拓扑概念应用于物理研究,这是他们取得成就的关键。

一般来说,物质分固相、液相、气相,相变指的就是物质从一种相转变为另一种相的过程,比如固体的冰融化成水,液态的水受热后变成水蒸气。但是,如果物质变得极薄的时候,物质的相还存在吗?

评选委员会介绍说,平面中的物理现象和我们认知的周围世界是截然不同的,甚至分布非常稀疏的物质中也包含了数百万个原子,每个原子的行为都可以用量子物理学来解释,而很多原子结合的时候却显示完全不同的属性。三位获奖者的研究成果正是揭示了拓扑性质在量子物态和量子相变中的决定性影响。

科斯特利茨和索利斯的研究集中在一个平面世界中的“怪现象”,相比于通常描述的三维世界,他们发现极薄层的表面或内部可以被认为是二维的,那里一种被称为“超流体到正常流体的相变”,主要决定因素与人们以往的认识完全不同。

霍尔丹发现可以利用拓扑概念来解释一些材料中存在的小磁铁链的特性。他发现,原子磁性的不同使这些链条呈现出完全不同的属性。霍尔丹还在量子霍尔效应方面做了许多开创性工作。

正如瑞典皇家科学院所说,今年的获奖研究成果开启了一个未知世界的领域。得益于这三位获奖者开创性的研究,科学家们现在可以继续探索物质的新相变。研究人员认为,拓扑材料将在未来的电子和超导体以及量子计算机研发中得到应用。(记者付一鸣 和苗)

(责编:汤诗瑶、陈苑)

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