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物理学诺奖揭晓 拓扑相变火了 :开启未知世界大门

文/周晔 来源:第一白银网 10-05 17:23
摘要 2016年诺贝尔物理学奖授予三位美国科学家:戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨,以表彰他们在拓扑相变和拓扑相研究领域做出的重要理论发现。

  第一白银网10月5日讯 据报道,美剧《生活大爆炸》中的谢尔顿坚定的认为物理学可以解释一切问题,看不起除物理外的一切学科。这可不是为了塑造人物的过分夸张,现实中真有人这样认为,原子核物理学之父卢瑟福就曾经过说:“所有的科学不是物理学,就是集邮。”这样凌驾于一切学科之上的的物理学再加上诺贝尔奖的光环,足以让全球瞩目。

  当地时间10月4日,诺贝尔物理学奖评委会在斯德哥尔摩的瑞典皇家科学院宣布,2016年诺贝尔物理学奖授予三位美国科学家:戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨,以表彰他们在拓扑相变和拓扑相研究领域做出的重要理论发现。

  大卫·J·索利斯 (David J. Thouless),凝聚体物理学家。1934年生于英国贝尔斯登,1958年获得康奈尔大学博士学位,现任华盛顿大学物理学教授。

  F·邓肯·M·霍尔丹(F. Duncan M. Haldane),1951年生于英国伦敦,1978年获得剑桥大学博士学位,现任美国普林斯顿大学物理学教授。

  J·迈克尔·科斯特利兹(J. Michael Kosterlitz),1942年生于英国阿伯丁,1969年获得牛津大学博士学位,现任美国布朗大学物理学教授。

  以上三位, 就是2016年的诺贝尔物理学奖得主。3位科学家将分享800万瑞典克朗奖金。其中奖金的一半颁给美国华盛顿大学的大卫·J·索利斯,另一半由美国普林斯顿大学的邓肯·霍尔丹与布朗大学的迈克尔·科斯特利兹共享。索利斯和科斯德里茨两位科学家是在上世纪70年代最早从事拓扑相变研究,在经典系统中发现所谓的拓扑相变;霍尔丹则在电子物理材料系统中研究拓扑超导。诺贝尔基金会的官员们使用没有洞的肉桂卷、一个洞的面包圈和两个洞的碱水面包解释起了抽象难懂的拓扑是怎么回事。他们解释:在拓扑上,这几种因为洞的数量不一样而结构完全不同的物质,或许能在未来的材料科学和电子学中找到用武之地。

  诺贝尔奖评选委员会这样写道:今年的三位诺贝尔物理学奖得主采用先进的数学方法研究了物质的不寻常阶段的奇异状态,如超导体、超流体或磁性薄膜等等。他们的先驱性工作为搜寻物质的奇异新状态奠定了基础,或许能在未来的材料科学和电子学中找到用武之地。

  换句话说,这种伟大的物理学成就到底是做什么用的?它开创了怎样的人类应用未来呢?有人说,今年的物理学奖获奖人开启了通往奇异物质状态研究的未知世界的大门,他们的成果促成了物质科学理论方面的突破并带来了新型材料研发方面的崭新视野。剑桥大学物理学者丹尼斯艾伦解释:这一领域中拓扑绝缘体、拓扑超导体和拓扑金属如今已成为热议话题。而在过去的十年中,这些技术一直处于凝聚态物理研究的前沿,人们希望拓扑材料能被应用于新一代电子超导体或未来的量子计算机中。目前的研究就正在揭示今年的诺贝尔奖获得者们所发现的这种物质的秘密。“比如以前我们认为,物体只有‘导体’和‘绝缘体’之分,然而‘拓扑绝缘体’是‘第三类物质’,科学家认为它能给计算机领域带来进一步革命性进步。”

  人类的计算机技术已经到达发展瓶颈。比如说我们经常遇到电脑发烫,难以散热的困扰。如果从经典热力学的观点来看,由于封闭系统中的运动总是从有序到无序,因此电路中电子的有序运动最终才会转换成无规则的热运动耗散掉。而刚好,“拓扑绝缘体”的表面导电现象是无损耗的。因此如果能加以利用,将给计算机领域带来质的飞跃。

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