诺贝尔物理学奖揭晓 三名美国大学教授分享
发布时间:2021-05-11 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次经济观察网讯 瑞典皇家科学院4日宣布，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。
这三名科学家均在英国出生，目前分别在美国的华盛顿大学、普林斯顿大学、布朗大学从事研究工作。
瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松当地时间11时45分（北京时间17时45分）在皇家科学院会议厅公布了获奖者名单及主要成就。据诺贝尔奖评选委员会介绍，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。
拓扑学是数学的一个分支，它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。相变指的就是物质从一种相转变为另一种相的过程，而物质分固相、液相、气相这三种。
拓扑描述的是当一个物体在未被撕裂的条件下，被拉伸、扭曲或变形时保持不变的特性。拓扑学的目标是通过一些基本特征如坑洞的数量，来描述形状和结构。因此，从拓扑方面来说，一只马克杯和一个硬面包圈是一样的，因为它们都只有一个开口，而蝴蝶脆饼则不同，因为它有两个开口。
上世纪70年代，索利斯和科斯特利茨用拓扑理论推翻了当时超导性和超流体不能在薄层中存在的理论，并证明了超导性可在低温状态存在，解释了其在温度升高时消失的机制与相变。80年代，索利斯又对之前的一项实验做出解释，即超薄导电层的导电率可以实现整数级精确度量，证明了这些整数本身的自然属性都是拓扑状态。几乎同一时期，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。
现在已知的拓扑相有很多种，它们不仅存在于薄层和线状物，还存在于普通的三维材料中。过去十年里，这一领域的研究促进了凝聚态物理研究的前沿发展，人们不仅仅对拓扑材料能够在新一代电子器件和超导体中产生应用抱有希望，而且看好其在未来量子计算机方面的应用。
瑞典皇家科学院在新闻公报中说，今年的获奖研究成果开启了一个未知世界的领域，得益于他们开创性的研究，科学家们现在可以探索物质的新相变，未来有望应用于材料科学和电子学领域。
今年诺贝尔物理学奖奖金共800万瑞典克朗（约合93.33万美元），索利斯将获得其中一半，霍尔丹与科斯特利茨将共享另一半。
■背景资料
戴维·索利斯：1934年出生于苏格兰，华盛顿大学教授，理论凝聚态物理学家，因KT相变而著称，在获得诺奖之前还获得了1990年的沃尔夫奖、1993年的保罗·狄拉克奖等。
邓肯·霍尔丹：普林斯顿大学物理学教授，理论物理学家，英国皇家学会会员，在凝聚态物理理论作出基础性贡献，包括分数量子霍尔效应。
迈克尔·科斯特利茨：布朗大学物理学教授，其研究方向主要是凝聚态理论，一维/二维物理，其中相变领域包括：随即体系、电子局域化、自旋玻璃态等。在得到诺贝尔奖之前科斯特利茨还得过许多奖项：1981年，英国物理学会授予其麦克斯韦奖，2000年，美国物理学会授予其昂萨格奖。
■瑞典皇家科学院新闻公报
本年度诺贝尔物理学奖获得者打开了异物质这扇未知世界的大门，这些物质拥有假想的奇异特性。他们使用先进的数学方法研究了超导体、超流体和薄膜磁性材料等物质的反常阶段和状态。在他们开拓性的研究下，当前对物质的探索进入了一个新的奇异阶段。许多人对这些物质未来在材料学和电子学中的应用满怀信心。
应用物理学中的拓扑概念，对三位获奖者取得发现成果具有决定性意义。拓扑学是数学的一个分支，它描述的是物质逐步演变的性质。三位获奖者以拓扑学为工具，这令评委会专家感到震惊。20世纪70年代初期，迈克尔·科斯特利茨和戴维·索利斯推翻了当时关于超导体和超流体无法在薄膜层中实现的理论。他们证明，超导体可以在低温环境下实现，并解释了其实现机制，以及使超导体在高温中消失的相变问题。
20世纪80年代，戴维·索利斯得以用非常薄的导电层解释之前的一个实验。在这些导电层中，导电性可以用整数步骤精确测量出来。他证明了这些整数步骤是符合拓扑结构的。几乎在同一时期，邓肯·霍尔丹发现了如何用这些拓扑概念理解一些物质中发现的小磁铁链的特性。
我们现在知道很多拓扑概念，不仅在薄导电层和线程中，也在普通的三维物质中。过去的几十年来，拓扑领域已经促进了凝固态物理学的前沿研究，不仅是因为拓扑材料可以用在新一代的电子工业和超导体中，更可以用在未来的量子计算机中。今年的诺贝尔物理学奖获得者们发现了一个奇妙世界，目前的研究正在解释其中的秘密。
（据新华社、北京晨报、网易科技、腾讯新闻等综述）
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