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【2016諾貝爾獎】物理學獎:11位科學家的新鮮熱評

2016年諾貝爾獎物理學獎授予三位科學家:戴維·索利斯,鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨,以表彰他們在理論上發現了物質的拓撲相變和拓撲相。二維物理體系中的拓撲相變和拓撲量子物態,是三位得獎者能做出這一成就的關鍵,它解釋了某種薄層物質的導電率會以整數倍發生變化。

施郁:我的預測就差一點

施郁,復旦大學物理學系教授,研究方向:量子糾纏及其在凝聚態物理和粒子物理中的運用。

這三位獲獎者實際上是凝聚態里面拓撲物相的開創者。Thouless和Kosterlitz首先研究了在相變當中的拓撲相變,拓撲絕緣體的前期的方向。Thouless與合作者指出量子霍爾電導是拓撲的,是陳省身數。Haldane研究了一維磁體的拓撲態,以及一個理論模型,它給出后來提出的拓撲絕緣體的一部分物理。2007年我在一篇文章里提到過Thouless和Kosterlitz得獎,但是很可惜,今年預測的時候我只猜到了頒獎方向,但是頭腦沒有轉彎,追溯前期工作,這次就選擇了比較熱門的具體的拓撲絕緣體里的幾個人。

曹則賢:這是實至名歸毫無爭議

曹則賢,中國科學院物理所研究員。

此三位物理學家獲得本年度的諾貝爾物理獎應該說是實至名歸,這一決定應該說不會有什么爭議。

對于Haldane的工作我不是很了解,但是Kosterlitz和Thouless 的名字讀過一些凝聚態理論的研究生可能都是知道,見于Kosterlitz-Thouless 相變這個概念。 1973年, Kosterlitz與Thouless的關于2維XY模型相變問題的合作研究,發現了自高溫無序相向低溫準有序相的無窮階相變,后來被命名為 Kosterlitz-Thouless 相變。(Kosterlitz, J. M. & Thouless, D. J. Ordering, metastability andphase-transitions in 2 dimensional systems. J. Phys. C 6, 1181–-1203 (1973)。 Thouless生于1934年,此篇文章發表時,不足40歲。

Thouless 物理功底深厚,對量子力學、拓撲理論和相變理論都有自己的獨到見解。 Thouless的著作《非相對論物理中的拓撲量子數》 (1998),《拓撲量子數導論》, 《多體系統量子力學》等對相關領域的研究具有影響的深遠。

我1990-1992年期間在中國科技大學讀理論物理博士時讀過Thouless 的論文與書,但是沒讀懂,深以為憾。但是,憑著微薄的一點功底,我知道Thouless的工作“非常物理”。隨著真空技術、表面物理、材料科學以及量子計算,當然包括對量子拓撲問題的理論研究的進展,近些年很多新拓撲材料和拓撲性質陸續被發現,因此Thouless他們工作的開創性意義也變得越來越明顯了。諾獎委員會今年關于物理學獎的決定,是對這三位物理學家開創性工作的肯定,也是對近些年凝聚態物理系列重大進展的肯定。

張廣銘:這將引領下一個新學科的發展

張廣銘,清華大學物理系教授

每一年的諾獎頒布,有的時候是對一個學科過去的輝煌成就肯定,有的時候呢他也在引導一個新的學科的后續發展。今年諾獎的頒布就是后面這種情況,想引領今后物理學在拓撲量子物理學方面的影響。

從今年的情況來看,在今后的幾年以后,我想像斯坦福張首晟老師和清華大學薛其坤老師他們的研究工作我想獲諾獎的可能性會越來越大。

雖然今年我比較看好的有關非常規超導材料的發現和研究沒能獲得諾獎,但我覺得它們的重要性將繼續在科學、在物理學界,人們越來越能夠看到它,今后仍然得諾獎的可能性比較大。

我想需要進一步說的是Thouless和Kosterlitz兩人的工作是1976年、1977年的工作,而Duncan M. Haldane的工作是上個世紀八十年代初的工作,所以他們的工作都是幾十年前的工作。

張首晟老師跟薛其坤老師他們的工作都是近幾年有關拓撲物理方面的研究工作,所以這個頒獎是有時間順序的,把早期的工作先授予,然后才輪到后面的工作。

所謂的拓撲相變是研究在低溫下沒有自發對稱性破缺的相變,這個相變超越我們日常見到的水平(從氣體變液體,從液體變固體),這樣的相變研究豐富了人們的認識,而有關量子拓撲研究更為今后研究電子科技建立了物理基礎。

拓撲這個詞對一般聽眾,低年級學生來講的確是一個比較偏僻生疏的詞,它原來最早用在數學,自從最近幾十年的科學研究慢慢越來越廣泛深入到物理學研究,所以目前成為物理學,特別是凝聚態物理學最主要的方向。

有關拓撲物態的研究,最終的終極目標是為了今后的拓撲量子計算機的最終實現。拓撲量子計算機使用基于拓撲量子物態進行量子操作和量子計算,它有巨大的優勢和其他方式的量子計算相比,比如不相干效應,保持量子相干性是非常有重要的意義的。

我想在有關拓撲量子物態方面的研究,非常高興的告訴大家,我們國家已經處于一個領先的地位。在今后的研究,科學院,北大清華,科大,在國際上都是有重大的研究成果發表的。我覺得拓撲量子計算機的最終實現并不是一個非常遙遠的事情,在2005年微軟就已經投了巨資在美國圣巴巴巴拉大學專門設立了研究中心,研究拓撲量子計算機。他還資助了國際上幾個重要的從事這個方面研究的實驗室。

王青:預測拓撲絕緣體獲獎

王青,清華大學物理系高能物理核物理研究所所長,《物理與工程》雜志主編

我之前預測,這次好像是天體和凝聚態唱大戲,我們粒子打醬油耶。如果不看去年的獎,上次凝聚態是10年,天體是11年,不分伯仲。從時效性和基礎性來說我首選引力波,但據說有各種硬條件限制,其次選拓撲絕緣體,畢竟從2000年的石墨烯到現在已經16年了,又是中國人有重要貢獻的問題。

有一個值得注意的問題是,諾貝爾獎在什么情況下會給那些比較早期的重要發現,而不是近年的重要發現?如果今年給了那些比較早期的重要發現,那是不是意味著近些年的這些重要發現,比如說引力波、拓撲絕緣體等等,在諾獎委員會看來,至少到目前,還不那么重要或還不那么成熟呢?

張雙南:出乎意料

張雙南,中國科學院高能物理所研究員,中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任

曾經有記者問我,目前最重要的物理學研究領域是什么,我毫不猶豫地回答,凝聚態物理,因為這個領域未來的發展空間和潛力巨大,而且和材料等應用問題結合緊密;這個獎授給了一個重要研究領域的開創者,說明了諾獎委員會極為重視開創性的研究,而不是跟蹤研究;這個授獎出乎了很多人的預料,基本上是一個意外,而意外就是最大的不常見,按照我的美學理論,沒缺陷不常見才是美,所以我很滿意!

向濤:大家對這個獎期待了很久?

向濤,中科院物理所研究員,中國科學院院士

大家對這個獎期待了很久。Thouless和Kosterlitz發現的KT相變,是第一個拓撲相變。Thouless和Haldane對量子霍爾效應的研究也做出過巨大的貢獻。Haldane還在上個世紀80年代做過一個以他的名字命名的非常有名的猜想,他在同時期發表的一項工作對拓撲絕緣體的研究也起到了奠基性的作用。

韓濤:有趣且重要

韓濤,匹斯堡大學物理天文學教授

這個獎對我來講有點出乎意料,主要是因為這不是我的領域,有點孤陋寡聞。剛聽到覺得確實覺得很有意思很重要。尤其是聽到廣銘和施郁兩位老師的介紹,這方面的研究越來越重要,很可能我們國內很多科研工作者,尤其是張首晟和薛其坤教授的工作,很可能也會很快表現出他們的重要性。希望他們的工作也獲得諾獎!

陳剛:基礎研究很重要

陳剛,中國科學院高能物理所副所長

我一點都不懂凝聚態物理。但是從今年的諾獎來看,一個40多年前的研究成果今天仍然能獲獎,說明基礎研究的前沿和開創性的重要性。因此科學研究應該大處著眼,小處求證。我們國家在科研基礎、人才儲備、經濟條件都已經可以做出前沿和開創新的工作的時候了。

另外,說實話,我對具體誰得獎并不十分在意。我關心的是我們國家如何做好科研的長遠規劃。真正靜下心來,認真做好基礎研究。諾獎不是目標,科學研究的基礎打好了,諾獎就水到渠成。這不是我一人的想法,絕大部分科學家都是這樣的想的。只是現在有的風氣不太好,急于求成。

李淼:值得頒獎

李淼,中山大學天文與空間科學研究院院長

凝聚態里基礎性的工作,值得頒獎。

顏丙海:張守晟是下一個熱門

顏丙海 博士,德國德累斯頓馬克斯普朗克研究所

這個獎給了三個在凝聚態物理領域做出開創性貢獻的理論大師。他們第一次把拓撲引入到了物理學中。國內最出名的研究就是薛其坤老師的量子反常霍爾效應。剛才評委提到了Haldane在1988年做的一項理論工作。薛老師的實驗正是實現了這個理論預言。張守晟老師的工作在國際上也非常有名,他發現的拓撲絕緣體,作為一個更新的拓撲態,也是下一個諾獎的熱門。

胡自翔:實至名歸

胡自翔,重慶大學物理學院,百人計劃特聘研究員

拓撲序引入凝聚態物理,實至名歸。我們一直以來都認為他們能拿。沒有他們的先驅工作,就沒有后來的拓撲絕緣體、反常量子霍爾效應等,至少不會這么重視。Haldane教授的導師Anderson教授是凝聚態物理的泰斗級人物,他評價Haldane是他最優秀的學生。

做拓撲相關的方向很多:反常量子霍爾效應、拓撲絕緣體、分數量子霍爾效應,包括現在比較熱門的外爾半金屬都與它相關。清華、北大、中科院都有一大批人在研究拓撲物質和相變。

(編輯:Sol_陽陽)

The End

發布于2016-10-04, 本文版權屬于果殼網(guokr.com),禁止轉載。如有需要,請聯系果殼

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