瑞典皇家科學(xué)院4日將2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨這三名科學(xué)家，以表彰他們?cè)谖镔|(zhì)的拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎喾矫娴睦碚摪l(fā)現(xiàn)。今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)金共800萬(wàn)瑞典克朗(約合93.33萬(wàn)美元)，索利斯將獲得其中一半，霍爾丹與科斯特利茨將共享另一半。

　　花絮

　　拓?fù)涫鞘裁矗?/strong>

　　請(qǐng)看面包圈

　　在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)布儀式上，評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)成員突然鄭重地捧出一袋子面包，他用沒(méi)有洞的肉桂面包、一個(gè)洞的面包圈和兩個(gè)洞的堿水面包解釋起了拓?fù)涫窃趺椿厥隆谕負(fù)渖?，這幾種結(jié)構(gòu)是完全不一樣的，因?yàn)槎吹臄?shù)量不一樣。

　　獲獎(jiǎng)理由

　　以“數(shù)學(xué)之眼”看物理

　　開(kāi)啟“未知世界的領(lǐng)域”

　　什么成就，竟然蓋過(guò)了今年風(fēng)頭正旺的國(guó)際物理界大頭條——引力波探測(cè)，一舉拿下今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)？沒(méi)錯(cuò)，正是看似冷門(mén)卻并不寂寞的拓?fù)湎嘧冾I(lǐng)域的研究。

　　拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支。據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)介紹，三名獲獎(jiǎng)?wù)邔⑼負(fù)涓拍顟?yīng)用于物理研究，這是他們?nèi)〉贸删偷年P(guān)鍵。

　　科斯特利茨和索利斯的研究集中在一個(gè)平面世界中的“怪現(xiàn)象”，相比于通常描述的三維世界，他們發(fā)現(xiàn)極薄層的表面或內(nèi)部可以被認(rèn)為是二維的，那里一種被稱(chēng)為“超流體到正常流體的相變”，主要決定因素與人們以往的認(rèn)識(shí)完全不同?；魻柕t發(fā)現(xiàn)可以利用拓?fù)涓拍顏?lái)解釋一些材料中存在的小磁鐵鏈的特性。

　　瑞典皇家科學(xué)院在公報(bào)中說(shuō)，今年的獲獎(jiǎng)研究成果開(kāi)啟了一個(gè)未知世界的領(lǐng)域，獲獎(jiǎng)?wù)呃酶叩葦?shù)學(xué)方法研究物質(zhì)的不尋常階段或狀態(tài)，如超導(dǎo)體、超流體和薄磁膜。得益于他們開(kāi)創(chuàng)性的研究，科學(xué)家們現(xiàn)在可以探索物質(zhì)的新相變。研究人員認(rèn)為，拓?fù)洳牧蠈⒃谖磥?lái)的電子和超導(dǎo)體以及量子計(jì)算機(jī)研發(fā)中得到應(yīng)用。

　　具體成就

　　●上世紀(jì)70年代，索利斯和科斯特利茨用拓?fù)淅碚撏品水?dāng)時(shí)超導(dǎo)性和超流體不能在薄層中存在的理論，并證明了超導(dǎo)性可在低溫狀態(tài)存在，解釋了其在溫度升高時(shí)消失的機(jī)制與相變。

　　●到了上世紀(jì)80年代，索利斯又對(duì)之前的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)做出解釋?zhuān)闯?dǎo)電層的導(dǎo)電率可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)級(jí)精確度量，證明了這些整數(shù)本身的自然屬性都是拓?fù)錉顟B(tài)。

　　●霍爾丹發(fā)現(xiàn)，原子磁性的不同使小磁鐵鏈條呈現(xiàn)出完全不同的屬性?；魻柕み€在量子霍爾效應(yīng)方面做了許多開(kāi)創(chuàng)性工作。

　　人物背景

　　3人均為英國(guó)背景美國(guó)任職

　　這三名科學(xué)家均在英國(guó)出生，目前分別在美國(guó)的大學(xué)從事研究工作。戴維·索利斯，1934年生于英國(guó)，供職于美國(guó)華盛頓大學(xué)。鄧肯·霍爾丹，1951年生于英國(guó)，供職于美國(guó)普林斯頓大學(xué)。邁克爾·科斯特利茨，1942年生于英國(guó)，供職于美國(guó)布朗大學(xué)。

　　記者連線(xiàn)

　　“拓?fù)湎嘧儭逼鋵?shí)沒(méi)那么“不接地氣”

　　用上了拓?fù)浣^緣材料， 未來(lái)你的手機(jī)可能不再發(fā)燙

　　昨天下午，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一經(jīng)頒出，不少?lài)^網(wǎng)友立刻陷入“懵圈”狀態(tài)：“拓?fù)湎嘧儭焙汀巴負(fù)湎唷钡降资窃趺匆换厥?？這么高冷的理論研究，和我們的生活有聯(lián)系嗎？揚(yáng)子晚報(bào)記者邀請(qǐng)到了中組部第十一批千人計(jì)劃“青年項(xiàng)目”入選者，南京大學(xué)物理學(xué)院博士生導(dǎo)師張海軍教授進(jìn)行了科普解讀。 揚(yáng)子晚報(bào)記者 楊甜子

　　概念A(yù)

　　拓?fù)洌簭牟璞捷喬?/strong>

　　拓?fù)鋵W(xué)主要研究的是幾何圖形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的性質(zhì)。例如，一個(gè)有把手的茶杯連續(xù)變化成輪胎，而不是一個(gè)球。

　　超薄層材料導(dǎo)電性呈整數(shù)式階躍的特征，可以用材料的拓?fù)湫再|(zhì)來(lái)解釋。

　　拓?fù)鋵W(xué)的概念很特別：

　　它以“洞”為單位來(lái)區(qū)分

　　一個(gè)甜甜圈等于一個(gè)有手柄的茶杯，一個(gè)橙子等于一個(gè)長(zhǎng)方體，這些看似完全錯(cuò)誤的“等式”在拓?fù)鋵W(xué)家眼里卻是“正確”的。張海軍教授告訴記者，在拓?fù)鋵W(xué)家眼中，物體的幾何性質(zhì)不僅可用尋常的“形狀”或是“大小”來(lái)區(qū)分，也可用“洞”的數(shù)量來(lái)衡量，這就是物體的拓?fù)湫再|(zhì)。甜甜圈和有手柄的茶杯雖外形不同，但共同點(diǎn)是都有“一個(gè)洞”，而橙子和長(zhǎng)方體都“沒(méi)有洞”，因此，這兩種原本風(fēng)馬牛不相及的物體，在拓?fù)鋵W(xué)的概念里都是同一類(lèi)。

　　興許是知道“拓?fù)洹钡母拍钸^(guò)于深?yuàn)W，在昨天下午的諾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上，科學(xué)家們也破例在頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)拿出了三個(gè)不同的面包，做了實(shí)物演示。一個(gè)洞都沒(méi)有的肉桂面包，有一個(gè)洞的甜甜圈和含有兩個(gè)洞的堿水面包雖然在尋常的概念里都屬于面包，但在拓?fù)鋵W(xué)的定義里，這三個(gè)面包完全屬于三類(lèi)，“毫無(wú)關(guān)系”。

　　和我們的生活最接近的拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)，恐怕要算“莫比烏斯環(huán)”。將一個(gè)紙條扭轉(zhuǎn)180°后，兩頭再粘起來(lái)做成的紙帶圈，紙帶便立刻擁有了魔術(shù)般的性質(zhì)，只剩下了一個(gè)“表面”和一個(gè)邊界。如果從中間剪開(kāi)一個(gè)莫比烏斯環(huán)，你不會(huì)得到兩個(gè)窄的紙帶，而是會(huì)形成一個(gè)把紙帶的頭扭轉(zhuǎn)了兩次后再粘在一起的環(huán)。這就是拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)在生活中最常見(jiàn)的“存在”。

　　概念 B

　　相變：滑梯還是臺(tái)階

　　相變是指，物質(zhì)在外界條件連續(xù)變化時(shí)，從一種“相”突然變成另一種“相”的過(guò)程，比如冰融化成水。日常生活中最常見(jiàn)的“相”是氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。在一些極端的條件下，如極高溫度或極低溫度，會(huì)出現(xiàn)很多更為奇異的狀態(tài)。在日常生活中，物質(zhì)的變化曲線(xiàn)應(yīng)該是連續(xù)的，像滑梯一樣。但某些狀態(tài)下，電導(dǎo)率的變化卻類(lèi)似于“臺(tái)階”。

　　“拓?fù)湎嘧儭焙蜕钣泻温?lián)系

　　相關(guān)應(yīng)用可大幅降低電耗

　　張海軍教授告訴記者，拓?fù)浣^緣體、拓?fù)涑瑢?dǎo)體和拓?fù)浒虢饘偃缃褚殉蔁嶙h話(huà)題。過(guò)去十年中，這些技術(shù)一直處于凝聚態(tài)物理研究的前沿。未來(lái)，拓?fù)浣^緣體材料有望改變我們的生活。

　　這項(xiàng)研究最大的“受益者”，估計(jì)是長(zhǎng)時(shí)間抱著手機(jī)不放的“低頭族”。未來(lái)，你的手機(jī)可能不再發(fā)燙。拓?fù)浣^緣體材料是一種邊界上導(dǎo)電，體內(nèi)絕緣體的新型量子材料。導(dǎo)電的邊界態(tài)由于獨(dú)特的物理特性，在導(dǎo)電過(guò)程中不會(huì)發(fā)熱。張海軍教授表示，如果能夠?qū)⑼負(fù)浣^緣體材料制成手機(jī)芯片，那么就有希望解決手機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間充電，或是連續(xù)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后變得發(fā)燙的問(wèn)題。

　　家用電力也和拓?fù)洳牧舷⑾⑾嚓P(guān)。張海軍教授舉例，每個(gè)家庭里使用的電力，最開(kāi)始從發(fā)電廠(chǎng)輸出時(shí)其實(shí)電壓遠(yuǎn)不止220伏特，發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出的其實(shí)是高壓電。但較大一部分電流在通過(guò)電線(xiàn)輸送到千家萬(wàn)戶(hù)的過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生損耗。如果能夠?qū)㈦娋€(xiàn)“改造升級(jí)”，使用超導(dǎo)材料或是拓?fù)浣^緣體材料，那么便有希望大幅度降低電流“在路上”的損耗。

　　記者了解到，在過(guò)去十多年中，科研工作者在拓?fù)洳牧涎芯款I(lǐng)域取得了豐碩的成績(jī)。譬如，2013年清華大學(xué)薛其坤院士的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng)，為相關(guān)的具體應(yīng)用和推廣敲開(kāi)了大門(mén)。人們對(duì)拓?fù)湮镔|(zhì)態(tài)的研究充滿(mǎn)憧憬，希望拓?fù)洳牧显诓贿h(yuǎn)的將來(lái)被應(yīng)用于新一代電子器件或未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)中。