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【2016诺贝尔奖】物理学奖:11位科学家的新鲜热评

2016年10月20日 14:20:43 来源: 果壳网 作者: 字号:TT

2016年诺贝尔奖物理学奖授予三位科学家:戴维·索利斯,邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨,以表彰他们在理论上发现了物质的拓扑相变和拓扑相。二维物理体系中的拓扑相变和拓扑量子物态,是三位得奖者能做出这一成就的关键,它解释了某种薄层物质的导电率会以整数倍发生变化。

施郁:我的预测就差一点

施郁,复旦大学物理学系教授,研究方向:量子纠缠及其在凝聚态物理和粒子物理中的运用。

这三位获奖者实际上是凝聚态里面拓扑物相的开创者。Thouless和Kosterlitz首先研究了在相变当中的拓扑相变,拓扑绝缘体的前期的方向。Thouless与合作者指出量子霍尔电导是拓扑的,是陈省身数。Haldane研究了一维磁体的拓扑态,以及一个理论模型,它给出后来提出的拓扑绝缘体的一部分物理。2007年我在一篇文章里提到过Thouless和Kosterlitz得奖,但是很可惜,今年预测的时候我只猜到了颁奖方向,但是头脑没有转弯,追溯前期工作,这次就选择了比较热门的具体的拓扑绝缘体里的几个人。

曹则贤:这是实至名归毫无争议

曹则贤,中国科学院物理所研究员。

此三位物理学家获得本年度的诺贝尔物理奖应该说是实至名归,这一决定应该说不会有什么争议。

对于Haldane的工作我不是很了解,但是Kosterlitz和Thouless 的名字读过一些凝聚态理论的研究生可能都是知道,见于Kosterlitz-Thouless 相变这个概念。 1973年, Kosterlitz与Thouless的关于2维XY模型相变问题的合作研究,发现了自高温无序相向低温准有序相的无穷阶相变,后来被命名为 Kosterlitz-Thouless 相变。(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,此篇文章发表时,不足40岁。

Thouless 物理功底深厚,对量子力学、拓扑理论和相变理论都有自己的独到见解。 Thouless的著作《非相对论物理中的拓扑量子数》 (1998),《拓扑量子数导论》, 《多体系统量子力学》等对相关领域的研究具有影响的深远。

我1990-1992年期间在中国科技大学读理论物理博士时读过Thouless 的论文与书,但是没读懂,深以为憾。但是,凭着微薄的一点功底,我知道Thouless的工作“非常物理”。随着真空技术、表面物理、材料科学以及量子计算,当然包括对量子拓扑问题的理论研究的进展,近些年很多新拓扑材料和拓扑性质陆续被发现,因此Thouless他们工作的开创性意义也变得越来越明显了。诺奖委员会今年关于物理学奖的决定,是对这三位物理学家开创性工作的肯定,也是对近些年凝聚态物理系列重大进展的肯定。

张广铭:这将引领下一个新学科的发展

张广铭,清华大学物理系教授

每一年的诺奖颁布,有的时候是对一个学科过去的辉煌成就肯定,有的时候呢他也在引导一个新的学科的后续发展。今年诺奖的颁布就是后面这种情况,想引领今后物理学在拓扑量子物理学方面的影响。

从今年的情况来看,在今后的几年以后,我想像斯坦福张首晟老师和清华大学薛其坤老师他们的研究工作我想获诺奖的可能性会越来越大。

虽然今年我比较看好的有关非常规超导材料的发现和研究没能获得诺奖,但我觉得它们的重要性将继续在科学、在物理学界,人们越来越能够看到它,今后仍然得诺奖的可能性比较大。

我想需要进一步说的是Thouless和Kosterlitz两人的工作是1976年、1977年的工作,而Duncan M. Haldane的工作是上个世纪八十年代初的工作,所以他们的工作都是几十年前的工作。

张首晟老师跟薛其坤老师他们的工作都是近几年有关拓扑物理方面的研究工作,所以这个颁奖是有时间顺序的,把早期的工作先授予,然后才轮到后面的工作。

所谓的拓扑相变是研究在低温下没有自发对称性破缺的相变,这个相变超越我们日常见到的水平(从气体变液体,从液体变固体),这样的相变研究丰富了人们的认识,而有关量子拓扑研究更为今后研究电子科技建立了物理基础。

拓扑这个词对一般听众,低年级学生来讲的确是一个比较偏僻生疏的词,它原来最早用在数学,自从最近几十年的科学研究慢慢越来越广泛深入到物理学研究,所以目前成为物理学,特别是凝聚态物理学最主要的方向。

有关拓扑物态的研究,最终的终极目标是为了今后的拓扑量子计算机的最终实现。拓扑量子计算机使用基于拓扑量子物态进行量子操作和量子计算,它有巨大的优势和其他方式的量子计算相比,比如不相干效应,保持量子相干性是非常有重要的意义的。

我想在有关拓扑量子物态方面的研究,非常高兴的告诉大家,我们国家已经处于一个领先的地位。在今后的研究,科学院,北大清华,科大,在国际上都是有重大的研究成果发表的。我觉得拓扑量子计算机的最终实现并不是一个非常遥远的事情,在2005年微软就已经投了巨资在美国圣巴巴巴拉大学专门设立了研究中心,研究拓扑量子计算机。他还资助了国际上几个重要的从事这个方面研究的实验室。

王青:预测拓扑绝缘体获奖

王青,清华大学物理系高能物理核物理研究所所长,《物理与工程》杂志主编

我之前预测,这次好像是天体和凝聚态唱大戏,我们粒子打酱油耶。如果不看去年的奖,上次凝聚态是10年,天体是11年,不分伯仲。从时效性和基础性来说我首选引力波,但据说有各种硬条件限制,其次选拓扑绝缘体,毕竟从2000年的石墨烯到现在已经16年了,又是中国人有重要贡献的问题。

有一个值得注意的问题是,诺贝尔奖在什么情况下会给那些比较早期的重要发现,而不是近年的重要发现?如果今年给了那些比较早期的重要发现,那是不是意味着近些年的这些重要发现,比如说引力波、拓扑绝缘体等等,在诺奖委员会看来,至少到目前,还不那么重要或还不那么成熟呢?

张双南:出乎意料

张双南,中国科学院高能物理所研究员,中国科学院粒子天体物理重点实验室主任

曾经有记者问我,目前最重要的物理学研究领域是什么,我毫不犹豫地回答,凝聚态物理,因为这个领域未来的发展空间和潜力巨大,而且和材料等应用问题结合紧密;这个奖授给了一个重要研究领域的开创者,说明了诺奖委员会极为重视开创性的研究,而不是跟踪研究;这个授奖出乎了很多人的预料,基本上是一个意外,而意外就是最大的不常见,按照我的美学理论,没缺陷不常见才是美,所以我很满意!

向涛:大家对这个奖期待了很久 

向涛,中科院物理所研究员,中国科学院院士

大家对这个奖期待了很久。Thouless和Kosterlitz发现的KT相变,是第一个拓扑相变。Thouless和Haldane对量子霍尔效应的研究也做出过巨大的贡献。Haldane还在上个世纪80年代做过一个以他的名字命名的非常有名的猜想,他在同时期发表的一项工作对拓扑绝缘体的研究也起到了奠基性的作用。

韩涛:有趣且重要

韩涛,匹斯堡大学物理天文学教授

这个奖对我来讲有点出乎意料,主要是因为这不是我的领域,有点孤陋寡闻。刚听到觉得确实觉得很有意思很重要。尤其是听到广铭和施郁两位老师的介绍,这方面的研究越来越重要,很可能我们国内很多科研工作者,尤其是张首晟和薛其坤教授的工作,很可能也会很快表现出他们的重要性。希望他们的工作也获得诺奖!

陈刚:基础研究很重要

陈刚,中国科学院高能物理所副所长

我一点都不懂凝聚态物理。但是从今年的诺奖来看,一个40多年前的研究成果今天仍然能获奖,说明基础研究的前沿和开创性的重要性。因此科学研究应该大处着眼,小处求证。我们国家在科研基础、人才储备、经济条件都已经可以做出前沿和开创新的工作的时候了。

另外,说实话,我对具体谁得奖并不十分在意。我关心的是我们国家如何做好科研的长远规划。真正静下心来,认真做好基础研究。诺奖不是目标,科学研究的基础打好了,诺奖就水到渠成。这不是我一人的想法,绝大部分科学家都是这样的想的。只是现在有的风气不太好,急于求成。

李淼:值得颁奖

李淼,中山大学天文与空间科学研究院院长

凝聚态里基础性的工作,值得颁奖。

颜丙海:张守晟是下一个热门

颜丙海 博士,德国德累斯顿马克斯普朗克研究所

这个奖给了三个在凝聚态物理领域做出开创性贡献的理论大师。他们第一次把拓扑引入到了物理学中。国内最出名的研究就是薛其坤老师的量子反常霍尔效应。刚才评委提到了Haldane在1988年做的一项理论工作。薛老师的实验正是实现了这个理论预言。张守晟老师的工作在国际上也非常有名,他发现的拓扑绝缘体,作为一个更新的拓扑态,也是下一个诺奖的热门。

胡自翔:实至名归

胡自翔,重庆大学物理学院,百人计划特聘研究员

拓扑序引入凝聚态物理,实至名归。我们一直以来都认为他们能拿。没有他们的先驱工作,就没有后来的拓扑绝缘体、反常量子霍尔效应等,至少不会这么重视。Haldane教授的导师Anderson教授是凝聚态物理的泰斗级人物,他评价Haldane是他最优秀的学生。

做拓扑相关的方向很多:反常量子霍尔效应、拓扑绝缘体、分数量子霍尔效应,包括现在比较热门的外尔半金属都与它相关。清华、北大、中科院都有一大批人在研究拓扑物质和相变。

[责任编辑:朱艳艳]

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