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2016诺贝尔物理学奖获得者 介绍拓扑相变 2016年10月4日，瑞典皇家科学院宣布，授予戴维.索利斯、邓肯.霍尔丹和迈克尔.科斯特利茨三名科学家2016年诺贝尔物理学奖。为表彰他们在物质的“拓扑相变”和“拓扑相”方面的物理发现，而同时竞争的“引力波”和同为拓扑研究领域的拓扑绝缘体都无缘此次的诺贝尔奖，“网红”引力波都没拿奖，那“拓扑”到底是什么？“拓扑相变”又是什么呢？ 拓扑相变 j 拓扑相变实质 拓扑，英文名Topology，直译是地质学，最早是指研究地形地貌相似类的有关学科，现在是研究几何图形或空间，在连续改变形状后，还能保持不变的一些性质的学科。也不你不懂，用白话翻译过来就是：我给你两个图形，你能不能在不开洞、不粘贴的情况下，由一个变到另一个。也许你会问这个有什么用？其实就是给我们提供一种研究事物和考虑问题的思维方式。举个例子，一个正方形、一个球形和一个环形，在拓扑物理学家眼中，正方形和球形就是一种东西，但环形不是，听到这个结论，也许你会蒙圈。我们可以从这个结论反推，正方形和球形无论怎么捏，都是一块东西，正方形可以变成球形，球形也可以变成正方形，所以在物理学家眼中它们是一样的。相反，环形在保持其有孔洞的状态下，无论怎么变，也不会变成正方形或者球形。它们的差距就是中间的那个“孔洞”，所以在物理学家眼中的世界很简单，区别物体就是看有没有“孔洞”。像刚才例子一样，一个物体可以靠几个洞来分类，同样的，大千世界中的物质，也可以用这种视角来分类，这是因为同一类的物体会表现出相同的性质。实际上，在物理学中，我们把这种变化叫做“物质的相”。如果实在难以理解，可以把它想象成国籍，如果一个人从外国国籍变成中国国籍，这实质上就是一个相变，只不过在拓扑相变中，区分不同相的关键在于拥有几个刚才说到的“孔洞”。 拓扑学未来应用 拓扑相变应用 也许你会觉得如此高大上的拓扑学肯定跟日常生活没什么关系，其实正是利用拓扑学研制出的拓扑材料被人类寄予厚望。许多科学家认为它能在新一代电子器件和超导体中产生应用，甚至有助于研发神器量子计算机，我们大胆的猜想在未来，人们用上了量子计算机，普通计算机运行100年才能得出的结果0.01秒就能运算出来，到时很多科学难题可能会被这种简单暴力的纯计算解决。远的不说，量子计算机能精确地分析预测出很长一段时间的天气，人类能更早的规避一些因天气原因产生的自然灾害，预测未来就不再是梦。 而这一切可能就要归功于我们的拓扑材料，或许拓扑学研究能为未来做的更多。在未来，我们的手机可能不再发烫，超长待机成为常态，我们的网速可能会快捷如飞，我们还可能开着新能源汽车畅游世界，清洁能源的利用将遍及全球。总之，拓扑的相关研究为我们重新定义了物质的属性与思维方式，我们的科技也会因拓扑学的不断深入发生跨越发展，这还真是令人有些期待。 |
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