「他們揭示了奇異物質的奧秘」

（原標題：「他們揭示了奇異物質的奧秘」）

「感謝他們開創性的工作，引領我們踏上了追尋物質的奇異狀態之旅。」諾貝爾獎評選委員會在聲明中稱，三名美國科學家打開了一扇通往由奇異狀態下的物質構成的未知世界的大門。

等離子狀態

氣態

液態

固態

量子凝聚

物質的相。

早報記者 楊漾 虞涵棋

北京時間10月4日17時45分，2016年諾貝爾物理學獎揭曉。諾貝爾物理學獎評委會在斯德哥爾摩的瑞典皇家科學院宣布，2016年諾貝爾物理學獎授予三位美國科學家：大衛·索利斯（David J. Thouless）、鄧肯·霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）和邁克爾·科斯特利茨（J. Michael Kosterlitz），以表彰他們在理論上發現了物質的拓撲相變和拓撲相。

3位科學家將分享800萬瑞典克朗，其中大衛·索利斯獲得400萬瑞典克朗，鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨共同分享400萬瑞典克朗。

打開通往未知世界的大門

拓撲學是三位得獎者能做出這一成就的關鍵，它解釋了為什麼薄層物質的電導率會以整數倍發生變化。索利斯和科斯特利茨兩位科學家在上世紀70年代最早從事拓撲相變研究，在經典系統中發現所謂的拓撲相變。而霍爾丹是在電子物理材料系統中研究拓撲超導的。在伯明翰大學從事博士後研究期間，科斯特利茨就曾與索里斯合作。兩人合作的關於二維XY模型相變問題研究的發現，即一種自高溫無序相向低溫准有序相的無窮階相變，後來被命名為Kosterlitz－Thouless相變。

諾貝爾獎評選委員會在聲明中稱，今年的三位物理學獎獲得者，打開了一扇通往由奇異狀態下的物質構成的未知世界的大門。他們用先進的數學方法，對超導、超流體和薄膜磁性等物質的異常狀態與階段，進行了深入研究。「感謝他們開創性的工作，引領我們踏上了追尋物質的奇異狀態之旅。很多人看好這一發現將被應用於材料科學和電子學中。」

競爭對手曾探測到引力波

在獎項最終揭曉之前，作為LIGO實驗的奠基者，麻省理工學院的Rainer Weiss教授、加州理工學院的Kip Thorne教授和Ronald Drever教授，曾是今年諾貝爾物理學獎的熱門人選。2016年2月11日，位於美國華盛頓和路易斯安那兩地的激光干涉儀引力波觀測站（LIGO）的科學家宣布，他們於2015年9月14日首次直接探測到了愛因斯坦在100年前基於廣義相對論所預言的引力波。這一消息震驚世界，被認為是諾貝爾獎級的發現。

LIGO之所以無緣諾貝爾獎，重要原因是2016年度的諾貝爾獎提名截止日期是2月1日，但LIGO直到2月11日才發表他們的引力波探測成果。在這種情況下，除非諾貝爾獎評委會破例，否則他們今年註定與物理學獎擦身而過。此外，LIGO的實驗結果也招致了一些質疑，有待進一步的驗證。儘管LIGO團隊於今年6月宣布，去年12月26日他們的實驗裝置觀測到了另一個引力波事件，但其顯著性遠不如去年9月觀測到的引力波信號。

諾貝爾獎評選委員會的頒獎聲明全文

他們揭示了奇異物質的秘密

今年的三位物理學獎獲得者，打開了一扇通往由奇異狀態下的物質構成的未知世界的大門。他們用先進的數學方法，對超導、超流體和薄膜磁性等物質的異常狀態與階段，進行了深入研究。感謝他們開創性的工作，引領我們踏上了追尋物質的奇異狀態之旅。很多人看好這一發現將被應用於材料科學和電子學中。

三位獲獎者們的核心成就，是將拓撲學概念應用到物理學中。拓撲（Topology）本是數學的一個分支，通常用來研究幾何圖形或空間在連續改變形狀後還能保持不變的性質。上世紀70年代早期，當時盛行的理論認為，超導或超流現象無法發生在薄膜中。但邁克爾·科斯特利茨和大衛·索利斯推翻了這一點。他們解釋了低溫超導現象，以及為何超導無法存在於高溫中的相變機理。

在20世紀80年代，索利斯已經能夠解釋在以前的實驗中，為何薄層物質的電導率會以整數倍發生變化，他展示了這種整數倍電導率是這些材料天生的拓撲性質。而大約在同一時間，鄧肯·霍爾丹發現了拓撲概念如何可以用來理解一些材料中發現的小磁場鏈的屬性。

我們現在知道了很多拓撲相，不僅存在於薄層和線狀材料中，也存在於普通的三維材料中。在過去十年里，這一領域的研究促進了凝聚態物理的蓬勃發展。人們期待拓撲材料的研究能被應用於新一代電子學和超導體領域，甚至量子計算機。今年諾貝爾物理學獎的獲得者們打開了一個奇異世界的大門，而更多的研究者正在一步步揭秘這個奇異世界裡物質的秘密。

大衛·索利斯

理論凝聚態物理學家，1934年出生於英國貝爾斯登。1958年從美國康奈爾大學獲得博士學位，導師是著名物理學家、1967年諾貝爾物理學獎獲得者漢斯·貝特（Hans Bethe）。大衛·索利斯曾為伯明翰大學物理數學系教授。目前是美國華盛頓大學榮譽退休教授。

鄧肯·霍爾丹

1951年出生於英國倫敦，1978年獲得英國劍橋大學博士學位，現任教於美國普林斯頓大學。他對於凝聚態物理理論作出了許多基礎性的貢獻，包括分數量子霍爾效應等等。他曾獲得諸多獎項和榮譽，如英國皇家學會會員、美國物理學會會士、狄拉克獎章等。

邁克爾·科斯特利茨

1942年出生於蘇格蘭阿伯丁郡，其父是一名生物化學家。邁克爾·科斯特利茨於1969年獲得英國牛津大學博士學位，1974年就職於伯明翰大學，1982年起任美國布朗大學物理系教授。其研究方向主要是凝聚態理論，一維/二維物理，其中相變領域包括：隨機體系、電子局域化、自旋玻璃態等；臨界動力學包括：融化、凝固。

責編：海聞

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