2016年諾貝爾物理學獎》3位英國科學家以「拓樸相變」研究獲殊榮

2016-10-04 17:56

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2016年諾貝爾物理學獎得主4日揭曉,由左至右:圖勒斯(David J. Thouless)、哈爾丹(F. Duncan M. Haldane)與寇斯特利茲(J. Michael Kosterlitz)(AP)

2016年諾貝爾物理學獎得主4日揭曉,由左至右:圖勒斯(David J. Thouless)、哈爾丹(F. Duncan M. Haldane)與寇斯特利茲(J. Michael Kosterlitz)(AP)

2016年諾貝爾物理學獎得主4日揭曉,由圖勒斯(David J. Thouless)、哈爾丹(F. Duncan M. Haldane)與寇斯特利茲(J. Michael Kosterlitz)3位英國科學家共享殊榮,得獎理由是「關於物質拓樸相變與拓樸相的理論發現」(for theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter),對材料科學、電子學、量子電腦(quantum computer)貢獻良多。

圖勒斯將得到800萬瑞典克朗(約新台幣3000萬元)獎金的一半,哈爾丹與寇斯特利茲平分另外400 萬瑞典克朗。3位大師雖然都是英國人,但都長期在美國的大學研究與任教。

2016年諾貝爾物理學獎得主圖勒斯(David Thouless)(AP)
2016年諾貝爾物理學獎得主圖勒斯(David Thouless)(AP)

瑞典皇家科學院(Kungliga Vetenskapsakademien)指出,今年3位得主為人類開啟了通往一個未知世界的大門,一窺物質如何呈現為各種奇特的狀態。

他們運用先進的數學方法,研究物質罕見特異的「相」(phase)也就是狀態(state),例如超導體(superconductor)、超流體(superfluid)、磁性薄膜(thin magnetic film)。他們是人類追尋特異物質狀態之旅的先驅,對材料科學與電子學的發展居功厥偉。

2016年諾貝爾物理學獎得主發布會上,學者解釋拓樸學(topology)的概念(AP)
2016年諾貝爾物理學獎得主發布會上,學者解釋拓樸學(topology)的概念(AP)

3位得主以拓樸學(topology)的概念來研究物理學,從而得到驚人的發現。拓樸學是數學中幾何學的一支,描述空間內在連續變化(如拉伸或彎曲,但不包括撕開或黏合)下維持不變的性質。三位獲獎者的研究成果正是揭示了拓撲性質在量子物態和量子相變中的決定性影響。

2016年諾貝爾物理學獎得主寇斯特利茲(John Michael Kosterlitz)(AP)
2016年諾貝爾物理學獎得主寇斯特利茲(John Michael Kosterlitz)(AP)

1970年代早期,科學家普遍認為超導性(superconductivity)與超流性(superfluidity)不可能發生在薄層(thin layer)之中,但寇斯特利茲與圖勒斯推翻了這種理論,顯示超導性如何在低溫中發生,並解釋了它在溫度升高時消失的機制與相變(phase transition)。

1980年代,圖勒斯解釋了一項極薄導電層的實驗中,傳導性(conductance)如何以整數(integer)來精確測量,以及這些整數的拓樸性質。當時哈爾丹則是發現如何透過拓樸學的概念,來理解某些物質中小型磁極鏈的不同性質。哈爾丹也在量子霍爾效應(quantum Hall effect)方面做了許多開創性的工作。

2016年諾貝爾物理學獎得主哈爾丹(F. Duncan Haldane)(AP)
2016年諾貝爾物理學獎得主哈爾丹(F. Duncan Haldane)(AP)

圖勒斯已高齡82歲,美國康乃爾大學(Cornell University)博士,目前是西雅圖(Seattle)華盛頓大學(University of Washington)教授。哈爾丹現年65歲,英國劍橋大學(Cambridge University)博士,目前任教於美國普林斯頓大學(Princeton University)。寇斯特利茲現年74歲,英國牛津大學(Oxford University)博士,目前任教於美國布朗大學(Brown University)。

去年的物理學獎是由日本科學家梶田隆章與加拿大科學家麥唐納(Arthur B. McDonald)共享殊榮,得獎理由是發現「微中子振盪」(neutrino oscillations),從而證明微中子具有質量。

2016年諾貝爾獎6大獎項,得主揭曉時間(台灣時間)如下:

生理學或醫學獎:大隅良典(日本)
物理學獎:圖勒斯(David J. Thouless,英國)、哈爾丹(F. Duncan M. Haldane,英國)、寇斯特利茲(J. Michael Kosterlitz,英國)
化學獎:10月5日(星期三)下午5時45分
和平獎:10月7日(星期五)下午5時
經濟學獎:10月10日(星期一)下午5時45分
​文學獎:10月13日(星期四)傍晚(暫定)

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