2016年諾貝爾物理學獎得主今天揭曉,三位研究拓樸學的美國學者大衛‧杜列斯(David Thouless)、鄧肯‧哈爾丹(Duncan Haldane)和麥可‧科斯特利茲(Michael Kosterlitz)一同獲獎,包括中研院物理所長李定國和台大物理系教授高涌泉都認為這是實至名歸,因為三人理論,讓抽象的數學理論能與實際材料結合,為拓樸材料的應用進行前導性研究,未來有機會應用於量子電腦。
李定國指出,三人的研究對可應用於量子電腦的量子材料,有著深遠的貢獻,「是科學上驚人傑出成果」,過去拓樸學是數學的理論,但因為他們的研究,讓拓樸學與物理學結合,後來開啟對拓樸材料的開發,而目前拓樸材料為量子材料的熱門研究領域,三人研究開啟目前量子材料新的研究領域,物理學界對於三人獲獎的呼聲本來就很高,今天得獎是實至名歸。
高涌泉認為,三名科學拿獎是實至名歸,因為三人是國際研究拓樸學於凝態系統上之應用的先驅學者,這次得獎研究主題為「拓樸相變化以及物質的拓樸相」,其中David Thouless與Michael Kosterlitz是最早研究拓樸相變化的學者,Duncan Haldane則研究物質的拓樸相,他的研究啓發了目前熱門的拓樸絕緣體研究,Duncan Haldane在諾貝爾獎宣布的記者會上說,若找出相關材料,說不定未來有機會應用於量子電腦。
高涌泉解釋說,拓樸相變化最初是一個純理論的研究,David Thouless與Michael Kosterlitz利用某種統計力學系統模型,研究從無渦旋變成有渦旋,或有渦旋變無渦旋的過程,這個過程涉及拓樸性質的變化。不同的拓樸性質可以用「拓樸數」來區分。拓樸數的一個例子是想像將橡皮筋繞在鉛筆上,繞一次則定義其「繞數」等於一,繞N次則其「繞數」等於N,繞數即為一種拓樸數,若橡皮筋不斷掉,則繞數不會改變,所以拓樸性質會給系統帶來穩定性。
高涌泉指出,以實際生活中,颱風其實就是具有不為零的繞數,因為是一個渦旋繞著一個點,如同橡皮筋繞著鉛筆。拓樸相變化的例子之一就是在改變某個參數如溫度後,從沒有渦旋轉變成有很多渦旋的狀況。
台灣師範大學物理系教授張明哲是杜列斯在台灣「孫字輩」學生,他回憶說,求學過程中並未與杜列斯親身接觸,但身為一脈相承學生,杜列斯獲獎讓他「非常榮幸」,回憶9年前杜列斯曾受邀來台時曾陪伴在旁,讓他深深感覺杜列斯是個有英國紳士風的學者。(許敏溶/台北報導)