2016年諾貝爾物理學獎昨日揭盅，由3名英國出生、現於美國不同大學任教的學者共同獲得。評審委員會讚揚3人對「物質拓撲相變與拓撲相位」的理論發現，利用數學方法研究不同物質的「異常狀態」，為近10多年在超導體、超流體或薄磁膜物料方面的長遠發展奠定基礎，有助研發超快量子電腦等高科技產品。

得獎學者分別是現年82歲的西雅圖華盛頓大學名譽教授索利斯(David J. Thouless)、65歲的普林斯頓大學教授霍爾丹(Duncan Haldane)，以及74歲的羅德島布朗大學教授科斯特利茨(Michael Kosterlitz)。其中索利斯獨得一半獎金400萬瑞典克朗(約63萬加元)，其餘兩人平分另外400萬。

引入數學理論 推翻物理舊說

3名學者的最大貢獻在於利用數學模型解釋和探索未知的物理材料狀態和物性。索利斯最早發現物理材料可用數學的拓撲理論(Topology)解釋。在1970年代初，科斯特利茨與索利斯推翻了「極薄層不可能出現超導(superconductivity，電流在無阻及不流失能量下流動)或超流(suprafluidity，液體無阻流動)」的理論。他們證明超導體可在低溫下出現，也解釋了超導體在較高溫下消失的機制——相變(phase transition)。1980年代，霍爾丹發現拓撲概念可以用來解釋在部分物質中發現的磁性。

拓撲學是數學的一個分支，用以探索物質和空間在特定外力(包括拉扯、壓迫或彎曲)下維持不變的性質。常用的比喻是一個軟膠咖啡杯即使經扭曲重塑為一個「冬甩」狀物件，在拓撲學來說兩個物件仍是一樣，關鍵在於物件中相鄰兩點是否有變。倘應用到物理科學方面，則有朝一日一些常見的物料或者可以被重塑為「拓撲狀態」，以在極小的空間中運送能量和資訊，而且不會過熱，例如可製造微型極速量子電腦的超導體。

評審讚揚「開未知世界大門」

3名學者30多年前都是從理論出發，直到最近10多年，拓撲材料才被科學界找到，應用面大開，也因此讓3人早年看似天馬行空的理論和想法，一一得到證實。3人的理論亦可用來研發有奇特性質的新物料，例如只會在表面導電的「拓撲絕緣體」(topological insulators)。

諾獎評審讚揚3人開啟了「異態物質」的未知世界大門，多得他們的先驅工作，令現時對奇異狀態物質的探索，以至未來在超小量子層面的應用得以實現。法國格勒諾布爾(Grenoble)大學物理教授利維(Laurent Levy)亦讚揚3人的工作為學界帶來「概念革命」，為物理學引入新意念和後來的豐盛成果，「最重要的是令我們加深了對物質的性質的理解」。

學者﹕拓撲材料潛力無窮

不過，霍爾丹昨對法新社記者謙稱，其發現源於偶然，他說﹕「大多數偉大發現都是那模式──你會受挫，然後幸運地發現有趣東西。」

台灣中央研究院物理所長李定國昨對中央社表示，拓撲材料未來潛力無窮，其特性是結構穩定，不易受缺陷和雜質影響，適合用在電子產品。

(綜合報道)