※美國華盛頓大學David Solis,
※美國普林斯頓大學
※物理學家手表,美國布朗大學
獲獎理由
物理學研究中引入了拓撲的概念,發現了物質的拓撲相和拓撲相變。 這三位科學家采用拓撲學作為研究工具,這一創新遠遠超越了當時的同行。
“拓撲”和“相變”等術語出現在這里。 別擔心,下面會有解釋。
三位獲獎者的共同特征
※學習和科研均在美國頂尖大學。
※在獲得諾貝爾物理學獎之前,他已經是一位知名專家,并且已經獲得了相當于諾貝爾獎的物理學獎項。
※獲獎科研成果均是30多年前的成果。
在介紹他們三人的科研成果之前,我先介紹一些概念就到此為止:
1.拓撲結構
拓撲學是數學的一個分支。 拓撲學在橡膠膜上有一個圖像——幾何形狀。 如果圖形是由橡膠制成的,許多圖形都可以進行拓撲變換。 例如,橡皮筋可以變成圓形或方圓。
2.拓撲學研究什么?
研究在連續變形過程中不發生變化的幾何形狀的特性。 拓撲學研究幾何圖形的一些性質,當圖形隨意彎曲、拉伸、縮小或變形時,這些性質保持不變。
今天,諾貝爾委員會官員在新聞發布會上用百吉餅來解釋拓撲,很容易理解。 3.拓撲變換
對于任何形狀的閉合曲面,如果變形過程中原來的不同點與同一點不重合,并且沒有產生新的點,只要曲面不被撕裂或切割,這種變換就是拓撲變換。
4. 拓撲等價
例如,圓形、正方形、三角形都是拓撲變換中的等價圖形。 拓撲變換下,點、線、塊的數量仍然與原來的數量相同。 這就是拓撲等價。
例如,帶把手的茶壺不斷地變成輪胎而不是球。 因此,在拓撲變換下,一個帶把手的茶壺在拓撲上相當于一個輪胎,但不相當于一個球拓撲。??學完拓撲后,戴手表要小心了!
如果人體可以像橡膠一樣進行拓撲變換,那么用雙手的拇指和食指捏出兩個圓環后,我們就可以在不松開手指的情況下將它們解開:
可以解開結
戴上手表后
如果手腕上戴著手表,則無法將其拆開:
解不開這個結
順便一提
數學還有一個分支:微分幾何,主要利用微分工具來研究曲線、曲面在一點附近的彎曲情況,而剛才介紹的拓撲則研究曲面的全局情況。
可以猜測,這兩個學科之間應該存在某種聯系。 果然,早在1945年,數學家陳省身就做出了一項重大成就:建立了代數拓撲與微分幾何之間的聯系。
5.相變
相變是物理學中的一個概念,是指當外界條件不斷變化時,物質突然從一種“相”轉變為另一種“相”的過程。 一個明顯的例子是液態水凝結成固態冰的過程。
結合拓撲學和物理研究
拓撲學研究幾何圖形在連續變形下的不變性; 當外部條件不斷變化時也會發生相變。 物理學還關注一些變化的表象中的不變規律。
兩者有很大的相似之處。
拓撲學中已經發展起來的成熟方法和許多定律可以移植到物理學的研究中。 三位獲獎者很早就做出了這一嘗試,利用物理學中的拓撲概念,讓人類有機會了解物質的新奇異階段和奇異屬性。
數學與物理的結合:愛因斯坦的歷史再次重演
當時,愛因斯坦進行了數學和物理最偉大的結合,將一種叫做“黎曼幾何”的數學工具引入到物理學中的引力研究中,著名的“廣義相對論”誕生了。
楊振寧
這也讓我想起了楊振寧運用數學的“纖維叢理論”來研究物理學中的“規范場”,將物理學中的“規范場”的基本概念準確地映射到了數學中的“纖維叢”的基本概念。 概念。 這種大膽的跨學科創新導致了“楊-米爾斯場”整體描述的誕生。
科研成果獲獎
索利斯和科斯特利茨發現了經典系統中的拓撲相變,而霍爾丹則研究了電子物理材料系統中的拓撲超導性。
20世紀70年代初,科斯特利茨和索利斯提出了超導和超流的新模型物理學家手表,并解釋了溫度升高時超導消失的原因和機制。
20世紀80年代,索利斯解釋了超薄層材料的拓撲性質,即對于某些特征數,薄層材料的電導率會發生整數倍的變化。 霍爾丹發現拓撲概念可用于理解一維線性材料的磁性以及某些材料中發現的小磁體鏈的性質。
外表
三位獲獎者首創的科研成果和拓撲研究方法已在一維、二維、三維材料中得到應用。 預計拓撲材料將應用于新一代電子或超導產品,或者未來的量子計算機。 。
懷著最初的好奇心,靜下心來,十年磨一劍; 而且,越來越多的科學研究“牽一發而動全身”,需要對整個自然科學有相對全面的了解; 只有這樣,在某個特定的細分領域才有更大的可能性做出重大的科研成果。 愛因斯坦、三位獲獎者、楊振寧都是很好的榜樣。
突然間就產生了欲望。
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