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2016年10月07日

最緊要好玩 - 馮睎乾

諾貝爾物理學獎委員會用Bagel解釋拓樸學。(路透社)(路透社)

今年諾貝爾物理學獎頒給三位科學家,得獎理由是:他們利用拓樸學的數學概念,研究物質異常的相(phase)、態(state)現象,如超導體、超流體等,相關理論可應用於材料科學、電子學或量子計算。一位做國際版的朋友看到消息,在通訊群組問:「有冇人可以講講咩係拓樸學?」大哉問!今天科學已進步到一個程度,不但普通人無法明白科學家說什麼,甚至於不同行的科學家,彼此亦難以深入了解,可見科學上也有巴別塔的混亂。
拓樸學研究的,是空間在拉伸、彎曲或壓扁中持續不變的性質,例如Bagel跟咖啡杯是同類的,因為Bagel中間有一個洞,而咖啡杯把手也有一個洞,所以兩者的拓樸數都是1,而不管有多少個洞,洞數必為整數。物理學上,拓樸可拿來描述某些物質的奇異的量子跳躍狀態。諾獎得主David Thouless的一項貢獻,正是揭示導電薄膜在低溫下的電導變化,跟一種拓撲不變數有關,這不變數即「陳數」(Chern numbers)──這裏的「陳」,指的當然是二十世紀微分幾何學大師陳省身。
拓樸已夠抽象,何況幾位諾獎得主的研究,還涉及「拓樸量子相變」,要大眾明白就更難了。不要說一般人不懂,連英國政府也不懂。Duncan Haldane(另一位諾獎得主)受訪,記者問,你們三位在英國出生受教育,後來都移居美國,這是否說明什麼?Haldane答,七十年代末,在英國申請研究經費,政府最喜歡問那研究有沒有用,但有用的東西,不是你空想「我要發現一些有用的東西」就會出現的,它往往是某人某日無意間想出來的玩意兒,事後他人驀然回首,才驚詫那是多麼的有用。Haldane說得對極了。廣義相對論本來研究時空與重力,當初誰又想到,若非用它修正衛星因重力而引起的毫釐時間誤差,GPS就會謬以千里呢?人間的Bagel可以果腹,而理型界的Bagel,將來或許變成量子電腦。

馮睎乾
電郵 :
philomusus@gmail.com

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