昨天,他拿下了理論物理界最高榮譽:曾以全國第一名成績考入普林斯頓!

8月8日,國際理論物理中心(ICTP)在其官網上宣佈了2018年狄拉克獎章(Dirac Medal)的獲獎者名單。今年的狄拉克獎章頒給了三位傑出的物理學家,分別是來自哈佛大學的Subir Sachdev、芝加哥大學的Dam Thanh Son,以及麻省理工學院(MIT)的華人科學家文小剛。

昨天,他拿下了理論物理界最高榮譽:曾以全國第一名成績考入普林斯頓!

狄拉克獎章是在1985年為紀念量子力學奠基人之一、英國理論物理學家保羅·狄拉克(Paul Dirac)而設置的年度性獎項,是國際理論物理和數學物理領域的最高榮譽。該獎章不授予諾貝爾獎、費爾茲獎和沃爾夫獎的獲得者,但狄拉克獎章獲得者仍可被授予諾貝爾獎等獎項。

8月8日是狄拉克的生日。因此,每年狄拉克獎章的獲獎名單都定在這一天宣佈。ICTP官網介紹,頒獎典禮將會在這之後舉行,三位獲獎者都將在典禮上介紹他們的研究工作。

ICTP官網對文小剛的評價是,他率先提出了拓撲序(topological order)這一理解量子系統的新概念。他發現了拓撲序蘊含不同尋常的邊界態,建立了描述邊界態的手徵自旋液體理論。發現了朗道範式在描述量子霍爾效應時的侷限性。他揭示出拓撲序與量子糾纏之間的深層聯繫。最近,他還引入了對稱保護拓撲相 (symmetry protected topological phases)等概念。這些都與量子理論領域中的反常現象有很緊密的聯繫。

文小剛曾在接受中文媒體採訪時提及,“拓撲序”這一概念的提出即一種新的世界觀。他提出,量子比特和量子糾纏,這兩種東西構造出我們豐富的世界。萬物(基本粒子包括空間)源於量子比特,空間就是由量子比特組成的海洋。基本粒子則是量子比特的波動漩渦,基本粒子的性質和規律起源於量子比特海洋中的量子比特的組織結構(即量子比特的序)。

文小剛是著名經濟學家薛暮橋的外孫。據中國科學技術大學物理學院官網介紹,1977年文小剛從陝西省西安市第四十八中學考入中國科學技術大學物理系,1981年以全國第一名的成績通過中美物理聯合考試(CUSPEA)並進入普林斯頓大學深造,1987年獲得普林斯頓大學物理博士學位。現為麻省理工學院教授,曾任加拿大滑鐵盧圓周物理研究所牛頓講席教授。

在普林斯頓大學求學期間,文小剛在理論物理學家愛德華·威滕(Edward Witten)的指導下學習高能物理的超弦理論。後來,他與理論物理學家約翰·施裡弗、弗朗克·韋爾切克、徐一鴻在加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校理論物理研究所(1987-1989年)合作,並將自己的研究領域轉變為凝聚態物理學。

昨天,他拿下了理論物理界最高榮譽:曾以全國第一名成績考入普林斯頓!

凝聚態物理學(condensed matter physics),是從微觀角度出發,研究由大量粒子(原子、分子、離子、電子)組成的凝聚態的結構、動力學過程及其與宏觀物理性質之間的聯繫的一門學科。凝聚態物理學是目前物理學最為活躍的領域之一。

近年來,文小剛在國際科學界屢獲殊榮。2016年10月,文小剛憑藉著“拓撲序理論和它在眾多物理系統中的應用”獲得2017年度的奧利弗·E·巴克利獎(Oliver E. Buckley),該獎被認為是凝聚態物理學的最高獎項。2018年5月,文小剛當選為新一屆美國科學院院士。

ICTP指出,今年狄拉克獎章的三位獲得者都研究了量子力學如何影響所謂的多體系統(many-body system)。三體以上的系統即被視為多體系統,多體問題(many-body problem)是一大類物理問題的通稱。這些問題與大量粒子構成的微觀系統有關,且粒子之間有相互作用。要精確描述這些微觀系統,將會用到量子力學。

研究人員現在已經瞭解了量子力學定律如何影響極小的粒子群的行為,但日常物體是由大量粒子組成,數量接近10的23次方。所有的粒子都以各種方式相互作用。這些相互作用讓“量子糾纏”變得很重要。正因如此,將量子力學應用於這些系統也變得非常複雜。量子糾纏的複雜模式是理解物質的宏觀性質的關鍵,特別是當多體系統表現出令人驚訝的新行為時。

其中一些新行為會導致新的物質態。研究多體系統的方法之一,便是觀察物質態。我們所熟知的物質態包括固態、氣態、液態,但當量子力學引入後,許多新的物質態逐漸被科學家發現。ICTP指出,今年三位獲獎者便是在理解這點——即所謂的相變(phase transition)上,做出了突出貢獻。

昨天,他拿下了理論物理界最高榮譽:曾以全國第一名成績考入普林斯頓!

由於歷史原因,發展中國家缺乏研究設備,發展中國家的科學家相對孤立,缺少信息交流,這種狀況導致很多發展中國家的科學家不得不移民到發達國家繼續從事他們的科學研究。為阻止發展中國家的科學人才流失,巴基斯坦科學家、諾貝爾物理學獎獲得者Abdus Salam於1964年創立了ICTP,目的是為發展中國家的科學家提供研究設備和一個短期科學研究與信息交流的場所。

“今年狄拉克獎章獲得者是利用跨學科方法整合理論物理問題的領軍人物。”ICTP主任Fernando Quevedo說。值得一提的是,今年狄拉克獎章的三位獲得者中,Subir Sachdev出生於印度新德里,Dam Thanh Son則出生于越南河內。Quevedo認為,“曾有數以千計的來自發展中國家的科學家訪問過ICTP,而這三位獲獎者便是他們的榜樣。儘管今年的獲獎者均定居在美國,我很高興他們都來自發展中國家,並十分接近ICTP及它的使命。”(楊睿)


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