昨天,他拿下了理论物理界最高荣誉:曾以全国第一名成绩考入普林斯顿!

8月8日,国际理论物理中心(ICTP)在其官网上宣布了2018年狄拉克奖章(Dirac Medal)的获奖者名单。今年的狄拉克奖章颁给了三位杰出的物理学家,分别是来自哈佛大学的Subir Sachdev、芝加哥大学的Dam Thanh Son,以及麻省理工学院(MIT)的华人科学家文小刚。

昨天,他拿下了理论物理界最高荣誉:曾以全国第一名成绩考入普林斯顿!

狄拉克奖章是在1985年为纪念量子力学奠基人之一、英国理论物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)而设置的年度性奖项,是国际理论物理和数学物理领域的最高荣誉。该奖章不授予诺贝尔奖、费尔兹奖和沃尔夫奖的获得者,但狄拉克奖章获得者仍可被授予诺贝尔奖等奖项。

8月8日是狄拉克的生日。因此,每年狄拉克奖章的获奖名单都定在这一天宣布。ICTP官网介绍,颁奖典礼将会在这之后举行,三位获奖者都将在典礼上介绍他们的研究工作。

ICTP官网对文小刚的评价是,他率先提出了拓扑序(topological order)这一理解量子系统的新概念。他发现了拓扑序蕴含不同寻常的边界态,建立了描述边界态的手征自旋液体理论。发现了朗道范式在描述量子霍尔效应时的局限性。他揭示出拓扑序与量子纠缠之间的深层联系。最近,他还引入了对称保护拓扑相 (symmetry protected topological phases)等概念。这些都与量子理论领域中的反常现象有很紧密的联系。

文小刚曾在接受中文媒体采访时提及,“拓扑序”这一概念的提出即一种新的世界观。他提出,量子比特和量子纠缠,这两种东西构造出我们丰富的世界。万物(基本粒子包括空间)源于量子比特,空间就是由量子比特组成的海洋。基本粒子则是量子比特的波动漩涡,基本粒子的性质和规律起源于量子比特海洋中的量子比特的组织结构(即量子比特的序)。

文小刚是著名经济学家薛暮桥的外孙。据中国科学技术大学物理学院官网介绍,1977年文小刚从陕西省西安市第四十八中学考入中国科学技术大学物理系,1981年以全国第一名的成绩通过中美物理联合考试(CUSPEA)并进入普林斯顿大学深造,1987年获得普林斯顿大学物理博士学位。现为麻省理工学院教授,曾任加拿大滑铁卢圆周物理研究所牛顿讲席教授。

在普林斯顿大学求学期间,文小刚在理论物理学家爱德华·威滕(Edward Witten)的指导下学习高能物理的超弦理论。后来,他与理论物理学家约翰·施里弗、弗朗克·韦尔切克、徐一鸿在加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校理论物理研究所(1987-1989年)合作,并将自己的研究领域转变为凝聚态物理学。

昨天,他拿下了理论物理界最高荣誉:曾以全国第一名成绩考入普林斯顿!

凝聚态物理学(condensed matter physics),是从微观角度出发,研究由大量粒子(原子、分子、离子、电子)组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理学是目前物理学最为活跃的领域之一。

近年来,文小刚在国际科学界屡获殊荣。2016年10月,文小刚凭借着“拓扑序理论和它在众多物理系统中的应用”获得2017年度的奥利弗·E·巴克利奖(Oliver E. Buckley),该奖被认为是凝聚态物理学的最高奖项。2018年5月,文小刚当选为新一届美国科学院院士。

ICTP指出,今年狄拉克奖章的三位获得者都研究了量子力学如何影响所谓的多体系统(many-body system)。三体以上的系统即被视为多体系统,多体问题(many-body problem)是一大类物理问题的通称。这些问题与大量粒子构成的微观系统有关,且粒子之间有相互作用。要精确描述这些微观系统,将会用到量子力学。

研究人员现在已经了解了量子力学定律如何影响极小的粒子群的行为,但日常物体是由大量粒子组成,数量接近10的23次方。所有的粒子都以各种方式相互作用。这些相互作用让“量子纠缠”变得很重要。正因如此,将量子力学应用于这些系统也变得非常复杂。量子纠缠的复杂模式是理解物质的宏观性质的关键,特别是当多体系统表现出令人惊讶的新行为时。

其中一些新行为会导致新的物质态。研究多体系统的方法之一,便是观察物质态。我们所熟知的物质态包括固态、气态、液态,但当量子力学引入后,许多新的物质态逐渐被科学家发现。ICTP指出,今年三位获奖者便是在理解这点——即所谓的相变(phase transition)上,做出了突出贡献。

昨天,他拿下了理论物理界最高荣誉:曾以全国第一名成绩考入普林斯顿!

由于历史原因,发展中国家缺乏研究设备,发展中国家的科学家相对孤立,缺少信息交流,这种状况导致很多发展中国家的科学家不得不移民到发达国家继续从事他们的科学研究。为阻止发展中国家的科学人才流失,巴基斯坦科学家、诺贝尔物理学奖获得者Abdus Salam于1964年创立了ICTP,目的是为发展中国家的科学家提供研究设备和一个短期科学研究与信息交流的场所。

“今年狄拉克奖章获得者是利用跨学科方法整合理论物理问题的领军人物。”ICTP主任Fernando Quevedo说。值得一提的是,今年狄拉克奖章的三位获得者中,Subir Sachdev出生于印度新德里,Dam Thanh Son则出生于越南河内。Quevedo认为,“曾有数以千计的来自发展中国家的科学家访问过ICTP,而这三位获奖者便是他们的榜样。尽管今年的获奖者均定居在美国,我很高兴他们都来自发展中国家,并十分接近ICTP及它的使命。”(杨睿)


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