拓樸原理解釋質變量子電腦面世在望

得獎的三名學者為索利思（David Thouless）、霍爾丹（Duncan Haldane）及科斯特利茨（Michael Kosterlitz）。諾貝爾委員會讚揚，三人的研究敞開一個未知世界的大門，讓人一窺物質在奇異形態（exotic states）下的神秘面貌，利用高階數學方法研究超導、超流等奇異現象。三名得獎者將合共獲得八百萬瑞典克朗（約七百二十七萬港元）獎金，索利思獲其中一半，另一半則由霍爾丹和科斯特利茨平分。

極高或極低溫下形成

霍爾丹對獲獎感到驚訝，他接受諾貝爾基金會的電話訪問時表示︰「我十分意外，亦十分高興。」他指近年不少重大新發現，都是基於當年的拓樸學研究，謙稱當年研究是無心插柳，深入研究後才慢慢發現它相當有趣。科斯特利茨得知獲獎後，稱有點頭暈目眩，仍在消化當中，他稱廿多歲時展開研究，全憑愚蠢及無知，才成功挑戰科學。

一般物質形態通常是固態、液態和氣態，以水為例，水在特定溫度會變成冰、水和水蒸氣，這種形態稱為「相」（phase），而形態轉變則為「相變」（phase transition）。但其實除了上述三種形態，物質在極高溫或極低溫時，還會變成「等離子體」、「量子凝聚態」等奇異形態。而三位得獎者最重要的貢獻，就是利用數學上的拓樸原理來解釋物質相變。

霍爾丹	科斯特利茨	拓樸相變解說

推翻當年流行理論

索利思及科斯特利茨識於一九七○年代，當時的理論認為薄層（thin layer）不會出現超導和超流現象。兩人成功推翻了流行理論，證明超導能夠在低溫下發生，並解釋了它在溫度升高時消失的機制及相變，獲命名為「科斯特利茨—索利思相變」。

解構物質形態

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至八○年代，索利思結合拓樸學與量子霍爾效應，成功解釋一項實驗，即超薄導電層中的電導系數何以被精確測量到整數，及這些整數的拓樸性質。而在大約同一時間，霍爾丹發現透過拓樸學來理解某些物質的小磁體鏈的性質。過去十年裏，三人研究促進了凝聚態物理的研究發展，拓樸材料不僅有望應用於新一代的電子產品及超導體中，而且亦可能促成量子電腦的面世。

本報綜合報道