[专访]中科院物理所翁红明谈2016年诺贝尔物理奖

　　2016年诺贝尔物理奖已经公布了。“拓扑相变与物质的拓扑相”研究得到本年度诺贝尔物理学奖金。

　　蝌蚪君专访了中科院物理所副研究员翁红明。

　　在公布本次诺贝尔奖金之前，来自科学媒体的预测显示，张首晟等人开创的“拓扑绝缘体”项目具有很高的获奖可能。

　　蝌蚪君：“请问，本次得奖的拓扑相变与拓扑绝缘体之间的关系是什么？”

　　翁红明：“拓扑绝缘体是拓扑物态的一种；拓扑相变是不同的拓扑物态之间的转变——包括相变的规律以及其对应的物理现象。”

　　而所谓相变，在科普意义上就是我们在初中物理中学过的物态变化，比如水变成水蒸气就是一种相变。不同的物态之间是可以相互转化的，比如液态水银的电阻不是零，但在低温下它也可以变成超导体，电阻为零。

　　而要理解拓扑物态，则需要明白拓扑是什么。拓扑简单的说是一个几何体的样子，比如气球与粉笔盒的表面在拓扑意义上是一样的，我们可以把气球捏成粉笔盒的样子。但是，一个自行车车轮内胎与一个气球的拓扑是不一样的，我们无论如何都不能 把一个气球捏成一个自行车车轮内胎。

　　那么，拓扑是怎么与物态联系起来的呢？

　　这就需要看材料的电子结构，也就是电子运动在动量空间中的样子，所以这里的“拓扑”是在动量空间中的样子。

　　蝌蚪君：“你如何评价为什么拓扑绝缘体没有首先得诺贝尔奖，而拓扑相变首先得奖了，这是不是因为拓扑相变具有更基础的框架性地位？”

　　翁红明：“据我了解，这次得诺贝尔物理奖的Thouless与Haldane的工作是开创了拓扑物态的研究领域。Thouless是第一个提出用陈数来刻画拓扑物态的人。而拓扑绝缘体仅仅是拓扑物态的一种。而Haldane是第一个提出在没有强磁场的情况下在晶格体系中实现整数量子霍尔效应——也就是第一个拓扑量子物态。因此，在这个意义上来说，他们两个人的研究工作更具开创性。而拓扑绝缘体仅仅是拓扑物态的一种，也仅仅是拓扑相的一种。 ”

　　陈数是一个来自整体微分几何的概念，陈就是我们中国浙江出身的伟大数学家陈省身，他是丘成桐的博士论文导师，陈数基本上可以看成是一些外微分形式在流形上的积分，是一种拓扑不变量。

　　蝌蚪君：“如何理解你们研究的外尔费米子与拓扑相的关系？”

　　翁红明：“外尔费米子属于拓扑半金属研究领域，这个领域与拓扑绝缘体一样，都属于其中一种拓扑物态。”

　　中科院物理所的研究团队曾经在外尔费米子研究领域取得巨大进展，而上海交通大学的贾金锋研究组在拓扑超导态研究中取得巨大进展，这些都是拓扑物态研究中的中国力量。

　　本篇采写   蝌蚪五线谱   张轩中