Вот это да: нобелевку вместо гравитационных волн дали за топологию

      Комментарии к записи Вот это да: нобелевку вместо гравитационных волн дали за топологию отключены

Вот это да: нобелевку вместо гравитационных волн дали за топологию

В первых числах Октября в Стогкольме, Швеция, были заявлены Нобелевские лауреаты по физике. Премию за вклад в развитие данной науки взяли сходу трое английских ученых: Дэвид Таулесс (David Thouless), Дункан Халдейн (Duncan Haldane) и Майкл Костерлиц (Michael Kosterlitz) за «теоретические открытия топологических фазовых топологических фаз и переходов материи».

Физики расстроились, поскольку все думали, что приз дастся разным участникам коллаборации LIGO, заявившим в текущем году о в первый раз найденных гравитационных волнах, источником которых стало слияние чёрных дыр. В текущем году нобелевский комитет поднялся на практичную сторону, и наградил учёных, создавших способ создания контролируемых «дыр» либо недостатков в квантовых механических состояниях вещества, известных как конденсаты.

«Топология – это будущее», — сообщил он, и натянул панталоны. Сперва на одну ногу, позже на другую.
— Нил Стивенсон

Их изучение стало причиной прорыва в физике и материаловедении конденсированных сред, и обещает революцию в электронике. Вот уже 24-й год подряд приз присуждается группе людей, и 53-й год подряд приз приобретают только мужчины.

Вселенную возможно изучать с двух сторон: имеется Эйнштейновская Неспециализированная теория относительности, управляющая эволюцией и гравитацией пространства-времени, и имеется квантовая механика, управляющая тремя вторыми всеми взаимодействиями и фундаментальными силами, свойствами и фазами материи. Физическое сообщество весело обсуждало первое обнаружение гравитационных волн, в далеком прошлом предсказанных теорией Эйнштейна, и отысканных в текущем году – а сейчас были сделаны другие необычные открытия, практические работы и прорывы в области создания новых состояний материи.

Большая часть людей привычны с тремя состояниями материи – жёстким, жидким и газообразным, но имеется и четвёртое, появляющееся при сильном нагревании газа: плазма. И напротив, в природе у некоторых типов вещества видятся и второе состояние, появляющееся при сильном охлаждении: конденсат. В отличие от остальных состояний, конденсаты демонстрируют неповторимые особенности, нигде более в природе не видящиеся.

Квантовая физика совершила революцию в отечественных взорах на мир, и научила нас следующему:

  • Природа дискретна, а не постоянна, и складывается из отдельных фундаментальных частиц, квантов.
  • У квантов имеется свойственные им свойства, каковые нереально поменять: спин, заряд, цветовой заряд, запах, и т.п.
  • При создании композитных совокупностей проявляются новые свойства – к примеру, орбитальный угловой момент, изоспин и ненулевые физические размеры.

Но одним из увлекательных моментов есть тот факт, что эти свойства частиц и их сотрудничество смогут проявлять себя совсем по-второму, в случае если сократить их двумя измерениями – плоской поверхностью – вместо трёх.

Продолжительное время считалось, что сверхтекучесть и сверхпроводимость, два свойства определённых веществ, проявляющиеся при низких температурах, и выражающиеся в нулевой вязкости и нулевом сопротивлении соответственно, трудятся лишь в трёхмерных материалах. Но в 1970-х Майкл Костерлиц и Дэвид Таулесс нашли не только то, что эти особенности смогут оказаться в двумерных слоях, но и механизм фазового перехода, в результате которого сверхпроводимость исчезает при высоких температурах.

С уменьшением измерений степеней и количества свободы, взаимодействий и сил, квантовые механические совокупности становятся более несложными для изучения. Уравнения, сложные для трёх измерений, упрощаются для двух. У уравнений, ответ которых для трёх измерений не отыскано, имеется ответ для двух.

Многие частицы, системы и квазичастицы частиц ведут себя так, как «топологические недостатки», схожие или с «дырами» (для 0-мерного недостатка), или со «струнами» (для 1-мерного недостатка), проходя через двумерное либо трёхмерное пространство. Используя топологию к этим низкотемпературным совокупностям, возможно угадать новые топологические состояния вещества.

При сверхнизких температурах топологические недостатки в двумерных конденсированных совокупностях довольно часто спариваются совместно, чего не отмечается при больших температурах

Природа перехода от низкотемпературных состояний (где формируются пары вихрей) к высокотемпературным (где пары становятся свободными) подчиняются правилам перехода Костерлица-Таулесса. Комбинация квантовой физики с топологией ведет к тому, что множество увлекательных физических процессов происходят дискретно, по шагам. Проводимость узкого материала происходит по шагам. Цепочки маленьких магнитов ведут себя топологически.

Правила фазовых переходов одинаково применимы ко всем материалам в двух измерениях. В 1980-х Костерлиц нашёл связи в проводимости, а Данкан Халдейн [Duncan Haldane] отыскал топологические особенности цепочек малых магнитов. И не смотря на то, что использование этих особенностей распространяется и на другие области физики – статистическую механику, ядерную физику, и, сохраняем надежду, скоро распространится и на квантовые компьютеры и электронику – физика, растолковывающая дискретное поведение вещества в меньших измерениях, трудится по тем же топологическим правилам, что и каждая математическая совокупность.

Топология изучает свойства, изменяющиеся по шагам, как количество отверстий в этих объектах

Эти новые свойства смогут проявляться лишь при низких температурах либо в весьма сильных магнитных полях, но это не делает их менее фундаментальными, чем в большинстве случаев замечаемые особенности. Квантовый эффект Холла, тот факт, что «целые» квантовые магниты топологичны, а «полуцелые» – нет, и что вы имеете возможность выяснить свойства квантового магнита, изучая его грани, и вызвал получение приза отечественной троицей.

На основании их изучения были открыты новые, неожиданные типы вещества, включая топологические особенности, проявляющиеся и в трёхмерных материалах. Топологические диэлектрики, топологические металлы и топологические сверхпроводники деятельно изучаются сейчас, и в потенциале смогут произвести революцию в вычислительной технике и электронике, когда ими смогут руководить.

Альфред Нобель при создании Нобелевской премии постановил, что её необходимо давать за открытия, важные за «громаднейшую пользу для человечества». И эта наука не только доказана, но уже в полной мере находится на пути трансформации отечественных судеб. И не смотря на то, что существует много хороших команд, открытий и людей, нобелевка этого года напоминает нам две основных обстоятельства, по которым мы развиваем фундаментальную науку: знания и социальная польза для человечества.

В текущем году взор в прошлое на то, какие конкретно необычные вещи по поводу вещества в экстремальных условиях были открыты, показывает, как на большом растоянии продвинулись отечественные знания. А взор в будущее на использование этих открытий воодушевляет нас на поиски новых поколений квантовых разработок. Неизвестное будущее зависит от нас.

Нобелевская премия 2016. Все лауреаты и открытия


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: