2016年諾貝爾物理學獎得主4日揭曉，由英國裔學者索勒思（David J. Thouless）、霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）及科斯特里茲（J. Michael Kosterlitz）共享殊榮，以表彰他們對「物質拓樸相變與拓樸相」理論的貢獻。

800萬瑞典克朗（約新台幣3040萬元）獎金由索勒思獨得1/2，霍爾丹及科斯特里茲平分1/2。

瑞典皇家科學院（Royal Swedish Academy of Sciences）表示，3位大師的研究為世人敞開了一道通往未知世界的大門，釐清物質的各種奇特狀態。他們運用先進的數學方法，研究物質的奇特「相」（phase，即狀態），例如超導體、超流體、磁性薄膜（thin magnetic films），未來可望運用於材料科學及電子學。

索勒思等人目前皆在美國任教。索勒思現年82歲，在康乃爾大學（Cornell University）取得博士學位，曾在英國伯明罕大學（Birmingham University）任教，自1980年起在華盛頓大學（University of Washington）任教。

霍爾丹現年65歲，英國劍橋大學（Cambridge University）博士，現在普林斯頓大學（Princeton University）任教。得知自己獲獎，霍爾丹感到「既驚訝又欣慰」，他形容，這些發現都是偶然獲得的。

科斯特里茲現年74歲，英國牛津大學（Oxford University）博士，自1982年起在布朗大學（Brown University）任教。科斯特里茲1980年獲得英國物理學會（IOP）頒發的麥克斯威爾獎（Maxwell Medal and Prize），1993年成為美國物理學會（APS）成員。他也是德國猶太移民、英國生物學家漢斯‧科斯特里茲（Hans Walter Kosterlitz）之子。

接到通知得獎的電話時，科斯特里茲人在停車場，他非常驚訝，笑稱至今仍試著接受事實。科斯特里茲說：「全然無知其實是種優勢，（當時）我沒有任何先入為主的觀念。我那時又傻又年輕，只知道埋頭苦幹。」

諾貝爾委員會的教授漢森（Thors Hans Hansson）解釋何謂拓樸學。（美聯社）

將拓樸學導入物理研究

「拓樸」是一種數學方法，是幾何學的重要分支，旨在研究幾何圖形或空間在連續變化下維持不變的性質。3位大師將拓樸學導入物理研究，是研究成果如此卓越的關鍵。

1970年代初，學界普遍認為超導性（superconductivity）與超流體（suprafluidity）不可能發生在二維平面中，但科斯特里茲與索勒思推翻學界認知，解釋「超導性在低溫中可發生上述現象，且在高溫中即消失」的相變機制。

到了1980年代，索勒思解釋了：在極薄導電層中，導電性（conductance）呈現整數的階級，與這些整數的拓樸特性。同時，霍爾丹發現，可以用拓樸學的概念解釋某些物質中的微小磁鏈。

目前已知許多拓樸相，存在於二維平面及部分常見的三維物質中。近十幾年來，凝態物理因為這些拓樸相而蓬勃發展，不但可用來解釋電學及超導體，也可運用於未來的量子電腦。而以上輝煌的研究成果，都是奠基於索勒思等人的研究，讓越來越多凝態物理學家得以繼續探索物質的秘密。