作者|徐森科(加州大学圣巴巴拉分校物理学教授)

2018年8月8日,新的理论物理学最高奖项——狄拉克奖揭晓:这三位理论家因在凝聚态理论方面的杰出贡献而获得荣誉。这三位是哈佛大学的苏比尔·萨克德夫,芝加哥大学的丹·桑,以及麻省理工学院的温小刚,读者可能已经对他们很熟悉了。

这三位都是江湖第一派的宗师。难怪他们都应该获得狄拉克奖章。然而,有点奇怪的是,三位狄拉克奖章获得者的工作几乎完全不重叠。甚至狄拉克奖章自己的主页上也清楚地写着“2018年狄拉克奖章和奖金授予...感谢他们对...换句话说,他们获奖的原因是独立和不同的。因此,狄拉克奖章网站不得不对这三个人的工作进行长时间的介绍。然而,总的来说,这些大奖得主的原因总是很相关的。例如,2015年,Dirac奖章由Kitaev、Moore、Read Read分享,三位获奖者获奖的原因都是非阿贝尔资格和理论在量子计算中的应用,这与最近三位获奖者获奖的原因形成了鲜明对比。

除了他们不可或缺的才能,这三个获胜者有不同的风格。

Subir

蓬勃发展的先锋——从高温超导到弦理论AdS/CFT对偶

苏比尔最令人印象深刻的特点是精力充沛和极度勤奋。有人曾经开玩笑说,很多年来,他认为有两个苏比尔,一个住在白天,另一个住在晚上。在我遇到苏比尔之前,我也认为这样的笑话有些夸张,但后来我确实认为苏比尔的勤奋让他所有的伙伴都脸红了。例如,如果你在睡觉前没有清楚地思考一个学术问题,那么除非事情紧急,一般人会选择先睡觉,第二天起床,然后再继续。然而,苏比尔肯定会通宵工作,直到天气放晴才会停止。与Subir一起工作时,作者在早上收到Subir的几封邮件,时间基本上是每一两个小时发一封邮件,也就是说Subir熬了一整夜,不断发展和加深他的理解(当然,这一次通常只需要看最后一封邮件,也就是最新的理解)。经过一夜的工作,苏比尔第二天仍然精神饱满,没有任何疲劳。

Subir也是一个非常负责任的合作者,永远不会拖延。这对合作者非常重要。我相信许多人已经和他们的“拖延症”伙伴一起写了论文,这将是一件非常痛苦的事情(说到这,我很抱歉地认为我也延迟了我的伙伴的论文)。因为拖延症患者会一次又一次地坚持承诺期限和违反期限,然后让伴侣发疯,最后甚至想不出催促的理由。这在苏比尔永远不会发生。苏比尔总是完成工作,以最快的速度写手稿,并以最快的速度扔出手稿。

当然,这样一来,Subir对其合作伙伴的要求就会更高。在我哈佛大学的博士后生涯中,我每周都在麻省理工学院的同一条街上呆上一段时间(事实上,大部分时间我都去看我们将要谈论的老师温小刚)。有一次,我从麻省理工学院回到哈佛的办公室,马上被告知苏比尔一直在世界各地找我(那是一个智能手机不常见的时代,我不能随时随地查看电子邮件),并多次来办公室询问。这让我非常紧张,想到是什么紧急情况导致了苏比尔坐立不安。我立即去苏比尔“报到”,得知他只是想在我前一天发给他的笔记中问一些关于Sp(N)李代数的问题。这不是一件特别紧急的事情。

Subir Sachdev

苏比尔来自印度。像许多中国人一样,印度人为他们悠久的历史和多元的文化感到自豪。但与此同时,它也会对“不尊重”自己国家的历史和文化的字眼略感敏感。不久前,印度莫迪政府建造了世界上最高的雕塑,据说是纽约自由女神像的两倍多。看到苏比尔后,作者开玩笑说:“我听说莫迪建了这么高的雕塑。下次去印度的时候,我一定要拍张照。”苏比尔有点不高兴,说印度有这么多有趣的历史和文化遗迹要看。你为什么想看这座雕像?然后他向作者列举了一些著名的印度文物,并强调他必须去印度看看。作为一个中国人,作者能很好地理解苏比尔的心情:如果一个人去中国想参观鸟巢,作者一定会无休止地告诉他,中国有很多可以看的东西,看不看鸟巢都没关系。

以下是对苏比尔获奖作品的介绍。狄拉克奖章网页提到了苏比尔的许多杰出作品,包括“非费米液体的具体模型”。这应该是指最近非常流行的萨克德夫-叶-基塔耶夫(SYK)模式。非费米液体(非费米液体)是在强相关系统中经常观察到的一种现象。首先,让我们介绍费米液体。这是早期凝聚态理论的大神兰道的著名基础著作之一。费米液体基本上是指一大类相互作用的费米子系统在极低能量目标条件下基本上可以用一个非常简单有效的模型来描述,并且这类系统的单粒子激发可以在极低能量条件下长期存在。这一点后来被耶鲁大学的尚卡尔用重正化群语言准确地描述了。也就是说,当我们用重正化群连续拉低能量标准时,系统的相互作用逐渐自动简化为朗道有效模型。

朗道的费米液体理论和他的状态相变理论已经成为早期凝聚态理论的两大基石。因此,今天许多工作的目标是超越兰道。例如,许多工作的卖点将是“非蓝岛”。非费米液体也是一种“非朗道”态。但是如果伟大的上帝很容易被超越,他就不是伟大的上帝。尽管近年来在强相关实验中多次观察到非费米液体的行为,但理论研究并不令人满意。一般来说,研究非费米液体的理论方法是从费米液体开始,然后加入与费米液体相互作用的量子临界涨落。然而,这种方法已被证明是一个非常困难的理论问题。尽管许多理论家已经努力多年,但很难说这种研究方法有重大突破。《狄拉克勋章》中提到的苏比尔的工作是他几年前和叶金吾一起提出的一个模型。当时,他提出了这个模型来解释在铜基高温超导体中发现的著名的非费米液体:一种被称为奇怪金属的现象。苏布尔模型的优点是它是严格可解的,它的严格解是非费米液体。

然而,凝聚态物理学家经常遇到的一个尴尬情况是,严格可解的模型往往与现实脱钩,而与现实密切相关的模型则难以解决。这也是为什么以另一种方式提出的苏比尔模型多年来没有得到足够重视的原因。但是这个模型重新出现是因为——另一个家庭神——基塔耶夫。我的一个同事曾经评论说,基塔耶夫可能不能解决所有的模型,但他肯定知道所有可解决的模型。“事实上,以基塔耶夫命名的模型太多了,如果我们只说基塔耶夫模型,我们就无法判断它是哪种模型。在2015年,基塔耶夫应该在不知道苏比尔当年工作的情况下提出了一个类似的模型,所以这一系列模型被称为SYK模型。当然,基塔耶夫提出这一模式的动机与苏比尔截然不同。基塔耶夫想提出一个简单的全息二元模型。然而,所有的路都通向同一个结论。SYK模型具有许多非常理想的理论性质,在弦理论和凝聚态理论领域掀起了研究热潮,尽管这两个领域的研究重点不同。

儿子

“佛系统”理论家——从弦理论AdS/CFT对偶到量子霍尔效应

要介绍第二个获胜者,丹·森,首先要解释的是他的名字。当东亚文化圈的人用他们的母语写他们的名字时,他们会先写他们的姓,然后写他们的名。然而,当用英语写自己的名字时,绝大多数人会尊重英语的习惯,先写名字,后写姓氏。然而,丹森却不是这样。他的姓是丹姆斯(谭),他的名是唐森(青山)。当彼此称呼时,人们通常叫他儿子。儿子最初来自越南,因为越南在历史上有高度的本土化(尤其是在它成为法国殖民地之前)。儿子非常了解中国文化和历史。儿子原本是一名高能物理学家,但近年来他开始研究凝聚态理论,并做出了许多杰出贡献。虽然作者对儿子的熟悉程度不如苏比尔,但近年来在各种会议上经常遇到,因为研究问题与儿子交叉。总的感觉是,儿子的性格相对来说是“佛教的”:温柔,不劳而获。

丹桑

去年夏天,应儿子的邀请,作者去越南开会。这也是提交人第一次去越南。在讨论物理时,儿子和作者谈了很多他对中国和越南历史的理解。例如,儿子告诉作者,越南神话中越南人的祖先是中国的炎帝。这让作者有点惊讶,因为对于颜地是否存在于中国或者以何种形式存在,仍然存在争议。即使它存在,它也在黄河流域。对颜地来说,跨越万水千山,再向南走,成为远至红河流域甚至湄公河流域的越南人的祖先,真的很难。后来,笔者经过考证发现,在越南神话中,越南的人文始祖是炎帝的孙子,应该只是北越红河三角洲的人文始祖。长期以来,越南中部一直是另一系列由受印度教影响的占婆族群建立的政权,而南部的湄公河三角洲一直属于高棉(柬埔寨),直到近代才并入越南。

儿子还跟作者谈到了历史上的中越关系。例如,甘龙皇帝的“完美武术”之一就是清军进入越南作战。儿子评论说,这一成就完全是甘龙的自夸。事实上,这一事件最初纯粹是越南的内部问题,即越南南部的西山起义想要推翻当时的后李王朝。之后,甘龙决定出兵越南,支持恢复黎朝。但结果是清军输掉了这场战斗。西山军打败了清军,成功地推翻了后李王朝。甘龙的父亲有一张漂亮的脸。听说失败后他非常愤怒,他计划再次派兵参战。但此时,西山军的领导人认为合适就接受了,并派人去见甘龙皇帝,要求承认他的新政权的合法性。甘龙把西山王朝的正统地位授予了坡下的驴子,并保护了中国上王国的脸面。因此,这个项目在“完美武术”中确实有点牵强。

去年,金庸的老人乘着起重机去了西方。作者在脸书上写了一篇帖子来纪念查先生。儿子回答说,金庸的小说在越南也很受欢迎,尤其是著名的“拍摄与雕刻三部曲”。

儿子对凝聚态理论做出了许多贡献。狄拉克奖章在其网站上列出了他的许多作品。最后,他特别提到了近年来他对分数量子霍尔效应和2+1维场理论的贡献。这应该是指Son在2015年发表的一篇文章,该文章对分数量子霍尔效应提出了一个相对颠覆性的理论。此外,该理论暗示了2+1维场理论的二元性:相互作用的2+1维量子电动力学可能与完全没有相互作用的狄拉克费米子耦合。所谓的二元性意味着理论就像硬币的两面。双方的图案可能非常不同,但它们实际上是同一枚硬币。如果Son的预测是正确的,这将是一个非常令人惊讶的结果,因为每个人都习惯于在没有“超对称性”的情况下对场论进行各种微扰展开,但是当相互作用很强时,很难说微扰展开是否可靠。Son的工作指出,对于一些没有超对称性的2+1维场理论,可能没有微扰理论,因为它们有更漂亮的对偶方法来研究。

儿子的工作引起了理论家们的浓厚兴趣。弦论者和凝聚态物质论者基于Son的初始对偶性理论提出了一系列新的对偶性理论。凝聚态理论学家甚至发现,一些已经研究过的奇异量子临界点实际上是相互对偶的。这确实是一个非常美丽和令人满意的结论,给理论家们带来了无尽的乐趣和惊喜。

温小刚

内聚状态中的“立德”:从超弦理论到拓扑状态

温小刚

最后一位获奖者,温小刚老师,想必很多读者都很熟悉。文老师对物质的量子态提出了许多新概念,并提出了研究这些量子态的方法。关于温老师的科学观点和学术成就,已有不少文章,在此不再赘述。在这里,笔者仅谈一谈对文老师风格的总体认识。在中国古代,“三仙”是为人类的境界而提出的:“太德、功德、言”。虽然他们没有被废除很长时间,他们被称为三不朽。不同的人对“德、功、言”三个领域有不同的理解。隋唐时,孔夫子的后代孔曾说:“德是指立法”。根据作者的理解,“道德”是指创造一套为世界所遵循的社会规范甚至法律。在我看来,文老师对凝聚态理论的贡献属于“道德”。在文老师的手中,凝聚态理论已经成为一门具有深厚物理基础的基础科学,人们逐渐接受了一套新的价值观念来评价凝聚态理论的工作,即理论的深刻性而非实用性。这深深地影响了许多年轻的凝聚态物质理论家,并将继续影响许多代人。作者认为,这种对该领域整体价值的影响远远超过一两个具体工作的贡献。

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