Nagroda Nobla z fizyki za badanie egzotycznych stanów materii
Nagrodę z fizyki otrzymało trzech Brytyjczyków, którzy w latach 70. i 80. ubiegłego wieku użyli topologii do zbadania nietypowych stanów materii skondensowanej.
fdecomite/Flickr CC by 2.0

Nagrodę otrzymali David Thouless (Washington University), Duncan Haldane (Princeton University) i Michael Kosterlitz (Brown University). Wszyscy urodzili się w Wielkiej Brytanii i początkowo pracowali na uniwersytetach angielskich. Thouless otrzymał połowę Nagrody, Haldane i Kosterlitz drugą połowę.

Generalnie rzecz biorąc, wszyscy oni zajmowali się fizyką materii skondensowanej, a więc takimi stanami materii, w których liczba składników jest bardzo duża i silnie oddziałują one ze sobą. Najbardziej znanymi materiami skondensowanymi są ciecze, a także ciała stałe, ale istnieją bardziej egzotyczne (czyli niezwykłe) jej formy: stan nadciekły (superciecze), kondensat Bosego-Einsteina czy nadprzewodniki. Tegoroczni laureaci badali je właśnie. Użyli bardzo zaawansowanej matematyki – topologii – do opisania rozkładu materii w materiałach (głównie magnetycznych) tak cienkich, że uznaje się je za dwuwymiarowe. Opisali też topologię przejść fazowych, gdy jeden stan materii przeistacza się w inny, oraz topologiczne fazy materii. A mówiąc najprościej i najkrócej: opisali geometrię egzotycznych stanów materialnych, w których materia zachowuje się zupełnie inaczej niż w naszej codzienności. Na przykład: w stanie nadciekłym, czyli w bardzo niskich temperaturach, puszczona w ruch w dowolnym obiegu zamkniętym, może w nim krążyć bez końca i to bez żadnego nakładu energii. Dzieje się tak dlatego, że całkowicie zanika jej lepkość.

Topologia to jeden z najbardziej dynamicznie rozwijających się działów współczesnej matematyki. Bada tzw. przekształcenia ciągłe, które ukazują, jak zmieniają się właściwości rozmaitych obiektów geometrycznych bez ich rozrywania, a jedynie przez łagodne modyfikacje i rozciągania. To definicja bardzo ogólna, ponieważ topologii istnieje kilka – jest topologia ogólna, algebraiczna, rozmaitości, metryczna. Ten dział matematyki bada też tzw. homeomorfizmy, a więc kategoryzuje kształty według ich szczególnych właściwości. Na przykład stożek, sześcian i kula należą do tej samej kategorii topologicznej, czyli są homeomorficzne ze sobą; ponieważ jeden kształt przy odpowiednim naciąganiu można bardzo dokładnie pokryć drugim. Ale już obwarzanek z dziurą w środku lub filiżanka z uchem nie są ani ze stożkiem, ani z kulą, ani z sześcianem homeomorficzne. Thouless, Haldane i Kosterlitz użyli właśnie topologii, by opisać egzotyczne stany materii. To niezwykle zaawansowane badania – zarówno pod względem fizycznym jak i matematycznym – a poza tym, zdaniem członków Akademii Królewskiej w Sztokholmie, bardzo eleganckie i jednocześnie przydatne. Stąd werdykt.

Najbardziej znanymi i poznanymi stanami materii są stan gazowy, ciecz i ciało stałe. Jednak w bardzo wysokich lub bardzo niskich temperaturach – bliskich zera absolutnego – materia osiąga inny, bardziej egzotyczny stan (nową fazę), który można badać przy użyciu topologii właśnie. Co ciekawe, w różnych egzotycznych stanach – np. nadcieczy i nadprzewodników – materia zachowuje się bardzo podobnie. To wszystko, dzięki pracom tegorocznych laureatów, pozwoliło zajrzeć w otaczającą nas materię głębiej i wytyczyło horyzont badań nad nowymi materiałami oraz elektroniką.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj