Nauka

Nagroda Nobla z fizyki za badanie egzotycznych stanów materii

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

Nagrodę Nobla z dziedziny fizyki 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.

Fizyka materii skondensowanej

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.

Geometria egzotycznych stanów materii dzięki topologii

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.

Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Świat

Dyplomaci jak hostessy – tak działa polskie MSZ

PiS w zasadzie nie prowadzi polityki zagranicznej. Nie potrzebuje więc doświadczonych ambasadorów. Chyba że do roli hostess.

Grzegorz Rzeczkowski
09.10.2019
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną