三位新晋狄拉克奖得主:开宗立派又风格迥异

作者:许岑珂来源:返朴发布时间:2019-04-16

2018年狄拉克奖的三位获奖者都是开宗立派的宗师级人物。但不同于往届的是,此次三位获奖者的获奖工作并无明显关联,三位获奖人也风格迥异。

撰文 | 许岑珂(加州大学圣芭芭拉分校物理系教授)

2018年8月8日,新一届的理论物理最高奖狄拉克奖(Dirac Medal)揭晓:三位理论家因其各自在凝聚态理论里的杰出贡献获此殊荣。这三位分别是哈佛大学的Subir Sachdev,芝加哥大学的Dam Thanh Son,还有读者可能已经很熟悉的麻省理工学院的文小刚老师。

这三位都是江湖上开宗立派的宗师级人物,拿到Dirac Medal都是实至名归,并不让人惊讶。但是让人稍稍有些奇怪的是,这三位拿到Dirac medal的工作几乎完全不重叠,就连Dirac Medal自己的主页上都明确说了“The 2018 Dirac Medal and prize is awarded to … for their independent contributions towards…”,也就是说他们拿奖的理由各自独立、各不相同。因此,Dirac Medal网站不得不对三人的工作各自做了一个很长的介绍。而一般这样的大奖获奖者的拿奖理由总会有相当大的关联。比如,2015年Dirac Medal由Kitaev, Moore, Read分享,而这三位的获奖理由都是non-abelian quasiparticle and applications of these ideas to quantum computation,这和最近这三位获奖者的获奖理由形成很大对比。

除了各自必不可少的天才以外,这三位获奖者风格迥异。

Subir

精力旺盛的开拓者——从高温超导到弦论AdS/CFT对偶

Subir最让人印象深刻的特点是精力旺盛,而且极其勤奋。曾经有人开玩笑说,多年以来一直以为有两个Subir,一个生活在白天,一个生活在晚上。在认识Subir之前,笔者也觉得这样的玩笑比较夸张,但是后来的确觉得Subir勤奋程度让他的所有合作者汗颜。比如,如果在睡觉前没有想清楚一个学术问题,那么除非在比较紧急的情况下,一般人都会选择先睡觉,第二天起来再继续。但是Subir则必然会通宵工作,不想清楚决不罢休。笔者和Subir合作时,多次有过早上起来收到Subir数个email的情况,而且看时间基本上是每隔一两个小时一个email,也就是说Subir整晚都没有睡,不断地发展和深化自己的理解(当然,这种时候一般只需要看最后一个email,也就是最新的理解即可)。而经过了这一宿的工作,Subir在第二天仍然会神采奕奕,没有丝毫的倦意。

Subir也是一个非常负责任的合作者,从来不会拖延,这一点对合作者很重要。相信很多人都曾经和有“拖延症”的合作者一起写paper的经历,那会是件很痛苦的事情(话说到这里,想起我也拖延过合作者的paper,非常抱歉)。因为拖延症患者会不断地承诺deadline,又不断地违反deadline,然后让合作者很抓狂,到最后甚至连催促的理由都想不出来了。而这种情况在Subir那里永远不会发生。Subir总是以最快的速度完成工作、写出稿件,并且以最快的速度投出稿件。

当然,这样一来,Subir对合作者的要求也会比较高。笔者在哈佛大学做博士后期间,每周会花一定的时间去同一条街的MIT(其实很多时候是去见我们即将谈到的文小刚老师)。有一次我从MIT回到哈佛的办公室,马上被人告知,Subir在满世界找我(那是一个智能手机还不普遍的年代,我不能随时随地查email),已经来办公室询问很多次了。这让我大为紧张,以为出了什么紧急情况让Subir坐立不安。我马上去Subir那里“报到”,得知他只是想问问我前一天给他发的关于Sp(N)李代数的笔记中的几个问题,并不是特别紧急的事情。

Subir Sachdev

Subir Sachdev

Subir来自印度,和很多华人一样,印度人也很为自己悠久的历史和多样的文化而骄傲。但同时也会对“不尊重”自己国家历史文化的言语稍有敏感。前段时间印度莫迪政府建了一个世界最高的雕塑,据说是纽约的自由女神像的两倍多高。笔者见到Subir后开玩笑说:听说莫迪建了一个那么高的雕塑,下次去印度我一定要去照个照片。Subir略显不快,说印度有那么多更加有意思的历史文化遗迹可看,为什么要去看这个雕像?接着他就给笔者历数了一些印度著名的遗迹,强调去印度一定要去看这些。作为华人,笔者很能体会Subir的心情:如果一个人说去中国就想去看一下鸟巢体育馆,笔者肯定会跟他喋喋不休地说中国可以看的东西很多很多,鸟巢看不看无所谓。

下面介绍一下Subir拿奖的工作。Dirac Medal网页上提到了Subir的很多杰出工作,其中最后提到“a concrete model of non-Fermi liquids”。这应该指的是最近非常热门的Sachdev-Ye-Kitaev(SYK)模型。Non-Fermi liquid(非费米液体)是一个在强关联系统中经常被观测到的现象。首先我们要介绍一下费米液体。这是凝聚态理论早期的大神朗道的著名奠基工作之一。费米液体基本上说的是,一大类有相互作用的费米子系统,在很低能标的情况下基本上可以用很简单的有效模型来描述,并且这一类系统的单粒子激发在能量很低的情况下能够存在很长时间。这一点后来被耶鲁大学的Shankar用重整化群语言准确地描述了,也就是说当我们用重整化群不停地拉低能标以后,系统的相互作用逐渐自动简化成朗道的有效模型。

朗道的费米液体理论以及他的物态相变理论,成为早期的凝聚态理论的两大基石。所以今天很多工作的目标都是想超越朗道的工作,比如很多工作的卖点会是“non-Landau”。非费米液体也是一类“Non-Landau”的物态。但是大神如果容易超越,也就不是大神了。虽然非费米液体行为在近年的强关联实验中屡屡观测到,但是理论研究一直不尽人意。一般研究非费米液体的理论途径,是从费米液体出发,然后加上与费米液体相互作用的量子临界涨落。但是这个途径被证明是一个非常困难的理论问题,虽然经过了很多理论家多年的努力,仍然很难说这个研究途径有重大突破。Subir在Dirac Medal里面被提到的工作,是他在多年前另辟蹊径和Jinwu Ye一起提出的一个模型。当时他提出这个模型的动机是解释铜基高温超导体中发现的著名的非费米液体:一个被称作strange metal(奇艺金属)的现象。Subir的模型的好处是严格可解,而且其严格解就是一个非费米液体。

但是凝聚态理论家的一个经常遇到的尴尬处境是,严格可解的模型往往和现实脱钩,而和现实紧密相连的模型又很难解。这也是Subir当年另辟蹊径提出的模型在多年来并没有得到足够重视的原因。但是这个模型重新浮出水面,是因为另一个家喻户晓的大神——Kitaev。笔者一个同事曾评价说:Kitaev不见得能解所有的模型,但是他肯定知道所有的可解模型。”的确,用Kitaev名字命名的模型太多,以至于如果我们只说Kitaev model,并不能说明是哪个模型。2015年,Kitaev应该是在不了解Subir当年工作的情况下,提出了一个类似的模型,所以这一系列的模型被称为SYK模型。当然,Kitaev提出这个模型的动机和Subir当年很不一样,Kitaev是想提出一个简单的有全息对偶的模型。但是殊途同归,SYK模型拥有诸多非常理想的理论性质,在弦理论领域和凝聚态理论领域都掀起了研究的热潮,尽管这两个领域研究的侧重点不尽相同。

Son

“佛系”理论家——从弦论AdS/CFT对偶到量子霍尔效应

要介绍第二个获奖者Dam Thanh Son,首先要解释的是他的名字。来自东亚文化圈的人用自己的母语写名字时,会把姓写在前,名写在后;但是用英文写自己的名字时,绝大部分人会尊重英语的习惯,把名写在前,姓写在后。但是Dam Thanh Son则不然,他的姓Dam(谭)一直写在前,其名Thanh Son(青山)一直写在后。在互相称呼时,大家一般称他为Son。Son本来自越南,因为越南历史上汉化程度很高(尤其在近代成为法国殖民地以前),Son很了解中国的文化和历史。Son原本是一个高能物理学家,但是近年来开始研究凝聚态理论,做出了很多杰出贡献。笔者对Son的熟悉程度虽不如Subir,但是近年来因为研究的问题和Son有交叉,所以在各种会议上经常遇到。整体感觉Son的性格比较“佛系”:温文尔雅,不紧不慢。

Dam Thanh Son

去年夏天应Son的邀请,笔者去越南开会,这也是笔者第一次到越南。在讨论物理之余,Son和笔者谈了很多他对中国和越南历史的理解。比如说,Son告诉笔者,越南神话中越南人的祖先就是中国的炎帝。这让笔者有些惊讶,因为炎帝在中国是否存在,或者以什么形式存在,还有争议;即使存在,也是在黄河流域,要让炎帝跨越万水千山南下成为远在红河流域乃至湄公河流域的越南人的祖先,实在是难为他了。后来笔者查证才知道,准确地说,越南神话中,越南的人文始祖是炎帝的孙子,而且应该只是北越红河三角洲地区的人文始祖。越南中部长期以来是深受印度教影响的占婆民族建立的另一系列政权,而南部的湄公河三角洲历史上长期属于高棉(柬埔寨),是近代才纳入越南版图的。

Son也跟笔者谈到过历史上的中越关系。比如乾隆皇帝的“十全武功”中有一项是清军入越作战,Son评价说这一项功绩完全是乾隆在吹牛。的确,那起事件本来完全是越南内政的问题,也就是越南南部的西山起义军想要推翻当时的后黎朝。乾隆决定派军入越支持后黎朝复辟。但结果是清军战斗失利,西山军击退了清军,也成功推翻了后黎朝。乾隆爷好面子,听闻战败以后龙颜震怒,打算再次派兵讨伐。但是这时候西山军领袖见好就收,派人谒见乾隆帝,请求承认其新政权合法性。乾隆就坡下驴册封了西山朝的正统地位,维护了自己天朝上国的颜面。因而这一项算在“十全武功”里确实有些牵强。

去年金庸老先生驾鹤西游,笔者曾在facebook上发文纪念查先生。Son回帖表示说金庸小说在越南也很畅销,尤其是著名的“射雕三部曲”。

Son在凝聚态理论的贡献很多,Dirac Medal网站上罗列了很多他的工作,最后尤其提到Son最近几年在分数量子霍尔效应以及2+1维场论里的贡献。这应该指的是Son在2015年发表的一篇文章,这篇文章对于分数量子霍尔效应提出了一个比较颠覆性的理论。而且理论中隐含了一个2+1维场论的对偶:一个有相互作用的2+1维量子电动力学可能和一个完全没有相互作用的Dirac费米子对偶。所谓对偶,就是说一个理论如同硬币的两面。从两面看上去图案可以非常不同,但是实际上都是同一个硬币。如果Son的预言是正确的,将会是一个非常惊人的结果,因为大家以前对于没有“超对称性”的场论只会做各种各样的微扰展开,但是当相互作用比较强的时候,微扰展开是否靠谱很难讲。Son的工作指出,可能对一些2+1维没有超对称性的场论也不用做微扰论了,因为它们有更加漂亮的对偶方法可以研究。

Son的这一工作引起了理论家的强烈兴趣。基于Son的最初的对偶理论,弦理论家和凝聚态理论家都提出了一系列新的对偶理论。凝聚态理论家们甚至发现,原来大家研究过的一些奇异量子临界点(exotic quantum critical point),居然是互相对偶的。这真是非常漂亮和喜人的结论,给理论家们带来了无穷的乐趣和惊喜。

文小刚

凝聚态领域的“立德”者——从超弦理论到拓扑物态

文小刚

最后一位获奖人——文小刚老师,想必很多读者都很熟悉了。文老师提出了很多新的量子物态的概念,也提出了研究这些量子物态的方法。已经有很多文章介绍文老师的科学观点和成就,笔者在这里也不多赘述。这里笔者只说说对文老师风格的总的理解。中国古代对于人的境界提出过“三不朽”:“ ‘太上有立德,其次有立功,其次有立言’,虽久不废,此之谓三不朽。对“立德、立功、立言”这三种境界,不同的人有不同的解读。隋唐年间孔子后人孔颖达曾说“立德谓创制垂法”,按照笔者的理解,“立德”就是指要创造一套社会准则乃至律法,供世人遵守。在笔者看来,文老师在凝聚态理论的贡献属于“立德”。在文老师手里,凝聚态理论成为了一个有着深刻物理的基础科学,而且人们也逐渐接受了一套新的评价凝聚态理论工作的价值观,那就是理论的深刻性而非其实用性。这一点已经深刻影响了很多年轻的凝聚态理论工作者,并且会继续影响很多代人。笔者认为这种对领域整体价值观的影响远远超越了一两个具体工作的贡献。

本文为严肃科普媒体《返朴》(微信号:fanpu2019)首发,《返朴》由国际一流科学家和科普专家担任总编及编委。任何媒体转载时须保留《返朴》名称及微信号和作者信息。未经许可,严禁对包括标题在内的任何改动。转载、授权、合作请联系fanpu2019@outlook.com。

扫码加蝌蚪五线谱微信