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[中国科技教育史话]文小刚

王渝生

2018-08/总第269期

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图1 文小刚(1961年11月生人).jpg

好奇心 想象力 天马行空 自由奔驰 首创拓扑序理论

大方向 小脚步 循序渐进 不懈努力 终获狄拉克奖章


2018年8月8日,国际理论物理中心(ICTP)揭晓了本年度的狄拉克奖章得主,美国麻省理工学院华裔教授文小刚的名字赫然在列。

该奖项于1985年为纪念英国物理学家狄拉克设立,每年颁发给理论物理和数学领域的杰出科学家。8月8日是狄拉克的生日,宣布奖项就设在这一天,这是一个好日子。

图2 青年文小刚.jpg

青年文小刚


我们知道,20世纪头30年的物理学革命,诞生了相对论和量子力学这两大科学理论,开启了20世纪整整100年的新科学技术革命。相对论的创立者是爱因斯坦(1879—1955),他在1905年创立了狭义相对论,提出了质能相当关系式,时年26岁。量子力学的创立者是狄拉克(1902—1984),他在1928年奠定了量子力学的理论基础,提出了狄拉克方程式,其时也是26岁。真是自古英雄出少年!

文小刚是第3位华裔狄拉克奖得主。此前2位为麻省理工学院物理学家李雅达(祖籍香港,2005年获奖)和斯坦福大学物理学家张首晟(祖籍江苏,2012年获奖)。

图3 文小刚在教学中.jpg

狄拉克奖不授予诺贝尔奖、菲尔兹奖和沃尔夫奖得主。然而,一些狄拉克奖得主随后获得了诺贝尔奖,比如1999年诺贝尔奖得主Martinus Veltman,2004年诺贝尔奖得主David Gross和Frank Wilczek,以及2008年诺贝尔奖得主南部阳一郎等。

说了狄拉克和狄拉克奖,现在我们要说本文的主角文小刚。1961年11月,文小刚出生于西安,从小就对物理、数学感兴趣。上小学的时候,父母很多同事经常给他出趣味数学题,口算心算不用纸笔。文小刚曾经这样回忆道:

“那时正是‘文革’时期,学校里学不到什么东西,放学以后有大量的时间,我就在家和小朋友一起砸电池或其他一切能砸的东西,还做火药、修自行车、做模型飞机、装收音机、做稳压电源,还有蒸馒头等。那时科学方面的书非常非常少。只有《十万个为什么》《科学小实验》《怎样组装晶体管收音机》和《赤脚医生手册》。我想当时喜欢科学的学生都读过这些书。那时对什么东西都好奇,好奇的结果就是把它砸开来看看里头有什么。我的很多灵感来源于自己的胡思乱想,来源于捣鼓来捣鼓去,来源于砸开来看看。另外我觉得和人讨论对激发灵感很有好处,特别是和与你背景不一样的人讨论,好处更大。最近我和数学家讨论得比较多,收获非常大。”

图4 文小刚在弘图前.jpg

文小刚于1977年从西安市48中考入中国科学技术大学物理系,学习低温凝聚态物理。1981年9月以全国第1名的成绩通过中美联合培养物理类研究生计划招生考试(CUSPEA),进入美国普林斯顿大学深造,师从著名理论物理学家Edward Witten,学习超弦理论,1987年获得博士学位。经过博士后训练后,他于1991年被美国麻省理工学院聘为助理教授。1995年被提升为副教授。他曾荣获海外华人物理学协会1994年优秀青年科学家奖和1992—1997年的斯洛恩奖。现任物理系教授,并兼任清华大学高等研究中心“长江学者奖励计划”讲座教授。

图5 文小刚在会议上发言.jpg

文小刚的主要研究方向是凝聚态物理,主要从事量子霍尔液体、高温超导、拓扑序/量子序及新的物质态方面的研究。

2016年10月11日,美国物理学会宣布,将2017年Oliver E. Buckley奖颁发给美国麻省理工学院的文小刚,Buckley奖是凝聚态物理领域的最高奖。这次获奖的工作是“拓扑序理论和它在众多物理系统中的应用”。自1989年文小刚首次引入“拓扑序”概念以来,近30年来一直在发展拓扑序理论。

2018年5月,文小刚当选美国科学院院士。

图6 文小刚在工作.jpg

文小刚的主要理论贡献包括:①建立了分数量子霍尔效应拓扑序理论和边界态理论,预言了双层量子霍尔体系中的超流/超导现象。②提出了研究高温超导机理的SU(2)规范场理论、量子序理论和自旋口袋(Spinbag)模型,这方面的研究对全面认识高温超导体的相图,尤其是在欠掺杂区所出现的大量反常物理性质具有重要意义。③他提出并论证了分数量子霍尔效应基态的拓扑有序性,建立了描述分数量子霍尔效应低能元激发的边界态手征Luttinger液体理论,预言了非阿贝尔量子霍尔态。④为了推广朗道关于相和相变的对称破缺理论,建立了拓扑序理论和量子序理论,并预言了新的物质态。揭示了拓扑序和量子序的弦网凝聚本质,并用弦网凝聚提出了统一光和电子的理论。

图7 文小刚(中).jpg

当文小刚被问到他自己的科研心得时,文小刚说道:“主要的心得有两个。一是跟着自己的感觉走,让自己的想象和联想,天马行空般地自由奔驰。我觉得做物理最重要的能力就是猜测和想象的能力,就是要敢于瞎捣鼓。比如给你一个死机的电脑,你要能捣鼓来捣鼓去,把电脑修好,即使修不好也能学很多新东西。另一个是要做最小的有意义的题目。当你把一个有意义的小题目深入做进去以后,常常会发现它其实很大。我个人的经验是,如果一开始就想做大题目的话,可能什么都做不动。总结一下就是‘大方向、小脚步’。只要大方向明确,小脚步慢慢走,总能走得很远。如果没有大方向,就只能像醉汉一样乱走,这时即使走得快也走不远。”

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