文小刚，理论物理学家，美国麻省理工学院终身教授，《赛先生》主编

　　采访&撰文

　　商白（未来论坛记者）

　　本文经授权转载自“未来论坛”

　　犹太人有句古老的谚语：人有三样东西是无法隐藏的——咳嗽、贫穷和

　　即使隔了半个地球，在谈起研究和创新时，文小刚仍会流露出不加掩饰的激动和热情。那一刻，你甚至能感觉出电话那头的他笑得眯起了眼睛。

　　当地时间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文小刚教授和加州理工学院Alexei Kitaev教授。未来论坛就此对文小刚教授进行了采访。

　　首先，祝贺您得到了美国凝聚态物理最高奖巴克利奖。根据美国物理学会介绍，您这次获奖的工作是“拓扑序理论和它在众多物理系统中的应用”。可以介绍一下您的获奖工作内容吗？

　　文小刚：拓扑序的理论是我在1989年首先提出来的。1989年的时候，很多人在做高温超导体，其中一个方向是用自旋液体来理解高温超导体。当时我跟Anthony Zee（徐一鸿）和Wilczek一起研究手征自旋液体。我发现有许多不同的手征自旋液体，它们可以有完全相同的对称性，这是非常奇怪的现象。因为以前大家公认，朗道对称性理论可以描写所有的物态，但是我发现，有很多不同手征自旋液体，对称性完全相同，所以不能用朗道对称性破缺理论来区分它们。这就表示，这些手征自旋液体中间有新的序，是不能用对称性来抓住的。这个就是我当时提出拓扑序的动机。拓扑序是一种新的物质组织结构，它完全超出了朗道对称性破缺理论，是一种新的物态。因为是一种新的物质态，要起个名字，所以我当时就把它叫作“拓扑序”。原因是拓扑序跟超弦里的拓扑场论有些关系。拓扑就是这样跑到凝聚态里面去了。以前拓扑不是来描写物质态的，都是用来描写它的缺陷、涡旋之类的。这次是第一次用“拓扑”这个词来描写一个新的物质态。“拓扑态”、“拓扑相”这些叫法大概就是从这里开始的。

　　手征自旋液体示意图

　　总的来说，以前大家都觉得对称性破缺能用来描写所有的相和相变，觉得对相和相变已经完全理解了。拓扑序的发现表明对称性破缺理论不完备，新的一类物质态是不能用对称性来描写的，这种新的物质态就被命名为拓扑序。

　　刚刚揭晓的2016诺贝尔奖物理学奖也颁给了拓扑研究工作。为什么近年来拓扑物态在物理学领域备受青睐？

　　文小刚：先来说说诺贝尔奖。今年的诺贝尔物理学奖获奖成果包含好几个方面的工作，其中之一就是所谓的“KT相变”。KT相变是拓扑缺陷所导致的相变，但它并不是拓扑相之间的相变，是通常相的相变。另外两个工作都是和拓扑相有关。第二个是关于有的拓扑相中的整数霍尔效应，获奖工作是发现整数霍尔效应跟数学里的陈省身示性类有关系。第三个是霍尔丹相。霍尔丹相是早期发现的另外一个拓扑相。1989年我们通过手征自旋液体提出了拓扑序的概念。实际上，比这更早的时候，霍尔丹在一维的自旋链上也发现一个自旋液体相，而这个相是一个有能隙的相。本来大家以为一维自旋链上的自旋液体都是无能隙的。所以霍尔丹提出一个有能隙的相，大家就觉得很奇怪，但是当时做的时候并没有认为它是一个超出对称性破缺的相，觉得它还是可以用朗道对称性破缺理论来描写的。后来，通过很多进一步的工作，发现有能隙的相有许多奇奇怪怪的现象，大家才开始怀疑霍尔丹相是不是拓扑相？这个问题到了2009年时才完全搞清楚。顾正澄和我发现霍尔丹相是一个没有拓扑序的相，但由于对称性，它又不是一个平凡相。也就是说它本身并没有拓扑序，但是由于它有对称性，再加上一些特殊的性质，使它像拓扑序一样，同样不能被朗道对称性破缺所描写。我们当时把这种新的物质相命名为对称性保护拓扑相。

　　顾正澄和文小刚利用张量网络计算发现Haldane相是一个没有拓扑序的对称保护相。揭示了Haldane相的本质。