在读研究生的最后一年,高温超导被发现了。这时我开始经常参加凝聚态的组会,试着做一些高温超导的工作,听安德森讲相互作用电子可以演生出SU(2)规范场,觉得十分震撼。因为我两年里学了两遍量子场论,规范场论也学了很多次,我应该是这方面的内行,但怎么就看不出相互作用电子可以演生出SU(2)规范场呢?而安德森一个“外行”怎么就看出来了?这时,我意识到我所学习的规范场的知识的大方向可能错了,这些知识有时可能会成为我的包袱和绊脚石。要想有安德森那样的深刻洞察力,我需要重新用全新的角度理解规范场。 1987年,我到加州大学圣塔芭芭拉分校理论物理研究所(ITP, UCSB)做博士后,觉得当时的超弦理论花了太多的精力来发展共形场论中的数学,而我自己还是更喜欢应用数学来研究物理,最后终于决定完全转到凝聚态领域,做高温超导方面的研究。 当时的我对物理的行情完全没有感觉,一点也不知道转行有多么危险,不过是跟着兴趣走,转就转了。那时我很幸运地和张首晟一起,跟提出BCS超导理论的Schrieffer做高温超导的自旋口袋机制,补了我凝聚态物理研究生的训练这个缺。后来,我又跟徐一鸿(Anthony Zee)和Wilczek(编者注:维尔切克,2004年诺贝尔物理学奖得主)做高温超导的自旋液体机制这一方面的工作。我选择做自旋液体是因为这方向特别新,和标准凝聚态物理很不同,既有演生规范场又有拓扑,可以发挥我在超弦场论方面的优势。而演生规范场就是理解规范场的一个全新的角度。 我当时最好的工作是1989年跟徐一鸿和Wilczek做的手征自旋液体。它由演生的陈-Simons规范场理论来描写。当时我们发现,可以有好几种不同的手征自旋液体由不同的陈-Simons规范理论来描写。Wilczek就问我如何刻画这些自旋液体?这个问题在我脑子里一直挥之不去。当时大家都认为朗道的对称性破缺理论可以描写所有物质态中的序,所以会试图用对称性来刻画这些自旋液体。可后来我意识到,这些不同的手征自旋液体具有完全相同的对称性,完全不能用标准的朗道对称性破缺理论来描写,而必须用全新的思路来刻画这些自旋液体。由于我的超弦背景,自然而然地我就想到利用一些拓扑的办法。我把自旋液体放到有不同拓扑的空间中,计算了它们的基态简并度。我发现基态简并度的确可以用来区分刻画这些不能用对称性破缺来区分刻画的自旋液体。重要的是,我还意识到这一结果意味着发现了一种超出对称性破缺的新的序。我把它叫做“拓扑序”。这是我第一篇关于拓扑序的文章,发表于1989年。紧接着,我和牛谦(编者注:其导师为今年诺贝尔物理学奖得主David J. Thouless)又写了一篇文章,证明上面讲的基态筒并不能被任何局部微扰所破坏,和对称性毫无关系。基态筒并所代表的只能是一个新的序——拓扑序。 从那时到现在27年了,我一直没有停止过在拓扑序方面的工作。在拓扑序方面,我一共发表了几十篇文章。 赛先生:虽然如今“拓扑序”理论得到了大家的承认,并且您也因此工作而获奖,但好像最初遭遇了一段不算短暂的冷落?实验上的进展对您的理论帮助大吗? 文小刚:是的,在最开始的十年里,几乎没有人承认拓扑序是一个有用的概念,没有人理会这方面的工作。幸好拓扑序的一个延伸工作——边界态理论——有和实验可以比较的结果,得到了大家的承认,使我在事业上的发展比较顺利。这里值得一提的是,边界态理论用标准凝聚态物理方法做不出来,需要用共形场论才行。这正好又发挥了我超弦背景的优势。我发现我的转行让我占了很多便宜。 (责任编辑:本港台直播) |