■岳奎元

物质可以以一种奇异的状态存在，这是2016年诺贝尔物理学奖获得者们的重大发现。

人们知道，物质有固、液、汽三相。例如，水，常温为液相，冷却结冰为固相，受热蒸发为汽相。物质从一种相变为另一相的过程称为“相变”。在物质系统中，物质的物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显界面的均匀部分被称为“相”。但当物质变得极为稀薄的时候，物质的“相”还存在吗？

物理学家们用一种叫做拓扑学的数学工具，在物质的拓扑相变和拓扑相方面的理论发现，物质可以以一种奇异的状态存在。这一发现，打开了一个未知世界之门。拓扑本是研究几何图形或者空间在连续改变形状后还保持性质不变的科学，他们这是应用了物理学拓扑概念“改变形状后性质不变”。正如水的三相，它的物理、化学性质相同。这一概念给他们的发现起了决定性的作用。他们应用拓扑工具这一举动，在当时让同行们感到吃惊。

物质在极为稀薄的时候与在通常情况下描述的三维世界不同，它们的表面或者内部可以被认为是二维的，那里有一种被称为从“超流体到正常流体的相变”。这些相变与人们以往的认识完全不同，这给他们的发现起了决定性的作用。例如，这种二维物理体系中的拓扑相变和物态，超越了人们日常生活的认识，会使某种簿层物质的导电率发生整倍数的变化,这种相变研究丰富了人们的认识，开拓了新的视野。物理学家用高等数学方法使人们有机会了解物质不同寻常的阶段或状态。此不仅推翻了上世纪七十年代早期的超导或超薄流体在薄层中无法实现的理论，还发现了多种多样的拓扑相不仅存在于薄层和线状结构，也存在于普通的三维材料中的现象。

对拓扑材料的研究，不仅可以帮助我们更深入地了解物质的奇异结构和状态，也为电子学和超导领域带来新的应用。拓扑材料理论的发现，为未来拓扑材料的出现奠定了基础，揭开了人类材料科技的新篇章。