三位新晉狄拉克獎得主：開宗立派又風格迥異_風聞

2018年狄拉克獎的三位獲獎者都是開宗立派的宗師級人物。但不同於往屆的是，此次三位獲獎者的獲獎工作並無明顯關聯，三位獲獎人也風格迥異。

撰文 | 許岑珂（加州大學聖芭芭拉分校物理系教授）

2018年8月8日，新一屆的理論物理最高獎狄拉克獎（Dirac Medal）揭曉：三位理論家因其各自在凝聚態理論裏的傑出貢獻獲此殊榮。這三位分別是哈佛大學的Subir Sachdev，芝加哥大學的Dam Thanh Son，還有讀者可能已經很熟悉的麻省理工學院的文小剛老師。

這三位都是江湖上開宗立派的宗師級人物，拿到Dirac Medal都是實至名歸，並不讓人驚訝。但是讓人稍稍有些奇怪的是，這三位拿到Dirac medal的工作幾乎完全不重疊，就連Dirac Medal自己的主頁上都明確説了“The 2018 Dirac Medal and prize is awarded to … for their independent contributions towards…”，也就是説他們拿獎的理由各自獨立、各不相同。因此，Dirac  Medal網站不得不對三人的工作各自做了一個很長的介紹。而一般這樣的大獎獲獎者的拿獎理由總會有相當大的關聯。比如，2015年Dirac Medal由Kitaev, Moore, Read分享，而這三位的獲獎理由都是non-abelian quasiparticle and  applications of these ideas to quantum computation，這和最近這三位獲獎者的獲獎理由形成很大對比。

除了各自必不可少的天才以外，這三位獲獎者風格迥異。

Subir

精力旺盛的開拓者**——**從高温超導到弦論AdS/CFT對偶

Subir最讓人印象深刻的特點是精力旺盛，而且極其勤奮。曾經有人開玩笑説，多年以來一直以為有兩個Subir，一個生活在白天，一個生活在晚上。在認識Subir之前，筆者也覺得這樣的玩笑比較誇張，但是後來的確覺得Subir勤奮程度讓他的所有合作者汗顏。比如，如果在睡覺前沒有想清楚一個學術問題，那麼除非在比較緊急的情況下，一般人都會選擇先睡覺，第二天起來再繼續。但是Subir則必然會通宵工作，不想清楚決不罷休。筆者和Subir合作時，多次有過早上起來收到Subir數個email的情況，而且看時間基本上是每隔一兩個小時一個email，也就是説Subir整晚都沒有睡，不斷地發展和深化自己的理解（當然，這種時候一般只需要看最後一個email，也就是最新的理解即可）。而經過了這一宿的工作，Subir在第二天仍然會神采奕奕，沒有絲毫的倦意。Subir也是一個非常負責任的合作者，從來不會拖延，這一點對合作者很重要。相信很多人都曾經和有“拖延症”的合作者一起寫paper的經歷，那會是件很痛苦的事情（話説到這裏，想起我也拖延過合作者的paper，非常抱歉）。因為拖延症患者會不斷地承諾deadline，又不斷地違反deadline，然後讓合作者很抓狂，到最後甚至連催促的理由都想不出來了。而這種情況在Subir那裏永遠不會發生。Subir總是以最快的速度完成工作、寫出稿件，並且以最快的速度投出稿件。

當然，這樣一來，Subir對合作者的要求也會比較高。筆者在哈佛大學做博士後期間，每週會花一定的時間去同一條街的MIT（其實很多時候是去見我們即將談到的文小剛老師）。有一次我從MIT回到哈佛的辦公室，馬上被人告知，Subir在滿世界找我（那是一個智能手機還不普遍的年代，我不能隨時隨地查email），已經來辦公室詢問很多次了。這讓我大為緊張，以為出了什麼緊急情況讓Subir坐立不安。我馬上去Subir那裏“報到”，得知他只是想問問我前一天給他發的關於Sp(N)李代數的筆記中的幾個問題，並不是特別緊急的事情。

Subir Sachdev

Subir來自印度，和很多華人一樣，印度人也很為自己悠久的歷史和多樣的文化而驕傲。但同時也會對“不尊重”自己國家歷史文化的言語稍有敏感。前段時間印度莫迪政府建了一個世界最高的雕塑，據説是紐約的自由女神像的兩倍多高。筆者見到Subir後開玩笑説：聽説莫迪建了一個那麼高的雕塑，下次去印度我一定要去照個照片。Subir略顯不快，説印度有那麼多更加有意思的歷史文化遺蹟可看，為什麼要去看這個雕像？接着他就給筆者歷數了一些印度著名的遺蹟，強調去印度一定要去看這些。作為華人，筆者很能體會Subir的心情：如果一個人説去中國就想去看一下鳥巢體育館，筆者肯定會跟他喋喋不休地説中國可以看的東西很多很多，鳥巢看不看無所謂。

下面介紹一下Subir拿獎的工作。Dirac Medal網頁上提到了Subir的很多傑出工作，其中最後提到“a concrete model of non-Fermi liquids”。這應該指的是最近非常熱門的Sachdev-Ye-Kitaev（SYK）模型。Non-Fermi liquid （非費米液體）是一個在強關聯繫統中經常被觀測到的現象。首先我們要介紹一下費米液體。這是凝聚態理論早期的大神朗道的著名奠基工作之一。費米液體基本上説的是，一大類有相互作用的費米子系統，在很低能標的情況下基本上可以用很簡單的有效模型來描述，並且這一類系統的單粒子激發在能量很低的情況下能夠存在很長時間。這一點後來被耶魯大學的Shankar用重整化羣語言準確地描述了，也就是説當我們用重整化羣不停地拉低能標以後，系統的相互作用逐漸自動簡化成朗道的有效模型。

朗道的費米液體理論以及他的物態相變理論，成為早期的凝聚態理論的兩大基石。所以今天很多工作的目標都是想超越朗道的工作，比如很多工作的賣點會是“non-Landau”。非費米液體也是一類“Non-Landau”的物態。但是大神如果容易超越，也就不是大神了。雖然非費米液體行為在近年的強關聯實驗中屢屢觀測到，但是理論研究一直不盡人意。一般研究非費米液體的理論途徑，是從費米液體出發，然後加上與費米液體相互作用的量子臨界漲落。但是這個途徑被證明是一個非常困難的理論問題，雖然經過了很多理論家多年的努力，仍然很難説這個研究途徑有重大突破。Subir在Dirac Medal裏面被提到的工作，是他在多年前另闢蹊徑和Jinwu Ye一起提出的一個模型。當時他提出這個模型的動機是解釋銅基高温超導體中發現的著名的非費米液體：一個被稱作strange metal（奇異金屬）的現象。Subir****的模型的好處是嚴格可解，而且其嚴格解就是一個非費米液體。

但是凝聚態理論家的一個經常遇到的尷尬處境是，嚴格可解的模型往往和現實脱鈎，而和現實緊密相連的模型又很難解。這也是Subir當年另闢蹊徑提出的模型在多年來並沒有得到足夠重視的原因。但是這個模型重新浮出水面，是因為另一個家喻户曉的大神——Kitaev。筆者一個同事曾評價説：Kitaev不見得能解所有的模型，但是他肯定知道所有的可解模型。”的確，用Kitaev名字命名的模型太多，以至於如果我們只説Kitaev model，並不能説明是哪個模型。2015年，Kitaev應該是在不瞭解Subir當年工作的情況下，提出了一個類似的模型，所以這一系列的模型被稱為SYK模型。當然，Kitaev提出這個模型的動機和Subir當年很不一樣，Kitaev是想提出一個簡單的有全息對偶的模型。但是殊途同歸，SYK模型擁有諸多非常理想的理論性質，在弦理論領域和凝聚態理論領域都掀起了研究的熱潮，儘管這兩個領域研究的側重點不盡相同。

Son

“佛系”理論家——從弦論AdS/CFT對偶到量子霍爾效應

要介紹第二個獲獎者Dam Thanh Son，首先要解釋的是他的名字。來自東亞文化圈的人用自己的母語寫名字時，會把姓寫在前，名寫在後；但是用英文寫自己的名字時，絕大部分人會尊重英語的習慣，把名寫在前，姓寫在後。但是Dam Thanh Son則不然，他的姓Dam（譚）一直寫在前，其名Thanh Son（青山）一直寫在後。在互相稱呼時，大家一般稱他為Son。Son本來自越南，因為越南歷史上漢化程度很高（尤其在近代成為法國殖民地以前），Son很瞭解中國的文化和歷史。Son原本是一個高能物理學家，但是近年來開始研究凝聚態理論，做出了很多傑出貢獻。筆者對Son的熟悉程度雖不如Subir，但是近年來因為研究的問題和Son有交叉，所以在各種會議上經常遇到。整體感覺Son的性格比較“佛系”：温文爾雅，不緊不慢。

Dam Thanh Son

去年夏天應Son的邀請，筆者去越南開會，這也是筆者第一次到越南。在討論物理之餘，Son和筆者談了很多他對中國和越南歷史的理解。比如説，Son告訴筆者，越南神話中越南人的祖先就是中國的炎帝。這讓筆者有些驚訝，因為炎帝在中國是否存在，或者以什麼形式存在，還有爭議；即使存在，也是在黃河流域，要讓炎帝跨越萬水千山南下成為遠在紅河流域乃至湄公河流域的越南人的祖先，實在是難為他了。後來筆者查證才知道，準確地説，越南神話中，越南的人文始祖是炎帝的孫子，而且應該只是北越紅河三角洲地區的人文始祖。越南中部長期以來是深受印度教影響的佔婆民族建立的另一系列政權，而南部的湄公河三角洲歷史上長期屬於高棉（柬埔寨），是近代才納入越南版圖的。

Son也跟筆者談到過歷史上的中越關係。比如乾隆皇帝的“十全武功”中有一項是清軍入越作戰，Son評價説這一項功績完全是乾隆在吹牛。的確，那起事件本來完全是越南內政的問題，也就是越南南部的西山起義軍想要推翻當時的後黎朝。乾隆決定派軍入越支持後黎朝復辟。但結果是清軍戰鬥失利，西山軍擊退了清軍，也成功推翻了後黎朝。乾隆爺好面子，聽聞戰敗以後龍顏震怒，打算再次派兵討伐。但是這時候西山軍領袖見好就收，派人謁見乾隆帝，請求承認其新政權合法性。乾隆就坡下驢冊封了西山朝的正統地位，維護了自己天朝上國的顏面。因而這一項算在“十全武功”裏確實有些牽強。

去年金庸老先生駕鶴西遊，筆者曾在facebook上發文紀念查先生。Son回帖表示説金庸小説在越南也很暢銷，尤其是著名的“射鵰三部曲”。Son在凝聚態理論的貢獻很多，Dirac Medal網站上羅列了很多他的工作，最後尤其提到Son最近幾年在分數量子霍爾效應以及2+1維場論裏的貢獻。這應該指的是Son在2015年發表的一篇文章，這篇文章對於分數量子霍爾效應提出了一個比較顛覆性的理論。而且理論中隱含了一個2+1維場論的對偶：一個有相互作用的2+1維量子電動力學可能和一個完全沒有相互作用的Dirac費米子對偶。所謂對偶，就是説一個理論如同硬幣的兩面。從兩面看上去圖案可以非常不同，但是實際上都是同一個硬幣。如果Son的預言是正確的，將會是一個非常驚人的結果，因為大家以前對於沒有“超對稱性”的場論只會做各種各樣的微擾展開，但是當相互作用比較強的時候，微擾展開是否靠譜很難講。Son的工作指出，可能對一些2+1****維沒有超對稱性的場論也不用做微擾論了，因為它們有更加漂亮的對偶方法可以研究。

Son的這一工作引起了理論家的強烈興趣。基於Son的最初的對偶理論，弦理論家和凝聚態理論家都提出了一系列新的對偶理論。凝聚態理論家們甚至發現，原來大家研究過的一些奇異量子臨界點（exotic quantum critical point），居然是互相對偶的。這真是非常漂亮和喜人的結論，給理論家們帶來了無窮的樂趣和驚喜。

文小剛

凝聚態領域的“立德”者——從超弦理論到拓撲物態

文小剛

最後一位獲獎人——文小剛老師，想必很多讀者都很熟悉了。文老師提出了很多新的量子物態的概念，也提出了研究這些量子物態的方法。已經有很多文章介紹文老師的科學觀點和成就，筆者在這裏也不多贅述。這裏筆者只説説對文老師風格的總的理解。中國古代對於人的境界提出過“三不朽”：“ ‘太上有立德，其次有立功，其次有立言’，雖久不廢，此之謂三不朽。對“立德、立功、立言”這三種境界，不同的人有不同的解讀。隋唐年間孔子後人孔穎達曾説“立德謂創制垂法”，按照筆者的理解，“立德”就是指要創造一套社會準則乃至律法，供世人遵守。在筆者看來，文老師在凝聚態理論的貢獻屬於“立德”。在文老師手裏，凝聚態理論成為了一個有着深刻物理的基礎科學，而且人們也逐漸接受了一套新的評價凝聚態理論工作的價值觀，那就是理論的深刻性而非其實用性。這一點已經深刻影響了很多年輕的凝聚態理論工作者，並且會繼續影響很多代人。筆者認為這種對領域整體價值觀的影響遠遠超越了一兩個具體工作的貢獻。

 (編注：關於文小剛教授的工作，見《返樸》推送的另一篇文章《文小剛：跨界科研的優勢》)

此深層次的交匯，也使拓撲態的研究成為一個非常有活力，並且新觀念層出不窮的研究領域。版權聲明：本文由科技工作者之家—科界App子欄目《返樸》原創，歡迎個人轉發，嚴禁任何形式的媒體未經授權轉載和摘編。《返樸》，致力好科普。國際著名物理學家文小剛與生物學家顏寧聯袂擔任總編，與幾十位學者組成的編委會一起，與你共同求索。關注《返樸》（微信號：fanpu2019）參與更多討論。二次轉載或合作請聯繫[email protected]。