Wow: gelombang gravitasi bukan nobel diberikan untuk topologi
"Topologi adalah takdir," katanya, dan menarik laci. Pertama dengan satu kaki, lalu pada yang lain.
- Neil Stevenson
Pada awal Oktober, Stogkolm, Swedia, mengumumkan pemenang Nobel dalam bidang fisika. Penghargaan atas kontribusi untuk pengembangan ilmu ini segera diterima oleh tiga ilmuwan Inggris: David Thouless (David Thouless), Duncan Haldane (Duncan Haldane) dan Michael Kosterlits (Michael Kosterlitz) untuk "penemuan teoretis dari transisi fase topologis dan fase topologi materi." Fisikawan kecewa, karena semua orang percaya bahwa hadiah itu akan diberikan kepada berbagai anggota kolaborasi LIGO, yang tahun ini mengumumkan gelombang gravitasi pertama yang ditemukan, yang sumbernya adalah penggabungan lubang hitam. Tahun ini, Komite Nobel mengambil sisi praktis dan memberikan penghargaan kepada para ilmuwan yang mengembangkan metode untuk menciptakan "lubang" terkendali atau cacat dalam keadaan mekanika kuantum materi yang dikenal sebagai kondensat.Studi mereka menyebabkan terobosan dalam ilmu material dan fisika benda terkondensasi, dan menjanjikan revolusi dalam elektronik. Untuk tahun ke 24 berturut-turut, penghargaan telah diberikan kepada sekelompok orang, dan untuk tahun ke-53 berturut-turut, hanya pria yang menerima penghargaan.
Semesta dapat dipelajari dari dua sisi: ada Teori Umum Relativitas Einstein, yang mengendalikan gravitasi dan evolusi ruang-waktu, dan ada mekanika kuantum, yang mengendalikan tiga kekuatan fundamental lainnya dan semua interaksi, fase, dan sifat-sifat materi. Komunitas fisik dengan gembira mendiskusikan penemuan pertama gelombang gravitasi, yang telah lama diprediksi oleh teori Einstein, dan ditemukan tahun ini - dan pada saat itu penemuan menakjubkan lainnya, terobosan, dan kerja praktek dibuat di bidang penciptaan keadaan materi baru. Kebanyakan orang akrab dengan tiga keadaan materi - padat, cair dan gas, tetapi ada yang keempat yang muncul ketika gas dipanaskan sangat kuat: plasma. Dan sebaliknya, di alam, untuk beberapa jenis zat, ada keadaan lain yang terjadi selama pendinginan yang kuat: kondensat.Tidak seperti negara bagian lain, kondensat memamerkan sifat unik yang tidak ditemukan di tempat lain di alam.
Fisika kuantum merevolusi pandangan kita tentang dunia, dan mengajarkan kita hal-hal berikut:• Alam bersifat diskrit, tidak kontinu, dan terdiri dari partikel-partikel fundamental individu, quanta.• Kuantum memiliki sifat bawaan yang tidak dapat diubah: putaran, muatan listrik, muatan warna, aroma, dll.• Ketika membuat sistem komposit, sifat-sifat baru dimanifestasikan - misalnya, momentum sudut orbital, isospin, dan dimensi fisik bukan nol.Tetapi salah satu poin yang menarik adalah kenyataan bahwa sifat-sifat partikel dan interaksinya ini dapat memanifestasikan dirinya dengan cara yang sama sekali berbeda jika Anda membatasi mereka pada dua dimensi - permukaan datar - bukan tiga.
Untuk waktu yang lama diyakini bahwa superkonduktivitas dan superfluiditas, dua sifat zat tertentu, bermanifestasi pada suhu rendah, dan masing-masing dinyatakan dalam tahanan nol dan viskositas nol, hanya bekerja dalam bahan tiga dimensi. Tetapi pada 1970-an, Michael Kosterlitz dan David Thouless menemukan tidak hanya bahwa sifat-sifat ini dapat muncul dalam lapisan dua dimensi, tetapi juga mekanisme transisi fasa, karena superkonduktivitas menghilang pada suhu yang cukup tinggi. Dengan penurunan jumlah derajat kebebasan dan pengukuran, kekuatan dan interaksi, sistem mekanika kuantum menjadi lebih mudah dipelajari. Persamaan kompleks untuk tiga dimensi disederhanakan untuk dua. Untuk persamaan yang solusinya untuk tiga dimensi tidak ditemukan, ada solusi untuk dua.
Banyak partikel, quasipartikel, dan sistem partikel berperilaku sebagai "cacat topologi", mirip dengan "lubang" (untuk cacat 0-dimensi) atau "string" (untuk cacat 1-dimensi), melewati ruang dua dimensi atau tiga dimensi . Dengan menerapkan topologi pada sistem bersuhu rendah ini, seseorang dapat memprediksi keadaan topologi baru dari materi.
Pada suhu yang sangat rendah, cacat topologi dalam sistem dua dimensi terkondensasi sering berpasangan, yang tidak diamati pada suhu tinggi.Sifat transisi dari kondisi suhu rendah (di mana pasangan vorteks terbentuk) ke suhu tinggi (di mana pasangan menjadi independen) mematuhi aturan transisi Kosterlitz-Thouless. Kombinasi fisika kuantum dengan topologi mengarah pada fakta bahwa banyak proses fisik menarik terjadi secara terpisah, dalam beberapa langkah. Konduktivitas bahan tipis terjadi secara bertahap. Rantai magnet kecil berperilaku topologis. Aturan transisi fase berlaku sama untuk semua bahan dalam dua dimensi. Pada 1980-an, Kosterlitz menemukan koneksi dalam konduktivitas, dan Duncan Haldane menemukan sifat topologi rantai magnet kecil. Dan meskipun penerapan sifat-sifat ini meluas ke bidang fisika lainnya - mekanika statistik, fisika atom, dan, kami berharap, akan segera meluas ke elektronik dan komputer kuantum - fisika,menjelaskan perilaku diskrit materi dalam dimensi yang lebih kecil, bekerja sesuai dengan aturan topologi yang sama dengan sistem matematika mana pun.
, ,Sifat-sifat baru ini dapat memanifestasikan diri hanya pada suhu rendah atau dalam medan magnet yang sangat kuat, tetapi ini tidak membuat mereka kurang mendasar daripada sifat yang biasanya diamati. Efek Hall kuantum, fakta bahwa "keseluruhan" magnet kuantum adalah topologi, tetapi "setengah bilangan bulat" tidak, dan bahwa Anda dapat menentukan sifat-sifat magnet kuantum dengan mempelajari aspek-aspeknya, telah menjadi alasan untuk menerima hadiah dengan trinitas kami. Berdasarkan penelitian mereka, baru, jenis zat yang tidak terduga ditemukan, termasuk sifat topologi, yang juga muncul dalam bahan tiga dimensi. Dielektrik topologi, superkonduktor topologis, dan logam topologi sedang dipelajari secara aktif hari ini, dan berpotensi dapat merevolusi elektronik dan teknologi komputer segera setelah mereka dapat dikendalikan.
Alfred Nobel, ketika menciptakan Hadiah Nobel, memutuskan bahwa itu harus diberikan untuk penemuan yang bertanggung jawab atas "manfaat terbesar bagi umat manusia." Dan ilmu ini tidak hanya terbukti, tetapi sudah cukup di jalan mengubah hidup kita. Dan meskipun ada sejumlah besar tim, orang, dan penemuan yang berharga, Nobel tahun ini mengingatkan kita pada dua alasan utama mengapa kita mengembangkan ilmu dasar: pengetahuan dan manfaat sosial bagi kemanusiaan. Tahun ini, melihat ke masa lalu tentang hal-hal menakjubkan tentang materi dalam kondisi ekstrem yang ditemukan menunjukkan sejauh mana pengetahuan kita telah berkembang. Pandangan ke masa depan untuk aplikasi penemuan ini menginspirasi kami untuk mencari generasi baru teknologi kuantum. Masa depan yang tidak pasti tergantung pada kita.Source: https://habr.com/ru/post/id398395/
All Articles