数学界流行一个笑话:拓扑学家分不清冬甩和咖啡杯。
拓扑学是一个几何学概念,主要研究物体在扭动或弯曲等连续变化下维持不变的性质。在比喻中,尽管冬甩和咖啡杯的形状不同,但由於它们都有一个洞,所以在拓扑学的概念中,两者是相同的。拓扑学属於数学分支学科,在近数十年才被引入物理学领域,相关研究更曾获颁诺贝尔物理奬。
今天,物理学家纷纷使用拓扑概念,以崭新角度来研究物质,而物理系副教授马冠聪博士是其中之一,他正研究在声学系统中如何实现拓扑相(topological phases)。
拓展研究新领域
马博士从事基础物理的经典波现象研究,主要集中声波超材料和拓扑物理领域。他开展拓扑学相关的研究,全因他对未知事物的好奇心。
他表示:「世上有太多未为人知的东西,而我对这些未知的好奇心成为了我的推动力,驱使我一直研究下去。」他续说,在研究过程中能够不断学习新知识和发现新事物,令他乐在其中。
在拓扑物理的研究中,马博士希望能在声学系统中实现新型的拓扑相。他说:「拓扑相可在物理学的不同领域实现,包括电子、量子计算和经典声学系统。只要能够拆解不同物理系统中的拓扑概念,便能够以全新角度来理解物理现象。」
通过声学了解量子逻辑
一般而言,经典物理学涉及发生在大型或大范围的物理现象,如声波和人类可以观察到的事物,而量子力学则探讨肉眼看不见的微观事物,如原子和次原子粒子。各领域有其适用的定律,不过物理学家一直在寻找可应用於不同大小的理论。
马博士与研究团队透过运用理论和声学实验,展示拓扑概念为非厄米系统(non-Hermitian systems)提供更深入的见解。非厄米系统为物理理论模型,让研究人员将基础量子力学应用至特定的量子理论。研究结果已发表於权威国际期刊《科学》,为改善材料和装置的研究带来新方向。
最近,马博士率领浸大声波功能材料实验室的科研团队,实践声学态的非阿贝尔编织(Non-Abelian Braiding)。非阿贝尔编织是在量子计算中实现量子逻辑的重要一环,他们的研究有潜力推动声波导和光操纵的发展,研究结果已在著名期刊《自然—物理》发表。马博士说:「我们的研究显示,实现量子逻辑并非难事,我们用经典系统来试验,并观察到有趣的应用效果,就像一个装满新玩具的盒子,让我们探索如何装配新装置和实现新的声波操纵结构。」
物理界新星
马博士是优秀的年轻科学家,在香港科技大学获得物理博士学位后,於该校从事博士后研究,并在2018年加入浸大。他的研究论文曾发表於多份同行评审的国际学术期刊,成果获得认同。他曾获浸大颁发「2019-2020年杰出青年研究学者奖」,并在由中国科学技术协会主办、知社学术圈协办的2021中国新锐科技论坛暨2021中国十大新锐科技人物颁奖典礼中,荣获本年度「中国十大新锐科技人物」。
马博士少时已对自然现象深感兴趣,既会观察日常现象如云的形态,还学习太阳系中的天体,不断钻研自然界中的谜题,最后选择投身科研,专注物理研究。
即使兴趣变成职业,但马博士对未知事物的好奇心丝毫未减。他说:「物理研究带给我成就感和很多乐趣。至於我如何保持对科研的好奇心?世上总会有未知的事物有待我们发掘。」
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07.06.2022
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