Giải thích Nobel Vật lý 2016 với 500 từ: hãy đếm số lỗ trên ổ bánh mì

Một nửa giải thưởng được trao cho David Thouless thuộc Đại học Washington và nửa còn lại chia đều cho Duncan Haldane, Đại học Princeton và J. Michael Kosterlitz. Cả 3 người đều được sinh tại Anh.

Thành viên của hội đồng Nobel, Thors Hans Hansson cho biết "công trình nghiên cứu là sự kết hợp tuyệt đẹp giữa toán học với các hiểu biết vật lý thâm sâu, đạt được những kết quả đầy bất ngờ đã kiểm chứng lại bằng thí nghiệm."

Vậy 3 nhà khoa học làm được gì?

Về cơ bản, họ đã chứng minh rằng có thể dùng toán học tô pô để giải thích cho các đặc tính kỳ lạ của vật chất tại các điều kiện cực lạnh hoặc trạng thái mật độ cực cao, thí dụ như tại sao vật liệu siêu lạnh sẽ có điện trở bằng 0?

Tô pô là một nhánh toán học nghiên cứu những đặc tính nào đó sẽ được bảo tồn khi vật thể bị kéo dài, vặn xoắn hoặc biến dạng. Hansson đã dùng những cái bánh ngay tại lễ trao giải để giải thích cho chúng ta hiểu được tô pô là gì và nó liên quan thế nào tới công trình nghiên cứu.

Toán học tô pô khảo sát những chiếc bánh bằng số lỗ trong hình dạng của nó. Thí dụ như bánh bao không có lỗ, bánh còng có 1 lỗ, bánh quy xoắn có 2 lỗ. Không có cái nào nửa lỗ. Và số lỗ trong mỗi cái bánh luôn cố định khi bạn vặn hoặc kéo dài nó. Tô pô là vậy.

Sử dụng tô pô, Thouless, Haldane và Kosterlitz đã giải thích những bí ẩn của thế giới vật liệu, kiểu như làm sao mà một tấm phim khí heli siêu lạnh có thể thay đổi pha vật chất hoặc sự chuyển đổi pha này sẽ thay đổi đặc tính nó ra sao?

Nghiên cứu còn giúp các nhà khoa học tạo ra những loại vật liệu mới với tính chất thần kỳ. Trong số đó là "tô pô cách điện" - vật liệu chỉ dẫn điện trên bề mặt. Hiện loại vật liệu này chưa thương mại hóa nhưng hoàn toàn có thể dùng trong máy tính lượng tử hoặc nhiều ứng dụng khác chưa khám phá.

Một trong tô pô cách điện này gọi là Stanene - bản chất là lớp thiếc dày 1 nguyên tử - có khả năng dẫn điện ở nhiệt độ cao với điện trở cực thấp, hứa hẹn sẽ thay thế các chi tiết đồng trong máy tính.

Thông tin thêm: Mặc dù nghiên cứu được trao giải lần này là cực kỳ đáng ngạc nhiên, nhưng bạn có còn nhớ hồi đầu năm máy dò LIGO đã phát hiện ra sóng hấp dẫn, chứng minh dự đoán 100 năm trước của Einstein là đúng. Tại sao LIGO không được chọn trao giải? Đơn giản là nó được công bố vào tháng 2, trễ thời điểm nộp xem xét Nobel vào tháng 1. Và thật ra thì lắm khi giải Nobel được trao sau nhiều năm từ khi công bố công trình nghiên cứu, thậm chí là sau khi nó chứng minh được rằng đã thật sự tạo nên thay đổi cho ngành đó. Thêm nữa là để ý thì tất cả các nhà nghiên cứu được trao giải lần này đều là nam. Cho tới nay chỉ có 2 người nữ duy nhất được trao giải Nobel Vật lý là Marie Curie vào năm 1903 và Maria Goeppert Mayer vào năm 1963.

Bấm để mở rộng...