萬物皆拓撲:在物理之間的求索 — 專訪香港浸會大學馬冠聰博士(下)
  • 2023-01-18 17:51

估計馬博士也沒想到當初的「玩一玩」,能讓他在研究路上屢獲殊榮,包括「2021中國新銳科技人物評選」躋身十大科技學術新星,更於 2022年成為首位榮獲「楊振寧獎」的本港學者。該獎主要表彰年輕人員的研究成果,並推動亞太地區物理學領袖的發展。對於馬博士的獲獎讚詞,大會的獎項說明為「表彰他在波動系統(Wave Systems)中有關厄米及非厄米拓撲相(Hermitian and non-Hermitian Topological Phases)的開創性研究。」評委們對馬博士的工作的肯定,表示其成果體現了拓撲學作為物理學基礎的普遍性,而且還通過帶來新的波操縱工具來振興經典波的研究。馬博士通過將拓撲物理學與非厄米系統聯繫,乃拓撲物理學的前沿。馬博士進一步解釋拓撲學未來能與任何學科交叉,產生跨學科成果。「萬物皆拓撲。真的真的,不是開玩笑。以前的人們還沒有把這個東西(拓撲)應用到物理上面。」

馬博士與團隊成員合照。(圖片來源:本中心攝)

談到近日的研究方向,馬博士的目前的研究趣向在聲學系統中,力圖實現新型的拓撲相。他認為拓撲相可在物理學的不同領域實現,包括電子、量子計算和經典聲學系統。只要能夠拆解不同物理系統中的拓撲概念,便能夠以全新角度來理解物理現象。最近馬博士率領浸大聲波功能材料實驗室的科研團隊,實踐聲學態的非阿貝爾編織(Non-Abelian Braiding),在量子計算中實現量子邏輯的重要一環,該研究有潛力推動聲波導和光操縱的發展,研究結果發表於《自然—物理》上,在大學官網的自述中,馬博士指「我們的研究顯示,實現量子邏輯並非難事,我們用經典系統來試驗,並觀察到有趣的應用效果,就像一個裝滿新玩具的盒子,讓我們探索如何裝配新裝置和實現新的聲波操縱結構。」

馬博士與團隊於實驗室內設置的聲學實驗裝置,利用拓撲理論,可控制聲波傳播或不傳播到指定位置。(圖片來源:本中心攝)

拓撲高深下自成蹊
物理高深,馬博士樂在其中,他亦喜見愈來愈多的國內學者參與到拓撲物理的研究上。「國內可能做得比較好的比如武漢大學。上個星期有報告,我第一次見到那個會議室是滿的,雲報告的500人的會議室,結果那個老師掉線了,一出去馬上有個人進去,他自己被擠出去了就進不來了,非常好笑。」

他再舉出幾個例子,「比如說關於聲波或者說電磁波,包括大物理裡面的拓撲,那太多了。又比如說凝聚態、量子,做這個的就太多了數不過來了。現在,跟波尤其是聲波結合的,相對來說少一些,有南大(南京大學)、蘇大(蘇州大學)。科大的陳老師、港大鼎鼎大名的張霜老師,主要做光學的,還有新加坡有幾個組,感覺東亞這邊相對集中。」

有報章與馬博士訪談後,以一段美妙的文字展現了他正在研究的聲波超材料的應用前瞻,「試想像一下,你正身處咖啡店享受着飄香的咖啡和悠揚的音樂,同一時間,僅幾枱之隔、坐在角落裏的學生正專注溫習,絲毫不受音樂的影響,因為他們根本聽不到音樂!千萬別誤會,他們既不是失聰,也沒有佩戴隔音器具,而是咖啡廳運用聲波超介面調控下的神奇效果。」

研究需時,距離應用尚有幾大步要走,但似乎已有公眾人士急不及待,馬博士笑著搖頭分享道:「昨天還有個人打電話來說,是個音響發燒友,想要把我這個(聲波超材料研究)裝到他的音響裡去。我就比較怕這種,不知道怎麼回答。」

對於大眾而言,馬博士認為學理科還是很重要的,「不光是物理,數學啊、理科啊,還是比較重要的。香港這方面確實還是比較欠缺。你看很多人看問題的方式或者邏輯能力,甚至是Public Figure,講話就沒什麼邏輯,分析一個問題就是東拉西扯。」目前在大學聯招的現實情況中,部份本科學生按排序抽籤,入了物理學系的學生未必對學習物理抱有極大興趣。馬博士洞悉情況,也會在日常教學中多鼓勵學生思考,「無非就是try to be多舉點例子之類的,其實我覺得,很多即使是基礎不太好的本科生還是願意學的。」但在香港過去一段時間的科研、科創環境當中,馬博士認為略有不足,「因為這個東西不是看他個人心意的,他要找工作,(在香港)讀物理的能找什麼工作去呢?而且我們現在很多家長的概念重點還是不在學術這裏,學生讀完書之後就推動他們去賺錢啊、自立啊。這個觀念很Prevailing(普遍的)。如果大家都這麼想,那我們就沒有辦法和主流想法做對抗。」


馬博士認為,香港學生對理科不感興趣的原因,當中有不少是受環境因素影響。(圖片來源:本中心攝)

有見特區政府這幾年大力推動創科,2022年的《施政報告》也提出了一系列措施,他認為對於對基礎科研亦會有一定程度的推動。「產學研這三個東西並不總是Cross-coupled,總會有一些東西Trickle  down(下滲)到基礎研究裏面。個人認為,這個(產學研)投入應該大大加大,香港在教育方面也好,研究方面也好都該大大加大。」

訪問上篇請按此觀看,完整訪問刊於京港學術交流季刊第135期

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