如果一根绳子上打了个结，我们想解开这个结，却发现绳子是首尾相连的，那么去除绳结的唯一办法，就是把绳子割断。物理学家用其来比喻拓扑性质之坚固，这种结构就如同“获得保护”，不可以被轻易破坏。
正是这三位获得诺贝尔物理学奖的美国科学家，打开了一扇通向未知世界的大门——在那里，物质有着与我们的世界完全不同的奇异状态。
他们运用先进的数学方法，对超导体、超流体或薄磁膜等物质的异常状态与阶段进行了前所未有的探索。他们所做的先驱性工作，让此方面的研究如今正向着物质的更多新奇性状拓展。
不管我们怎么解释，拓扑都不好理解。
拓扑学其实是从数学的角度看物理，它本是数学的一个分支，主要研究的是几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的性质。据诺贝尔奖评选委员会介绍，三名获奖者正是将拓扑概念应用于物理研究，他们取得成就的关键，就是发现物质的拓扑相变和拓扑相。
何为相变？物质从一种相转变为另一种相的过程。通常认为，物质分为固相、液相、气相。而相变就是我们常见的固体的冰融化成液体的水，液体的水又可以变成水蒸气等等。但是，当物质变得极薄的情况下，譬如说在平面上，物质的相又是什么状态呢？
据评委员会介绍称，平面中的物理现象，和人们熟知的常规世界大相径庭。在分布非常稀少的物质中，可以包含了数百万个原子，每个原子的行为都能用量子物理学来解释，而很多原子结合的时候又会显示出完全不同的特性。三位获奖者的研究成果，正是揭示量子物态和量子相变中，拓扑性质起到怎样的决定性影响。
早在上世纪70年代，戴维·索利斯和迈克尔·科斯特利茨，就用拓扑理论推翻了当时盛行的理论，即超导或超流体现象无法发生在薄层中。他们演示了低温超导现象，并解释了为何超导无法存在于高温中的机制与相变。
到了80年代，戴维·索利斯已能够解释为何在以前的实验中，超薄导电层的导电率可以实现整数级精确测量，他向世人展示了这种整数倍电导率正是这些材料天生的拓扑性质。而差不多在同一时期，邓肯·霍尔丹发现了拓扑概念可以用来理解一些材料中发现的小磁铁链的属性，正是原子磁性的不同使这些链条呈现出完全不同的特性。
三位科学家采取不同的方式，利用拓扑发现全新的物质形态。对于这些成果，瑞典皇家科学院在新闻公报中说，得益于他们的研究，在过去的十年间，这个领域发展迅速，如今我们知道了很多拓扑相，这些相不仅存于薄层（二维）和细线（一维）材料中，也存在于普通的三维材料中。科学家们现在可以探索物质的新相变，未来有望应用于激动人心的的超导材料和电子学领域，甚至是未来的量子计算机中。
今年物理奖三位得主的出生地都是英国，目前也都在美国的高校从事研究工作。戴维·索利斯生于1934年，目前为美国华盛顿大学教授；邓肯·霍尔丹生于1951年，现就职于美国普林斯顿大学；迈克尔·科斯特利茨出生于1942年，现就职于美国布朗大学。
据官网称，今年诺贝尔物理学奖奖金共800万瑞典克朗（约合93.33万美元），索利斯将获得其中一半，霍尔丹与科斯特利茨将共享另一半。
三位科学家利用高等数学方法发现了物质不寻常的阶段和状态，这些数学理论在当时非常的抽象，到现在依然冷门且不容易理解——就在4日晚诺贝尔奖公布现场，评委会成员居然拿出一袋面包来解释拓扑：分别是没有洞的肉桂面包、一个洞的面包圈和两个洞的椒盐蝴蝶卷。因为在拓扑上，这几种面包结构是完全不一样的，你可以弯曲它、挤压它，但无论如何，除非你动手撕开，否则无法改变面包洞洞的数量。
神奇的拓扑为物理学领域提供了一个重要的工具，其不仅在今天，甚至在未来还将发挥巨大作用。在诺奖现场电话连线中，本届得主之一霍尔丹激动中仍然表示，他的科研工作还在继续进行中。或许，为一个世人眼中冷门偏僻的领域而奋斗终身，这段研究生涯长而劳累，却并不苦涩。
▲图为获奖者之一、普林斯顿大学教授邓肯·霍尔丹4日下午在校长艾斯格鲁伯陪同下，介绍自己的获奖成果和研究工作。科技日报驻美国记者 王心见 摄
“祝贺您，霍尔丹教授！”4日下午，科技日报记者见到了瑞典皇家科学院当日公布的2016年诺贝尔物理学奖得主之一、普林斯顿大学邓肯·霍尔丹教授。
“谢谢!”面对科技日报记者送上的祝贺，霍尔丹教授一边说着感谢，一边和记者握手致意，脸上挂满了亲切的笑容。
虽然在学术界早已闻名遐迩，又是最新加封的诺贝尔物理学奖得主，从霍尔丹教授的语气和笑容中，感觉不出丝毫的孤傲或冷漠。
“霍尔丹教授是个非常热情和随和的人，平时会时常和人开开玩笑。和他相处非常愉快，有时做实验太累了，他还会请我们吃饭或到他家中做客。”霍尔丹教授的弟子、博士研究生沈煜这样对本报记者表示。
霍尔丹教授的幽默个性似乎很难隐藏。“您准备用诺贝尔奖金做什么？”有人这样问他。“我要把其中一部分交给国税局。”周围一阵大笑。
“霍尔丹教授待人还非常真诚。有时你学业上遇到困难，他会一遍又遍地和你讨论，不管讨论多少次也不会感到厌烦，他会不断帮你探讨新的研究路径。”沈煜表示。
对于学生，霍尔丹教授身上似乎有种使命感。4日凌晨得到自己获得诺贝尔奖的消息，上午仍然出现在教室中上课。
“上课是我的义务，也是我的骄傲。”霍尔丹表示，“回到自己的工作上是我应该做的。这些学生是刚入学的研究生，他们对未来怀着期望，我应该给他们做个表率。”
霍尔丹认为，老师的引导作用对学生非常关键。他在剑桥大学上学时，不知道该学什么好。到了大学最后一年，遇到了一位老师，他的激励和启发使霍尔丹对凝聚态物理产生了强烈兴趣，从而走上了物理学研究道路。而这位老师后来还成为了他的博士论文指导老师之一。这位老师就是霍尔丹现在的同事、1977年诺贝尔物理学奖得主菲利普·安德森。
“如果当时我遇到一位好的化学老师，说不定我会学化学了呢。”霍尔丹开玩笑地说。
对于霍尔丹获得诺贝尔奖，沈煜表示自己一直认为只是时间早晚问题。谈到自己导师的特点时，他表示：“霍尔丹教授在学术上的最大特点，就是他的创新思维。他总是能从新的角度思考问题，这样使他取得了一个又一个的突破性成就。”
霍尔丹教授的同事博耐维格教授对他的创新性思维也非常推崇：“邓肯考虑问题的方法与别人不同。他思考的过程非常与众不同。这也许他能想出这么多令人惊奇事情的原因。他不是按通常步骤想问题。”
博耐维格教授推崇的还有霍尔丹教授的勤奋。“邓肯有时和我连着六、七个小时讨论物理问题。经常他夫人晚上七点半打电话叫他回家吃饭，他会说完马上回去，然后接着讨论问题。夫人再打电话过来，他会说已经到电梯口了。这样接着再讨论两三个小时。”
谈到霍尔丹教授的勤奋，沈煜也深有同感：“霍尔丹教授另外一个特点就是非常勤奋。经常我们晚上实验做到几点，他也在实验室工作到几点。”
在谈到自己的研究时，霍尔丹认为宽松的研究环境非常重要。他认为研究不能只追求发现一些非常有用的东西。“非常有用的东西经常是因为其他原因发现、后来证明是有用的。”
霍尔丹还认为学术上要取得成功，需要对研究充满兴趣，在研究中获得乐趣。博耐维格证明了霍尔丹的这个说法：“他进行物理研究的过程是个享受的过程，没有什么比每天进行14到18个小时的物理研究更令他享受。”
霍尔丹表示，获得诺贝尔奖虽然很高兴，但自己工作的价值却不需要诺贝尔奖来证明。“我认为我工作的价值与是否得到诺贝尔奖无关。我非常高兴能有幸对这个领域做出贡献。我不认为需要诺贝尔奖去证实自己的工作。我不需要浪费时间去考虑是否获奖。”
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