吉林
物理学界几十年来的一条传统认知，被中国科学家的新实验打破了。
10月7日，国际顶级学术期刊《自然》同一天发表了两篇研究论文，宣布科学家首次在实验中观测到一种特殊现象——临界拓扑态。
这项研究由中国科学技术大学蒋建华教授团队、新加坡南洋理工大学张柏乐教授团队等分别开展实验，宁波东方理工大学余雪佳教授参与两项研究。
听起来非常深奥，但如果用一个水库的故事来解释，就容易理解了。
为什么没了堤坝，水还能有规律地流动？
想象一座水库，周围有坚固的堤坝，水被限制在一定范围内，可以按照特定的路径流动。
现在，突然把堤坝全部拆掉。
按照常识，水会向四周扩散，原来的流动规律也就难以维持。
但中国科学家在实验中发现了一种特殊情况：即便类似堤坝的保护条件消失了，系统边缘依然能够保持一种特殊的有序状态。
这正是此次发现最令人惊讶的地方。
当然，实验研究的并不是真正的水，而是物理学中一种叫作拓扑的特殊性质。
什么是拓扑？
举个简单的例子。
一个甜甜圈中间有一个洞，一只有把手的咖啡杯也有一个洞。
如果它们都是可以任意拉伸、挤压的橡皮泥，那么不用剪断或者粘合，就能把其中一个变成另一个。
在数学家眼里，它们具有相同的拓扑特征。
物理学家发现，有些材料也具有类似的特殊性质。
例如，某些拓扑绝缘体内部不容易导电，但边缘却可以导电，而且这种边缘传输具有一定的抗干扰能力。
过去，科学家通常认为，这种特殊性质需要一道名为“能隙”的保护屏障。
能隙可以简单理解为某些能量状态之间存在的一段空白区域，它帮助系统维持特定的拓扑性质。
可当系统处于某种相变临界状态时，这道能量屏障会消失。
按照传统理论的适用条件，原来的拓扑保护也就难以成立。
中国科学家究竟做了什么？
蒋建华团队没有直接在复杂的量子材料中寻找答案，而是换了一种思路。
他们利用3D打印技术，制作出一种特殊的人工结构，叫作声子晶体。
可以把它理解成一座专门为声音设计的迷宫。
声音进入以后，会按照研究人员设计的规律传播。
通过精确测量声波的变化，科学家就能研究与量子系统相对应的物理现象。
但问题来了：没有能隙，怎么判断拓扑性质还在不在？
团队使用了一种叫作“纠缠谱”的测量方法。
这就像在黑暗中看不清一个物体，却可以通过分析它投下的影子，判断它的形状。
最终，研究人员不仅观测到了没有能隙时依然存在的拓扑特征，还把实验研究扩展到了二维系统。
这项发现意味着什么？
首先，它证明了传统拓扑理论所依赖的一些条件，并非所有拓扑现象都必须满足。
其次，它为理解物质如何发生相变提供了新的研究方向，也可能为未来声学、光学器件的设计带来启发。
不过，需要说明的是，这次实验使用的是经典声波系统，并不意味着科学家已经在真实量子材料中直接发现了这种状态，更不代表相关技术已经可以商业化。
它的重要意义，首先在于基础物理理论取得了新的实验突破。
科学的发展往往就是如此。
我们以为某种现象不可能存在，有时只是因为过去的理论和实验手段还不够完善。
几十年来被认为难以共存的两种物理性质，如今终于在实验中相遇。
而真正值得期待的问题是：未来，科学家能否在真实量子材料里找到同样的现象？
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