嘉宾:香港科技大学夏利莱博士物理学助理教授傅凯骏
「大家好,我叫傅凯骏,现在于香港科技大学担任夏利莱博士物理学助理教授。我研究的范畴主要是凝聚态理论物理学,特别关注量子物料以及量子多体系统的性质。」
傅凯骏教授表示,所谓量子多体系统,就是比如我们想像有很多电子,电子本质上是量子粒子,当很多这些量子粒子摆在一起时,可能会发生什么事,这就是他研究的范畴。
「譬如导电,简单来说就是给予一个电压,电子就会向某个方向移动,当然它们是平均地向某个方向移动,这样就能导电。这就是电子可能发生的事,你给它一个信号,它就会向同一个方向移动,因为它携带了一些能量,我们可以从中提取这些能量,这样就可以用电力来做很多事情。例如电动车运作的基本概念也是相近的,就是我们先把能量储存在电子,然后再提取出来让车子前进。这是一个可能性,但这是比较经典的理解,也就是把电子想像成一粒一粒的粒子,就像波子一样弹来弹去,平均而言向某个方向移动,想像这样形成了电流。但电子本质上其实是量子粒子,它不一定是一粒一粒的,也可以理解成像水波一样。这就是我们在量子力学之中形容为「波粒二象性」。我们会问,如果这些量子特性存在,可能会发生什么事呢?这就会有一些比较神奇的现象,例如有些材料基本上不导电,但不知道为何,它的表面却一定要导电。若说量子一粒一粒,它们停留在空间不懂得移动,理应是不导电的,但情况并非这样,不可以用粒子的模式来描述,而是因为它像水波一样,有波状的特性,所以材料本身不导电,但表面却一定要导电,这被称为拓扑学相关的量子材料。这是其中一个可能性,还有一个例子是超导体,超导体也不能理解成电子一粒一粒地向前移动,某些原因下,电子像是手拉手一起向前移动,这样就不会有电阻了。」
傅凯骏指,进行凝聚态理论物理学的研究,一方面会探讨基础的科学问题,而在应用层面,则会尝试了解有什么材料的特性是前人不知道的。
「我们这个领域主要研究的一个范畴是高温超导体。我们现在有高温超导体,但所谓的高温其实是零下负150度左右,这相对于传统的低温,即是零下负250度,已经算是「高温」了。但这个温度还不够高,所以我们经常问,有没有可能达到室温超导?这类研究有很明显的应用的可能性。如果我们能实现室温超导体,可能连一条电线都可以用室温超导体来制作,这样就能大大减少能源的损耗,这是一个应用层面的研究方向。另一方面,我们也研究一些更基础的科学问题,不一定直接问它的应用,而是纯粹问有什么可能性。凝聚态物理就是这两方面的结合。我们一方面对一些可能的应用感兴趣,另一方面也对一些基本的物理问题感兴趣,看看这个世界到底允许什么事情发生,两者均有研究,而两方面是相辅相成的。」
作为一位年轻科学家,傅凯骏认为,从事科研最重要的就是诚实和知所进退。
「诚实不是指我们在学校教学生不要作弊的那种普通意义的诚实,真正的诚实是对自己诚实,从事这类科研需要长时间思考,投入了很多心力后,很难接受一切都是白费功夫,但继续走下去未必有意义,所以对自己诚实就是要尽量以客观标准面对自己所做的,问自己未来做什么。 另一方面要知所进退,这也是告诉自己的,我们不能什么都不做,但也不能永远只做一些可能几千年内都无人类解决到的问题,知道有些问题一开始有些理由觉得可以处理,但做下去后发现真的非常困难,那就要知所进退,可能需要退后几步,或者做一些比较小的、但有一些成果的事情,并为此感到满足。」