Duncan Haldane: İnanılması için otuz yıl bekleyen teorisyen

1980'lerde, yoğun madde fiziğinin geleneksel bilgisiyle o kadar derin bir çelişki içinde olan çalışmalar yayınladı ki, bunları yayınlatmakta bile zorlandı. Üç yıl sonra, diğer bilim insanları nihayet sadece kağıt üzerinde modellediği garip madde hallerini sergileyen malzemeler inşa ettiklerinde, Duncan Haldane Stockholm'den gelen telefonu aldı. Daha sonra karakteristik bir alçakgönüllülükle, "Çalışmam bir tür 'uyuyan'dı. Çalışmam başkaları tarafından genişletilene kadar bu kadar büyük bir olay haline gelmedi," dedi.

Bir fizikçinin sıra dışı kökeni

Frederick Duncan Michael Haldane, 14 Eylül 1951'de Londra'da doğdu. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra Yugoslavya-Avusturya sınırı yakınında görevliyken Haldane'in annesi, Sloven tıp öğrencisi Ljudmila Renko ile tanışan bir İngiliz Ordusu doktorunun oğluydu. Bu geçmiş, Haldane'e daha sonra İngiliz ve Sloven çifte vatandaşlığı kazandırdı; Sloven vatandaşlığı 2019'da verildi. Londra'daki St Paul's School'a gitti, ardından Cambridge'deki Christ's College'a girdi ve burada hem lisans derecesini hem de 1978'de doktora derecesini aldı. Düzensiz ve manyetik sistemler üzerine yaptığı çalışmalarla kendi Nobel Ödülü'nü kazanmış bir fizikçi olan Philip Warren Anderson'ın yanında çalıştı; Haldane'in kariyerinin sonunda nereye varacağı düşünüldüğünde uygun bir akıl hocasıydı.

Henüz kimsenin görmediği maddeyi teorize etmek

Haldane'in erken kariyeri, 1977'den 1981'e kadar Fransa'daki Institut Laue–Langevin'e, ardından Güney Kaliforniya Üniversitesi'ne ve 1986'dan itibaren Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'ya uzandı. Kariyerini tanımlayacak teorik çalışmayı ürettiği dönem, büyük ölçüde 1980'lerdeki bu dönemdi: Topolojiyi (sürekli deformasyon altında korunan özelliklerle ilgilenen bir matematik dalı; klasik örnek, her birinin tam olarak bir deliği olduğu için bir kahve fincanı ile bir donutun eşdeğer olmasıdır) tek boyutlu atom zincirlerinin manyetik davranışını ve maddenin aşırı düşük sıcaklıklarda girebileceği şaşırtıcı fazları tanımlamak için uygulamak. "Haldane tahmini" olarak bilinen şey, tam sayı ve yarım tam sayı kuantum spinli atom zincirleri arasındaki davranışta temel bir fark olduğunu öngördü; bu ayrım o zamanlar fiziksel olarak gerçek olamayacak kadar garip görünüyordu. Princeton'ın Nobel yılına ilişkin kendi anlatımına göre, Haldane bu çalışmayı "yayınlatmak için mücadele etti" çünkü alanın yerleşik varsayımlarına aykırıydı; fikrin öneminin inkar edilemez hale gelmesi için yıllar sonra denklemlerinin tanımladığı özelliklere sahip malzemeleri gerçekten sentezleyen diğer fizikçilere ihtiyaç duyulacaktı.

Princeton ve tanınma

Haldane, 1990 yılında Princeton Üniversitesi'ne katıldı ve sonunda Eugene Higgins Fizik Profesörlüğü ve daha sonra Sherman Fairchild Fizik Profesörlüğü görevlerini üstlendi; bu görevleri hala sürdürmektedir. Araştırmaları on yıllar boyunca Luttinger sıvılarını, kesirli kuantum Hall etkisini, dolanıklık spektrumu analizini, topolojik yalıtkanları ve Chern yalıtkanlarını ve uzmanların tek modüllü uzaysal metrik tensör alanları dediği şeyi kullanarak kuantum Hall fenomenlerinin geometrik tanımlarını kapsayacak şekilde genişledi. Bu teknik bir alan, ancak hepsi, bir fiziksel sistemin temelindeki matematiğin şeklinin, sadece enerjisinin değil, maddenin tamamen yeni fazlarını belirleyebileceği şeklindeki aynı temel içgörüyü genişletiyor. 1996'da Royal Society'ye ve on yıl önce American Physical Society'ye, ayrıca American Academy of Arts and Sciences, American Association for the Advancement of Science ve İngiltere'nin Institute of Physics'ine üye seçildi. 1993'te Oliver E. Buckley Yoğun Madde Ödülü'nü ve 2012'de Dirac Madalyası'nı aldı ve 2017'de ABD Ulusal Bilimler Akademisi'ne seçildi.

Nobel telefonu

Ekim 2016'da Haldane, Nobel Fizik Ödülü'nü Washington Üniversitesi'nden David Thouless ve Brown Üniversitesi'nden J. Michael Kosterlitz ile "topolojik faz geçişleri ve maddenin topolojik fazlarının teorik keşifleri için" paylaştı. İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, bu çalışmanın soyut matematiği gerçek malzemelerle birleştiren tamamen yeni bir araştırma alanı açtığını belirtti; ödül komitesi, bunun sonunda yeni nesil elektronik bileşenleri ve kuantum bilgisayarları besleyebileceğini kaydetti. Haldane, İsveç'ten gelen geleneksel sabah erken saatlerdeki telefonu Princeton saatiyle sabah 4:30 civarında aldı ve kendi anlatımına göre hem şaşırdı hem de memnun oldu; özellikle de temel teorik çalışmanın büyük bir kısmının, deneysel fizik yetişmeden önce on yıllar önce sessizce yapılmış olması ve alanın kendisinin, onun tanımıyla, bilim insanlarının bir zamanlar sadece kağıt üzerinde modelleyebildiği egzotik özelliklere sahip malzemeleri üretmeyi öğrenmesiyle o zamandan beri "patlama" yaşaması nedeniyle. Eşi Odile Belmont ile birlikte Princeton, New Jersey'de yaşıyor.

Duncan neden dahi olarak adlandırılıyor

Buradaki deha argümanı, fiziğin izin verdiği kadar açıktır: Haldane, saf matematik kullanarak, deneysel fizikçilerin ancak on yıllar sonra, teorik çalışmayı yaptığında henüz var olmayan malzemeleri ve teknikleri inşa ettikten sonra gözlemleyebilecekleri ve doğrulayabilecekleri fiziksel fenomenleri tahmin etti. Bu, teorik fiziğin en güçlü halindeki klasik tanımına yakındır: doğa kendini göstermeden önce doğayı doğru bir şekilde tanımlamak. Dürüst uyarı, Haldane'in izole bir şekilde çalışmadığıdır: Ödülü, paralel çalışmaları (Kosterlitz-Thouless geçişleri) iç içe geçmiş bir teori bütünü oluşturan diğer iki fizikçiyle paylaştı ve alanın gerçek dünyadaki etkisi (pratik topolojik malzemeler ve cihazlar), Haldane'in kendi ifadesiyle, hala nispeten erken aşamalarda, teslim edilen teknolojiden çok bir vaat. Başka bir deyişle, dehası, dünyayı değiştiren ani bir icattan ziyade, değeri bilim topluluğu tarafından tam olarak kaydedilmesi otuz yıl süren, alışılmadık derecede ileri görüşlü bir matematiksel modelleme olarak en iyi şekilde tanımlanır.

Miras

Haldane'in topolojik çerçevesi o zamandan beri yoğun madde fiziğinin en aktif dallarından biri haline geldi ve topolojik olarak korunan durumlar sıradan maddeyi bozan küçük rahatsızlıklara direndiği için bir gün daha sağlam kuantum bilgisayarları ve düşük güçlü elektronikleri destekleyebilecek malzemeler üzerine devam eden araştırmaların temelini oluşturdu. Kariyeri, teorik fiziğin kendi şartlarıyla doğrulandığının alışılmadık derecede doğrudan bir örneği olarak duruyor: 1983'te yayınlanması kolay olmayacak kadar garip kabul edilen bir fikir, 2016'ya gelindiğinde bilimin en yüksek onuruna layık görüldü.