邓肯·霍尔丹：等待了三十年才被认可的理论家
他在20世纪80年代发表的研究成果，因与凝聚态物理学的传统观点相去甚远，以至于他甚至难以将其付印。三十年后，当其他科学家最终制造出展现了他仅在纸上建模过的奇异物质状态的材料时，邓肯·霍尔丹（Duncan Haldane）接到了来自斯德哥尔摩的电话。他后来以其特有的谦逊说道：“我的工作是一种‘沉睡者’。直到我的工作被其他人扩展之后，它才变得如此重要。”
一位物理学家的不寻常身世
弗雷德里克·邓肯·迈克尔·霍尔丹于1951年9月14日出生在伦敦。他的父亲是一位英国陆军医生，在第二次世界大战后驻扎在南斯拉夫与奥地利边境附近时，结识了霍尔丹的母亲——斯洛文尼亚医学生柳德米拉·伦科（Ljudmila Renko）。这一背景使霍尔丹后来获得了英国和斯洛文尼亚双重国籍（后者于2019年授予）。他曾就读于伦敦圣保罗学校，随后进入剑桥大学基督学院，在那里获得了学士学位，并于1978年获得博士学位。他的导师是菲利普·沃伦·安德森（Philip Warren Anderson），这位物理学家因在无序系统和磁性系统方面的工作已获得诺贝尔奖，考虑到霍尔丹职业生涯的最终走向，这无疑是一位合适的导师。
对尚未被发现的物质进行理论化
霍尔丹的早期职业生涯始于1977年至1981年间的法国劳厄-朗之万研究所，随后前往南加州大学，并从1986年起在加州大学圣地亚哥分校任职。正是在这一时期（主要是20世纪80年代），他完成了定义其职业生涯的理论工作：应用拓扑学——数学的一个分支，研究在连续变形下保持不变的性质（经典例子是咖啡杯和甜甜圈是等价的，因为它们都有且仅有一个孔）——来描述一维原子链的磁性行为以及物质在极低温度下可能进入的惊人相。后来被称为“霍尔丹猜想”的理论，预测了具有整数自旋和半整数自旋的原子链在行为上的根本差异，这种区别在当时看来几乎太奇怪，以至于不像是物理现实。据普林斯顿大学对其诺贝尔奖获奖年份的描述，霍尔丹当时“难以发表”这项工作，因为它违背了该领域的既定假设；直到多年后，其他物理学家真正合成了具有其方程所描述性质的材料，这一思想的重要性才变得无可辩驳。
普林斯顿与认可
霍尔丹于1990年加入普林斯顿大学，最终担任尤金·希金斯物理学教授，后来担任谢尔曼·费尔柴尔德物理学教授，至今仍担任该职。几十年来，他的研究范围不断扩大，涵盖了拉廷格液体、分数量子霍尔效应、纠缠谱分析、拓扑绝缘体和陈绝缘体，以及使用专家所称的单模空间度量张量场对量子霍尔现象的几何描述——这些虽然是技术领域，但都扩展了同一个潜在的洞察：物理系统底层数学的形状，而不仅仅是其能量，可以决定全新的物质相。他于1996年当选为英国皇家学会会员，十年前当选为美国物理学会会员，同时还是美国艺术与科学院、美国科学促进会和英国物理学会的成员。他于1993年获得奥利弗·E·巴克利凝聚态物理奖，2012年获得狄拉克奖章，并于2017年当选为美国国家科学院院士。
诺贝尔奖的召唤
2016年10月，霍尔丹与华盛顿大学的大卫·索利斯（David Thouless）和布朗大学的J·迈克尔·科斯特利茨（J. Michael Kosterlitz）共同获得了诺贝尔物理学奖，以表彰他们在“拓扑相变和物质拓扑相的理论发现”方面的贡献。瑞典皇家科学院认为，这项工作开辟了一个连接抽象数学与真实材料的全新研究领域，诺贝尔奖委员会指出，这最终可能为新一代电子元件和量子计算机提供支持。霍尔丹在普林斯顿时间凌晨4:30左右接到了来自瑞典的传统清晨电话。据他自己描述，他既惊讶又欣慰——尤其是因为大部分基础理论工作是在几十年前悄然完成的，当时实验物理学尚未跟上，而正如他所描述的那样，随着科学家们学会制造出他曾经只能在纸上建模的具有奇异性质的材料，该领域本身此后已经“爆发式”发展。他与妻子奥迪尔·贝尔蒙特（Odile Belmont）住在新泽西州普林斯顿。
为什么邓肯被称为天才
这里关于天才的论点在物理学允许的范围内非常清晰：霍尔丹利用纯数学预测了物理现象，而实验家们在几十年后，在建造出他进行理论工作时尚不存在的材料和技术后，才能够观察并证实这些现象。这接近于理论物理学最强大的经典定义——在自然界展现自己之前，正确地描述自然界。诚实的忠告是，霍尔丹并非孤军奋战：他与另外两位物理学家分享了奖项，他们的平行工作（科斯特利茨-索利斯相变）形成了一个交织的理论体系，而且该领域对现实世界的影响——实用的拓扑材料和设备——正如霍尔丹自己所言，仍处于相对早期阶段，更多是承诺而非已交付的技术。换句话说，他的天才最好被描述为异常具有远见的数学建模，而不是立竿见影的改变世界的发明，这是一种其价值花了三十年才被科学界完全认可的贡献。
遗产
霍尔丹的拓扑框架此后已成为凝聚态物理学中最活跃的分支之一，为正在进行的材料研究提供了基础，这些材料有朝一日可能支持更强大的量子计算机和低功耗电子设备，正是因为拓扑保护状态能够抵抗那种会干扰普通物质的小扰动。他的职业生涯是一个异常直接的例证，证明了理论物理学在自身条件下得到了证实：一个在1983年被认为太奇怪而难以发表的想法，到2016年被认为值得科学界的最高荣誉。
