Topologas yra asmuo, negalintis pasakyti, kuo kavos puodelis skiriasi nuo tuščiavidurės spurgos. Toks sąmojis tiksliausiai atspindėjo ne itin plačiai žinomos mokslo srities ligšiolinę padėtį. Tačiau reikalai pasikeitė iš esmės, kai šį antradienį buvo paskelbti fizikos Nobelio premijos laureatai.
Iš tiesų topologija aiškina, kaip esamą medžiagos pavidalą galima deformuoti į visiškai naują neprarandant kertinių jo savybių.
Topologiniu požiūriu, kavos puodelį ir tuščiavidurę spurgą galima laikyti vienu ir tuo pačiu. Jeigu juos pagamintume iš gumos, atlikę atitinkamus sukimo ir tempimo veiksmus galėtume iš pirmojo pavidalo išgauti antrąjį nepakeisdami pirmojo esmės.
Abu objektai laikomi topologiškai ekvivalenčiais, nes kiekvienas iš jų turi po skylę – puodelis rankenėlę, o spurga kiaurymę savo centre.
„Jūs kuo puikiausiai galite prakišti pirštą pro arbatos puodelio rankenėlę, bet to paties, deja, nepavyks padaryti su bulve, todėl šie objektai priskiriami dviems skirtingoms topologinėms kategorijoms“, – pasakoja Saragosos universiteto (Ispanija) Teorinės fizikos padalinio mokslininkas Manuelis Asoris (Manuel Asorey).
Keistas fundamentalių pavidalų pasaulis ilgą laiką egzistavo tik matematikoje. Fizikams apie visa tai pavyko išgirsti vos prieš kelis dešimtmečius.
Ir iš tikrųjų, XX-ojo amžiaus viduryje garsus fizikas teoretikas Džordžas Gamovas (George Gamow) yra pasakęs, jog topologija yra viena iš dviejų matematinių koncepcijų (kita – skaičių teorija), kuri niekada nebus pritaikyta fizikoje.
Ką gi, tenka pripažinti, kad Dž. Gamovas šiek tiek suklydo.
Šiandien topologija yra sėkmingai įleidusi šaknis įvairiose fizikos šakose ir žada tikrai ne vieną praktinį pritaikymą, pradedant superkompiuteriais ir baigiant superlaidininkais.
Suteikdami medžiagoms „topologinių būsenų“ pavidalą, vieną gražią dieną mokslininkai tikisi perduoti energiją ar informaciją toliau ir sparčiau nei įmanoma dabar.
„Topologijos pradininkai nujautė, kad egzistuoja ryšys su fizika, – tęsia pasakojimą M. Asoris. – Tačiau realūs taikymai pasimatė tik šių metų fizikos Nobelio premijos laureatų dėka, kurie suvokė, jog topologija nėra kažkas matomo. Dabar tyrėjai paskleidžia šias idėjas ir kitose fizikos srityse.“
Kartais pavadinama tiesiog „guminės plėvelės geometrija“, topologija fizikoje kol kas išbandoma teoriniu ir eksperimentiniu lygmeniu.
Bet vis dėlto tikimasi, kad pagrindiniai jos principai įgaus praktinę ir net komercinę formą ateinančio dešimtmečio ar kelių bėgyje, ypač kvantinės elektronikos ir skaičiavimo srityse.
Pavyzdžiui, viliamasi, kad naujos medžiagos, išgautos pritaikius topologijos teoriją, naudos gerokai mažiau elektros energijos.
Esminė topologinių medžiagų ypatybė yra ta, kad jos sugebės išlikti tvirtos nepriklausomai nuo jas bandančių deformuoti jėgų poveikio.
„Būtent šis tvirtumas topologijoje ir yra tai, ką bandoma ištirti kaip ateities kvantinių kompiuterių konstravimo pagrindą“, – prideda Deividas Kapentieris (David Carpentier) iš Prancūzijos CNRS tyrimų instituto.
Kvantiniai kompiuteriai – nors vis dar mokslininkų galvose ir brėžiniuose – žada superspartų darbą tam išnaudodami subatominių dalelių savybę vienu metu būti keliose būsenose, arba vadinamojoje superpozicijoje.
Tačiau superspartus darbas gali baigtis paprasčiausiu perkaitimu, todėl topologiniai izoliatoriai, pasižymintys sau būdingu stabilumu, labai praverstų.
„Prieš dvejus metus būčiau pasakęs, kad prireiks mažiausiai dviejų dešimtmečių tam, jog pagaliau kažką sietino su topologiniais tyrimais išvystume parduotuvių lentynose, – teigia M. Asoris. – Tačiau šiandien mano spėjimas būtų dešimtmetis arba netgi mažiau.“
Žinoma, iki revoliucijos kompiuterių pramonėje kol kas dar toli, bet pirmieji žingsniai laboratorijose tiriant elementarias veikimo operacijas jau atliekami.
Šaltinis: When is a coffee mug a donut? Topology explains it
Daugiau:
„Google“ kuria naują vaizdo sintezės metodą