8月8日，國際理論物理中心（ICTP）宣布，2018年理論物理狄拉克獎由三位物理學家分享。他們分別是哈佛大學的Subir Sachdev、芝加哥大學的Dam Thanh Son以及麻省理工學院的華人學者文小剛。他們對強相互作用多體系統中新型相態及相變的理解做出了獨立貢獻，並且創新性地引入了跨領域的研究方法。
對於文小剛，國際理論物理中心的官網報導這樣評價：他創新性地提出了拓撲序的概念，並將其應用於研究有能隙的量子系統。他發現擁有拓撲序的態包含非平庸的邊界激發，並且發展出量子霍爾系統邊界態的手性Luttinger理論。在意識到量子霍爾態無法用一般的Landau paradigm來標誌後，他發展出了新的分類方法。此外，他還揭示了量子序與糾纏間的深層聯繫。最近，他發展出了對稱保護拓撲相的概念。這些觀點與量子場論中的反常有著緊密聯繫。
文小剛是凝聚態物理領域的當代著名理論物理學家，現任美國麻省理工學院（MIT）終身教授、格林講席教授，美國物理學會會士，加拿大滑鐵盧前沿理論物理研究所（PI）牛頓講席教授。1982年他畢業於中國科學技術大學低溫物理專業。但由於對更寬廣的凝聚態物理感興趣，文小剛赴此領域的權威安德森（P·W·Anderson）教授所在的普林斯頓大學求學。但很快，普林斯頓大學一批年輕教授在高能物理領域的活躍主導地位，讓文小剛在博士期間研究起了高能物理，師從當今物理學界大名鼎鼎的愛德華·威滕（E·Witten）。在博士後期間，文小剛重返凝聚態物理學研究領域。
文小剛擁有十分清晰的物理圖像，他對量子多體系統有非常好的洞察力，他把凝聚態物理語言由狹義物態推廣到宇宙普適，獨立開創並發展了量子物態的拓撲序/量子序理論，和基本粒子的弦網凝聚理論。他的系列工作開闢了拓撲物態（topological state）、對稱保護物態（symmetry protected state）、長程量子糾纏（long range entanglement）等物理新領域，進而提出了「信息就是物質」這一新的世界觀，是當代理論物理了不起的啟示錄。
2016年，《賽先生》在北京專訪文小剛教授，暢談當代物理學研究的重大問題和他在探索解決這些基本問題時，設法徹底改變與宇宙對話的理論範式的研究道路。以下為專訪選摘——
關於當代物理
就物理學的基礎問題而言，人類一直追求萬物起源這一問題，希望了解萬物是從哪兒來的，基本規律是什麼。直到今天，這個問題都還是物理學的最大夢想。但有人會說，這個問題不是已經解決了嗎？我們有基本粒子的「標準模型」，有牛頓的萬有引力理論，還有愛因斯坦的廣義相對論，這些已經把我們的世界解釋得清清楚楚，很讓人滿意了。但實際上不是這樣的。在標準模型提出40年後的今天，沒有一個物理學家認為標準模型是基本理論，大家都認為它只是一個近似的有效理論。基本粒子的起源到底是什麼，不知道，這就是問題。
愛因斯坦的廣義相對論是非常漂亮的，好像這麼漂亮的東西應該是個基本理論。但實際上也不是。廣義相對論也是一個近似的有效理論。為什麼呢？因為愛因斯坦的廣義相對論是一個經典理論，和量子力學格格不入，雖然它很漂亮，但它只是一個漂亮的經典近似，它是從什麼樣的量子的結構中出來的？也不知道。所以，有沒有更基本的、更漂亮的量子結構能把廣義相對論、引力和基本粒子都搞出來，我覺得這還是基本物理學最大的未決問題。
《尺度、法則和生命》（圖源：Sean Lang）
我是做凝聚態物理的，為什麼要談這個高能物理的問題呢？因為在我看來，這個物理學最大夢想的答案可能就在凝聚態物理裡面。雖然我們一直想弄清楚基本粒子、時空、引力的真正起源，但長期以來，進展甚微。在山窮水盡時，出路往往在意想不到的方向。1989年以來，我們在凝聚態物理的研究中，發現了新型物質態——拓撲物態。後來我們意識到，拓撲物態起源於複雜體系裡的量子糾纏[1]。表面看來，拓撲物態量子糾纏和基本粒子的起源毫無關係，但我現在認為，它們是完完全全聯繫在一起的。也就是說，複雜體系裡的量子糾纏是基本粒子、時空、引力的起源。這種解決問題的思路和以前很不一樣。
以前的思路是，你要找一個東西的起源，都是要把它分解，來得到其組成和基本構件，分得越小就越基本。但現在考慮量子糾纏的話，解決問題的思路就變了。我們認為萬物（基本粒子及空間）源於量子比特：空間是量子比特的「海洋」，基本粒子是量子比特的波動渦旋，基本粒子的性質和規律則起源於量子比特海中量子比特的組織結構（即量子比特的序）。新思路下，結構是更重要的。考慮結構會使我們對自然界的基本性質有更深刻的理解，這跟老思路考慮物質的構件很不同。二者的區別就好比，觀察一根繩子時，是看它由什麼分子構成的，還是看這根繩子的扭結結構是什麼。老思路看重基本構件是還原論，而新思路看重組織結構（序）是演生論。
所以說，問題還是老問題，但由於最近凝聚態物理帶來的一些新思維方式和新思想，也許會使老問題得到解決。
關於第二次「量子革命」
我們現在對複雜體系的量子糾纏的研究（即對拓撲物態的研究），可以說是第二次量子革命。這一研究想要解決很多基本問題：它首先要統一所有基本粒子，把光和電子統一，也要把引力和空間統一進來。就是想統一這些很不同的現象。比如說要統一光子和電子，這好像很困難，因為光子和電子，一個是玻色子，一個是費米子，差太遠了。但我們最近就發現，這好像是可能的。因為，量子比特海中的量子比特會有一種叫「長程量子糾纏」的現象，這量子比特海中的波可以是光波，量子比特海中的「渦旋」可以是電子。這說明光子和電子是可以被統一描寫的。但我們面臨的局面，跟牛頓當時面臨的情況一樣，長程量子糾纏是個新現象，沒有現成可用的數學方法，可能需要我們發明新的數學。
從這個意義上講，對複雜體系的量子糾纏的研究，就有點「革命」的意味了。第一，我們要統一的各種現象，非常基本的現象，像電子、光子、引力，各種各樣的相互作用，都要以同一個框架來理解它。第二，我們要研究探索新的物質態——拓撲物態。拓撲物態有可能成為量子計算的理想媒介。這些都源於一個基本物理現象——長程量子糾纏。
但我們發現長程量子糾纏可以非常複雜和豐富。它也非常新，新到我們現有的數學都無法描寫它，可能需要發展新數學。現在很多數學家也在做這個工作。由於這些原因，我認為，我們現在遇到了物理學的一個新的大發展的機遇，這就是量子糾纏。
長程量子糾纏是凝聚態物理裡的新的物質態起源。它又可能是基本粒子的起源。這是因為我們可以把真空本身看作一種物質態，一種很特殊的、高度糾纏的物質態。此外，它還和量子計算機有關，因為長程量子糾纏可作為量子計算的理想媒介。最後，它又跟現代數學有關，因為量子糾纏需要新的數學。當物理學需要某種新數學時，這一數學就會蓬勃發展起來。綜合考慮下來，我覺得第二次「量子革命」已經來臨。這是一個非常激動人心的事情。
但是長程量子糾纏能不能統一粒子物理中的四種相互作用？能不能更進一步統一光和電子？能不能統一所有基本粒子？我認為是可能的。我這麼認為，是因為我很熟悉量子糾纏。我明確地感覺到，也深深地相信，長程量子糾纏能統一所有基本粒子。但量子糾纏太新了，一般只有學量子信息和凝聚態物理的人比較熟悉，一般學物理的人都不熟悉量子糾纏，所以他們自然而然也不從這個角度想問題，不見得認同這種觀點，或者說他們還沒能理解到，反正就是看不出來量子糾纏和基本粒子的統一有什麼聯繫。但這要以後再慢慢看，看看這種觀念能不能傳播到高能物理的基本粒子理論裡頭去，我覺得可能需要一些時間。
關於「猜」的學問
當一個未知的事物出現的時候，我們怎麼去了解它，甚至連描寫它的語言都沒有的時候，我們該怎麼思考呢？一個做物理的人怎麼能想到這些全新的東西？這就要敢想敢猜。我經常說，要有非邏輯的思考，要有天馬行空般的聯想。多猜一猜，也許慢慢就能拼湊出來，是怎麼一回事兒了。
很多中國學生由於高考的原因，受到的科學訓練非常嚴格，但嚴格都嚴格在計算上，就是題已經出好了，你給我算出來。學校教育就是告訴你一大堆知識，你把它吸收掉。學生都是在吸收知識、消費知識，做計算，然後掌握知識，學校不太注意讓大家去胡思亂想，去猜。但是做研究，猜是特別特別的重要。如果僅憑推導演算的話，那就完蛋了。為什麼呢？因為你推導演算什麼問題，你總得有個數學框架，有個什麼東西供你去推導演算，這些都是老東西，都是在以前的框架裡頭琢磨，所以光推導演算的話就跳不出那個框子來，得不到新的東西。
（圖源：gaosan.com）
物理革命中出現的都是全新的東西，理論提出以前，連名詞、語言都沒有，什麼都沒有，你怎麼去想，怎麼推導演算，這是一個基本問題。其實我也不知道怎麼想，我經常也做得不是太好。但我覺得，就算什麼都沒有，也能想。這是非邏輯的、片斷的、互相矛盾的思考猜測。但吭哧吭哧這麼搞，最後也許就能拼湊點什麼出來。做物理創新，需要在什麼都沒有的情況下，還能夠去做工作。
強調新穎比正確更重要，是強調大膽猜想，對不對以後再說。如果你光尋求正確的話，不容易跳出原來的框框。如果你想新東西，哪怕它不正確，哪怕自相矛盾，說不定以後修修補補能把這矛盾解決掉，也許還能有個全新的東西跑出來。而且一般來說，就算你想錯了，事後大家查一查，發現哪裡錯了，也容易修正。但如果你連個想法都沒有，那就什麼都沒有了，也就無所謂修正不修正了。
我是鼓勵我的學生猜，但不太容易。因為這種思路等人到了研究生階段已經比較難培養了，實際上小學生的時候就應該這麼想。至於帶研究生，我主要還是教學生們一些研究的經驗，鼓勵學生一起討論問題，希望從我們討論問題的過程中，讓他們學到我的一些思考方法。其中關鍵是，腦子裡要有很多很多對自然的疑問，這個很重要，有這些問題的話，你才能老去想去猜這些問題的可能的解決方法。因為這些問題蘊含了很多矛盾，你得猜怎麼能把它們湊在一起。不一定要用推導的辦法來解決這些矛盾，主要是東湊湊、西湊湊，東猜猜、西猜猜的這種思路。但這跟中國現在的教育方式有很大衝突。
我是在文革中上小學、中學，種種機遇，碰巧培養了這樣的思路。我喜歡看各種各樣的書，但在文革時期，也沒有什麼書好看。科學書就兩種，一個是《十萬個為什麼》，一個是《科學小實驗》，這兩套書我看了不知道多少遍。但這種書對一個小學生來說比較吃力，它講了很多有關自然現象的知識，但真正的科學的背景原因我並不知道，所以一堆東西就這麼亂七八糟塞進了腦子，各方面也湊不到一起。
到我上大學的時候，開始讀各種各樣的科普文章，也是亂七八糟的東西湊在一起，腦子裡就跟一鍋漿糊似的。你總是覺得一鍋漿糊不好，總會想著怎麼把它排一排，順一順。科學知識沒學到家的時候，就是自己胡謅一通，硬湊到一起。但這個過程特別重要，我一天到晚就在那猜猜想想，得到很好的鍛鍊。反倒是假如已掌握的知識都齊了，思維就死了，猜猜想想的鍛鍊也沒了。課本上把什麼事情都解釋了，就把你猜的機會也給剝奪了，一看到這個現象就知道是這個知識解釋，看到那個現象就知道是那個知識解釋，自己就不去想了。所以，在學習課程之前，碰到一個現象，就自己先去想想，想法不見得對，但過程特別重要。一旦你腦子裡有了這個問題的思路以後，你知道上一門課到底是要解決什麼問題，這樣上課效率就會很高。這是我自己學習的一個很重要的經驗，我稱之為「零碎學習」，就是零零碎碎、莫名其妙搞一大堆東西，然後自己試著拼拼湊湊，猜來猜去。上課的時候也按著安排上，課堂知識能解釋很多疑惑，但你還是有很多其他東西可以繼續猜啊想啊，養成這種猜想習慣。
關於好的工作
做科學，首先要放棄把金錢作為做科學的價值觀。因為科學追求一種美，這點和藝術是相通的。雖然有人做藝術的初衷，是做藝術可以多賺錢，但這樣的人一般很難做成大家，可能賺錢上比較成功，但如果以對藝術的貢獻來評價的話，就很可能不成功。同樣地，科學想要的是開拓新知識，你要想怎麼努力才能創新，才能得到更多的新知識，這裡是沒有金錢價值觀的位置的。科學是以好奇心、求知慾為動力的。你覺得這東西好玩、有意思，就行了，這點跟藝術很像。在藝術上，畫什麼樣的畫，什麼是好什麼是不好，都是你自己覺得好就好了，你自己喜歡這樣就這樣。
（圖源：sloanesolanto.com）
所以我覺得，做科學，研究人員要以好奇心，以自己對美的判斷來判別哪個工作好哪個工作不好，哪個方向好哪個方向不好，自己到底該怎麼做，這樣才是比較合適的。但是什麼叫做「好」呢，基本上你自己覺得是好的就好了。同時你也希望，自己對好的標準的判斷能夠被大家認可。你欣賞的東西，大家也欣賞，大家也跟著做，這樣就形成了自己的風格，引導了一個潮流。有一些工作，是短期大家就能認可的；而有一些工作，要經歷比較長時間才能被認可。如果你有一個「藝術」價值觀，你就能堅持自己的看法，堅持自己對美的追求。所以我說中國人要有自信，要能自己制定「好」的標準。如果你覺得好你就做，別人覺得你做得好，會跟你一起做，你的風格就起來了，你就變成引導潮流的了。而如果你老是沒有這種自信，不這麼做的話，永遠成不了大家。我們上學固然是為了學知識，但更重要的是，我們希望在學習的過程中，建立起好的價值觀，培養好的審美能力。這樣你自己欣賞的東西，別人也會欣賞。用你的欣賞力作為指導，做出的東西，以後會成為能留下來的東西，是別人喜歡跟你一起做的東西。
由於每個人對美的定義都不一樣，所以科學有各種各樣的風格和形式，非常豐富，不容易形成一個唯一的學派，這樣整個環境就比較健康，這點是科學和藝術相似的地方，所以做好科學的思想方法跟做好藝術的思想方法是很接近的，都要建立在對美的追求上。科學發現的過程和藝術創作也有相似的地方。作畫是在一張白紙上畫東西，有點無中生有的意思；科研創新也有無中生有的過程，要走別人沒走過的路，在一片空白的地方慢慢做出個新的東西來。這個過程要你構思從大框架到小框架的所有細節，而不是在已經有了框架的地方去加點東西填空，不是找答案，不是解題。科學家和藝術家都強調創造性，而不是強調實用性。
雖然不是強調實用性，但科學是有基本底線的。科學的東西都是可以被驗證的。一般來講，「民科」是最創新的。他們自己有些想法非常好，那種思維方式我也很贊同。但有一點是，他們好多論述是不科學的，也就是不能被證偽的。如果不能被證偽的話，那就變成沒有意義的東西了。所以你首先要學會，如何說有意義的能被證偽的論述，哪怕說錯了也沒有關係，只要有意義。說得多了，總能說對一次。但如果論述不能被證偽，那比錯的論述還差勁，這樣就會有問題。所以大學或者研究生的訓練，會讓你知道，哪一些論述是可以被檢驗對錯的。要懂得怎麼說出有意義的話，需要一些嚴格的科學訓練，如果光強調創新就會有問題。
[1] 量子糾纏是量子體系狀態的性質：量子力學中不能表示成直積形式的態稱為糾纏態。舉例說明：考慮兩個體系（如兩個比特），每個體系有兩個態，0和1，那麼兩個體系總共就有四個態：00、01、10、11。在量子力學中，我們有新形式的存在——這些態的「混合態」。（這種新形式的存在沒有經典對應，是量子力學的新概念。這也是量子力學的精髓。）我們用00+11 來標記這種新形式的存在，其代表00和11的「混合態」，00-11是另一個這種新形式的存在，其代表另一個00和11的「混合態」。類似00+01+10+11是00、01、10，和11的「混合態」。00+11和00-11都是糾纏態，因為其中第一個體系，既不是處於1態，也不是0態，甚至不是0和1的任意一個「混合態」。其第一個體系到底是處於1態還是0態，與第二個體系是處於1態還是0態有關。這就是量子糾纏。00+01+10+11不是糾纏態，因為其中第一個體系總是處於0和1的一個「混合態」，x態，x=0+1，和第二個體系無關。第二個體系也總是處於0和1的一個「混合態」，x態，x=0+1，和第一個體系無關。這是因為xx=（0+1）（0+1）=00+01+10+11。
糾纏態之間的關聯不能被經典地解釋。所謂量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間存在非定域、非經典的強關聯。量子糾纏涉及實在性、定域性、隱變量以及測量理論等量子力學的基本問題。
（該定義為文小剛所加）
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文章頭圖及封面圖片來源：李曉明
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