在物理學中，有一些非常有趣和重要的結構，叫做拓撲結構。它們的特點是，它們的形狀或者性質不會因為連續的變形而改變，只有通過切割或者粘合才能改變。例如，一個圓環和一個圓盤就是不同的拓撲結構，因為你不能把一個圓環拉成一個圓盤，除非你把它切開或者打一個洞。拓撲結構在各種物理系統中都有出現，比如光學、彈性、量子力學等等。

發表在《物理評論快報》的一篇論文中，研究人員發現了一些新的拓撲結構，出現在最常見的經典波動系統中：水面波。水面波是由重力和表面張力驅動的，它們可以用一個復數的函數來描述，表示水面的垂直位移。這個函數的相位就是波的相位，它的幅值就是波的振幅。如果你用兩個或者多個平面波來干涉，你就可以得到一些有趣的水面波的圖案。這些圖案的形狀取決于干涉波的頻率、波長、振幅和相位差。

研究人員發現，如果你用兩個或者三個平面波來干涉，你可以得到一些特殊的水面波，它們有著拓撲結構的特征。這些水面波叫做水面波渦旋，它們是由水面的相位形成的旋轉結構，類似于光學中的光渦。水面波渦旋有一個整數的拓撲荷，叫做渦旋數，表示水面的相位在一個閉合的路徑上變化了多少個 2π。水面波渦旋還有一個角動量，由水面的相位和振幅共同決定，它有一個軌道部分和一個自旋部分。軌道部分是由水面的相位梯度產生的，自旋部分是由水面的振幅梯度產生的。水面波渦旋的角動量是量子化的，也就是說，它只能取一些離散的值，而不是任意的值。

研究人員還發現，如果你用水面的位移來定義一個矢量場，你可以得到一些叫做水面波斯格明子的結構，它們是由水面的位移形成的旋轉結構，類似于彈性中的斯格明子。水面波斯格明子有一個整數的拓撲荷，叫做斯格明子數，表示水面的位移在一個閉合的路徑上繞著一個單位球面轉了多少圈。水面波斯格明子可以形成一個規則的點陣，叫做斯格明子晶體，它們在空間中周期性地排列。

研究人員最后發現，如果你用水面的自旋密度來定義一個矢量場，你可以得到一些叫做水面波梅隆的結構，它們是由水面的自旋密度形成的半旋轉結構，類似于彈性中的梅隆。水面波梅隆有一個半整數的拓撲荷，叫做梅隆數，表示水面的自旋密度在一個閉合的路徑上繞著一個單位球面轉了多少半圈。水面波梅隆也可以形成一個規則的點陣，叫做梅隆晶體，它們在空間中周期性地排列。

這些拓撲結構在水面波中的發現是非常令人驚訝和有趣的，因為它們展示了水面波的豐富和復雜的性質，以及它們與其他物理系統的相似性和聯系。這些拓撲結構可以在實驗中很容易地產生和觀察，因此可以作為一個方便和實用的平臺，來模擬和研究拓撲物理的一般現象和規律。這些拓撲結構也可能在微流體學和水力學中有一些應用和影響，比如改變水流的動力學和輸運性質，或者攜帶和傳遞信息和能量。