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2022諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng):遇事不決,量子力學(xué),微觀世界的魔術(shù)師

浙江都市快報(bào)
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2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)于北京時(shí)間10月4日17:45揭曉,獲得者為法國量子力學(xué)物理學(xué)家阿蘭·阿斯佩克特(Alain Aspect)、約翰·F·克勞瑟(John F Clauser)和奧地利物理學(xué)家安東·塞林格(Anton Zeilinger),頒獎(jiǎng)理由:他們通過進(jìn)行光子糾纏實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了貝爾不等式在量子世界中不成立,并開創(chuàng)了量子信息這一學(xué)科。

量子信息技術(shù)近年來是物理學(xué)家的研究熱點(diǎn),許多專家預(yù)測該領(lǐng)域正處于激動(dòng)人心的重大發(fā)展的風(fēng)口浪尖。這可能意味著量子計(jì)算機(jī)最終可以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地解決現(xiàn)實(shí)世界的問題。但這種新興技術(shù)背后的概念也可能導(dǎo)致更敏感的醫(yī)療診斷工具或更廣泛的安全通信網(wǎng)絡(luò)。

這三位物理學(xué)家開創(chuàng)了早期實(shí)驗(yàn),表明量子粒子可以相互聯(lián)系或糾纏,這樣一個(gè)隨機(jī)行為與其他人的行為之間的聯(lián)系比直覺上可能的要強(qiáng)得多。量子糾纏是許多最新量子技術(shù)進(jìn)步的核心。

阿蘭·阿斯佩克特在上世紀(jì)八十年年代早期,在做博士論文時(shí),做了驗(yàn)證貝爾不等式的實(shí)驗(yàn),后被稱為阿斯佩克特實(shí)驗(yàn),揭示了阿爾伯特·愛因斯坦、鮑里斯·波多爾斯基和內(nèi)森·羅森進(jìn)行的EPR思想實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤。

所謂“貝爾不等式”是判斷愛因斯坦根據(jù)“物理實(shí)在獨(dú)立于觀測者而客觀地存在”和“粒子間傳遞信息不超過光速,不存在超距作用的定域性原理”而與尼爾斯·玻爾辯論“量子力學(xué)”是否完備的標(biāo)準(zhǔn)。

而這個(gè)實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為:在特定的情況下,同時(shí)向相反方向發(fā)射的次級(jí)粒子,不管彼此距離多遠(yuǎn),都能夠彼此互通信息。在一方被影響而改變方向時(shí),雙方會(huì)同時(shí)改變方向。這也許會(huì)成為二十世紀(jì)最重要的實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)還激發(fā)了一些更為“尖銳”的解釋。例如,倫敦大學(xué)的物理學(xué)家David Bohm相信Aspect的發(fā)現(xiàn)意味著客觀現(xiàn)實(shí)并不存在,盡管宇宙看起來具體而堅(jiān)實(shí),其實(shí)只不過是一個(gè)巨大而細(xì)節(jié)豐富的全息照片(Hologram)般的幻象。

這就提出了一個(gè)尖銳的問題:“宇宙究竟是客觀現(xiàn)實(shí),或只不過是幻象” ?!

其實(shí),愛因斯坦一直對(duì)量子力學(xué)的機(jī)率解釋感到不滿,他曾在寫給玻爾的信中提到:“量子力學(xué)雖然令人贊嘆,但在我的心中有個(gè)聲音告訴我, 它還不是那真實(shí)的東西……我無論如何不相信上帝會(huì)在擲骰子!”

在貝爾不等式實(shí)驗(yàn)之后,阿斯佩還研究了中性原子的激光冷卻、玻色–愛因斯坦凝聚。

安東·塞林格教授幾十年來一直積極推動(dòng)中奧國際學(xué)術(shù)交流與合作。自1983年起,他與中國科學(xué)院以及中國工程院等機(jī)構(gòu)長期保持著溝通和交流,并與多家單位建立密切合作關(guān)系。其中,利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,他的團(tuán)隊(duì)合作參與了中科院主導(dǎo)的洲際量子通信實(shí)驗(yàn),在國際上首次實(shí)現(xiàn)北京-維也納兩地的量子保密通信,成果入選美國物理學(xué)會(huì)評(píng)選的2018年度國際物理學(xué)十大進(jìn)展。

塞林格教授盡其所能為中國學(xué)者參與國際交流與合作創(chuàng)造條件。2015年他組織奧地利科學(xué)院舉辦了發(fā)展中國家科學(xué)院第26屆院士大會(huì),中科院院長、發(fā)展中國家科學(xué)院院長白春禮等參會(huì),促進(jìn)了我國科研人員的國際交流與合作。塞林格教授受聘為中國科大、南京大學(xué)、西安交通大學(xué)的名譽(yù)教授,為中國合作培養(yǎng)了優(yōu)秀中青年學(xué)術(shù)人才16人,并在國際一流期刊合作發(fā)表論文60余篇,幫助他們在相關(guān)領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。

除了一份獨(dú)一無二的證書和金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢?022年的諾貝爾獎(jiǎng)的獎(jiǎng)金金額設(shè)定為每個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)1000萬瑞典克朗(SEK),約640萬元人民幣。

截至目前,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)已頒發(fā)過115次,其中47次授予單一獲獎(jiǎng)?wù)撸?2次由兩位獲獎(jiǎng)?wù)叻窒恚?6次由三位獲獎(jiǎng)?wù)叻窒怼?strong>從1901年到2021年,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)共次授予219位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。約翰·巴丁是唯一曾在1956年和1972年兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)摺_@意味著共有218人曾獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

該獎(jiǎng)項(xiàng)目前共有6位華裔獲獎(jiǎng)?wù)?/strong>

1957年,李政道與楊振寧一起,因發(fā)現(xiàn)弱作用中宇稱不守恒而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);

1976年,丁肇中因發(fā)現(xiàn)第4種夸克的束縛態(tài)—J粒子被授予諾貝爾物理獎(jiǎng);

1997年,朱棣文因“發(fā)明了用激光冷卻和俘獲原子的方法”榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) ,一起得獎(jiǎng)的還有美國科學(xué)家威廉·菲利普斯和一法國科學(xué)家科昂·塔努吉;

1998年,崔琦因解釋了電子量子流體這一特殊現(xiàn)象,獲得諾貝爾物理獎(jiǎng);

2009年,高錕因在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”作出突破性成就,獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

據(jù)人民網(wǎng)報(bào)道,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)主要集中四個(gè)領(lǐng)域:粒子物理、天體物理、凝聚態(tài)物理、原子分子及光物理。從2015年到2020年的6年中,天體物理領(lǐng)域的研究成果已經(jīng)4次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng):除了2019年的宇宙學(xué)理論和系外行星外,還有2015年的中微子振蕩(屬于天體物理或粒子物理)以及2017年引力波的發(fā)現(xiàn);而2020年的發(fā)現(xiàn)黑洞,也屬于天體物理領(lǐng)域。

附此前十年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者名單及其貢獻(xiàn)

2021年“對(duì)我們理解復(fù)雜系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”

真鍋淑郎(Syukuro Manabe)和德國科學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼(Klaus Hasselmann)“用于地球氣候的物理建模、量化變異性和可靠地預(yù)測全球變暖”

喬治·帕里西( Giorgio Parisi)“發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和波動(dòng)的相互作用”

2020年“黑洞的發(fā)現(xiàn)”

羅杰·彭羅斯(Roger Penrose)“發(fā)現(xiàn)黑洞的形成是對(duì)廣義相對(duì)論的有力預(yù)測”

賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel)和美國科學(xué)家安德烈婭·蓋茲(Andrea Ghez )“在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一個(gè)超大質(zhì)量致密天體”

2019年“對(duì)我們理解宇宙演化和地球在宇宙中位置的貢獻(xiàn)”

詹姆斯·皮布爾斯“物理宇宙學(xué)的理論發(fā)現(xiàn)”

米歇爾·馬約爾(Michel Mayor)和迪迪?!た迤澮颍―idier Queloz )“發(fā)現(xiàn)了圍繞太陽型恒星運(yùn)行的系外行星”

2018年“激光物理學(xué)領(lǐng)域的突破性發(fā)明”

阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)“用于光鑷及其在生物系統(tǒng)中的應(yīng)用”

熱拉爾·穆魯(Gérard Mourou)和唐娜·斯特里克蘭(Donna Strickland)“產(chǎn)生高強(qiáng)度、超短光脈沖的方法”

2017年“看見引力波”

雷納·韋斯(Rainer Weiss)、巴里·巴里什(Barry C. Barish)和基普·索恩(Kip S. Thorne )“對(duì) LIGO 探測器和引力波觀測的決定性貢獻(xiàn)”

2016年“發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)形態(tài)”

戴維·索利斯(David J. Thouless)、鄧肯·霍爾丹(F. Duncan M. Haldane)和邁克爾·科斯特利茨(J. Michael Kosterlitz)“理論發(fā)現(xiàn)拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎辔镔|(zhì)”

2015年“中微子的質(zhì)量”

梶田隆章(Takaaki Kajita)和阿瑟·麥克唐納(Arthur B. McDonald)“發(fā)現(xiàn)中微子振蕩,表明中微子有質(zhì)量”

2014年“實(shí)現(xiàn)白光源”

赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)和中村修二(Shuji Nakamura)“發(fā)明了高效的藍(lán)色發(fā)光二極管,能夠?qū)崿F(xiàn)明亮且節(jié)能的白光源”

2013年“證實(shí)基本粒子”

弗朗索瓦·恩格勒特 ( Fran?ois Englert)和彼得·希格斯 ( Peter W. Higgs )“一種有助于我們理解亞原子粒子質(zhì)量起源機(jī)制的理論發(fā)現(xiàn),最近通過歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此前預(yù)測的基本粒子而得到了證實(shí)”

2012年“測量和操縱單個(gè)量子系統(tǒng)”

塞爾日·阿羅什(Serge Haroche)和 戴維·瓦恩蘭(David J. Wineland)“用于測量和操縱單個(gè)量子系統(tǒng)的突破性實(shí)驗(yàn)方法”

2011年“發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹”

索爾·佩爾馬特(Saul Perlmutter)、布萊恩·施密特(Brian P. Schmidt)和亞當(dāng)·里斯(Adam G. Riess )“通過觀測遙遠(yuǎn)的超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹”

橙柿互動(dòng) 金弘彬 房婧怡 綜合報(bào)道

評(píng)論
演繹無限精彩
大學(xué)士級(jí)
這三位物理學(xué)家開創(chuàng)了早期實(shí)驗(yàn),表明量子粒子可以相互聯(lián)系或糾纏,量子糾纏是許多最新量子技術(shù)進(jìn)步的核心。
2022-10-04
大偉????♂?
太師級(jí)
物理學(xué)家通過進(jìn)行光子糾纏實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了貝爾不等式在量子世界中不成立,并開創(chuàng)了量子信息這一學(xué)科。
2022-10-04
科普,生活
學(xué)士級(jí)
《九日齊山登高》【唐】杜牧江涵秋影雁初飛,與客攜壺上翠微。塵世難逢開口笑,菊花須插滿頭歸。但將酩酊酬佳節(jié),不作登臨恨落暉。古往今來只如此,牛山何必獨(dú)沾衣。
2022-10-04