从仰望苍穹到微观量子,共赴追“光”之旅

作者:殷梦昊、梁启越、赵帅智摄影: 视频: 来源:《复旦》校报发布时间:2023-11-23


“热情,求知,直觉,机遇。”

从立志成为天文学家,到倾尽一生探索光的科学,终将“薛定谔的猫”思想实验变为现实,法兰西公学院名誉教授、2012年诺贝尔物理学奖得主塞尔日·阿罗什在第四期“浦江科学大师讲坛”上,总结出自己做科研的四个关键词。

上海市政协副主席吴信宝出席讲坛并为阿罗什颁发“主讲科学家”纪念证书,复旦大学校长、中国科学院院士金力主持讲坛。市政协副主席钱锋,市政协科教委、市科技党委、市科委、市教委、市科协等单位负责人,上海市各高校、中学师生及科研人员代表出席活动。

带着好奇与热情投身科研

“我从年轻的时候,就为光的科学所折服和着迷。”

讲座伊始,阿罗什真挚回忆了青年时期的求学经历。年少的他出于对光的浓厚兴趣,立志今后从事天文学的研究。

1966年,20岁的他进入巴黎高等师范学院的卡斯特勒-布罗塞尔实验室,开启自己的研究生涯。这间实验室可谓大师云集,在阿罗什之前,他的导师卡斯特勒在1966年获诺贝尔物理学奖,实验室的另一位科学家布罗塞尔则是法国量子光学学派奠基人。

这些学界领军人物,给予了年轻人充足的自由和激励,这让阿罗什感怀至今,“我非常高兴,也非常幸运能够在这样的环境中受到熏陶。”

令他感到幸运的另一件事,则是激光的发明。阿罗什正是从激光技术发明之后开启了物理学研究。作为操控个体量子系统的实验物理学家,激光是他职业生涯的最好帮手。“激光为基础物理学和应用物理学的进步开辟了道路,而这在20世纪60年代是难以想象的。”他说。

2012年,阿罗什和美国物理学家大卫·维因兰德因“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能 ”获得诺贝尔物理学奖。作为腔量子电动力学的行家,阿罗什通过量子技术,运用原子和光设计了一个现实中可行的实验,成功驯服原子和光子并观察到量子叠加。

他所发明的检测方法在观察的同时不介入,这让量子物理学创始人所设想的思想实验变为现实。那只曾经困扰物理学界多年的“薛定谔的猫”似乎终于可以在现实中被“捉”住了。

创举背后的驱动力到底为何?阿罗什在现场分享了做科研的秘诀。

“如果你要成为一名科学家,首先必须要有激情和热情,要对外部世界有探索的好奇心,必须能够在某些领域做非常深入的研究,对知识的探索与渴求有非常强烈的追求。”阿罗什相信,个人的倾情投入在科学的创新探索中不可或缺。

伟大科学成就都与光有关

17世纪的伽利略到牛顿,再到19世纪与20世纪的法拉第、麦克斯韦、普朗克及爱因斯坦等一众科学家……阿罗什在PPT中分享了一张光科学史纵览图,许多耳熟能详的名字尽在其中。可以说,科学史上的众多伟大思想的诞生,无不受到光的“照射”。

“关于外部世界我们所了解的大部分知识,其实都来自于光。”阿罗什认为,科学基础研究的巨大突破离不开对光的探索,科学殿堂上最伟大的科学成就都与光相关。

“从伽利略到量子物理,这是一条引人入胜的科学道路。”阿罗什总结道,回顾科学史可见,所有研究者都是站在巨人的肩膀上,不断修正甚至推翻原有理论,才得以实现人类认知边界的不断突破,因此,“科学研究中没有永恒的真理,只有人类对世界不断修正的结论与逐渐深入的认识”。

基础科学与技术是共生的

如果说早期量子理论大都受益于对光的研究,那么到上世纪,量子理论则开始反哺光学,推动一系列突破性技术的发明和革新。

“基础科学和技术之间是共生的。”他总结道,伽利略望远镜和惠更斯摆钟的发明使得空间和时间的精确测量成为可能,在此基础上,光的特性被发现。人们对光的新认识,又不断促成更精确设备的发明,基础研究与技术革新之间形成的良性循环,帮助物理学家更高效、更精确地观察、证实或证伪。

如今,第二次量子革命已经拉开序幕,相较于第一次量子革命“只问量子理论能让我们做什么”,人类现在更多要探究“为什么”,并充分发挥主观能动性,利用叠加和纠缠等量子特性,在量子计量、量子通信、量子模拟、量子计算等领域大展身手。

未来,随着测量手段的不断进步,基础研究可以被推进到分子级、原子级,甚至更细。阿罗什期待道:“我们也可以使用这样的研究能力,去探索一些电磁科学和生物科学领域最前沿的技术。”至于量子计算机到底何时能够出现,阿罗什坦言“真的不知道”,但与“不确定性”共舞,是科学研究的特点,也是其最美妙之处。

活动尾声,阿罗什与现场听众互动交流,并送出五本自己亲笔签名的新书《光的探索:从伽利略望远镜到奇异量子世界》。

1300复旦-2.pdf 


制图:实习编辑:责任编辑:

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