重磅！諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉：他們共同獲獎(jiǎng)！華人拿得最多的也是這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)…

每經(jīng)編輯 段煉 易啟江    

據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)消息，北京時(shí)間10月4日下午， 2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予科學(xué)家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect)，約翰·弗朗西斯·克勞澤(John F. Clauser)和安東·塞林格(Anton Zeilinger)，以表彰他們?yōu)榧m纏光子實(shí)驗(yàn)、證明違反貝爾不等式和開創(chuàng)性的量子信息科學(xué)所作出的貢獻(xiàn) 。

 

圖片來源：視覺中國 VCG111403957345

獲獎(jiǎng)?wù)唛_創(chuàng)了量子信息這一學(xué)科 獎(jiǎng)金約650萬元

據(jù)澎湃新聞，北京時(shí)間10月4日下午，在瑞典首都斯德哥爾摩，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予法國物理學(xué)家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家約翰·弗朗西斯·克勞澤（John F. Clauser） 和奧地利物理學(xué)家安東·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他們?cè)诹孔有畔⒖茖W(xué)研究方面作出的貢獻(xiàn)。

 

圖片來源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)

他們通過光子糾纏實(shí)驗(yàn)，確定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 。

獲獎(jiǎng)?wù)邔@得一份證書、金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)潞酮?jiǎng)金。 2022年諾貝爾獎(jiǎng)各個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的獎(jiǎng)金是1000萬瑞典克朗，按當(dāng)前匯率，約合650萬元人民幣 。

據(jù)科技日?qǐng)?bào)，今天獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的三位科學(xué)家——法國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩、美國科學(xué)家約翰·克勞澤、奧地利科學(xué)家安東·塞林格，他們通過開創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)展示了處于糾纏狀態(tài)的粒子的潛力，這三位獲獎(jiǎng)?wù)邔?duì)實(shí)驗(yàn)工具的開發(fā)，也為量子技術(shù)的新時(shí)代奠定了基礎(chǔ)。

在所謂的“糾纏對(duì)”中，一個(gè)粒子發(fā)生的事情，會(huì)決定另一個(gè)粒子發(fā)生的事情（不管相距多遠(yuǎn)）。這意味著什么？

 

糾纏示意圖 圖片來源：科技日?qǐng)?bào)

量子力學(xué)的基礎(chǔ)不僅僅是一個(gè)理論或哲學(xué)問題。其與全世界正密集研發(fā)的、以利用單個(gè)粒子系統(tǒng)的特殊屬性來構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)、改進(jìn)測量、量子網(wǎng)絡(luò)以及量子加密通信，都能息息相關(guān)。

以上應(yīng)用，均需依賴于量子力學(xué)如何允許兩個(gè)或多個(gè)粒子以共享狀態(tài)存在，甚至無論它們相隔千山萬水，均能保持這一狀態(tài)。 這被稱為糾纏 。

自從該理論提出以來，它一直是量子力學(xué)中爭論最多的元素之一。

 

圖片來源：科技日?qǐng)?bào)

兩對(duì)糾纏粒子從不同的來源發(fā)射。每對(duì)粒子中的一個(gè)粒子以一種特殊的方式相互糾纏而聚集在一起。然后，其他兩個(gè)粒子（圖中的1和4）也被糾纏在一起。通過這種方式，兩個(gè)從未接觸過的粒子可以糾纏在一起。

阿爾伯特·愛因斯坦說這是“幽靈般的超距作用”，而埃爾溫·薛定諤說這是量子力學(xué)最重要的特征。

今年的獲獎(jiǎng)?wù)邆?，探索了這些糾纏的量子態(tài)，他們的實(shí)驗(yàn)為基于量子信息的新技術(shù)掃清了障礙，為目前正在進(jìn)行的量子技術(shù)革命奠定了基礎(chǔ)。

長期以來存在的一個(gè)問題是，相關(guān)性究竟是不是因?yàn)榧m纏對(duì)中的粒子包含隱藏變量。1960年代，約翰·斯圖爾特·貝爾提出了以他的名字命名的數(shù)學(xué)不等式。這說明如果存在隱藏變量，則大量測量結(jié)果之間的相關(guān)性，永遠(yuǎn)不會(huì)超過某個(gè)值。然而，量子力學(xué)預(yù)測某種類型的實(shí)驗(yàn)將違反貝爾不等式，從而導(dǎo)致比其他方式產(chǎn)生了更強(qiáng)的相關(guān)性。

 

圖片來源：科技日?qǐng)?bào)

量子力學(xué)的糾纏對(duì)可與反方向拋出相反顏色球的機(jī)器相提并論。當(dāng)鮑勃接住一個(gè)球，看到它是黑色的時(shí)，他立即知道愛麗絲抓住了一個(gè)白色的。在使用隱藏變量的理論中，球總是包含有關(guān)顯示什么顏色的隱藏信息。然而，量子力學(xué)卻說，這些球是灰色的，直到有人看著它們時(shí)，一個(gè)隨機(jī)變成白色而另一個(gè)變成黑色。貝爾不等式關(guān)系表明，有實(shí)驗(yàn)可以區(qū)分這些情況。這樣的實(shí)驗(yàn)證明了量子力學(xué)的描述是正確的。

約翰·克勞澤發(fā)展了貝爾的想法，并通過一個(gè)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測量，測量結(jié)果通過明顯違反貝爾不等式來支持量子力學(xué) 。這意味著，量子力學(xué)不能被使用隱藏變量的理論所取代。

 

約翰·克勞澤研究示意圖 圖片來源：科技日?qǐng)?bào)

在約翰·克勞澤的實(shí)驗(yàn)之后，一些漏洞仍然存在。 阿蘭·阿斯佩開發(fā)了一種新設(shè)置，并以一種彌補(bǔ)重要漏洞的方式使用它 。他能夠在糾纏對(duì)離開其源后切換測量設(shè)置，因此在它們發(fā)射時(shí)既有設(shè)置就不會(huì)影響結(jié)果。

 

阿蘭·阿斯佩研究示意圖 圖片來源：科技日?qǐng)?bào)

使用改良工具和一系列長期實(shí)驗(yàn)， 安東·塞林格的團(tuán)隊(duì)利用糾纏量子態(tài)證明了一種稱為量子隱形傳態(tài)的現(xiàn)象 ，它可以將量子態(tài)從一個(gè)粒子移動(dòng)到遠(yuǎn)距離的另一個(gè)粒子。

 

安東·塞林格研究示意圖 圖片來源：科技日?qǐng)?bào)

量子力學(xué)現(xiàn)已開始得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了很廣闊的研究領(lǐng)域，其包括量子計(jì)算機(jī)、量子網(wǎng)絡(luò)和更為安全的量子加密通信。

從實(shí)踐的角度來說，量子糾纏所代表的，其實(shí)是一個(gè)巨大資源?？茖W(xué)家們對(duì)量子糾纏漏洞的不滿，正源于每一階段可應(yīng)用范圍的不夠。

諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席安德斯·伊爾貝克這樣總結(jié)道：“越來越清楚的是，一種新型的量子技術(shù)正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎(jiǎng)?wù)咴诩m纏態(tài)方面的工作非常重要，甚至超出了關(guān)于量子力學(xué)解釋的基本問題。”

過去幾年獲獎(jiǎng)名單

2021年

 

因?qū)ξ覀兝斫鈴?fù)雜物理系統(tǒng)做出了開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，日裔美籍科學(xué)家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國科學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼Klaus Hasselmann），與意大利科學(xué)家喬治·帕里西（ Giorgio Parisi），分享了2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2020年

 

英國科學(xué)家羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）因證明黑洞是愛因斯坦廣義相對(duì)論的直接結(jié)果，德國科學(xué)家賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）和美國科學(xué)家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）因在銀河系中央發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量天體，他們分享了2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2019年

 

因在我們理解宇宙演化和地球在宇宙中位置的貢獻(xiàn)，美國科學(xué)家詹姆斯·皮布爾斯，和來自瑞士的科學(xué)家米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲，被授予2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2018年

 

因在激光物理學(xué)領(lǐng)域的突破性發(fā)明，發(fā)明光鑷的美國貝爾實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin），與發(fā)明啁啾脈沖放大技術(shù)（CPA）的法國巴黎綜合理工學(xué)院科學(xué)家熱拉爾·穆魯（Gérard Mourou）和加拿大滑鐵盧大學(xué)科學(xué)家唐娜·斯特里克蘭（Donna Strickland），被授予2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2017年

 

因?qū)IGO探測器（激光干涉引力波天文臺(tái)）和引力波探測的決定性貢獻(xiàn)，美國科學(xué)家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩被授予2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2016年

 

因在拓?fù)湎嘧兒臀镔|(zhì)拓?fù)湎喾矫娴睦碚摪l(fā)現(xiàn)，均出生在英國、任職于美國三所不同大學(xué)的科學(xué)家大衛(wèi)·索利斯、鄧肯·霍爾丹、邁克爾·科斯特利茨被授予2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

在諾貝爾寫于1895年、要求設(shè)立五大領(lǐng)域獎(jiǎng)項(xiàng)的遺囑中，物理學(xué)是他最先提到的領(lǐng)域。諾貝爾要求物理學(xué)獎(jiǎng)被授予“在物理學(xué)領(lǐng)域作出最重要發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人”。

百余年中， 物理學(xué)獎(jiǎng)也是華人拿獎(jiǎng)最多的獎(jiǎng)項(xiàng)，共6位華人科學(xué)家獲此殊榮 ，包括李政道、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

據(jù)海報(bào)新聞報(bào)道，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?/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?/span>這意味著共有218人曾獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

在第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）和第二次世界大戰(zhàn)（1939-1945）期間，在1916年、1931年、1934年、1940年、1941年、1942年等六年里，沒有頒發(fā)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

據(jù)了解，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。

編輯|段煉 易啟江

校對(duì)|陳柯名

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