诺贝尔物理学奖给了量子力学，你看不懂很正常，学界多组CP为之

　　钱江晚报小时新闻记者章咪佳
　　相比昨天的生理学（医学）奖，今天诺奖物理学奖公布后，朋友圈里分享诺奖成果的热情锐减。
　　因为今天的奖项非常难懂。
　　北京时间2022年10月4日17时45分，瑞典皇家科学院宣布：将今年的诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿兰阿维（AlainAspect），美国科学家约翰克劳瑟（JohnF。Clauser）以及奥地利科学家安东塞林格（AntonZeilinger），以表彰他们用纠缠光子进行实验，证伪贝尔不等式，开创了量子信息科学。
　　法国科学家阿兰阿维（AlainAspect），美国科学家约翰克劳瑟（JohnF。Clauser）以及奥地利科学家安东塞林格（AntonZeilinger）
　　简单说，今年物理学奖的关键词是量子纠缠。
　　纠缠这个词，本身就暗示着陷入某种困境或麻烦。量子纠缠现象，就给科学界造成了大麻烦。
　　1935年，薛定谔在《剑桥哲学学会年报》的一篇文章中，首次把量子纠缠引入到物理学中。这件事情后来闹得很大，首先，爱因斯坦借这个茬再次找量子力学的麻烦。
　　从此，物理学界的多组CP，开始了近百年的互相纠缠。
　　爱因斯坦玻尔
　　在1927年和1930年召开的两届索尔维物理学大会上，爱因斯坦两度对尼尔斯玻尔（NielsBohr18851962）发起挑战。
　　量子力学哥本哈根学派掌门人玻尔，拥护量子力学和量子纠缠。
　　他们认为，在量子力学中，两个纠缠的粒子在测量结果的比较方面，仿佛可以表现出超越空间的神秘行为。
　　当两个粒子被制造为某种量子纠缠态时，就算一个纠缠粒子在地球上，另一个纠缠粒子在月球上，我们只需要对地球上的粒子进行测量，就能知道月球上另一个纠缠粒子的状态。这个现象是客观存在的。
　　但是爱因斯坦反对这种瞬间联系。他认为照这么说，量子纠缠这玩意就是幽灵了咯！爱因斯坦捍卫的是局域性任何两个不在一个地方的事物要想用信号彼此联系，最快的信息传递也不能超过光速。
　　也就是说，两地不能隔空地、即时地联系。
　　玻尔和爱因斯坦图片来源：forbes
　　但这两次挑战都以爱因斯坦失利告终。之后爱因斯坦改变策略，他集合两个合作者波利斯波多尔斯基（BorisPodolsky）和内森罗森（NathanRosen），共同撰写了一篇论文，公开质疑量子纠缠。
　　1935年5月15日，这篇论文发表在《物理评论》上，题目是量子力学对物理实在性的描述是完备的吗？三位作者以他们的姓氏第一个字母打头，形成了量子力学发展史上著名的EPR质疑（又称为EPR佯谬），质疑的主要目标之一就是量子纠缠态。
　　EPR这篇论文带有强烈的哲学意味，加上涉及的话题又非常奇异、艰涩，一般人很难看懂。但玻尔心里清楚，论文直指量子纠缠而来，它犹如一颗重型炮弹，把哥本哈根学派的小伙伴逼到无路可逃的境地。
　　贝尔克劳瑟
　　爱因斯坦的反驳，引起了一个叫约翰贝尔（JohnBell19281990）的年轻人的思考。
　　这个爱尔兰青年少年时代就极具天赋，是一部会走路的百科全书，同学们从小都喊他教授。
　　1960，贝尔与妻子一起受聘到日内瓦的欧洲核子研究中心（CERN）。在这里，贝尔白天做分内的工作，粒子物理；晚上回到家中，夜深人静时，他把所有的时间都花在钟爱的量子理论上。正是这个业余爱好，使他后来一举成名。
　　1964年，贝尔在《物理学》杂志上发表了一篇题为EPR佯谬研究的论文。在这篇论文里，贝尔首先假定爱因斯坦的局域性原理成立，然后就EPR提出的条件，推导出一个重要的结果，这就是著名的贝尔不等式。
　　贝尔不等式相当于给出了一个评判标准，如果任何实验能证实这个不等式成立，就说明爱因斯坦所坚持的局域性是成立的。
　　JohnBell（19281990）图片来源：futurascience
　　不久后的1967年，约翰克劳瑟（JohnF。Clauser1942年出生。2022年诺奖物理学奖得主之一）读到了一篇改变了他一生的晦涩难懂的论文，作者正是上述那位默默无闻的爱尔兰物理学家约翰贝尔。
　　令人讶异的是，贝尔似乎已经找到了一种方法，可以打破爱因斯坦与玻尔之间的僵局，一劳永逸地决定谁对宇宙的看法是正确的。
　　读完这篇论文后，克劳瑟明白了贝尔已经发现如何去分辨缠结的粒子它们究竟是透过幽灵般的作用彼此联络，还是根本就没有什么幽灵，那对粒子从一开始就那样。
　　这正是我所要的东西！
　　贝尔是一位理论学家，不过他论文的提议是，能否解决这个问题，取决于能否建造一架能生成并比较多对缠结粒子的机器。
　　贝尔把爱因斯坦对量子纠缠的质疑，转化成了一个实验问题，而不仅仅好似一个哲学问题。贝尔认为，只要能建造出这样一架机器，就能通过实验来解决爱因斯坦和玻尔的争议。
　　约翰克劳瑟（JohnClauser）1942年生于美国加利福尼亚州帕萨迪纳，1969年获美国哥伦比亚大学博士学位。美国JFClauserAssoc公司创始人、研究物理学家。图片来源：wolffund
　　克劳瑟于是开始着手建造这样的机器，对于当时的他来说，那简直是一个不可能的任务。但无论机会多么渺茫，最后他终于造出了机器，实验结果震撼了世界！
　　克劳瑟的机器可以测量数千对缠结粒子，并就各个不同方向对它们做比较。可是结果出来后，与他原来的想象竟然完全不一样！克劳泽相当诧异，他自问：究竟是哪儿出错了？
　　克劳泽不断重复着他的实验，但是无论他进行多少次试验，结果都证明在量子力学之中，贝尔不等式不成立，而恰恰反倒证明了爱因斯坦对量子纠缠的质疑是错误的。也就是说，克劳瑟的实验证明了量子纠缠现象是客观的存在。
　　克劳瑟阿斯佩贝尔
　　没过多久，法国物理学家阿兰阿斯佩（AlainAspect1947年出生。2022年诺奖物理学奖得主之一）在克劳瑟的基础上，开发出更精巧的试验，直指爱因斯坦与玻尔辩论的核心。
　　事实上，自贝尔之后，很多物理学家利用各种实验试图证实贝尔不等式，但所有至今完成的实验结果，都违背贝尔不等式因此都证明爱因斯坦一再强调的局域性是不存在的，这些实验推动量子纠缠态的研究取得巨大成功。
　　其中值得一提的是阿兰阿斯佩的工作。在欧洲，阿斯佩被物理学界公认为是对贝尔理论理解最深入的人。
　　阿斯佩仔细研究EPR假想实验的每一步。他认为，如果能做成一个实验，设法阻止两个纠缠粒子之间有即时信号联系，但是实验结果表明这两个纠缠粒子仍在联系时，就证明爱因斯坦的局域性不再成立。
　　阿兰阿斯佩（AlainAspect）1947年生于法国阿让，1983年获法国巴黎第十一大学博士学位，现任巴黎萨克雷大学和巴黎综合理工学院教授。图片来源：royalsociety
　　这是1974年，产生这个想法的阿斯佩年仅27岁，正在巴黎大学读研究生。他决定以这个实验为基础撰写他的博士学位论文。
　　为了实现这个梦想，他亲自跑到日内瓦找到了贝尔。贝尔问他：你现在有没有固定的工作职位？当贝尔得知，这个年轻小伙子连学位也没有拿到时，不由替他担心起来。这个实验不仅难度极高，要求的灵敏度也极大，实验的设计思想更不能有任何瑕疵。
　　贝尔当时对阿斯佩说：你一定是一个相当有勇气的年轻人！
　　说完这句话，贝尔把后面要说的话咽了回去，他本想警告阿斯佩，这件事肯定会毁了他的前程。
　　阿斯佩设计的实验的确非常漂亮，然而实现起来难度确实极高，又独具风险。为了有足够长的实验通道，他和同伙选择在巴黎大学的地下室进行。从实验设计、清理实验场到准备器材，所花的时间也比预期要长得多。
　　他们选择激光器、计算机、偏振器和光信号灵敏开关后，一次次地反复调试，直到1982年初才开始进行正式的实验，最后终于在1982年6月22日这一天获得了成功。
　　1983年，在阿斯佩的博士论文答辩会上，贝尔亲自到场，考察阿斯佩的实验，对他的这一成果赞叹不止，称之为具备诺贝尔物理学奖水平的最优秀论文。
　　塞林格更多人
　　安东塞林格（AntonZeilinger1945年出生。2022年诺奖物理学奖得主之一）后来对贝尔不等式进行了更多测试。他通过将激光照射在特殊晶体上，来制备纠缠光子对，并使用随机数切换测量设置。这一项实验，使用来自遥远星系的信号，来控制滤光片并确保信号不会相互影响。
　　我们没有办法通过常理，利用日常的语言来解释这种现象，但是我们可以通过数学来解释这种现象，这就是量子力学。它确实会挑战我们的日常认知。
　　塞林格更愿意从哲学的角度理解量子的问题，就像他小时候那样。塞林格家以前住在维也纳乡下的一个城堡里，他的父亲当时在那里做老师，全家人住在城堡二层。
　　小塞林格喜欢到处看，父母又担心他会掉下城堡去，所以就把孩子拴在了窗户边上。
　　这个小孩就这样整天整天地在城堡的制高点东看看西望望，在一个更开阔的环境中思考。
　　安东蔡林格（AntonZeilinger）1945年出生于奥地利因河地区里德。1971年在奥地利维也纳大学获得博士学位，现为维也纳大学教授。图片来源：stuttgarterzeitung
　　在今天的发布会上，诺贝尔物理学委员会主席托尔斯汉斯汉森（ThorsHansHansson）例举了中国的量子卫星
　　2016年8月，由安东塞林格的学生、中国科学家潘建伟领衔研发的全球首颗量子科学实验卫星墨子号发射，通过数十千米光纤发送的光子之间，以及卫星和地面站的光子之间，都能建立纠缠态。
　　在很短的时间内，世界各地的研究人员发现了许多利用量子力学最强大特性的新方法。
　　第一次量子革命给了我们晶体管和激光，但由于可以操纵纠缠量子系统的现代工具，我们正在进入一个新时代：气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探，而且还能揭示新能源新材料、高温超导、量子霍尔效应等复杂的物理机制，都有可能通过量子技术不仅可以解决大规模的计算机难题。
　　乔治格林斯坦阿瑟扎荣茨
　　也许看到现在你也没有弄明白量子纠缠。
　　不要紧的，在这段百年纠缠史上，惠勒、薛定谔这些大IP全绕进了这场大纠缠中，他们也不敢说完全明白。
　　物理学家理查德费曼（RichardPhillipsFeynman19181988）早就说过，没有人理解量子力学。
　　1997年，两位物理学家GeorgeGreenstein和ArthurG。Zajonc，合写了一本关于量子纠缠和贝尔不等式的科普书《量子挑战：量子力学基础的现代研究》，这本书当时非常流行。
　　但是在《量子挑战》出版后十年的一天，GeorgeGreenstein在刷牙时突然觉得他自己完全没有明白贝尔不等式，然后感觉后背发冷。
　　于是GeorgeGreenstein又花了好几年思考这个问题，再写了一本书《量子怪异：与贝尔定理和现实的最终性质搏斗》。
　　不过看过这两本书的物理学教授表示，GeorgeGreenstein以为写明白的后面这一本书，完全没法理解。
　　或许是要回到引入量子力学概念的薛定谔先生那里，人类对量子力学大约也一直处于似懂非懂的状态。
　　但是最重要的是，这个过程中我们始终保留住勇气和好奇心，就像以上各位。
　　特别致谢物理学家熊宏伟
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