诺奖得主塞尔日·阿罗什：与“不确定性”共舞是科学最美妙之处

·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、量子通信等领域不断深耕。

“关于外部世界我们所了解的大部分知识，其实都来自于光。”11月8日，2012年诺贝尔物理学奖得主、法国法兰西公学院名誉教授塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）在复旦大学举办的第四期“浦江科学大师讲坛”上说道。

第四期“浦江科学大师讲坛”主讲嘉宾塞尔日·阿罗什。图片来源：复旦大学

阿罗什以“光的科学：从伽利略到量子物理”为题，围绕光科学的发展、基础研究与科学技术等话题，展开了分享。这位年近八旬的科学家在回顾他的学术生涯时总结道：“我从年轻的时候，就为光的科学所折服和着迷。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。”

阿罗什在现场回忆，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。这间实验室汇聚了各方人才，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。“我非常高兴，也非常幸运能够在这样的环境中受到熏陶。如果你要做科学，必须要和一群才华横溢的科学家团体为伍，历史上那些星光熠熠的科学家，都会成为你不断激发热情、探索全新科学前沿的动力。”阿罗什说道。

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。

“其实我们对外部世界的很多认识，都与光有关。”阿罗什在会议现场列举：从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……可以说，科学史上的众多伟大思想的诞生，都受到光学的影响。

在17世纪，人们都认为光是无限快的，而伽利略首次提出“光速可以被测量”，从而迈出人类探索光速的第一步。70年后，丹麦天文学家奥勒·罗默通过“木卫一蚀”现象的观测，首次证实了光速是有限的。17世纪，科学家们对“光到底是粒子还是波”讨论不休，以牛顿为代表粒子说和以惠更斯为代表的波动说两派僵持不下；19世纪初，托马斯·杨用双缝实验证明衍生光波遵守叠加原理，证实了光的波动性质。

直到19世纪中叶，麦克斯韦提出光的电磁波理论，并且通过海因里希·赫兹的实验得到验证，由此统一了电、磁和光学。阿罗什称其为“一项伟大的研究”。电磁波理论对光的本质作出了新的阐释：光和磁由同一物质触发，光是一种根据电磁定律在场中传播的电磁扰动。

光的波粒二象性成为量子理论的基石，人们对光的本质达成了基本共识。自此，量子理论席卷整个物理学界，人类踏入了认识光、探索光的更高阶段。“从伽利略到量子物理，这是一条引人入胜的科学道路。”阿罗什在现场说道，回顾科学发展史，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，才不断拓宽人类认知的边界，探知宇宙更多的奥秘，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。”

而在这条探知真理的路上，技术是必不可少的工具，无数大胆的科学猜想都要靠先进的科学技术来辅助佐证。“从伽利略将望远镜指向天空到现在的核磁共振、GPS等量子通讯，每一次新技术的出现都推动了光学发展，而光学研究又为技术进步提供理论基础，所以科学和技术从来都是相辅相成的共生关系。”阿罗什说道，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、量子计算等领域不断深耕。

未来，随着测量的手段不断进步，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。

据悉，“浦江科学大师讲坛”由上海市政协发起并主管，上海市政协科技和教育委员会、复旦大学、中共上海市科学技术工作委员会、上海市科学技术委员会、上海市科学技术协会、世界顶尖科学家协会共同主办，复旦大学承办。讲坛原则上一年举办4-6期，每期邀请一名顶尖科学家作主报告，根据需要设置1-2个分报告。前三期主讲嘉宾分别为2013年诺贝尔奖化学奖得主迈克尔·莱维特（Michael Levitt）、清华大学求真书院院长丘成桐、美国“四院”院士莱诺·胡德（Leroy E. Hood）。