浦江科學大師講壇再開講 諾獎得主講述“追光”之旅
從立志成為天文學家，到傾盡一生探索光的科學，終將“薛定諤的貓”思想實驗變為現實，法蘭西公學院名譽教授、2012年諾貝爾物理學獎得主塞爾日·阿羅什近日出席第四期“浦江科學大師講壇”，總結出自己做科研的四個關鍵詞。
2012年諾貝爾物理學獎得主塞爾日·阿羅什在“浦江科學大師講壇”上發表演講。（受訪單位供圖）
光學是物理學中古老的學科，又是當前科學研究中最活躍的學科之一，推動人類對自然的認知不斷深化和人類社會的進步。科學家眼中的“光”是什麼樣的？阿羅什以“光的科學: 從伽利略到量子物理”為題，將光的科學史和最前沿研究娓娓道來。
1966年，20歲的阿羅什進入巴黎高等師範學院卡斯特勒—布羅塞爾實驗室，開啟自己的科研生涯。這間實驗室大師雲集——在阿羅什之前，他的導師卡斯特勒在1966年獲諾貝爾物理學獎，實驗室另一位科學家布羅塞爾則是法國量子光學學派奠基人。
令他感到幸運的另一件事，是激光的發明。作為操控個體量子系統的實驗物理學家，激光是阿羅什職業生涯的最好幫手。2012年，他和美國物理學家大衛·維因蘭德因“突破性的試驗方法使得測量和操縱單個量子系統成為可能”獲得諾貝爾物理學獎。阿羅什通過量子技術，運用原子和光設計了一個現實中可行的實驗，成功“馴服”原子和光子並觀察到量子疊加。
阿羅什發明的檢測方法可在觀察的同時不介入，這讓量子物理學創始人所設想的思想實驗變為現實。有人評價説：那只曾經困擾物理學界多年的“薛定諤的貓”似乎終於可以在現實中被“捉”住了。
2012年諾貝爾物理學獎得主塞爾日·阿羅什在“浦江科學大師講壇”上發表演講。 （受訪單位供圖）
創新背後的驅動力到底為何？阿羅什向與會者分享了做科研的秘訣。
“如果你要成為一名科學家，首先必須要有激情和熱情，要對外部世界有探索的好奇心，必須能夠在某些領域做非常深入的研究，對知識的探索與渴求有非常強烈的追求。”阿羅什相信，個人的傾情投入在科學探索中不可或缺。
他還認為，要真正為現有科學帶來革新，不僅要和同時代研究者們交流合作，也要向歷史上偉大的科學先驅們追問學習。為此，阿羅什在演講中細數那些對“光”的研究作出重大貢獻的偉大科學家。
光有沒有速度？阿羅什説，在伽利略所處的時代，人們都認為光是無限快的，而伽利略首次提出“光速可以被測量”，邁出人類探索光速的第一步。70年後，奧勒·羅默通過“木衛一蝕”現象的觀測，首次證實了光速是有限的。
光到底是粒子還是波？光的波粒二象性如今廣為人知，但在漫長的時間裏，以牛頓為代表的“粒子説”和以惠更斯為代表的“波動説”僵持不下。直到19世紀中葉，麥克斯韋提出光的電磁波理論，並且通過海因裏希·赫茲的實驗得到驗證，由此統一了電、磁和光學。以20世紀初開爾文男爵的“兩片烏雲”理論作為引入，阿羅什進一步講述了量子力學和相對論的誕生及其對光的研究所帶來的巨大革新——普朗克的SimHei輻射定律使人類更加深入地理解電磁輻射的本質，愛因斯坦光量子説則幫助奠定了量子力學的基礎。在其後眾多科學家的合力下，量子物理的“潘多拉魔盒”被人們打開，光的波粒二象性成為量子理論的基石，人們對光的本質的認識達成基本共識。自此，量子理論席捲整個物理學界，人類踏入了認識光、探索光的更高階段。
“從伽利略到量子物理，這是一條引人入勝的科學道路。”阿羅什總結道，回顧科學史，所有研究者都是站在巨人的肩膀上，不斷修正甚至推翻原有理論，才得以實現人類認知邊界的不斷突破，因此，“科學研究中沒有永恒的真理，只有人類對世界不斷修正的結論與逐漸深入的認識”。
塞爾日·阿羅什獲頒“主講科學家”紀念證書。 （受訪單位供圖）
如果説早期量子理論大都受益於對光的研究，到了20世紀，量子理論則開始反哺光學，推動一系列突破性技術的發明和革新。現代生活中人們習以為常的電子計算機、核磁共振掃描儀、GPS等等，無一不以量子理論為基礎。
“基礎科學和技術之間是共生的。”阿羅什説，伽利略望遠鏡和惠更斯擺鐘的發明使得空間和時間的精確測量成為可能，在此基礎上，光的特性被發現。人們對光的新認識，又不斷促成更精確設備的發明，基礎研究與技術革新之間形成的良性循環，幫助物理學家更高效、更精確地觀察、證實或證偽。
如今，第二次量子革命已拉開序幕，人類正試圖利用疊加、糾纏等量子特性，在量子計量、量子通信、量子模擬、量子計算等領域大展身手。未來，隨着測量的手段不斷進步，基礎研究可以被推進到分子級、原子級，甚至更細。這位諾獎得主期待道：“我們也可以使用這樣的研究能力，去探索一些電磁科學和生物科學領域最前沿的技術。”至於量子計算機到底何時能夠出現，阿羅什坦言“真的不知道”，但與“不確定性”共舞，是科學研究的特點，也是其最美妙之處。
“浦江科學大師講壇”由上海市政協發起並主管，上海市政協科技和教育委員會、復旦大學、中共上海市科學技術工作委員會、上海市科學技術委員會、上海市科學技術協會共同主辦，世界頂尖科學家協會協辦。
