WLA科学家说⑦ | 文科无用?诺奖物理学家绝对不同意
2021-05-12
WLA上海中心
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编者按:2012年诺贝尔物理学奖得主塞尔日·阿罗什(Serge Haroche)是世界顶尖科学家协会(WLA)指导委员会成员,也是量子技术早期的开拓者他首次测量和操控了单个量子系统,为量子计算机的发明奠定了基础。但他曾在第二、三届世界顶尖科学家论坛(WLF)上表示,自己并不提倡社会把注意力集中在量子计算机的发展上,认为其技术还远不够成熟,只是一个“昂贵的玩具”,应警惕谷歌等大公司以利益为导向的相关宣传;他提倡更容易实现的量子模拟技术,认为它离实际应用更近,例如生物或医药领域。

  在本期的内容里,可以看到阿罗什作为家族中唯一一个深度涉足数理科学的人,是如何在“喜欢着文科”的同时,一步步成为专注于量子光学领域研究的基础物理学家。同时,他作为科学史学者,认为一个优秀的科学家也应多了解人文学科,后者能激发出科学家更多的创意。

 

  当涉及到宇宙的最小组成部分时,人们对世界运作方式的普遍理解就不再适用,量子物理学由此诞生。不过,长期以来,许多量子现象止步于理论研究,而法国物理学家塞尔日·阿罗什设计了精巧的实验,来研究物质与光作用时的量子现象。他因开创了用于实现单个量子系统测量和操作的突破性实验方法”,而与美国物理学家戴维·瓦恩兰(David Wineland)共同获得2012年诺贝尔物理学奖。

  阿罗什是法兰西学院教授、美国国家科学院外籍院士、巴黎高等师范学院教授、法国量子物理学会主席、欧洲物理学会会员。他的主要研究领域是量子光学和量子信息学,并对量子光学中的量子电动力学研究做出了重要贡献,曾在2009年获得了法国国家科研中心金质奖章。

塞尔日·阿罗什   图 | WLF

 

喜欢文科的数理生

巴黎乌尔姆街45号的巴黎高等师范学院

图 | ARCHIVES / AFP

  1944年9月11日,塞尔日·阿罗什出生于摩洛哥卡萨布兰卡的犹太家庭。他从小不偏科,对文学、历史、数学和物理科学都有着浓厚兴趣。在父母的培养下,阿罗什和三个兄弟热爱阅读和参观博物馆,经常和父母讨论从古代历史到现代政治等各种人文社科议题。

  不过,在科学方面,阿罗什只能靠自己,他是家里第一个深度涉足数学领域的人。早年,他对天文学和微积分兴趣浓厚,深深痴迷于倒数概念和简单微分方程对物体动力学定律的直观描述。毕竟,那些年的时代背景是第一颗人造卫星发射升空,美苏之间的登月竞争正拉开帷幕。

  从那时候起,阿罗什就知道自己将成为一名科学家。因此,他进入了著名预科学校(classes préparatoires),在两年的艰苦训练下学习了大量数学和经典物理知识,并于1963年考上了法国综合理工学院(以全国第一名的身份)和巴黎高等师范学院(Ecole Normale Supérieure,ENS,法国最负盛名的教育科研机构)。为了能实现科学家的职业理想,阿罗什选择了后者。

  ENS的四年学习时光对于阿罗什来说,是一段美好的回忆。在巴黎拉丁区的学校里,学习环境更加轻松,他可以自由支配时间,与科学或人文科学各领域的师生进行探讨,并享受巴黎的文化活动。

  在ENS,阿罗什的科学家生涯顺利开始。他很快就被优秀的教师们领入了现代物理和量子学的世界:阿尔弗雷德·卡斯特勒教授(Alfred Kastler)就原子动能进行了抒情阐述,诗意地描绘了原子和光子的存在;让·布罗塞尔教授(Jean Brossel)通过描述建立了量子概念的伟大实验将学生们带回现实,向他们灌输了其对苛刻精度的热情;克劳德·科恩-塔努吉教授(Claude Cohen-Tannoudji,1997年诺贝尔物理奖得主)则以非凡深度和清晰度揭示了量子理论的形成。

  不仅如此,还有三本现代物理书籍让当时的阿罗什爱不释手——艾尔伯特·弥赛亚(Albert Messiah)的《量子力学》(Quantum Mechanics),让他真切感受到了量子理论的深邃和美感;阿纳托利·阿布拉加姆(Anatole Abragam)的《核磁学原理》(Principlesof Nuclear Magnetism),引领阿罗什走进了原子磁矩的微妙世界;经典的《费曼物理学讲义》(Feynman’s Lectureson Physics),更是阿罗什物理学习的启蒙。

 

师从多位诺奖科学家

阿瑟·肖洛   图 | sina

  1965年,21岁的阿罗什与克劳丁·泽利格森(Claudine Zeligson)结了婚,后者是一名在法国国家科学研究中心(CNRS)从事社会学和人类学研究的学者,也是阿罗什多年前的旧识。在妻子给予的爱、智力激励和不断支持下,被量子力学吸引的他很快决定成为一名基础物理学家。

  那时在ENS的赫兹安光谱学实验室(Laboratoirede Spectroscopy Hertzienne of ENS,后更名为Kastler Brossel实验室),许多用于操纵原子的光学方法诞生了。1966年秋天,阿罗什见证了卡斯特勒(Alfred Kastler,1966年获诺贝尔物理学奖得主)教授因光泵技术的发明而荣获诺贝尔奖。此时,他意识到自己很幸运,在职业初期就能于这个全球瞩目的领域开展研究工作。阿罗什参加了卡斯特勒教授的讲座——ENS实验室的明星课程。第二年,也正是在这个实验室,阿罗什开始在克劳德·科恩-塔努吉教授的悉心督促下撰写自己的毕业论文。

  而正是与科恩-塔努吉教授一起关于“修饰原子”形式体系的博士学位研究,让阿罗什在庞大的量子物理领域中,选择了量子光学作为主攻方向。那项研究通过分析射频场辐射下围绕光子云的原子,能够窥探并控制原子-光子相互作用。

  阿罗什的论文中,阐述“修饰原子”形式体系的实验是用经典光谱灯完成的,而当时激光源技术正在迅速发展中,为原子物理学开辟新研究视角。阿罗什认为自己需要学习如何使用这些新工具。因此,在完成博士学位后,阿罗什选择去斯坦福大学阿瑟·肖洛(Arthur Schawlow,1981年获诺贝尔物理学奖得主)的实验室继续博士后研究,而肖洛正是激光的发明人之一。

  在肖洛的实验室里,阿罗什通过研究里德伯原子(Rydberg atoms,具有高激发态电子的原子),发现激光源确实有潜力实现经典光谱灯无法达成的突破。1973年,在受邀回到ENS物理系后,他成立了自己的实验室,继续展开通过里德伯原子捕获光子的研究,并开始了长达二十多年的相关设备的设计和制备。

 

获得诺奖之后要会说“不”

阿罗什参加世界顶尖科学家论坛   图 | WLF

  在2012年秋天,相隔一个月发生的两件事,让阿罗什的生活突然变得更加繁忙。

  首先,他接受了法兰西学院的管理岗位,而当时学院正出台一些新制度,如在教学楼开放新实验室,设置新物理学、生物学和化学课程等。

  另一件事则是一个月后,阿罗什获得了诺贝尔物理学奖。

  据他回忆,当时他正在和妻子散步,电话响了,他看到来电号码显示瑞典的区号“46”,于是想起这天诺奖公布,瞬间感到十分震惊:“我认出这是瑞典的电话号码,我必须得坐一会儿。”

  很快,他成为了全世界媒体关注的焦点,疲于应对各种邀约。获奖后的几个月里,阿罗什感慨道:“能够对许多恳求说‘不’是必要的,这样才能保持我作为一名科学家和一个普通人在生活节奏上的一致性。

  他谦虚地认为,这项始于35年前的研究能获得诺奖,“幸运”这一因素发挥了一定的作用;他同时也希望,自己的经历能激励更多年轻学子踏上基础研究之路。

 

政府应加大基础科学投入

阿罗什在第三届WLF视频演讲  图|WLF

  在第三届WLF的分论坛“秘境之钥-世界顶尖科学家量子物质峰会Ⅰ”上,他保持一直以来的观点,依旧认为能够实用的量子计算机在很大程度上“仍然只是个美好的畅想”;看好更易实现的量子模拟技术,认为它在未来更可能取得“激动人心的成就”,例如医疗方面;他也表示量子信息技术,又称量子计量学,其前景十分广阔,可用于精准计时、地震预测和引力波探测,并特别提到了其在量子通信上的重要应用。

  通过对量子技术发展和应用的介绍,他总结道,由好奇心驱动的基础科学,与旨在开发创新设备的应用研究之间有着深层联系,只有通过前期基础科学对理论的全面探索,才能在后期让应用物理学家和工程师能够进行下一步的发明和创造。“最有趣和最有用的应用往往出人意料”,他说,毕竟100年前没人知道量子物理会带来如此巨大的影响。

  因此,如今他仍不断提倡,政府和社会都应加大对基础科学的投入,提供足够的空间和自由——不仅是研究题目方面,还包括研究思路和经费支持,能让这些研究者能够至少有10年以上的时间专注于自己的一个项目,而不仅仅只是3-5年的短期资助。

  他认为,基础研究的受益者是全人类,而最终也会反馈于经济社会,基础研究的成果才是真正的国家财富。

  不过,对于想要涉足基础科学的年轻人,阿罗什认为,好奇心和热情是唯一的动力。他警告道:“如果你对研究确实提不起兴趣,那还是及早另寻出路。生存不易,从事基础研究也不可能让你发大财。”他说,如果有人询问“您认为我应该搞科研吗?”,他一律会回答“别搞”,因为能提出这类问题的人,通常意味着他们的热情并不够强大。

 

人文社科有助于科学创新

文艺复兴时期的壁画  图|摄图网

  更为有趣的是,因自小喜爱人文社科,阿罗什后来也成为了一名科学史学者,并且热爱绘画与歌剧。他认为,科学和人文艺术之间有很多相似之处,都是在追求“神秘而有趣的东西”。

  “历史上那些科技最为繁荣和活跃的时期,往往也是科学家能和艺术家、哲学家或社会学家自由交流互动的时期。良好的人文文化氛围大大推动了创新和基础研究。”他曾举例说道,文艺复兴时期的意大利和上世纪二十年代的德国,都涌现出了大批优秀的科学家。众所周知,爱因斯坦非常喜欢与哲学家和艺术家打交道;而最早提出飞行理论的科学家之一、17世纪的笛卡尔,他既是科学家也是哲学家。

  他在第三届WLF上强调,科学不仅仅只是数字和计算,它是以价值观为基础的,“优秀科学家也应了解人文学科”,他补充道,“在培养年轻科学家的过程中纳入人文学科,有助他们开拓眼界,激发创意,同时思考当今社会面临着哪些重要问题。这很有必要。”

 

特约撰稿 蔡 骏

编辑 冬青子

责任编辑 羽 华

 

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