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塞尔日·阿罗什

塞尔日·阿罗什

2012年 诺贝尔物理学奖
简介
法国物理学家, 法兰西大学教授,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”而获得2012年诺贝尔物理学奖。
教育与工作经历

    1971年,皮埃尔与玛丽·居里大学,物理学博士

    1975-2001年, 皮埃尔·玛丽·居里大学物理学教授

    1982-2001年, 巴黎高等师范学校教授

    2001至今, 法兰西学院教授,法国量子物理学会主席

主要奖项及荣誉
    • 2009年, 法国国家科学研究中心(CNRS)金奖
    • 2009年, 欧洲科学院院士
    • 2010年, 美国国家科学院外籍院士
    • 2012年, 诺贝尔物理学奖
主要学术成就
阿罗什教授的主要研究领域是量子光学和量子信息学,他对量子光学中的量子电动力学研究做出了重要贡献,在实验量子力学领域享有盛名。他在腔电动力学方面的主要成就包括:在一个腔体中观察到单原子自发辐射有所增强;利用光学微腔实现了对单个原子的囚禁;单个光子的量子非破坏测量;直接测定了腔体中的场量子化;直接监控介观量子退相干现象;实现了光子存储;完成了量子信息过程的许多步骤比如产生原子 - 原子、原子 - 光子的纠缠态;实现了将光子和原子作为“量子比特”的量子逻辑门操作。
介绍

1944 年 9 月 11 日,我出生在摩洛哥卡萨布兰卡的一个拥有西班牙系和德系犹太 人血统的犹太家庭。我父亲的父母是 Alliance Israelite Universelle(AIU)的教师, 该校经营着一个学校网络,致力于在北非和中东国家的犹太社区传播法语和文化。在 十九世纪的最后几年,我的祖父曾是马拉喀什镇 AIU 学校的第一批学生之一。我祖母 当时在受西班牙影响下的摩洛哥北部的Tetouan学习,1863年在那里成立的第一所 AIU 学校。完成学业后,他们都决定成为默默无闻的教师,于 20 世纪初来到法国,并 从巴黎的 AIU 教师培训学校获得学位。虽然他们同时在那里学习,但学校男女分开, 当时并未相识。

   几年前,我发现了祖父的一本笔记本,里面写着他很多美好回忆。一名年轻的少 年突然来到了 1900 年的巴黎,第一次看到汽车和火车,享受戏剧表演和无声电影,这 与当时中世纪氛围浓厚的马拉喀什形成鲜明对比。祖父母在毕业后不久就回到当时法 国保护下的摩洛哥。他们很快结婚并生了七个孩子,他们在各个学校间奔波工作,最 后在拉巴特附近的萨莱镇分别担任了当地 AIU 男子和女子学校的校长。我的父亲出生 于1920年,在拉巴特长大并在那里学习法律,在第二次世界大战开始时成为一名律师。

   在布尔什维克革命之后的几年里,我母亲一家于 20 世纪 20 年代从俄罗斯移民到 摩洛哥。她的父母都是医生,并选择在摩洛哥定居,这里认可俄罗斯医学学位。我的 母亲于 1921 年出生于 Odessa,在卡萨布兰卡长大,战争前在拉巴特大学结识了我的 父亲,当时她正在学习成为法国和德国文学,目标成为一名教师。幼年时,我是用俄 语和法语环境下长大的,这样的双语环境环境一直持续到我六岁上小学。遗憾的是, 我很快就丧失了俄语的流利度。我们家和卡萨布兰卡的俄罗斯犹太移民社区保持着密 切联系,记得当时祖父母家家里见到很多那里来的犹太移民,其中包括一位建筑师 Casimir Zeligson,他建造了几座新艺术风格的建筑和别墅,卡萨布兰卡镇带来别样生 机。Zeligons 有一个女儿 Claudine,我弟弟 Joel 和我以前一起和她玩耍。分别十五年 之久,我们在巴黎再次相遇,这一刻我已经期盼多时。

   当摩洛哥最终于 1956 年脱离法国宣布独立时,我的父母像许多犹太人一样决定 带着他们的儿子乔尔,吉尔斯和我(第四个儿子,米歇尔,1959 年出生于巴黎)前往 法国定居,本质上这是一种文化选择。从小接受法式教育的我们,最终前往法国自然 不足为怪。在巴黎的头几年是困难的,需要经历痛苦的适应期,特别是在潮湿和黑暗 的冬季,与摩洛哥晴朗的天气形成鲜明对比。不过,在学校学习是一种安慰。我是一 名非常优秀的学生,很快就LycéeCarnot学校班级里名列前茅,在那里我一直读到 “Baccalauréat”,这是法国高中教育的最高学位。 

   我对文学,历史,数学和物理科学都很感兴趣。 在人文方面,我能和父母分享自 己的感想。他们培养我和三个兄弟热爱阅读、博物馆的习惯,和我们讨论从古代历史 到现代政治等各种议题。 在科学方面,我只能靠自己,我是家里唯一一个走进数学的 人。 早年,我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运 动物体遵循动力学定律的直观描述。那时第一颗人造卫星发射升空并围绕地球轨道运行,美苏登月竞争拉开帷幕。

   巴黎高师(1963-1967)的学习时光对我是一段美好的回忆。与预备学校的艰苦 学业形成鲜明对比的是,在巴黎拉丁区的学校里,我能够自由支配时间,与在科学或 人文科学各领域的师生探讨,享受巴黎带给我的所有美好和文化活动。大家都简称巴 黎高师的学生为“师范生”,被认为是社会的公仆,享受丰厚的奖学金!我科学家生 涯就此开始。在预备学校我学习的是 19 世纪的物理学,随即我就给非凡的教师的引入 了现代物理和量子学世界。Alfred Kastler 为我们就原子动能进行抒情阐述,诗意地描 绘了原子和光子的存在。 Jean Brossel 通过描述有关量子的伟大的实验将我们带回地 球,当时量子概念已经建立,向我们展示了对精度的苛求。 Claude Cohen-Tannoudji 以非凡的深度和清晰的阐述向我们揭示了量子理论的形成。我还记得当时我乐于阅读 的三本书:Albert Messiah 的量子力学,让我真切感受到了量子理论的深邃和美感; Anatole Abragam 的核磁学原理,引领我走进原子磁矩的微妙世界,以及 Feynman 的 物理学讲义,是我物理学学习的启蒙。

   但物理学只是当时故事的一个方面。1964 年春天,我偶然在拉丁区咖啡馆遇见了 Claudine Zeligson。她按自己的规划从卡萨布兰卡来到巴黎,在巴黎大学学习英语、 心理学和社会学。 时隔十五年,我们再次相会。1965 年,在我 21 岁时结婚。随后, Claudine开始了自己的学术生涯,在法国国家科学研究中心从事社会学和人类学研究。 从那时起,我们相濡以沫,分享生活的点点滴滴,音乐、绘画、电影、旅行等等。我 的成功少不了她的爱、智慧的激励和不断的支持。

   量子世界的神秘之美让我很快决定励志成为一名量子物理学家。那时,许多用 于操纵原子的光学方法在法国高师的 Spectroscopy Hertzienne 实验室(后来被称为 Kastler Brossel 实验室)诞生。 我记得 1966 年秋天那天,作为一名年轻的学生,我 见证了Kastler教授因光泵技术的发明而荣获诺贝尔奖时的欢呼雀跃。我很幸运能在 职业初期就有机会在一个全球瞩目的领域开展研究工作。我所参加Kastler教授的讲 座也很快成为了巴黎高师实验室的明星课程。1967年,也正是在这个实验室,我在 Claude Cohen-Tannoudji 的悉心督促下撰写自己的毕业论文。

   我在诺贝尔讲座中描述了自己对物理学兴趣是从窥探并控制原子-光子相互作 用过程中产生的。这次探索始于我与Claude有关“修饰原子”形式体系的博士学位 研究,分析射频场辐射下围绕光子云的原子。我论文中阐述“修饰原子”形式体系的 实验是用经典光谱灯完成的。激光源技术在 20 世纪 60 年代发展迅速,这为原子物理 学开辟新的研究视角,我也意识到自己需要学习如何使用这些新工具。完成博士学位 后,我选择去斯坦福大学 Arthur Schawlow 实验室继续博士后研究, Arthur Schawlow 是激光的发明人之一。1972 年 9 月,我和 Claudine 带着儿子 Julien 和刚出生的女儿 Judith 来到旧金山湾区,当时 1970 年出生的儿子还只是个蹒跚学步的男孩。这一年加 州生活给我们留下了美好的回忆,那里温暖的冬季让我们回想起摩洛哥的童年。我们 很享受这里与巴黎截然不同的生活方式:住在斯坦福大学校园内宽敞的房子,房屋紧邻太平洋沿海山脉和海滩的自然荒野以及剧场、歌剧院和餐厅林立的旧金山和洛杉矶。这 里无疑是养育孩童的理想场所。

   在 Art Schawlow 的实验室里,我高兴地把玩着很多“奇妙的玩具”,它们第一批由商 业公司(这一众公司日后缔造了硅谷)以样品送到加利福尼亚实验室的可调激光器。Art 的 热情总是源源不断,他每天都会想出新点子,有的古怪,有的很棒。Art 也是一个极富幽默 感的人,我认为这点对保持实验室良好的氛围至关重要。“为了在研究上取得成功,”他 经常说,“人们不需要知道全部,只要知道别人不知道的一点就足够了。”

   教学是我活动的重要部分。20 世纪 80 年代初以来,巴黎第六大学和巴黎高师达成了 一项协议,我既可以在巴黎高师给普通学生上课,又可以在巴黎高师课程中穿插为指定学 生开的课程。对研究生,我教原子物理和量子光学;对本科生,我讲电磁学和量子力学。 与此同时,我还在巴黎综合理工学学院担任兼职讲师,在那里我也有机会教授非常聪明的 学生。我发现这些教学让我自己也受益匪浅,特别当我能将教学的主题与自己的研究直接 联系在一起,并找到用现代原子物理学或激光实验描述讲座的方法。

   在 2012 年秋天,相隔一个月发生的两件事,让我和 Claudine 的生活发生巨大变化。 首先,我接受了法兰西学院的管理岗位。学院培养我很多,我想也该轮到我负责行政和管 理来回馈学院的教育之恩。当时法兰西学院正出台一些新制度,特别是在教学楼开放到新 实验室,设置新物理学、生物学和化学课程等。另一件事就是一个月后,我被宣布获得诺 贝尔物理学奖,这令我成为全世界媒体关注的焦点,获奖之突然让法国国家科学研究中心 的金质奖章还没来得及为我准备。在过去的几个月里,我终于明白,为了保持科学家和作 为一个人在生活标准上的一致,要学会对许多请求说“不”。

   回顾过去五十年,我感到非常荣幸。从专业方面,我幸运地涉足原子物理学和量子光 学领域,由于实验灵敏度和测量精确度提高了许多数量级,这一领域在我从事研究的这段 时间内经历了长足发展。激光技术的进步使我们能够探索崭新领域,例如超低温物理学或 超快现象的研究,这是我在博士学习时无法想象的。我并未参与很多该领域工作,但我作 为一个活跃而富有想象的物理学家的一员,亲眼目睹了这些发展,分享了巨大进步带来的 兴奋和困惑。在我自己的腔体量子电动力学研究领域,研究内容已扩展到人造原子和各种 电磁共振器的开发,让其不断保持活力和蓬勃发展,也相信在不久的将来发掘更多机遇。

   但最重要的是,我特别感恩自己的个人生活。感谢 Claudine 和孩子们,让我的兴趣扩 展到物理学以外的许多领域。Claudine 在追寻自己的知识兴趣和活跃的职业生涯的同时, 还在生活中保持着科学,艺术和人文科学之间的平衡,让我们的生活更加丰富多姿。自从 我以科学家开始职业生涯以来,我们经常一起参加会议,在旅行中遇到新的地方和人,并 分享我们对他们的印象。物理之外,我们一起度假,参观世界自然和人文奇迹,从埃及到 南非,从巴塔哥尼亚到圣罗兰湾,从吴哥到玛雅国家,从马丘比丘到加拉帕戈斯群岛。 Julien和Judith小时候也和我们一起旅行,这些美好时光始终印刻在我们的脑海中。现 在他们在巴黎追寻着自己充实而有趣的生活,Julien 是一名从事内科临床研究的医生,而 Judith 则做了律师。我们也正沉浸在陪伴 Judith 的三个孩子成长、发现世界的喜悦之中。 她的双胞胎女儿 Elsa 和 Rachel 在 2005 年出生,儿子 Samuel 在 2009 年出生。我知道, Claudine 对隐居生活的热爱和敏锐的判断将让我们未来的生活和过去一样恬淡美好。