新華社客戶端上海11月13日電（記者 吳振東）“熱情、求知、直覺、機遇。”
從立志成為天文學(xué)家，到傾盡一生探索光的科學(xué)，終將“薛定諤的貓”思想實驗變?yōu)楝F(xiàn)實，法蘭西公學(xué)院名譽教授、2012年諾貝爾物理學(xué)獎得主塞爾日·阿羅什近日出席第四期“浦江科學(xué)大師講壇”，總結(jié)出自己做科研的四個關(guān)鍵詞。
2012年諾貝爾物理學(xué)獎得主塞爾日·阿羅什在“浦江科學(xué)大師講壇”上發(fā)表演講。（受訪單位供圖）
光學(xué)是物理學(xué)中古老的學(xué)科，又是當(dāng)前科學(xué)研究中最活躍的學(xué)科之一，推動人類對自然的認(rèn)知不斷深化和人類社會的進(jìn)步。科學(xué)家眼中的“光”是什么樣的？阿羅什以“光的科學(xué): 從伽利略到量子物理”為題，將光的科學(xué)史和最前沿研究娓娓道來。
1966年，20歲的阿羅什進(jìn)入巴黎高等師范學(xué)院卡斯特勒—布羅塞爾實驗室，開啟自己的科研生涯。這間實驗室大師云集——在阿羅什之前，他的導(dǎo)師卡斯特勒在1966年獲諾貝爾物理學(xué)獎，實驗室另一位科學(xué)家布羅塞爾則是法國量子光學(xué)學(xué)派奠基人。
令他感到幸運的另一件事，是激光的發(fā)明。作為操控個體量子系統(tǒng)的實驗物理學(xué)家，激光是阿羅什職業(yè)生涯的最好幫手。2012年，他和美國物理學(xué)家大衛(wèi)·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(tǒng)成為可能”獲得諾貝爾物理學(xué)獎。阿羅什通過量子技術(shù)，運用原子和光設(shè)計了一個現(xiàn)實中可行的實驗，成功“馴服”原子和光子并觀察到量子疊加。
阿羅什發(fā)明的檢測方法可在觀察的同時不介入，這讓量子物理學(xué)創(chuàng)始人所設(shè)想的思想實驗變?yōu)楝F(xiàn)實。有人評價說：那只曾經(jīng)困擾物理學(xué)界多年的“薛定諤的貓”似乎終于可以在現(xiàn)實中被“捉”住了。
2012年諾貝爾物理學(xué)獎得主塞爾日·阿羅什在“浦江科學(xué)大師講壇”上發(fā)表演講。 （受訪單位供圖）
創(chuàng)新背后的驅(qū)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(xué)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(lǐng)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(xué)探索中不可或缺。
他還認(rèn)為，要真正為現(xiàn)有科學(xué)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(xué)先驅(qū)們追問學(xué)習(xí)。為此，阿羅什在演講中細(xì)數(shù)那些對“光”的研究作出重大貢獻(xiàn)的偉大科學(xué)家。
光有沒有速度？阿羅什說，在伽利略所處的時代，人們都認(rèn)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年后，奧勒·羅默通過“木衛(wèi)一蝕”現(xiàn)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，但在漫長的時間里，以牛頓為代表的“粒子說”和以惠更斯為代表的“波動說”僵持不下。直到19世紀(jì)中葉，麥克斯韋提出光的電磁波理論，并且通過海因里希·赫茲的實驗得到驗證，由此統(tǒng)一了電、磁和光學(xué)。以20世紀(jì)初開爾文男爵的“兩片烏云”理論作為引入，阿羅什進(jìn)一步講述了量子力學(xué)和相對論的誕生及其對光的研究所帶來的巨大革新——普朗克的黑體輻射定律使人類更加深入地理解電磁輻射的本質(zhì)，愛因斯坦光量子說則幫助奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)。在其后眾多科學(xué)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(zhì)的認(rèn)識達(dá)成基本共識。自此，量子理論席卷整個物理學(xué)界，人類踏入了認(rèn)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(xué)道路。”阿羅什總結(jié)道，回顧科學(xué)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(xiàn)人類認(rèn)知邊界的不斷突破，因此，“科學(xué)研究中沒有永恒的真理，只有人類對世界不斷修正的結(jié)論與逐漸深入的認(rèn)識”。
塞爾日·阿羅什獲頒“主講科學(xué)家”紀(jì)念證書。 （受訪單位供圖）
如果說早期量子理論大都受益于對光的研究，到了20世紀(jì)，量子理論則開始反哺光學(xué)，推動一系列突破性技術(shù)的發(fā)明和革新。現(xiàn)代生活中人們習(xí)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(chǔ)。
“基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)之間是共生的。”阿羅什說，伽利略望遠(yuǎn)鏡和惠更斯擺鐘的發(fā)明使得空間和時間的精確測量成為可能，在此基礎(chǔ)上，光的特性被發(fā)現(xiàn)。人們對光的新認(rèn)識，又不斷促成更精確設(shè)備的發(fā)明，基礎(chǔ)研究與技術(shù)革新之間形成的良性循環(huán)，幫助物理學(xué)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(lǐng)域大展身手。未來，隨著測量的手段不斷進(jìn)步，基礎(chǔ)研究可以被推進(jìn)到分子級、原子級，甚至更細(xì)。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(xué)和生物科學(xué)領(lǐng)域最前沿的技術(shù)。”至于量子計算機到底何時能夠出現(xiàn)，阿羅什坦言“真的不知道”，但與“不確定性”共舞，是科學(xué)研究的特點，也是其最美妙之處。
“浦江科學(xué)大師講壇”由上海市政協(xié)發(fā)起并主管，上海市政協(xié)科技和教育委員會、復(fù)旦大學(xué)、中共上海市科學(xué)技術(shù)工作委員會、上海市科學(xué)技術(shù)委員會、上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會共同主辦，世界頂尖科學(xué)家協(xié)會協(xié)辦。
來源：新華社
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