物理学奖

10月9日下午，2012年诺贝尔物理学奖揭晓。瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会将奖项授予给了量子光学领域的两位科学家——法国物理学家塞尔日阿罗什与美国物理学家戴维瓦恩兰，以奖励他们“提出了突破性的实验方法，使测量和操控单个量子系统成为可能”。 　　诺奖官方网站称，塞尔日阿罗什与戴维瓦恩兰两人分别发明并发展出的方法，让科学界得以在不影响粒子量子力学性质的情况下，对非常脆弱的单个粒子进行测量与操控。他们的方式，在此前一度被认为是不可能做到的。 　　而这就是诺贝尔物理学奖此次垂青于两位实验派物理学家的原因。 　　进入量子光学的神秘之门 　　本届物理奖的两位得主戴维瓦恩兰与塞尔日阿罗什是同年生人。 　　塞尔日阿罗什，1944年出生在摩洛哥卡萨布兰卡，1971年于法国巴黎的皮埃尔与玛丽居里大学取得博士学位，目前在法兰西学院和法国巴黎高等师范学院任教授。在拿到本届诺贝尔物理学奖前，他已被业内誉为腔量子电动力学的实验奠基人。 　　戴维瓦恩兰，1944年出生于美国威斯康星州密尔沃基，1970年于哈佛大学取得博士学位，目前作为研究团队带头人和研究员，就职于美国国家标准与技术研究院(NIST)与科罗拉多大学波德分校。瓦恩兰亦一直有着“离子阱量子计算实验奠基者”的头衔。 　　他们两人是量子物理实验派双杰。两人研究的范畴都属于量子光学，这一领域在上世纪80年代中期以后经历了长足发展，而他们的学术生涯一直在与单光子与离子打交道，研究光与物质在最基本层面上的相互作用。 　　曾经很长时间以来，实验派物理学家们想在一个微观层面上研究光与物质的相互作用，这完全是难以想象的事。因为，对于光或者其他物质的单个粒子而言，经典物理学已不适用，量子力学的法则在此时取而代之。但是单个粒子却很难从周围环境中被分离出来，并且，它一旦和周遭环境发生相互作用，便会立即丧失其神秘的量子特征。 　　如此让人束手无措的局面，使得很多量子力学理论所预言的怪异现象无法被科学家们直接观察到。于是长期以来，研究人员只能依靠那些法则已证明可能会影响到量子奇异特性的实验来进行观察研究。而这或许让实验派物理学家们感觉一直跟在理论的后边亦步亦趋。 　　真正改变实验物理学的人 　　扭转这一窘状的正是阿罗什与瓦恩兰，他们两人带领各自的研究小组，分别发展出理想的方法，用于测量并操控非常脆弱的量子态。 　　具体而言，两人所采用的方法既有共通特点亦各有精妙之处：瓦恩兰捕获带电原子(离子)，随后使用光(光子)对其进行操控和测量，这些离子被放置在超低温中，防止被外界“打扰”。该方法关键在于巧妙的使用激光束以及激光脉冲抑制了离子的热运动，离子因此进入特定的量子叠加态中——叠加态正是量子世界最神秘的特性——从而保持住了单个粒子的量子特征。 　　而阿罗什虽然同样使实验处于真空和超低温环境，却采用的是完全相反的手段：利用原子对光子进行操控和测量。他将两面特制的、反射能力极强的镜子组成空腔，捕获住光子并让其在空腔中停留0.1秒——这点儿时间已足够光子在消失前绕地球一圈——这时他再让里德伯原子(比一般原子大1000倍的巨大原子)穿过空腔，每次通过一个里德伯原子，原子离开时，会“告诉”他空腔里还有没有光子。 　　试着分别去操纵一个光子与离子，借以深入洞察一个微观的世界——原本仅仅是理论学派的领域，正是塞尔日阿罗什与戴维瓦恩兰的研究“打开了新时代量子物理学实验领域的大门”。现在，借助他们的新方式，实验物理学家们得以操控粒子或对粒子进行计数。 　　实验、应用、改变人们的生活 　　但阿罗什与瓦恩兰的成就并不止于此。 　　在公布本届物理奖获得者后，诺奖组委会还介绍了两人的成果在应用层面上的意义。据组委会称，阿罗什与瓦恩兰在他们的研究领域采取了突破性的方法，产生其中一个应用是将建立起一种新型的、基于量子物理学的超快计算机，这或将导致极其先进的通信和计算模式。换句话说，这是向着研制具有惊人运算速度的量子计算机迈出了第一个脚步。科学家预想，或许，就在本世纪，量子计算机会彻底改变我们每个人的日常生活——正如经典计算机在上个世纪曾彻底颠覆每个人的生活方式一样。 　　而阿罗什与瓦恩兰的研究产生的另一个应用是：“会带来一种非比寻常的精准时钟，并在未来成为一个新的计时标准。”这种超高精度钟表的精确度将比今天所使用的铯原子钟高出数百倍。此前，世界最精确的时钟曾经就是瓦恩兰就职的科罗拉多州国家标准与技术研究所制造的量子逻辑钟，它的误差约为每37亿年1秒。 　　阿罗什与瓦恩兰展示了如何在不破坏单个粒子的情况下对其进行直接观察的方法，但他们做到的却不只是在量子世界控制住粒子，其带给人们生活的改变，将远超今天目力所能够看得到的。 　　那么，荣摘诺奖桂冠又是否改变了科学家本人的生活呢?据英国广播公司(BBC)在线版消息称，塞尔日阿罗什本人仅仅提前了20分钟被组委会告知自己获奖的消息。 　　“我很幸运，”塞尔日阿罗什说，但他指的并不是自己得奖这回事，“(接到来电时)我正在一条街上，旁边就有个长椅，所以我第一时间就坐了下来。”他形容那一刻的心情，“当我看到是瑞典的来电区号，我意识到这是真实的，那种感觉，你知道，真是势不可挡。” 　　不过据诺奖官网的推特称，阿罗什接到获奖的确切消息后，打了个电话给自己的孩子，然后开了瓶香槟庆祝，再然后，他又回实验室工作去了。

索尔珀尔马特 52岁，美国加州大学伯克利分校教授，主持超新星宇宙学项目。　　 　　亚当里斯 42岁，美国约翰斯霍普金斯大学和太空探测科学研究所任天文学教授，研究天文物理。　 　　布赖恩施密特 44岁，生于美国，拥有美、澳双重国籍，澳大利亚国立大学教授，主持超新星搜寻小组。 　　美国人索尔珀尔马特和亚当里斯以及持有美国和澳大利亚双重国籍的布赖恩施密特获得2011年度诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖评审委员会10月4日评价，这3名获奖者“研究几十颗处于爆炸状态的恒星即‘超新星’，发现宇宙正在扩张过程中，扩张速率不断加速”。 　　观测50余颗超新星 　　在瑞典首都斯德哥尔摩瑞典科学院内，诺贝尔物理学奖当地时间11时45分(北京时间17时45分)揭晓。 　　珀尔马特、里斯和施密特的研究对象，是一些大质量恒星在演化后期伴随星核与星壳分离出现的一种现象，即超级规模大爆炸。质量相当于太阳的8至25倍的恒星以超新星爆发方式结束“生命”，而恒星外侧气体包则高速抛离，所显现的绝对光度可超过太阳光度100亿倍。 　　分析特定类型的超新星爆发，珀尔马特、里斯和施密特所属的研究小组发现，超过50颗超新星所显现的光度比先前预期暗淡。对这一结果的解释，是宇宙正在加速扩张。 　　3人曾是竞争对手 　　这个发现，被瑞典皇家科学院称为“震动了宇宙学的基础”。 　　诺贝尔物理学奖评审委员会认定，3名获奖者所获研究结果改变了人类对宇宙的认识。“将近一个世纪，一种公认看法是，宇宙正在扩张，是大约140亿年前‘大爆炸’的结果。”评审委员会说。 　　“不过，发现宇宙扩张正在加速，令人惊异。”评审委员会介绍说，“如果扩张继续加速，宇宙将以冰冻状态终结。” 　　另外，3人的研究，确认了最初由科学家阿尔伯特爱因斯坦提出的一种理论，即他称之为“宇宙学常数”的理论。 　　1998年，珀尔马特主持一个研究小组，施密特则主持成员包括里斯的另一个研究小组。两个小组各自努力，相互“竞争”，而观测结果可谓“不约而同”。 　　评审委员会宣布，奖金1000万瑞典克朗(约合146万美元)，珀尔马特获二分之一，施密特和里斯获另外二分之一。徐勇(新华社专稿) 　　■ 反应 　　“得知获奖后膝盖发软” 　　诺奖得主施密特称“像第一个孩子出生时的感觉” 　　现年44岁的布赖恩施密特生于美国，现居住在澳大利亚堪培拉。他承认，知道获奖消息最初半个小时，自己“确实激动，两腿膝盖发软，一定程度上因为这种(获奖)情形而吃惊。” 　　施密特接受媒体采访时表示，宇宙加速膨胀的理论一开始受到了不少谨慎的怀疑。“(大家都觉得)重力会减缓宇宙的膨胀，当我们发现相反的事情正在发生时，那真是令人大吃一惊。但是我们越是观察，现象就越明显。”施密特说，“这个发现听起来疯狂得不像是真的，我想我们有点吓坏了。” 　　谈到获得诺奖，施密特说他是当晚8时之后才知道消息，电话那头传来的瑞典口音十分真诚。“有点像我第一个孩子出生时的感觉，是一种生命改变的体验。” 　　“我没有期待(获得诺奖)……我猜想，对一些事情，大家会期待，却多半不会发生，而这(诺贝尔奖)就是其中之一。”施密特说。 　　一同获得诺奖的亚当里斯教授接到诺奖通知电话的时候，也明显注意到了电话那头的瑞典口音。“我知道，这不可能是宜家打来的。”里斯说。(楚楚) 　　“一场难以置信的探险” 　　诺奖得主珀尔马特和里斯称，获奖得益于团队合作 　　得知自己成为2011年诺贝尔物理学奖得主的消息后，美国人索尔珀尔马特和亚当里斯分别表示，他们获奖得益于团队合作。 　　“这项发现很大程度上是团队努力的结果。”珀尔马特4日在加州大学伯克利分校发表的一份声明中说。他在声明中回顾了其团队每一名成员对于整个成果的贡献。 　　现在担任约翰斯霍普金斯大学教授的亚当里斯与此次共同获奖的澳大利亚国立大学教授布赖恩施密特属于另一研究团队，他们独立得出了与珀尔马特团队相同的结论。 　　里斯说：“这项发现有关宇宙在加速膨胀，并暗示暗能量存在。我参与到其中，是一场令人难以置信的探险。能够在卓越的研究机构与优秀的同事合作，我感到非常幸运。” 　　■ 链接 　　超新星大发现 　　多年来，天体物理学界一直认为宇宙是在以一个恒定的速度膨胀，直到这三位科学家开始了对超新星的观测。 　　此次获奖的珀尔马特和施密特分别领导两个研究小组，用最先进的天文观测工具对准了一种“Ia型超新星”。这种超新星是由密度极高而体积很小的白矮星爆炸而成。 　　由于每颗“Ia型超新星”爆发时质量都一致，它们爆炸发出的能量和射线强度也一致，因此在地球上观测“Ia型超新星”亮度的变化，可以准确推算出它们和地球距离的变化，并据此计算出宇宙膨胀的速度。 　　两个研究小组总共观测了约50颗遥远的“Ia型超新星”，并于1998年得到了一致的结论：宇宙的膨胀速度不是恒定的，也不是越来越慢，而是不断加快。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 当地时间10月6日，瑞典皇家科学院常任秘书戈兰· 汉松宣布，将2020年诺贝尔物理学奖一半授予罗杰· 彭罗斯（Roger Penrose），“因为发现黑洞的形成是对广义相对论的有力预测”。另外一半授予莱因哈德· 根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚· 格兹（Andrea Ghez），因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体，总奖金为1000万瑞典克朗（约合760万人民币）。 br/ /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/c449ddd7-63aa-41e6-a986-23fb4c1a9e3f.jpg" title=" 9379607C-3B0D-4474-8C68-55E4FBD8DE4B.jpeg" alt=" 9379607C-3B0D-4474-8C68-55E4FBD8DE4B.jpeg" / /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=E237DC15B15540A09C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 罗杰· 彭罗斯爵士，英国数学物理学家、牛津大学数学系名誉教授。他在数学物理方面的工作拥有高度评价，特别是对广义相对论与宇宙学方面的贡献。 /p p br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 莱因哈德· 根泽尔，德国天体物理学家，出生于巴特洪堡。 /p p br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 安德里亚· 格兹，美国天文学家，加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授。 /p p br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 因新冠肺炎疫情，本次活动诺贝尔委员会对进入瑞典皇家科学院会场的人数进行了严格控制，全场人数不超过30人，并在进场时为每个人发放一个口罩。 /p