量子光学之父：十八岁入选曼哈顿计划，年过八旬终获诺奖

光子盒研究院出品

光是量子物理学的重要组成部分，早期量子理论大部分都是从研究光而来。到了上世纪60年代，量子物理学开始反哺光学，诞生了激光，以及一门新的学科——量子光学。实际上目前中国量子信息科学的带头人几乎都是从量子光学研究开始的。1984年郭光灿院士主持召开的第一届全国量子光学学术会议，为后来量子信息科学的发展奠定了重要基础。

提及量子光学，就不得不讲到罗伊·格劳伯(Roy J. Glauber)。1963年，格劳伯发表了他的具有里程碑意义的论文《光学相干的量子理论》，将量子力学应用于不同形式的光，解释了从激光到灯泡的不同类型光的基本特征。由于这一成就，后来他被称为“量子光学之父”。

格劳伯是一位典型的天才，16岁被哈佛大学录取，18岁就加入了秘密研制原子弹的曼哈顿计划。格劳伯的一生可以用一帆风顺来形容，令其耿耿于怀的只有诺贝尔奖。那段与诺奖的爱恨情仇，还让他有了另外一个称号——科学界的扫地僧。

“扫地僧”罗伊·格劳伯

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1943，最年轻的曼哈顿计划成员

罗伊·格劳伯于1925年9月1日出生于纽约市。他的父亲是一名旅行推销员，因此格劳伯从小就跟父亲跑遍了全美各地。格劳伯回忆：“经过长时间开车，穿越无尽的农田后，我们会在路边挂着‘游客空缺’标志的农民家过夜——从来不会连续两晚住在同一栋房子里。”

1929年美国的大萧条，让他结束了“流浪”之旅。他的父亲失去了工作，全家不得不搬回纽约，尽管他们频繁搬家——从曼哈顿区、皇后区到布朗克斯区。

与其他小朋友不同，除了轮滑，他几乎不喜欢任何运动。他最感兴趣的是自然科学，有很强的动手能力，比如建造各种形状的飞机、轮船和火车模型，这得益于他的母亲在手工艺方面的才华——从缝纫、刺绣到绘画，无师自通。

格劳伯在十几岁时就对科学和天文学产生了兴趣。他手工制作了一个望远镜，甚至自己打磨镜子，并开始参加纽约海登天文馆的讲座。

1938年9月，纽约市开设了一所新的高中——布朗克斯科学高中，其目的是提供更广泛的科学背景。对科学极富兴趣的格劳伯选择了这所高中，尽管他需要在曼哈顿上城和布朗克斯之间乘坐长途电车。在那里，他学习了微积分和其他数学知识，这使得他进入大学后跳过了这些基础课程。

比起数学，格劳伯更喜欢的是制造光学仪器。1939年，他制造了一个分光镜，获得了科学博览会的二等奖，并被1939年纽约世博会展示了长达数月之久。在1940年12月的科学大会上，他做了一次演讲，展示了他用望远镜、分光镜和借来的显微镜拍摄的一些照片。

罗伊·格劳伯，1940

整个高中时期，格劳伯就沉浸在这样的科学氛围中。1941年，他顺利被哈佛大学录取。

格劳伯入学是在1941年秋，但到了这年的12月7日，日本偷袭珍珠港，第二天美国加入欧洲和太平洋战争。哈佛的很多教授都要参与到与战争相关的秘密项目中，因此原计划两年完成的物理学课程，格劳伯在一年内修完了。

1943年10月，在他大三的时候，格劳伯被招募加入了位于美国西部洛斯阿拉莫斯的制造原子弹的绝密计划——曼哈顿计划。他乘火车抵达，与数学家约翰·冯·诺伊曼一起搭车前往实验室，18的他成为了曼哈顿计划最年轻的成员。在那里，他负责计算了第一颗原子弹的临界质量。

战后回到哈佛，他于1946年获得学士学位，并于1949年获得博士学位。他的论文导师是理论物理学家朱利安·施温格，后者因在量子电动力学方面的工作于1965年获得诺贝尔奖。

毕业后，曾领导曼哈顿计划的奥本海默邀请格劳伯到普林斯顿高等研究院工作，奥本海姆是该研究院的院长。格劳伯最终得以与1945年获得诺贝尔物理学奖的沃尔夫冈·泡利合作。

格劳伯拍摄的泡利，1950

在1952年回到哈佛任教之前，格劳伯接替去巴西休假的理查德·费曼在加州理工学院教了一年书。此后，格劳伯在哈佛大学一直工作到退休。

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1963，量子光学之父

1963年，38岁的格劳伯有了第一个孩子，当然还有那篇具有里程碑意义的论文《光学相干的量子理论》，他成功将量子力学应用于不同形式的光，以前只能使用经典物理方法和数学来分析光。这标志着量子光学的诞生。

上世纪60年代开始，激光技术飞速发展。然而科学家们对光本身特性的描述却颇具争议。

他提出了一种利用电磁量子化来理解光学观测的方法，借助量子场论对光电探测进行了一致的描述。他证明汉伯–布朗和特维斯发现的“聚束”是热辐射的随机性质的自然结果。理想的相干激光束根本不会显示出同样的效果。

光学观测的理论量子描述的一个本质特征是，当观测到一个光电子时，光子被吸收，光子场的状态发生了变化。当多个探测器相互关联时，系统将变得对量子效应敏感，如果场中只有少量光子，这将更加明显。后来又进行了涉及几个光电探测器的实验，都是用格劳伯的理论描述的。

这一理论解决了大量的基础性问题，成功描述了光子的运动规律，揭示了光子的特性，以及大量光子如何互相影响它们之间的运行方式产生“干涉”现象等。

罗伊·格劳伯

03

1998，科学界的扫地憎

上世纪90年代，量子信息科学兴起，量子光学的奠基作用开始显现。业内人士认为格劳伯获得诺贝尔物理学奖是顺理成章的事。果然，在1995年，格劳伯获得了提名，但最终未能如愿。有趣的是，搞笑诺贝尔奖(Ig Nobel prize)却邀请了他，没想到颇具幽默感的格劳伯毫不犹豫地接受了邀请。

搞笑诺贝尔奖是由美国剑桥的一个年轻人马克·亚伯拉罕设立的，他决定向世界展示科学家的幽默感。这个奖每年都会在哈佛大学剧院颁发。作为哈佛大学的教授，格劳伯被邀请似乎并不意外。在颁奖典礼上，有一个传统是往台上扔纸飞机。然而，哈佛大学的消防部门认为这可能是火灾隐患。

于是，有趣的一幕出现了。在1998年的颁奖典礼上，马克·亚伯拉罕要求格劳伯帮忙清扫纸飞机。极富娱乐精神的格劳伯拿起扫帚就走上了台，引得全场哄堂大笑。从那以后，几乎每年他都会在搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上清理纸飞机，为此赢得了“扫帚守护者”(Keeper of the Broom)的美誉。

格劳伯清理台上的纸飞机，1998

格劳伯大部分时间都在搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上担任双重职责——亲自向一些新的获奖者颁发搞笑诺贝尔奖，以及继续扫荡纸飞机。事实上，在他获得真正的诺贝尔奖后，仍然不忘在搞笑诺贝尔奖上给人们带来欢笑。

格劳伯和诺贝尔生理学或医学奖获得者克雷格·梅洛在搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上，2007

格劳伯和他的扫帚，2012

格劳伯和其他4位诺贝尔奖获得者向科学家们致敬，2016

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2005，终获诺贝尔奖

2005年，80岁的格劳伯在毫无预料的情况下接到了瑞典皇家科学院的电话，通知他获得了诺贝尔物理学奖。我们不知道当时他是怎样一种反应，但在领奖后，格劳伯一如往常展示了他的幽默。

罗伊·格劳伯，2005

有人问他，为什么所有记者都对他表现出比其他任何新的诺贝尔奖获得者更多的兴趣。然后格劳伯停顿了很久，“但他们想问的只是那把该死的扫帚和纸飞机。”

2018年12月26日，格劳伯走完了辉煌且幽默的一生，享年93岁。

顺便说一句，2010年在格劳伯家发生了一起奇怪的盗窃案：有人偷走了他的诺贝尔奖章。

参考链接：

[1]https://www.nytimes.com/2019/01/08/obituaries/roy-j-glauber-dead.html

[2]https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2005/glauber/biographical/

[3]https://hias.tamu.edu/fellow/dr-roy-glauber/

[4]https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/popular-physicsprize2005.pdf

[5]https://improbable.com/2018/12/27/sad-news-roy-glauber-paper-airplane-sweeper-and-physicist-of-light-is-gone/

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