诺贝尔物理学奖得主塞尔日·阿罗什携《光的探索》做客墨子沙龙

对于原始人来说，光意味着白昼、意味着方向，对于现代人来说，光更是每天工作生活不可或缺的元素。可以说，光伴随了人类进化和文明发展的每个阶段。那么，对于科学家，光又有着什么特殊意义呢？他们看待光，会不会与普通人有所不同？

这个问题对于法国物理学家塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）来说，有着极为丰富的内涵。

2012年，因为研究能够量度和操控个体量子系统的突破性实验方法，阿罗什与美国物理学家戴维·瓦恩兰（David Wineland）共同荣获诺贝尔物理学奖。作为一位对于光充满着热情的研究者，有关光的科学故事激发了他对世界的好奇，作为操控个体量子系统的实验物理学家，激光是他职业生涯的最好帮手。

在昨日的墨子沙龙活动现场，当被粉丝问道“在职业生涯中，哪一位科学家对其影响最大”时，阿罗什给出了自己的答案——伽利略和爱因斯坦。正如他在自己的新书《光的探索：从伽利略望远镜到奇异量子世界》（中文版）中所表达的那样，他们一个第一次用望远镜仰观苍穹，另一个基于诸多有关光的研究发现了相对论，帮助人们重新认识物质和时空的关系。而二者之间的漫长历史，就是人们深刻认识世界的迷人历史。“这些科学家和同时期的艺术家们一样，在历史上扮演了非常重要的角色。科技革命与文艺革命相伴而生，共同进步，人们才找到了一些新的方式来看待这个世界。” 对于光的科学历史，阿罗什这样概括到。

除了自己的新书首秀，阿罗什还为墨子沙龙观众带来了一场精彩纷呈的科学报告。他用这个报告，向观众们讲述了几百年的漫长岁月里，人们研究光、认识光、用光探索世界的动人故事。

在阿罗什心里，故事的开头当然来自于那个将望远镜对准星空的伽利略。在这个故事里，有关光的科学历史，始终“定量地伴随着现代科学方法而诞生”。出于好奇，人们总是发明一些新的设备观察世界，根据观测发现，我们去建立模型，这个模型又可以预测新的现象。之后，这个现象又可以重新去证实这个模型，这就是现代的科学方法。在光的研究方面，同样不例外。从最早的望远镜、棱镜、到后来的各种波段的光源得以发明和使用、直至激光的诞生和发展，这些仪器的发明让我们可以实现更加精准的观测，不仅让我们得以更好的了解光的不同方面，也推动了物理学其它方面的研究，包括催生了相对论和量子物理学。“这是一段漫长而迷人的历史”。

光有没有速度呢？这个问题现在看来毋庸置疑，但在伽利略的时代，却是未知之数。伽利略抱着对这个问题的好奇，进行过一些尝试，虽然尝试以失败告终，但是开启了测量光速的大幕。同时，他对木星卫星的观测，也为后来测量光速的科学家提供了一台“天然的时钟”。

光到底是粒子还是波呢？这个争论不休、旷日持久的问题，从17世纪开始，贯穿两个世纪，几乎与所有我们现在耳熟能详的物理学大师有所关联。在这个不断验证、不断反驳的过程中，人们对光的认识逐渐清晰，光的百变面貌在惠更斯、牛顿、托马斯·杨、菲涅尔、麦克斯韦、赫兹、爱因斯坦等科学家共同的探索和争论中渐渐明朗，人们对世界的认识也随之从牛顿时代进入量子时代。

随着两朵乌云的显现，人们进入相对论和量子时代，之后的故事更加精彩纷呈，科学理论和技术突破彼此激发，人类的文明有了更理性的基础。阿罗什将量子论的诞生比作打开一个潘多拉魔盒——光的粒子性和波动性虽然在这里弥合，但是，电子、原子和光子一样，展现出的纠缠和叠加等特性，更加令人迷惑。相比经典物理，量子的世界显得更加微妙。

从量子理论起步，人们发展出种种突破性的技术，根本上变革着生活方式。从最早的晶体管，到后来的激光，都已经得到了广泛而实际的应用，现在， GPS里用到的原子钟、核磁共振的扫描仪，我们生活中用到的诸多量子技术，在1900年量子论诞生的时候，完全无法预料。

这其中，激光因其单色性、准直性、高功率、稳定性等特殊性质，成为很多领域科学家探索世界的工具。1960年激光的发明和在这以后激光技术的发展，让科学家可以通过改变激光的频率，控制激光束的延续时间并使激光束聚焦到一个原子大小的范围。从这以后，实验技术和实验方法有了极大的发展，利用激光可以使原子或离子冷却到接近绝对零度，就是使它们的运动速度减到非常小，直至几乎停止。著名的玻色爱因斯坦凝聚，就是借助激光，才得以在实验室中产生。借助激光，科学家让时间的度量越来越精确，让引力波的探测成为现实，还可以囚禁原子，探索量子计算的无限可能。

作为单量子系统操纵和腔量子电动力学方面的行家，阿罗什对激光和光子始终保有特殊的感情。利用激光束和超导材料铌，阿罗什对一个微波光子的囚禁时间达到1/10秒，利用一系列里德伯原子作为探测器，穿过腔体、和腔场进行耦合，阿罗什实现了非破坏性测量单个光子——即带走被捕获光子的信息，但是又不吸收光子。在和光的合作中，阿罗什做到了半个多世纪前薛定谔认为不可能实现的事情——在实验室中造出“薛定谔的猫”。

站在今天，回头再去看伽利略和牛顿的时代，阿罗什依然认为他们是非常优秀的科学家，“牛顿在理论的角度做出了很大的贡献，只是他当时提出的一些理论局限于当时人类的知识范围，随着时间的推移，需要通过爱因斯坦让这些理论知识得到进一步的完善，这也是科学研究得以进步的方式。在牛顿和伽利略的时代，他们提出了一些非常了不起的理论，包括后来出现的相对论，其实早在伽利略时代就埋下了种子。”

放在历史的长河里来看，对于目光如炬的科学家来说，判断是不是永远准确呢？答案是否定的，科学会出乎所有人的意料，上世纪60年代，阿罗什就认为激光一定会成为一种新的工具。但是今天，激光能做的事，远远超出了他当时的想象。

“这就是科学的魅力——我所从事的科学研究一方面来自于过去，另一方面，它也能够延伸到未来，历史给予我们很多机会，和很多的伟大科学家进行思维的碰撞，我们都因为光而着迷，科学事业是跨时间的。同时，我们对于科学的兴趣和努力，我们的好奇心、热情、知识，我们对于真理的探索，都可以与世界各地的科学家来进行分享。我深深感受到我们是整个社群的一部分，所以科学也是跨越空间的。”

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