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年度诺贝尔物理学奖将揭晓,潘建伟老师成大热人选,他能获奖吗?

【生理学或医学奖爆冷】

又到了一年一度的科学盛事――诺贝尔奖揭晓的时间了,已经揭晓的是2021年诺贝尔生理学或医学奖,爆冷颁给了两位独立发现了人体感知温度、压力及疼痛的分子机制的科学家,此前普遍预测的新冠疫苗基础研究(mRNA技术)的两位科学家落选。

【物理学奖热门人选

而我最关心的其实是即将揭晓的诺贝尔物理学奖,而这一奖项今年的大热人选是量子实验和量子信息领域的三位物理学家:约翰・克劳瑟(John Clauser)、阿兰・阿斯佩克特(Alain Aspect)和奥地利的安东・塞林格(Anton Zeilinger)。他们成为大热门的其中一个原因是他们此前共同获得了被誉为诺贝尔奖风向标的沃尔夫奖。

【为何热门?】

这三位热门候选人的其实早在2011年就曾获得提名诺贝尔奖,但那一年诺贝尔物理学奖颁给了发现宇宙加速膨胀的科学家,三人与诺贝尔奖失之交臂。而今年是他们最有可能获奖的一年,其中的一方面原因是关于诺贝尔物理学奖的一个不成文规律,会每年在三大领域里轮流颁发,这三个领域获奖机会是大致平均的,分别是:量子物理、量子光学,凝聚态物理和天体物理。其中近几年已经多次颁发给天体物理相关的了,刚过去的2020年就颁给了黑洞理论研究和观测证明。因此今年基本上是不可能再给天体物理了,那么就只剩下量子物理、光学和凝聚态物理了,而在量子物理方面,他们仨大概是没有对手了。

【世纪辩论的结案陈词――量子纠缠】

大家可能对这三位热门候选人感到陌生,毕竟我们对歪国人的名字不太感冒,但实际上这三人大家在科普文章里可能都听到过。

故事要从20世纪的世纪辩论说起,在上世纪30年代,人类最诡异的科学――量子力学诞生,出于对决定论的信仰,量子论的重要奠基人爱因斯坦与玻尔为首的哥本哈根学派就绝对性与随机性、定域性与非定域性展开激烈的辩论,最终爱因斯坦以一篇《描述物理实在的量子力学是完备的吗?》的论文结束战斗。

他在这篇论文中提出一种假想情况:以特殊的方式制造一对关联的粒子,它们的量子态互相关联,比如一个粒子上旋,另一个粒子必定下旋,按照哥本哈根学派的解释,两个粒子的状态只有在测量后才是确定的,那么当我们把这对粒子通过光路分开到足够远,比如一光年以后分别对其测量会怎么样呢?按照哥本哈根诠释,两个粒子在测量后同时随机坍缩到相应状态。那么问题来了,此时两个粒子相隔已经1光年了,它们是怎么在随机坍缩到一个状态后瞬间通知对方坍缩到另一个态的?这显然不可能,因为超光速通信是违反狭义相对论的,本质上就是违反因果律的。因此爱因斯坦表示,这对粒子的状态是一开始就已经决定了的,只是在测量前我们不知道而已。

但是玻尔并不同意爱因斯坦的说法,他坚持一贯的主张:坍缩是随机的,坍缩前粒子没有确定的量子态。他指出这对粒子在被测量前并非两个独立的个体,而是一个整体,拥有一个波函数,直到测量发生,这个波函数发生坍缩才产生了两个量子态互相关联的粒子。这种假想实验中的现象被称为量子纠缠,爱因斯坦略带讽刺地称之为鬼魅般的超距作用,又译:远距离闹鬼……

【爱因斯坦的终极审判――贝尔不等式验证实验者】

两人各执一词谁也不服谁,然而当时他们并没有办法用实验去验证究竟哪一个说得对,直到两人相继离世。

到60年代,爱因斯坦的一个脑残粉,爱尔兰的实验物理学家约翰・贝尔提出了一个不等式:

OPxz-PzyO≤1+Pxy

根据这个不等式,实验物理学家就可以设计实验进行验证,假如爱因斯坦是对的,实验结果应该是满足这个不等式的,反之则表明哥本哈根学派是对的。

到了70年代,约翰・克劳瑟首先完成了检验贝尔不等式的实验。到了80年代,阿兰・阿斯佩克完成更为精确和几乎无漏洞的贝尔不等式实验。随后安东・塞林格也完成了更多纠缠粒子的无漏洞贝尔不等式实验。所有实验结果均表明,爱因斯坦错了!

【带潘建伟飞的人――安东・塞林格】

上世纪90年代,潘建伟留学欧洲,师从奥地利维也纳大学的塞林格攻读博士学位,在塞林格的带领下,潘建伟以第二作者的身份开创性地完成了量子隐形传态实验论文,这一成果奠定了量子信息技术的可行性基础。该论文入选《自然》杂志的百年物理学21篇经典论文!这一成就使潘建伟的科学地位大幅提升,为后来回国从事量子信息的科学研究时申请经费提供了足够的底气,从而为我国的量子科技发展奠定了坚实的基础。

可以说没有塞林格就没有今天的潘建伟,就没有今天我国走在世界前沿的量子信息科技!

当然,潘建伟也是投桃报李,在世界第一颗量子卫星上天后,潘建伟团队就与奥地利的老师合作进行了洲际的量子实验。目前,塞林格是中科院的外籍院士。

期望这次的预测正确,潘建伟的老师能获得诺贝尔物理学奖!

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