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塞尔日・阿罗什(Serge Haroche),1944 年 9 月 11 日出生,法国物理学家,法兰西公学院教授,世界顶尖科学家协会副主席。
因“开创性的实验方法,使测量和操控单个量子系统成为可能”而获得2012年诺贝尔物理学奖。
2012年10月9日,巴黎秋日的街头,68岁的塞尔日·阿罗什(Serge Haroche)正和妻子散步。手机突然亮起,屏幕上跳出瑞典区号+46的来电。
几乎在看到号码的瞬间,他就预感到了即将到来的消息。“我简直不敢相信,整个人都处在震惊里。”多年后回忆起那一刻,他依然记得当时激动的心情。
电话另一端,瑞典皇家科学院正式通知:他与美国科学家大卫·维因兰德(David Wineland)共同获得当年的诺贝尔物理学奖,获奖理由是“发明了能够测量与操控单个量子系统的突破性实验方法”。
很多科学家一生都在研究光,但阿罗什花了四十多年,去做一件看似矛盾的事:如何观察一束光,却不让它消失。这句近乎诗意的命题,最终成为腔量子电动力学领域的里程碑,也为今天的量子计算、量子精密测量打下了关键的实验基础。
从卡萨布兰卡到巴黎:被卫星点亮的科学梦
1944年9月11日,阿罗什出生于摩洛哥卡萨布兰卡的一个犹太教师家庭。祖父母都是教师,父母热爱文学、历史与艺术,家里的日常话题总围绕着哲学、政治与艺术展开,看画展、听音乐会、共读一本书是一家人的固定节目。父母从未刻意要求他成为科学家,却给了他一份更重要的礼物——广泛的阅读兴趣和独立思考的习惯。这种浸润式的人文熏陶,让年少的阿罗什始终对世界保有广泛的好奇心,也塑造了他后来严谨又不失人文感的表达风格。
12岁那年,全家迁居法国。摩洛哥终年明亮的阳光被巴黎漫长阴冷的冬日取代,学校很快成了他新的锚点。他成绩优异,很快跻身班级前列,且始终保持着文理兼修的特质:既沉迷数学与物理的逻辑之美,也始终保留着对文学、历史的兴趣。他后来曾说,人文学科的素养来自家庭的熏陶,而科学探索,则是一条需要独自跋涉的道路。
真正让他下定决心走上科研道路的,是1957年的“斯普特尼克时刻”。当人类第一颗人造卫星划过夜空的消息传到校园,13岁的阿罗什受到了巨大的震撼:原来仅凭纸上的微积分公式,就能计算出火箭的逃逸速度、卫星的轨道周期,甚至推算出其他行星的引力大小。他第一次真切地意识到:大自然的运行,真的遵循着精准的数学规律。
“从那一刻起,我就知道自己想成为一名科学家。”这份少年时的震撼,最终指引他走进了量子物理的微观世界。
1963年夏天,阿罗什在法国综合理工学院(École Polytechnique)的入学考试中排名第一,同时在巴黎高等师范学院(ENS)的入学考试中名列第三,最终他选择了ENS,进入享誉学界的卡斯特勒-布罗塞尔实验室,师从后来的诺贝尔物理学奖得主克洛德·科恩-塔努吉(Claude Cohen-Tannoudji)。博士毕业后,他远赴美国斯坦福大学,在激光发明者之一阿瑟·肖洛的实验室完成博士后研究,进一步确定了量子光学的主攻方向。
巴黎乌尔姆街45号的巴黎高等师范学院 图 | ARCHIVES / AFP
刚开始做科研时,他常常担心自己知识不够渊博。肖洛却安慰他说:"想在科研中取得成功,并不需要通晓万事万物,只需要有少数几件事情,是别人不知道而你知道的。"阿罗什后来在诺奖官网自传中专门回忆了这句话。
阿瑟·肖洛 图 | 新浪
这句话消解了年轻学者面对知识海洋的焦虑,也奠定了他一生的科研底色:不追逐热点,不追求面面俱到,认准一个真正重要的问题,就沉下心做上几十年。
四十年深耕:如何看见光,又不毁掉它?
量子世界里有一个近乎悖论的难题:观测本身就会改变被观测的对象。对于单个光子这样脆弱的量子客体来说尤其如此——在传统测量方式下,想要知道光子的存在,几乎必然要吸收它、消耗它。就像想弄清肥皂泡里的结构,只能先把它戳破。
阿罗什始终觉得,这不该是唯一的答案。他想找到一种方法:在不吸收光子的情况下,反复获取有关光子数的信息。为了这个看似简单的目标,他和团队在实验室里打磨了近四十年。
他们最终搭建出一套极致精巧的实验系统:两面冷却至接近绝对零度的超导镜面,构成一个近乎完美的“光子牢笼”——微波光子在两面镜子之间来回反射,可以停留数百毫秒而不消散,这在量子尺度下已经是足够长的“寿命”。随后,他们让处于高激发态的里德伯原子像一枚极轻的探针,缓缓穿过光场。光子的存在会让原子的能级发生极其细微的偏移,却不会被原子吸收;读取原子离开腔体后的状态变化,可以逐步获得关于腔内光子数量的信息;通过大量重复实验,还能重建光场的量子态。
1999年,团队实现了单个微波光子的非破坏性探测;2007年,他们进一步反复读取光子数,记录单个光子的产生、存续和消失。更重要的是,阿罗什并没有止步于"看到"光子。
沿着这条路径,阿罗什团队完成了一系列量子力学史上的经典实验:1996年,他们在腔内制备出介观尺度的“薛定谔猫态”,并直接观测其逐渐丧失量子相干性的过程,把薛定谔提出的著名思想实验,真正搬进了真实的实验室;2007年,他们实现了光子的量子非破坏性计数,第一次在不消耗光子的前提下,精准数清了光的粒子。
塞尔日·阿罗什(右)在实验室 图 | 诺贝尔奖官网
这些工作不仅验证了量子力学的诸多基础假设,更直接推动了腔量子电动力学成为量子信息科学的核心分支。与他共享诺奖的维因兰德,以离子阱技术实现了单个原子的精准操控,两人殊途同归,共同推开了“单个量子系统可测量、可操控”的大门。诺贝尔委员会评价道:他们的方法,让人类第一次得以直接观测单个量子粒子,而不破坏其量子特性,为量子计算机、超高精度原子钟的发展铺平了道路。
比奖金更珍贵的,是时间与信任
翻开阿罗什的诺奖自传,会发现他很少浓墨重彩地谈论获奖的荣耀,却用了很长的篇幅感谢自己的实验室与所处的学术环境。在他看来,支撑自己走完四十年漫漫长路的,除了对问题本身的好奇,还有两样比经费更珍贵的东西:时间与信任。
在他看来,真正重要的基础科学,并不是围绕既定目标完成任务,而是由好奇心驱动。如果科研只追逐短期成果、论文数量或应用价值,就很难孕育真正改变世界的发现。
“我认为,时间和信任比金钱更有价值。它们是基础科学得以繁荣的两个核心要素。”他在自传里写下的这句话,至今仍值得所有科研管理者思考。
在阿罗什的认知里,真正有分量的基础研究,从来不可能在一两年内做出成果。它需要十年、二十年,甚至整整一代人的持续投入。如果科研评价体系只盯着短期产出、追逐热点方向,就很难诞生真正颠覆性的突破。他自己的研究从搭建第一套光腔系统,到最终实现非破坏光子测量,前后跨越近四十年,中间经历过无数次失败与调整,正是稳定的支持与长期的信任,才让团队得以沉下心来,把一个看似“无用”的问题做到极致。
除了深耕科研,阿罗什同样把大量精力投入到教学与学术传承中。他先后任教于巴黎第六大学、巴黎高等师范学院,也曾在耶鲁大学担任兼职教授;2001年,他受聘为法兰西公学院量子物理讲席教授。作为法国最高学术殿堂,法兰西公学院有着独特的传统:没有固定教材,没有考试与学分,所有课程向公众免费开放,每位教授每年都必须讲授全新的研究内容。
在阿罗什看来,这是世界上最自由的课堂。讲课的乐趣从来不是重复已知的知识,而是不断寻找新的表达方式,把抽象晦涩的量子世界,讲给不同背景的听众。
在诺奖官网自传里,阿罗什用了大量篇幅感谢自己的学生和年轻合作者。他认为,许多真正重要的实验突破,并不是某一位科学家的独自创造,而是一代代青年研究者共同完成的结果。每当谈起自己的工作,他总会先感谢实验室里的学生,而不是强调自己的贡献。在他看来,培养年轻科学家,本身就是科学不断前进的重要方式。
科学是一场关于耐心的长途跋涉
获得诺奖之后,阿罗什常被邀请给年轻研究者提建议。他说得最多的,始终是“耐心”二字。在越来越强调应用转化、追求短期产出的科研环境里,他反复提醒:科学的发展离不开好奇心驱动的基础研究,也离不开能容纳长期探索的学术生态。
如今,量子计算、量子通信、高精度光钟正一步步走出实验室,走进产业与日常生活。人们热衷于谈论量子技术将如何改变世界,却常常忽略,这一切的起点,是几十年前一群物理学家在实验室里,执着地回答一个看似毫无实用价值的问题:能不能不毁掉光,就看见它。
从卡萨布兰卡仰望星空的少年,到站在诺奖领奖台上的物理学家,阿罗什的一生,始终沿着少年时被点亮的方向前行。当年他震撼于数学可以解释天体运行的宏大规律,后来他用四十年的时间,证明了另一件事:真正伟大的科学,从来不是对自然的征服,而是学会耐心地倾听、细致地观察,在不打扰的前提下,读懂宇宙运行的规则。
对于今天的我们而言,这份长期主义的坚守,或许比任何一项技术突破都更有启示意义。科学从来不是一场短跑竞速,而是一场关于耐心、信任与坚持的长途跋涉。那些愿意花几十年去“看一束光”的人,最终总会点亮更广阔的世界。
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