“熱情😅，求知，直覺🕵🏻♂️，機遇。”
從立誌成為天文學家👇🏿♈️，到傾盡一生探索光的科學，終將“薛定諤的貓”思想實驗變為現實，法蘭西公學院名譽教授、2012年諾貝爾物理學獎得主塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）在11月8日上午的第四期“浦江科學大師講壇”上𓀚，總結出自己做科研的四個關鍵詞。
光學是物理學中古老的學科🎾，又是當前科學研究中最活躍的學科之一，推動著人類對自然的認知不斷深化和人類社會的進步🧑🏻🏫。科學家眼中的“光”是什麽樣的？以“光的科學: 從伽利略到量子物理”為題💁🏿♂️，阿羅什從自己的求學生涯講起，追溯17世紀以來光的科學史🦡，並將新型量子技術的前沿發展娓娓道來。
上海市政協副主席吳信寶出席講壇並為阿羅什頒發“主講科學家”紀念證書，恒行2平台校長、中國科學院院士金力主持講壇👱🏿♂️。市政協科教委、市科技黨委🫦🥊、市科委💝、市教委、市科協等單位負責人，上海市各高校、中學師生及科研人員代表出席活動。
帶著好奇與熱情投身科學研究
“我從年輕的時候，就為光的科學所折服和著迷。”
講座伊始，阿羅什真摯回憶了青年時期的求學經歷。年少的他出於對光的濃厚興趣👫🏻🧔🏻♂️，立誌今後從事天文學的研究。
1966年，20歲的他進入巴黎高等師範學院的卡斯特勒-布羅塞爾實驗室，開啟自己的研究生涯。這間實驗室可謂大師雲集——在阿羅什之前，他的導師卡斯特勒在1966年獲諾貝爾物理學獎𓀁，實驗室的另一位科學家布羅塞爾則是法國量子光學學派奠基人。
這些學界領軍人物，給予了年輕人充足的自由和激勵，這讓阿羅什感懷至今，“我非常高興🫘，也非常幸運能夠在這樣的環境中受到熏陶。”
卡斯特勒-布羅塞爾實驗室成員合影，左三為卡斯特勒🧕，左二為布羅塞爾🔑🐨，左四為阿羅什
令他感到幸運的另一件事🙍🏼♀️，則是激光的發明。阿羅什正是從激光技術發明之後開啟了物理學研究🧑🏼🌾。作為操控個體量子系統的實驗物理學家，激光是他職業生涯的最好幫手🚶🏻。“激光為基礎物理學和應用物理學的進步開辟了道路𓀚，而這在20世紀60年代是難以想象的。”他說。
2012年😜，阿羅什和美國物理學家大衛·維因蘭德因“突破性的試驗方法使得測量和操縱單個量子系統成為可能 ”獲得諾貝爾物理學獎👆🏻。作為腔量子電動力學的行家，阿羅什通過量子技術🏌️♂️，運用原子和光設計了一個現實中可行的實驗，成功馴服原子和光子並觀察到量子疊加。
他所發明的檢測方法在觀察的同時不介入，這讓量子物理學創始人所設想的思想實驗變為現實。那只曾經困擾物理學界多年的“薛定諤的貓”似乎終於可以在現實中被“捉”住了。
創舉背後的驅動力到底為何？阿羅什在現場分享了做科研的秘訣。
“如果你要成為一名科學家，首先必須要有激情和熱情，要對外部世界有探索的好奇心，必須能夠在某些領域做非常深入的研究🪛，對知識的探索與渴求有非常強烈的追求。”阿羅什相信🙎🏽，個人的傾情投入在科學的創新探索中不可或缺⚙️🩶。
此外，要真正為現有科學帶來革新，不僅要和同時代研究者們交流合作，也要向歷史上偉大的科學先驅們追問學習，“如果你要做科學，必須要和一群才華橫溢的科學家團體為伍🫰🏽，歷史上那些星光熠熠的科學家，都會成為你不斷激發熱情🦔、探索全新科學前沿的動力🎳。”
最偉大的科學成就都與“光”有關
從17世紀的伽利略到牛頓🤵🏻♂️，再到19世紀與20世紀的法拉第、麥克斯韋、普朗克及愛因斯坦等一眾科學家……阿羅什在PPT中分享了一張光科學史縱覽圖👩🏻🦳🚘，許多耳熟能詳的名字盡在其中。可以說🕍，科學史上的眾多偉大思想的誕生，無不受到光的“照射”。
“關於外部世界我們所了解的大部分知識，其實都來自於光。”阿羅什認為，科學基礎研究的巨大突破離不開對光的探索，科學殿堂上最偉大的科學成就都與光相關。
光有沒有速度🆑？故事的開端⏰，要從那個將望遠鏡對準星空的伽利略談起。在伽利略所處的時代，人們都認為光是無限快的。而伽利略首次提出“光速可以被測量”，從而邁出人類探索光速的第一步🕵🏽♀️👨🏿🍼。70年後💇🏿♂️⚛️，奧勒·羅默通過“木衛一蝕”現象的觀測🥂，首次證實了光速是有限的。
光到底是粒子還是波？光的波粒二象性如今廣為人知，阿羅什細致梳理出其背後一眾科學先驅跨越200余年的思考與討論。17世紀🧑🏽✈️，以牛頓為代表粒子說和以惠更斯為代表的波動說兩派僵持不下；19世紀初📲，托馬斯·楊用雙縫實驗證明衍生光波遵守疊加原理👨🏻🦽，證實了光的波動性質🛎。
直到19世紀中葉，麥克斯韋提出光的電磁波理論🕛，並且通過海因裏希·赫茲的實驗得到驗證𓀌🤾🏿，由此統一了電🧖🏿、磁和光學。阿羅什稱其為“一項偉大的研究”。電磁波理論對光的本質作出了新的闡釋：光和磁由同一物質觸發，光是一種根據電磁定律在場中傳播的電磁擾動。
以20世紀初開爾文男爵的“兩片烏雲”理論作為引入⛹🏼♂️，阿羅什進一步講述了量子力學和相對論的誕生及其對光的研究所帶來的巨大革新——普朗克的黑體輻射定律使人類更加深入地理解電磁輻射的本質，愛因斯坦光量子說則幫助奠定了量子力學的基礎。
在其後眾多科學家的合力下，量子物理的“潘多拉魔盒”被人們打開。光的波粒二象性成為量子理論的基石👄，人們對光的本質的認識達成基本共識。自此👩🎤，量子理論席卷整個物理學界，人類踏入了認識光、探索光的更高階段🫷。
“從伽利略到量子物理🎠，這是一條引人入勝的科學道路。”阿羅什總結道，回顧科學史可見🫄🏿，所有研究者都是站在巨人的肩膀上，不斷修正甚至推翻原有理論，才得以實現人類認知邊界的不斷突破，因此，“科學研究中沒有永恒的真理，只有人類對世界不斷修正的結論與逐漸深入的認識”🖤。
讓基礎研究與技術革新形成良性循環
如果說早期量子理論大都受益於對光的研究，那麽到上世紀，量子理論則開始反哺光學，推動一系列突破性技術的發明和革新。
20世紀初，人們所作的一些如今看來天真又幼稚的“空想”，如今有許多已成為現實。現代生活中人們習以為常的電子計算機💐🕶、核磁共振掃描儀𓀐📊、GPS等等，無一不以量子理論為基礎💍。
在這當中，激光是20世紀中期一項劃時代的成就。激光的本質是物質的聚變和蒸發、原子的冷卻和捕獲。激光技術的發展，使得光與介質相互作用的研究進入了一個全新階段，光的“捕獲”🛍、“存儲”🎢🏌️♂️、“囚禁”由不可能變為可能🌔。“如果從地球向月球發射一束激光🐄，再從月球反射回來👩🏼🏫，光的相位不會發生變化👩🏻🏫。”阿羅什舉例闡釋激光的超穩定性🍤🍊。
激光以其獨一無二的特性，廣泛應用於物理、化學和生物學的基礎研究，以及計量🎭、醫學、通信等領域。例如，429太赫茲的可視量子鐘，可以測量由於高度差異1mm而導致的速率變化🙋🏻，比GPS時間還要精確10萬倍；再比如，激光幹涉引力波天文臺可以探測到13億光年外兩個黑洞的合並產生的引力波🛄，”這是一個傑作🤜🏽，它可以探測到直徑小於十億分之一原子直徑的鏡子（相距4公裏）的相對位移”🔰，阿羅什評價道。
“基礎科學和技術之間是共生的。”他總結道🕘，伽利略望遠鏡和惠更斯擺鐘的發明使得空間和時間的精確測量成為可能，在此基礎上，光的特性被發現。人們對光的新認識，又不斷促成更精確設備的發明，基礎研究與技術革新之間形成的良性循環👩🏿⚖️，幫助物理學家更高效、更精確地觀察、證實或證偽👰🏻♂️。
如今🐻，第二次量子革命已經拉開序幕，相較於第一次量子革命“只問量子理論能讓我們做什麽”，人類現在更多要探究“為什麽”，並充分發揮主觀能動性，利用疊加和糾纏等量子特性，在量子計量♊️、量子通信、量子模擬👨✈️、量子計算等領域大展身手。
未來，隨著測量的手段不斷進步，基礎研究可以被推進到分子級🙅🏽𓀘、原子級🚛，甚至更細。阿羅什期待道：“我們也可以使用這樣的研究能力，去探索一些電磁科學和生物科學領域最前沿的技術。”至於量子計算機到底何時能夠出現🥩🔮，阿羅什坦言“真的不知道”，但與“不確定性”共舞🙎🏿♂️，是科學研究的特點，也是其最美妙之處🧑🏼🍳。
活動尾聲🦵🏻，阿羅什與現場聽眾互動交流，並送出五本自己親筆簽名的新書《光的探索：從伽利略望遠鏡到奇異量子世界》🥲。
報告人簡介
塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）
法國物理學家🚶🏻➡️，1944年9月出生於摩洛哥。法蘭西公學院名譽教授、法國科學院院士、歐洲科學院院士👯♂️、美國國家科學院外籍院士、美國人文與科學院外籍院士、巴西科學院外籍院士♝🙆。研究方向為量子光學和量子信息學👱🏽，對量子光學中的量子電動力學研究做出過重要貢獻，在實驗量子力學領域享有盛名⛹🏼♂️㊙️，被業內譽為腔量子電動力學的實驗奠基人。曾獲法國物理學會 GrandPrix Jean Ricard獎(1983年)💃，愛因斯坦激光科學獎(1988年)🏋🏽♀️🧖🏽♀️，洪堡獎(1992年)，富蘭克林研究所 Michelson 獎章(1993年)🦵🏿，羅馬La Sapienza 大學 Tomassoni獎(2001年)🚳，歐洲物理學會量子電子學獎(2002年)☝🏽，國際量子通信、測量和計算組織的量子通信獎(2002年)🚣🏼♂️，美國光學學會 Townes 獎(2007 年)👩👩👧，法國國家科學研究中心(CNRS)金質獎章(2009 年)，德國物理學會和美國光學學會 Herbert Walter 獎(2010 年)🛀🏻，諾貝爾物理學獎(2012年🪿，與David Wineland 共享)。
