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2022年诺贝尔物理学奖于10月4日在瑞典重磅揭晓 , 三位科学家分享了1000万瑞典克朗(约合90万美元)的奖金 , 可谓名利双收 。 他们的大名为:法国科学家阿斯派克特、美国科学家约翰·F·克劳斯和奥地利科学家安东·蔡林格 。
他们获奖的科学成果 , 是量子纠缠理论和应用的研究 , 官方的说法是“通过光量子纠缠实验 , 确定贝尔不等式在量子世界里不成立 , 并开创了量子信息的科学” 。 不少人对他们获得诺奖不理解 , 有如下一些疑问:
1、量子纠缠已经“纠缠”了近一个世纪了 , 似乎早有定论 , 为啥现在还能够获奖?
2、贝尔不等式是判定量子理论是否存在完备局域隐变量的问题 , 也似乎早有定论 , 为啥到现在再次提出?
3、据中国媒体有关报道 , 潘建伟才是“量子之父” , 而且依靠量子纠缠理论将量子通讯做得风生水起 , 走在世界前列 , 为啥诺奖却与他无缘 , 花落旁家?
现在 , 我们就通过解答这几个问题 , 对这次诺奖物理奖作一个全面解读 。
量子力学发展简史与“哥本哈根诠释”之争十九世纪末二十世纪初 , 物理学发展出现了瓶颈 。 主要出现了两大问题 , 被称为“两朵乌云”:一朵是迈克尔逊通过实验 , 否定了“以太”的存在;另一朵是黑体辐射的“紫外灾难” 。
一直以来 , 人们认为 , 光(电磁波)的传播都是依靠“以太”为媒介 , 迈克尔逊的实验证明了“以太”不存在 , 那么光是通过什么来传播的呢?而所谓“紫外灾难”则是采用经典的瑞利-金斯定律计算黑体辐射强度 , 与实验数据无法吻合 。
这些常人看起来有些莫名其妙事不关己的一些事件 , 在当时的科学界引起了恐慌 , 难道过去的理论都错了 , 那么人类将怎样认识这个世界?许多科学家穷尽经典的方法做各种实验 , 都无法找到答案 , 由此迷茫和悲观笼罩在科学界 。
这时出现了两位奇人 , 一位叫马克斯·普朗克 , 一位叫阿尔伯特·爱因斯坦 。
1900年 , 普朗克提出辐射量子假设 , 假定电磁场和物质交换能量不是连续的 , 而是以间断形式一份一份发出的 , 并创建了普朗克常数和普朗克公式 , 正确解释了黑体辐射的能量分布问题 , 从而让一朵乌云消散了 。
1905年 , 爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》的论文 , 提出了光量子假说 , 成功揭示了光电效应 , 创立了狭义相对论 , 让另一朵乌云消散 。
从此 , 一门新兴的科学诞生了 , 这就是量子力学 , 是物理学的一个分支~专门研究亚原子及其以下粒子微观世界运动规律的科学 。 因此 , 普朗克和爱因斯坦是量子力学的开山鼻祖 。 尤其是爱因斯坦 , 涵盖了现代物理学最重要的两块基石~相对论和量子力学的奠基人 。
量子力学兴起后 , 看似解决了过去的几朵乌云 , 但更多的乌云出现了 。 人们发现 , 量子微观世界有许多奇异现象 , 违反直觉且无法用常规逻辑去解释 , 如诡异的双缝干涉实验、量子纠缠、不确定性原理、叠加态和本征态坍缩等等 , 这些都无法用常规物理学解释 , 也与相对论不相容 。
由此 , 在物理学界形成了两种看法和派别 , 一种是以爱因斯坦为首的经典学派 , 认为量子力学这些鬼魅现象只是由于还没弄清其内在规律 , 里面存在着所谓局域性隐变量 , 只要弄清了这些局域性隐变量 , 就能够弄清其内在机理 , 让量子运动变得可预测 。
而另一派认为 , 所谓局域性隐变量根本不存在 , 量子世界与宏观世界截然不同 , 有其自己的特殊运动规律 , 并创立了一系列理论来解释这些现象 。 这帮科学家以波尔、海森堡、泡利、狄拉克等科学家为代表 , 他们创立的理论因为是在奥地利首都哥本哈根形成的 , 因此被人们称为“哥本哈根诠释” , 这些科学家被称为“哥本哈根学派” 。
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