法美奧3學者共奪諾貝爾物理學獎 反證愛因斯坦量子力學悖論

諾貝爾物理學獎今日(4日)公布,由法國物理學家Alain Aspect、美國物理學家John F. Clauser及奧地利物理學家Anton Zeilinger共同獲得,以表彰他們在糾纏光子的實驗、貝爾不等式及量子資訊科學等方面的突破性貢獻,3人因為在量子力學領域的進展而獲獎,他們的研究促成日後超級電腦和加密通訊的發展。台灣學者說,由於量子力學長久以來都有物理學者辯論,經由3人的實驗研究,最後反證愛因斯坦所提出的量子力學悖論。

75歲的Alain Aspect是法國物理學家,任教於巴黎綜合理工學院。79歲的John F. Clauser為美國籍,專研量子物理。77歲的Anton Zeilinger為奧地利量子物理學家,三人將平分1000萬瑞典克朗獎金。

根據瑞典皇家科學院聲明:「目前已存在一個包括量子電腦、量子網路、安全量子加密通訊的龐大研究領域。」

物理學獎設立至今已超過一世紀,瑞典皇家科學院將頒發1000萬瑞典克朗(約新台幣2870萬元)給得獎者,獎金將由3名得主均分。

這些獎金源自於瑞典發明家、諾貝爾獎創辦人諾貝爾(Alfred Nobel)留下的遺產。他在1895年去世前立下遺囑,將遺產用於創立諾貝爾獎。

 

本年度諾貝爾獎所有得主已塵埃落定:

  • 醫學獎Svante Pääbo(瑞典)
  • 物理學獎Alain Aspect(法國)、John F. Clauser(美國)、Anton Zeilinger(奧地利)
  • 化學獎Carolyn R. Bertozzi(美國)、Morten Meldal(丹麥)、K. Barry Sharpless(美國)
  • 文學獎:Annie Ernaux(法國)
  • 和平獎Ales Bialiatski(白俄羅斯)、人權組織「紀念」(俄羅斯)、人權組織「公民自由中心」(烏克蘭)
  • 經濟學獎Ben S. Bernanke(美國)、Douglas W. Diamond(美國)、Philip H. Dybvig(美國)

物理學是本週頒發的第2個諾貝爾獎項。昨天公布的生理學或醫學獎,由瑞典遺傳學家帕博(Svante Pääbo)獲得殊榮。

物理學獎在諾貝爾諸獎項中經常成為關注焦點,愛因斯坦(Albert Einstein)、普朗克(Max Planck)、皮耶.居禮(Pierre Curie)、瑪麗.居禮(Marie Curie)等家喻戶曉的人物都曾榮獲物理學獎,獲得表彰的突破重新塑造了我們眼中的世界。

去年物理學獎得主為日裔美籍學者真鍋淑郎、德國科學家哈斯曼(Klaus Hasselmann)及義大利學者帕里西(Giorgio Parisi),他們對地球氣候變遷等複雜物理系統的貢獻,是理解全球暖化的關鍵。

物理學獎揭曉後,明天將公布化學獎得主,文學獎預定6日出爐,萬眾矚目的和平獎將於7日揭曉。經濟學獎則將於10日壓軸公布,為2022年諾貝爾頒獎季劃下句點。

諾貝爾獎每個獎項都將給予得主1000萬瑞典克朗(約新台幣2870萬元)現金,將於12月10日發放這些款項。

這些獎金源自於瑞典發明家、諾貝爾獎創辦人諾貝爾(Alfred Nobel)留下的遺產。他在1895年去世前立下遺囑,將遺產用於創立諾貝爾獎。

台灣科技媒體中心晚間邀集成功大學物理系特聘教授陳岳男、台灣大學物理學系教授管希聖、清華大學物理系教授牟中瑜、中央研究院物理研究所研究員陳啟東及中央研究院原子與分子科學研究所研究員陳應誠,共同評論獲獎3人的研究。

陳岳男指出,量子力學是物理學中長久以來的辯論題,物理學中有一個EPR悖論(Einstein-Podolsky-Rosen paradox)是E:愛因斯坦、P:波多爾斯基和R:羅森1935年為論證量子力學的不完備性而提出的一個悖論。

陳岳男說,由於量子力學現象沒辦法用古典物理學來說明,到了1965年由愛爾蘭物理學家約翰.貝爾提出了貝爾不等式,試圖對量子力學中的隱變量進行驗證。而今天獲獎的3人則是更進一步的實驗,確認貝爾不等式有誤,反而證明量子力學的現象。

管希聖進一步說明,量子力學是很奇怪的東西,需要互相辯證才能確認,因此愛因斯坦提出悖論,讓後來的人去想辦法證明;現在描述微觀的物理世界,都需要用到量子力學,如電子、光子等現象;其中奧地利學者吉林哲對量子的資通訊應用,有很大的貢獻。

陳啟東指出,貝爾認為物理就是實驗科學,因此想要驗證愛因斯坦是對的,提出貝爾不等式,但時至今日反而驗證了量子力學是對的。量子力學在現代科技的應用上,如量子通訊,不只是速度變快,且讓別人無法竊聽,可以用在軍事用途、或是與銀行交易往來交流等。

牟中瑜補充量子力學的應用,量子電腦要達到能使用、超越古典電腦,可能還要5至10年;量子通訊雖然已有短距離的使用,但長距離,如上百公里,短時間內還有困難;另外還有量子感測,可以讓各地方的時鐘同步化,甚至在衛星上的時鐘等也能做得到。

陳應誠表示,約莫6、7年前,法國學者艾斯佩特曾到台大物理系演講,現場幾乎客滿,主題就是研究關於貝爾不等式的驗證過程。

陳應誠回憶,他當下也曾直接向艾斯佩特提問,當一個光子打到玻璃後,隨機的方向性到底從何而來。沒想到艾斯佩特簡單回答「量子力學的本質就是隨機」。

管希聖也提到,其實2012年曾邀請奧地利學者吉林哲來台演講,很可惜最後未能成行。

陳岳男補充,其實現在台灣與維也納研究所也有連結,他的學生也在當地量子通訊所進行研究,也就是吉林哲的研究單位,主要針對量子操縱性,做為量子通訊上的應用;當地得知吉林哲獲獎後同樣歡聲雷動。

2022年諾貝爾物理學獎得主使用量子糾纏態進行開創性實驗,為量子科技的新時代建立基礎。(圖取自facebook.com/nobelprize)

柯羅瑟製造一種設備可同時發射兩個彼此糾纏的光子,兩個光子會分別朝著一個濾鏡移動。實驗結果證明量子違反貝爾不等式,符合量子力學的假設。(圖取自twitter.com/NobelPrize)

柯羅瑟製造一種設備可同時發射兩個彼此糾纏的光子,兩個光子會分別朝著一個濾鏡移動。實驗結果證明量子違反貝爾不等式,符合量子力學的假設。(圖取自twitter.com/NobelPrize)

吉林哲的實驗證明「量子隱形傳態」的現象,意思是指一個量子的狀態可移動到另一個遠距離的粒子上。(圖取自twitter.com/NobelPrize)

 

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