2022年诺贝尔物理学奖获得者：

·法国物理学家阿兰·阿斯佩Alain Aspect

·美国理论和实验物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽John F. Clauser

·奥地利物理学家安东·蔡林格Anton Zeilinger

北京时间10月4日下午，在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩、美国理论和实验物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽和奥地利物理学家安东·蔡林格，以表彰他们在量子信息科学研究方面作出的贡献：

他们通过光子纠缠实验，确定贝尔不等式在量子世界中不成立，并开创了量子信息这一学科。或许我们也可以说，他们成功证明了爱因斯坦是错的。

约翰·克劳泽使用了钙原子。他用一种特殊的光照射钙原子之后，可以发射纠缠光子。他在两侧用滤光片测量光子的偏振。经过一系列测量，他证明它们违反了贝尔不等式。来源：《环球科学》公众号

阿兰·阿斯佩开发了这个实验，通过一种新的激发原子的方法，使它们以更高的速率发射纠缠光子。他还可以在不同的设置之间切换，这样系统就不会包含任何可能影响结果的预先信息。来源：《环球科学》公众号

安东·蔡林格后来对贝尔不等式进行了更多测试。他通过将激光照射在特殊晶体上来制备纠缠光子对，并使用随机数切换测量设置。一项实验使用来自遥远星系的信号来控制滤光片并确保信号不会相互影响。来源：《环球科学》公众号

在湛庐策划出版的《那些最重要的科学新发现》一书中，本届诺奖物理学奖得主之一安东·蔡林格就曾发表过一篇文章（见下文），简要提到了其领域的研究路径，量子纠缠以及“爱因斯坦的错误”，当然还有这位物理学家对研究成果的坚定期盼。

QUANTUM ENTANGLEMENT IS INDEPENDENT OF SPACE AND TIME

独立于时空的量子纠缠

安东·蔡林格

——摘自《那些最重要的科学新发现》

量子纠缠的观点（被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”）大大地改变了我们对世界的理解。最近的实验证明，两个处于纠缠状态的粒子的量子相关性比所有经典物理学理论所允许的都要大。实际上，量子物理学至少在80年前就预测到了这样的结果。然而，那又如何？

关键的问题在于，量子力学的预测与独立测量的时空无关：与粒子之间的距离完全无关，与粒子的测量顺序也无关。纠缠系统中的所有粒子均保持着完全的相关性，即使这些相关性不能通过测量之前系统具有的属性来解释。因此，量子力学很大程度上违背了关于时空的物理学理论，我们应当从概念上重新思考时空的基本属性。

假设有一个相互纠缠的系统集合，这个集合可能是两个光子，也可能是任意数量的光子、电子或原子，甚至是更大的系统，比如低温的原子云或超导电路等。接下来，我们需要对这些系统进行独立的测量。关键的问题在于，对于处于最大纠缠状态的粒子而言，量子力学预测到，粒子的纠缠属性具有随机性，就光子而言，可能是极化的状态。

也就是说，对于两个或多个处于最大纠缠状态的光子来说，实验中观察到的极化可能是任意状态的：水平的、垂直的、线性的（任意方向）、顺时针旋转的、逆时针旋转的、任意椭圆的。因此，如果进行测量，我们将会观察到随机的极化。对于纠缠系统中的每一个单独的光子来说，也是如此。不过，最大纠缠状态预测到：构成纠缠状态的光子的极化之间存在相关性。

我认为，关于量子纠缠，最重要的结论是，粒子（如光子、电子或原子）或者更大的系统（如超导电路）之间的相关性与先测量哪些粒子或部分，以及相隔的距离无关。

初看之下，这可能没有什么好惊讶的，比如，当我们测量周围山峰的高度时，无论先测量哪一座，比如远处的或者近处的，都不会对测量结果产生影响，量子纠缠系统也是如此。然而，关键的问题在于，先测量任意一个与其他系统缠绕的系统都将会立刻改变所有纠缠系统的共同量子状态，接下来测量其他系统也会产生同样的效应。结果便是，所有相互纠缠的系统的所有测量结果都将完全相关。

此外，如同近期的实验最终证明的那样，这无法通过任何受爱因斯坦“光速最快理论”限制的通信加以解释。有人也许认为，如果运用以下这种方法进行两次测量，结果会有所不同：先测量一个粒子，然后这个粒子发送一个信号给第二个粒子，告诉第二个粒子该如何做；或者粒子被置于某种距离，两个粒子的测量同步进行，以至信号来不及告诉第二个粒子该如何做。因此，从测量相互纠缠的粒子的属性这一点来看，量子物理学无视了空间和时间。

从信息的角度来看，这种解释是可行的，信息带来了获取知识的可能性。然而，量子纠缠描述了这样一种场景：对于单独的测量来说，不存在信息；对于可能进行的测量来说，存在关于测量结果的可能相关性的信息。前者说明量子具有随机性，后者说明量子存在纠缠，两者都对关于因果联系的传统观念产生重大影响。

量子的这种特性将对时空的概念产生何种影响还有待观察。时空本身不能脱离或超越这些思考。

我认为，我们需要对时空进行全新的深层次分析，一种类似于维也纳物理学家恩斯特·马赫（Ernst Mach）曾完成的分析，他将牛顿“绝对空间”和“绝对时间”的概念踢下了王座。希望我们最终能形成类似于爱因斯坦相对论所体现的全新物理学。

1.《那些最重要的科学新发现》

你认为当前最重要的科学新发现是什么？

在这本引人入胜的书中，包括诺奖得主安东·蔡林格在内，Edge创始人约翰·布罗克曼携手哲学家与心理学家史蒂芬·平克、天体物理学家李·斯莫林；宇宙学家保罗·戴维斯；社会学家尼古拉斯·克里斯塔基斯；教育学家霍华德·加德纳；未来学家凯文·凯利;基因编辑先驱乔治·丘奇，以及艺术家、发明家、企业家等多个领域的186位思想家，给你带来一场拓展科学思维的大思考。

一个人的格局和视野取决于他思考什么样的问题，而他未来的思考，在很大程度上取决于他现在的阅读。这本书会让你相信，在生活的苟且之外，的确有一群伟大的头脑在充满诗意的远方运转。

2.《量子力学的真相》

量子力学“横行”的时代，如何解决相对论时代未解决的问题，李·斯莫林完成爱因斯坦尚未完成的科学革命，用优美诗意的文字唤醒你对科学世界的好奇心，带你超越量子力学，抵达科学的最前沿。

在本书中，斯莫林教授用3幕故事带领我们走进量子力学的世界，了解那些自量子力学诞生以来就一直困扰着人们的概念问题和严重分歧。

第1幕：他会讲述我们在探究量子力学发展轨迹时所需的基本的量子力学概念。

第2幕：他将带我们追溯了从 20 世纪 50 年代开始的现实主义量子力学方法的复兴，并且阐述它们的优缺点。斯莫林认为：正确且完备的量子力学理论不仅能够解决量子引力的问题，还能给出一套完整的宇宙学理论。

第3幕：斯莫林将介绍包括自己在内的当代物理学家为构建现实主义的万物理论所付出的努力。

3.《李·斯莫林讲量子引力》

这本书要讨论的问题是物理学所有问题中最简单的一个：“什么是时间和空间？”然而，这个问题也是最难回答的问题之一。科学的进步可以用理论的革新来衡量，因为革新总会产生新的理论解释。我们现在就正处于这样一场革新之中，若干关于空间和时间的新思考、新观念已经涌现出来。

作者表示，写这本书的目的就是希望能用通俗易懂的语言来传递这些新观念，使任何有兴趣的读者都能了解这些令人激动的科学新发展。

围绕“时间和空间的本质是什么”以及“观察者与他们观察到的系统有着怎样的关系”两个问题，李·斯莫林介绍了目前宇宙学研究领域对于量子引力理论的三条主要研究路径：相对论（产生了圈量子引力理论）、量子理论（产生了弦理论）和从基本原理出现形成新的理论（黑洞热力学）。

在本书中，李·斯莫林还讲述了科学发现背后的迷人故事，风格独特、笔触清晰，直击宇宙深层问题，让我们得以预见量子引力理论令人瞩目的未来发展。

4.《神秘的量子生命》

在整个科学领域，量子力学是最具影响力的重要理论。没有量子力学，我们就无法解释世界是如何运转的。

比如：知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方向的？小丑鱼是如何找到回家之路的？光合作用中能量的传递效率为什么那么高？对所有这些问题的解答，都离不开量子力学，离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

酶促反应，光合作用，嗅觉，鸟类的磁感应，基因的复制，心智之谜，生命的起源，这种种现象都与神秘的量子世界有关。物理世界有三个层次：第一层是宏观世界，遵循牛顿运动力学法则；第二层次是热力学世界，遵循热力学法则；最深的第三层是量子世界，在这个维度里，原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则。

本书对生命中的量子现象给出了最清晰的解释。量子世界中的微观事件，可以影响中等尺度生命体的世界，比如生活中的你、我、他。两位作者以活泼明晰的笔触告诉我们，神秘的量子现象无处不在。

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