2022年諾貝爾物理學(xué)獎于10月4日在瑞典重磅揭曉，三位科學(xué)家分享了1000萬瑞典克朗（約合90萬美元）的獎金，可謂名利雙收。他們的大名為：法國科學(xué)家阿斯派克特、美國科學(xué)家約翰·F·克勞斯和奧地利科學(xué)家安東·蔡林格。

他們獲獎的科學(xué)成果，是量子糾纏理論和應(yīng)用的研究，官方的說法是“通過光量子糾纏實驗，確定貝爾不等式在量子世界里不成立，并開創(chuàng)了量子信息的科學(xué)”。不少人對他們獲得諾獎不理解，有如下一些疑問：

1、量子糾纏已經(jīng)“糾纏”了近一個世紀(jì)了，似乎早有定論，為啥現(xiàn)在還能夠獲獎？

2、貝爾不等式是判定量子理論是否存在完備局域隱變量的問題，也似乎早有定論，為啥到現(xiàn)在再次提出？

3、據(jù)中國媒體有關(guān)報道，潘建偉才是“量子通信之父”，而且依靠量子糾纏理論將量子通訊做得風(fēng)生水起，走在世界前列，為啥諾獎卻與他無緣，花落旁家？

現(xiàn)在，我們就通過解答這幾個問題，對這次諾獎物理獎作一個全面解讀。

量子力學(xué)發(fā)展簡史與“哥本哈根詮釋”之爭

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，物理學(xué)發(fā)展出現(xiàn)了瓶頸。主要出現(xiàn)了兩大問題，被稱為“兩朵烏云”：一朵是邁克爾遜通過實驗，否定了“以太”的存在；另一朵是黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。

一直以來，人們認為，光（電磁波）的傳播都是依靠“以太”為媒介，邁克爾遜的實驗證明了“以太”不存在，那么光是通過什么來傳播的呢？而所謂“紫外災(zāi)難”則是采用經(jīng)典的瑞利-金斯定律計算黑體輻射強度，與實驗數(shù)據(jù)無法吻合。

這些常人看起來有些莫名其妙事不關(guān)己的一些事件，在當(dāng)時的科學(xué)界引起了恐慌，難道過去的理論都錯了，那么人類將怎樣認識這個世界？許多科學(xué)家窮盡經(jīng)典的方法做各種實驗，都無法找到答案，由此迷茫和悲觀籠罩在科學(xué)界。

這時出現(xiàn)了兩位奇人，一位叫馬克斯·普朗克，一位叫阿爾伯特·愛因斯坦。

1900年，普朗克提出輻射量子假設(shè)，假定電磁場和物質(zhì)交換能量不是連續(xù)的，而是以間斷形式一份一份發(fā)出的，并創(chuàng)建了普朗克常數(shù)和普朗克公式，正確解釋了黑體輻射的能量分布問題，從而讓一朵烏云消散了。

1905年，愛因斯坦發(fā)表了《論動體的電動力學(xué)》的論文，提出了光量子假說，成功揭示了光電效應(yīng)，創(chuàng)立了狹義相對論，讓另一朵烏云消散。

從此，一門新興的科學(xué)誕生了，這就是量子力學(xué)，是物理學(xué)的一個分支~專門研究亞原子及其以下粒子微觀世界運動規(guī)律的科學(xué)。因此，普朗克和愛因斯坦是量子力學(xué)的開山鼻祖。尤其是愛因斯坦，涵蓋了現(xiàn)代物理學(xué)最重要的兩塊基石~相對論和量子力學(xué)的奠基人。

量子力學(xué)興起后，看似解決了過去的幾朵烏云，但更多的烏云出現(xiàn)了。人們發(fā)現(xiàn)，量子微觀世界有許多奇異現(xiàn)象，違反直覺且無法用常規(guī)邏輯去解釋，如詭異的雙縫干涉實驗、量子糾纏、不確定性原理、疊加態(tài)和本征態(tài)坍縮等等，這些都無法用常規(guī)物理學(xué)解釋，也與相對論不相容。

由此，在物理學(xué)界形成了兩種看法和派別，一種是以愛因斯坦為首的經(jīng)典學(xué)派，認為量子力學(xué)這些鬼魅現(xiàn)象只是由于還沒弄清其內(nèi)在規(guī)律，里面存在著所謂局域性隱變量，只要弄清了這些局域性隱變量，就能夠弄清其內(nèi)在機理，讓量子運動變得可預(yù)測。

而另一派認為，所謂局域性隱變量根本不存在，量子世界與宏觀世界截然不同，有其自己的特殊運動規(guī)律，并創(chuàng)立了一系列理論來解釋這些現(xiàn)象。這幫科學(xué)家以波爾、海森堡、泡利、狄拉克等科學(xué)家為代表，他們創(chuàng)立的理論因為是在奧地利首都哥本哈根形成的，因此被人們稱為“哥本哈根詮釋”，這些科學(xué)家被稱為“哥本哈根學(xué)派”。

哥本哈根詮釋的主要理論有：1、量子態(tài)只能用波函數(shù)完整表述，這種描述是概率性的，一個事件的概率是波函數(shù)的絕對值平方；2、在量子系統(tǒng)里無法同時確定一個粒子的位置和動量，具有不確定性原理；3、物質(zhì)具有波粒二象性，即粒子行為或波動行為，在一個實驗中只能展現(xiàn)出其中一種行為，不能同時展出兩種行為；4、量子行為只出現(xiàn)在量子世界。

為了駁斥“哥本哈根詮釋”，愛因斯坦、羅森、波多爾斯等科學(xué)家合作發(fā)表了一篇論文，叫《物理實在的量子力學(xué)描述能否被認為是完備的？》，三人名字頭一個字母分別為E、P、R，人們就把他們在論文中提出的問題稱為“EPR佯謬”。

愛因斯坦將自己的觀點通俗描述為：上帝是不會擲骰子的！而波爾等哥本哈根派卻不以為然：誰知道呢？

這篇論文被認為是掀起量子力學(xué)這場曠日持久的世紀(jì)之爭的最早號角，作為量子力學(xué)最早奠基人之一的愛因斯坦，自然不是反對量子力學(xué)本身，只是試圖通過一個思想實驗，論證量子力學(xué)的不完備性。這篇論文引起了一大批物理學(xué)家們探討量子力學(xué)的濃厚興趣，客觀上大大推動了量子力學(xué)研究的發(fā)展，也算一大貢獻吧。

先后響應(yīng)“EPR佯謬”的著名科學(xué)家有薛定諤和貝爾，薛定諤設(shè)計了一只“貓”的思想實驗，被稱為薛定諤的貓，就是利用宏觀現(xiàn)象諷刺量子力學(xué)測不準(zhǔn)定律的荒謬；貝爾提出了貝爾不等式，就是為了證明量子力學(xué)的不完備，存在局域隱變量。

后來的研究發(fā)展，沒有給愛因斯坦等人“面子”，最終的結(jié)論是他們錯了。在長期的爭論中，“哥本哈根詮釋”漸漸成為量子力學(xué)的正統(tǒng)理論，被世界所公認。但這種公認是漸漸形成的，并沒有一個明確的判定。

這次諾獎，實際上給了量子力學(xué)世紀(jì)之爭一個明確的裁決

量子糾纏，簡單地說，就是在物質(zhì)的微觀世界有一種奇妙的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象只發(fā)生在亞原子世界，不會在宏觀世界出現(xiàn)。具體說，就是2個或一群粒子，彼此相互作用后就會產(chǎn)生一種集體特性，這時就無法單獨描述某個粒子的性質(zhì)，這就叫量子糾纏。

這種糾纏著的粒子無論將其分開多遠，都還保持著這種性質(zhì)，根據(jù)量子力學(xué)的測不準(zhǔn)定律，測量某個粒子時這個粒子的運動特性必然發(fā)生變化，而分開遙遠的那個糾纏著的粒子也會瞬間同時發(fā)生變化，這種超越光速無數(shù)倍的瞬時傳遞，被愛因斯坦稱為鬼魅般的超距作用。

這種詭異的超距互動，被認為是量子理論中最具代表性的問題，從愛因斯坦等科學(xué)家1935年提出“EPR佯謬”開始，一直就有科學(xué)家在研究這種現(xiàn)象，因此可以說研究近百年了，不過一直沒有什么突破。

愛因斯坦1955年逝世后，這些爭論依然還在繼續(xù)，沒有分出勝負。約翰·貝爾是站在愛因斯坦一邊的，為了終結(jié)這個曠日持久的爭論，貝爾設(shè)計了一個“貝爾不等式”，如果成立，就說明量子世界是存在局域隱變量的。

簡單地說，貝爾不等式就是針對EPR思想實驗，假設(shè)測量相互糾纏的兩個粒子分別沿著不同軸向自旋，定性的給出其中差別，做實驗應(yīng)該測出這種差別，從而就能夠得出量子力學(xué)是不完備的，其中存在局域隱變量。

但所有的實驗表明，貝爾不等式不成立，因此實際上是貝爾的理論終結(jié)了愛因斯坦派的質(zhì)疑，反證了“哥本哈根派”的勝出，宣布了愛因斯坦派的落敗。而這次獲得物理諾獎的三位科學(xué)家，就是率先和最終驗證了貝爾不等式不成立的重要人物。

早在1972年，約翰·克勞澤就與另一位叫斯達特·弗里曼的科學(xué)家率先完成了貝爾不等式實驗；1982年，阿蘭·阿斯佩進一步驗證了這個實驗。他們得到的結(jié)果共同表明，量子糾纏完全符合量子力學(xué)的預(yù)測，而不符合定域性隱變量理論預(yù)測。

但貝爾實驗到這里并沒有結(jié)束，實驗存在著一些漏洞，阿斯佩的實驗關(guān)閉了約翰實驗的一些漏洞，但還是有一些細微漏洞影響了實驗的精確性，無法得到科學(xué)界的廣泛認同。最終，安東·蔡林格似乎最大限度解決了這些漏洞，讓實驗得到圓滿驗證。

非但如此，安東·蔡林格還開始將糾纏的量子態(tài)用于實踐，包括量子密集編碼、隱形傳態(tài)、糾纏交換、糾纏純化、遠距離量子通信、光量子計算和基于糾纏的成像等等，并在1997年首次實現(xiàn)量子隱形傳態(tài)的實驗，被科學(xué)界公認為量子信息實驗研究的開山之作。

我們來總結(jié)一下，這次獲得諾貝爾物理獎的三位科學(xué)家的最大貢獻，是將愛因斯坦和哥本哈根派有關(guān)量子局域隱變量之爭做了一個終結(jié)，雖然這個爭論早在幾十年前就已經(jīng)漸漸明了，愛因斯坦落敗，哥本哈根派勝出，但以諾獎的崇高地位，給了這種爭論一個正式結(jié)論。

而這三位科學(xué)家的研究成果也并非是現(xiàn)在做出的，而是經(jīng)歷了半個世紀(jì)的耕耘和檢驗，由此也顯示出科學(xué)的嚴謹性，以及諾獎評選的鄭重性與經(jīng)得起歷史檢驗性。諾獎不愧為一個世界頂級大獎，它不會漏掉一個引領(lǐng)世界前行的科學(xué)，而評出的獎項也必將給人類未來帶來新的變化。

量子糾纏理論的應(yīng)用就是如此，由此引申出來的量子計算機和量子通訊，以及未來可能出現(xiàn)更多的量子化世界，可能會完全改變?nèi)祟愇磥淼淖呦颍湟饬x是歷史性的，甚至是無法估量的。

現(xiàn)在來說說潘建偉為啥沒能獲諾獎的問題

有關(guān)潘建偉在量子通信領(lǐng)域的貢獻，網(wǎng)絡(luò)上歷來有爭議。科學(xué)科普界主流對潘建偉的成就和貢獻一直持肯定態(tài)度，時空通訊也是如此，對潘建偉院士的成就非常推崇，因為這是中國為數(shù)不多真正走在世界前沿的科學(xué)技術(shù)。

也有一些人在不斷質(zhì)疑潘建偉的量子通信，這些人中還有一些所謂“專家教授”，他們認為量子通信就是個噱頭，甚至是騙術(shù)，欺騙世人和騙取經(jīng)費。對于這些議論我歷來是反對的，并且多次以文駁斥。

但有些人和媒體，稱潘建偉為“量子通信之父”，甚至“量子之父”，揚言其必然是未來的諾獎得主。對此，我是不太認同的，覺得有些過了，是一種無限拔高。早在2019年，我就發(fā)過一篇文章，題為《潘建偉在量子通信領(lǐng)域取得舉世矚目成就，為啥與諾貝爾獎無緣呢？》，闡述了這個問題。

量子力學(xué)作為物理學(xué)的一個重要分支，已經(jīng)創(chuàng)立和發(fā)展有一百多年了，如果要說“量子之父”，有一大批大師級科學(xué)家能夠與這個稱號挨邊，如愛因斯坦、普朗克、波爾、波恩、狄拉克、海森堡、泡利、薛定諤等等，這些大師從理論基礎(chǔ)上對量子力學(xué)的建立作出了巨大貢獻。

如果說“量子通信之父”，這次的物理諾獎得主大概可以稱得上這個稱號，他們研究量子糾纏問題也是數(shù)十年了，并由此開創(chuàng)出了量子信息這門科學(xué)。而潘建偉的研究項目和成果，正是基于這些理論基礎(chǔ)上進行的，是在量子力學(xué)基礎(chǔ)理論上的應(yīng)用和開發(fā)。

尤其是安東·蔡林格，這是一位對潘建偉來說有特別意義的人物。1996年到2001年，潘建偉在奧地利攻讀博士和從事博士后研究期間，師從蔡林格，并參與了蔡林格的一系列量子糾纏理論的研究和實驗，可以說潘建偉既從蔡林格那里得到了學(xué)習(xí)和提升，也作為助手參與了蔡林格一些科研成果的形成。

而蔡林格從1983年起，就與中國科學(xué)院和工程院等機構(gòu)保持著長期溝通和交流，盡其所能為中國學(xué)者參與國際交流與合作創(chuàng)造條件。他和其團隊還參與了中科院主導(dǎo)的“墨子號”衛(wèi)星的洲際量子通信實驗，在國際上首次實現(xiàn)北京-維也納兩地量子保密通信，這個成果入選2018年度國際物理學(xué)十大進展。

因此，在量子通信的理論和實踐上，是潘建偉的老師蔡林格才具有首創(chuàng)原創(chuàng)成果，潘建偉更多的只是在復(fù)制基礎(chǔ)上的創(chuàng)新。比如第一次實現(xiàn)多于兩個光子糾纏態(tài)實驗就是其老師團隊在維也納開展的，潘建偉雖然也在其中，但只是參與而非主創(chuàng)。

后來潘建偉在國內(nèi)也實現(xiàn)了多光子糾纏，在量子通信領(lǐng)域取得了一些國際領(lǐng)先的成就，但距諾獎要求的原創(chuàng)性和基礎(chǔ)性還是有差距的，與“量子之父”或“量子通信之父”就更掛不上號了。

雖然如此，潘建偉在量子通信領(lǐng)域做出的卓越貢獻還是毋庸置疑的，因此，他除了得到國內(nèi)眾多重量級大獎外，也曾獲得許多國外有影響的科學(xué)獎項，如奧地利科學(xué)院施密德獎、歐盟瑪麗·居里杰出研究獎、德國洪堡基金索菲亞獎、歐洲物理學(xué)會菲涅爾獎等。

我期盼這次物理諾獎的成果能夠迅速結(jié)出更多的文明碩果，也期盼潘建偉院士及其團隊能夠創(chuàng)造更多奇跡，取得真正諾獎級成就。對此，各位怎么看？歡迎討論。

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