先說明一下,在沒有註明的情況下,當我說到諾貝爾獎時,指的就是物理學獎。
今年諾貝爾獎頒給了 Alain Aspect 、 John Clauser 以及 Anton Zeilinger 。這三位科學家的貢獻,長話短說就是量子糾纏。這裡面的物理,已經有不少報導跟科普文章介紹了。我也就不贅述了。或許哪天我想到有趣的方式來解釋這些物理時會再寫一篇文章吧!現在我就簡單的這麼說:你可能聽過 CHSH 不等式或 CHSH game ,那個 C 就是 Clauser ;你可能也聽過 GHZ state,那個 Z 就是 Zeilinger 。
至於我想要分享的則是 Aspect 的小故事。 Aspect 在 2014 年曾受邀至台大物理系演講。我有去聽那場演講。所以我要說的小故事可算是第一手資料。 Aspect 當時的演講主題,是他的成名作:檢驗貝爾不等式的實驗,也就是他今年獲得大獎的原因。 Aspect 做這實驗時,還是博士生。當時他讀了貝爾的文章,覺得貝爾不等式這點子真的是太棒了。這邊先稍微岔題,很快的講一下貝爾的文章說了什麼。為了解決量子力學中「上帝會不會丟骰子」的問題,貝爾提出了一個假想實驗。大概可以粗略的了解成:如果上帝不丟骰子,那我們做這個實驗時得到的結果必定會小於某個值——姑且先把這個值寫做 \(X\) 吧。然而,根據量子力學的理論預測,用量子糾纏對來做這個假想實驗的話,實驗結果會大於 \(X\) 。這是什麼意思呢?意思是「上帝不丟骰子」與「量子力學」這兩件事情不會同時都是對的——至少有一個是錯的。在貝爾提出了這假想實驗後,「上帝會不會丟骰子」不再只是詮釋的不同,而是可以用實驗來檢驗對錯。
Aspect 有多喜歡貝爾的點子呢?他喜歡到想實作貝爾的假想實驗來作為自己的博士論文題目。這個檢視自然基本定律的實驗聽起來就不像是容易做出來的。當 Aspect 向系上教授尋求建議時,教授建議他直接去向貝爾本人請教。當 Aspect 跑去向貝爾陳述實驗想法時,貝爾聽完之後的第一個問題是:「你有終生職嗎?」 Aspect 想說就算沒拿到博士,還是有教書的工作可以做。(我想這是因為 Aspect 大學讀的是法國高等師範學校。順帶一提,他在讀博士之前,因兵役的關係在喀麥隆教了三年書——聽起來像我們的教育替代役,只是更硬。)在貝爾知道 Aspect 確定會有工作後,才開始討論物理。這個故事可以在這篇文章的開頭看到。在那場台大物理系的演講中也有提到這個故事。
接著我要分享那場演講讓我印象最深刻的內容。在演講結束後的 Q&A 時間,主持人問了一個問題: "Do you have any experience discovering entanglement between you and and your wife?" (你曾發現你跟你太太之間有量子糾纏嗎?) Aspect 是這樣回答的: "Now... I think... decoherence." (我想…我跟她不同調。)雖然解釋笑話是很蠢的事,但我還是試著說明一下好了。 Decoherence 是量子力學的術語,指的是受到雜訊而失去量子性質的過程。其實稍早之前 Aspect 就解釋了 decoherence 這個過程讓物理系統失去量子糾纏的性質。此外,就字面上的意思看起來, decoherence 似乎隱含了不同調、不和諧的感覺。
Aspect 在台大物理系的演講可以在 YouTube 上找到。整場演講是妙語如珠。比如說,講到貝爾不等式的源頭——愛因斯坦與波耳對「上帝會不會丟骰子」的論戰—— 時,他說道「我很榮幸拿過波耳獎章,也拿過愛因斯坦獎章」。他推薦了三本書,其中一本是他自己寫的量子光學課本,他這麼說:「我推薦你買這本書,因為你買了的話,我就可以多賺一些錢。」至於另外兩本(Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics 和 Quantum Chance),他說「如果你買了這兩本書,你就免費獲得 Alain Aspect 寫的序言。」在數學式子比較多的投影片,他則是建議聽眾:「如果對這些計算有困難,去看我的書吧!」
我將演講的 YouTube 影片貼在下面,如果只想聽 decoherence 的笑話的話,它在 Part IV 影片1:50 的地方。關於 Aspect 做貝爾不等式實驗的動機以及跟貝爾那段「你有終生職嗎?」的對話則是在 Part III 影片25:12 處。
Part I
Part II
Part III
Part IV
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