科学故事丨4月刊——量子光学之父与他的诺贝尔奖

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提到爱因斯坦，大家第一时间想到的或许会是相对论。但你们知道吗？爱因斯坦人生唯一一次获得诺贝尔物理学奖，却是因为他提出了光量子假说，成功解释了光电效应，这是量子光学发展史上的第一个诺贝尔物理学奖。后来，有一位科学家创造性地将爱因斯坦的量子论用在光学领域，解决了现代光学的一些基础性问题，奠定了量子光学的基础，开创了一门全新的学科。他就是量子光学之父——罗伊·格劳伯。

▲罗伊·格劳伯

天才少年的人生选择

如果说天才是1%的灵感加99%的汗水，那么格劳伯就是天才无疑了。

1925年，格劳伯出生于纽约。和同年龄的小孩不同，十几岁的格劳伯对科学有着浓厚的兴趣。空闲的时间，别人在外头玩棒球、踢足球，他则沉迷于建造飞机、火车、轮船的模型。

有天赋且肯努力，一直以来，格劳伯都是“别人家的孩子”。12岁时他自己动手制作望远镜进行天文观测；14岁制造的分光镜在纽约世博会上展览了数月；16岁被哈佛大学录取；18岁加入秘密研制原子弹的曼哈顿计划，成为里面最年轻的成员……

在曼哈顿计划中，格劳伯进行了长达三年的原子弹相关理论的数学计算研究。而后，他表示自己对核裂变链式反应厌恶至极，毫不犹豫地，他给自己的人生选择一个全新的研究方向——他从小很感兴趣的光学。

量子光学的诞生

早在1905年，爱因斯坦就提出了光量子假说，内容是：光和原子、电子一样也具有粒子性，光具有的这种粒子属性叫作光量子。1951年，爱因斯坦在信中写道：“50年的深思熟虑并没有使我接近‘光量子是什么’这个问题的答案。”

由此可见，“光量子是什么”这个问题，甚至难住了被认为是智慧象征的爱因斯坦。

而后的岁月里，无数科学家都参与了这个问题的研究，但对光本身的特性问题的描述一直颇有争议。

格劳伯认为量子化的电磁场并不能解释光的一切性质，大量光子的集体行为跟普通光子存在很大的区别。为了探寻光的本质，他花费了大量的精力研究。终于，在1963年，他发表了一篇具有里程碑意义的论文《光学相干的量子理论》。

在过去，人们只能用经典物理方法和数学来分析光，而格劳伯创造性地运用量子本性来解释光的宏观现象。这一理论成功描述了光量子的运动规律，揭示了光量子的特性，以及大量光量子如何互相影响它们之间的运行方式，产生“干涉”现象，等等。这项理论奠定了量子光学的基础，开创了量子光学这门全新的学科。

▲激光光束

站上真正诺奖台的“扫帚保管员”

这是一项非常重要的研究成果，人们一致认为，格劳伯可以因此获得诺贝尔物理学奖。可是几十年过去了，诺奖的领奖台上却一直没有他的身影。直到1995年，格劳伯才获得了诺奖的提名，最终也未能得奖。

这对一个毕生致力于科学研究的人来说，或许是一个不小的打击。但格劳伯并没有因此消沉，反而应邀参加了搞笑诺贝尔奖的颁奖典礼。

于是，1994年搞笑诺贝尔奖的颁奖典礼上出现了这样的一幕：观众们按照传统往领奖台上扔纸飞机，格劳伯戴着帽子走上了领奖台，在人们的哄堂大笑之中，用扫帚清扫起了地上的纸飞机。从此，格劳伯成了搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上的“常驻嘉宾”，开始了他“扫地僧”的生涯。

在中国的传统文化当中，扫地僧是低调却有着大智慧大能耐的人的代称，格劳伯显然就是这样的人。一开始没能获得诺贝尔奖，或许确实让他觉得迷茫：自己对量子光学的研究是否有意义？但在拿起扫帚清扫纸飞机的那一刻，他或许也想明白了：扫地也是有意义的一件事情啊，何必过多在意别人的评价呢？

▲格劳伯在搞笑诺贝尔奖领奖台上扫纸飞机

图片来源：光子盒

就在格劳伯成为“扫帚保管员”的第十一年，2005年10月4日凌晨5点36分，一个来自瑞典的电话将80岁的格劳伯从睡梦中吵醒。电话那头说，他获得了本年度的诺贝尔物理学奖。在哈佛大学的新闻发布会上，他说：“当我在黑暗中听到这个消息时，我简直无法相信，我甚至认为这可能是个玩笑，我现在才开始意识到发生了什么事情。”

这是一个迟来已久的电话，42年前他对量子光学的开创性研究成果，在这一刻终于得到了隆重的肯定。

然而，在获得诺奖的第二年，格劳伯又和从前一样，拿着扫帚站在了搞笑诺贝尔奖的台上，继续着清扫纸飞机的工作。或许就像他后来说的一样：“如果想获得诺贝尔奖，最好的途径是忘记这个奖项，好好努力！”

科学研究的初心是为了找出关于这个世界的“为什么”，而不是“为什么获奖，为什么没获奖”。在搞笑颁奖台上十多年的“扫地僧”生涯，或许早就让这位老人想明白了自己真正想要的是什么。

文章来源/《科学故事会》杂志2024年4月刊

文/王子源（中国科协培训和人才服务中心）

审校/《科学故事会》编辑部

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