美国物理学家格劳伯去世,曾获2005年诺贝尔物理学奖

美国物理学家格劳伯去世,曾获2005年诺贝尔物理学奖
2019年01月10日 10:00 好奇心日报

  翻译:熊猫译社 Emily

  2018年12月26日,2005年诺贝尔物理学奖得主、理论物理学家罗伊·J·格劳伯(Roy J. Glauber)在马萨诸塞州牛顿市(Newton)去世,享年93岁。他曾因运用量子理论来解释光学问题,以及光与物质间的相互作用而获得诺贝尔奖,还为量子电动力学(quantum electrodynamics)奠定了基础。

  他的儿子杰弗里(Jeffrey)证实了这一消息。杰弗里说,当天早上,他的父亲因呼吸困难而被送进牛顿韦尔斯利医院(Newton Wellesley Hospital),但他没有说明具体的过世原因。

  格劳伯从事的研究非常具有开拓性,他关注的是被量子物理学所忽视的一个研究领域。在20世纪上半叶的大部分时间里,大多数物理学家因一直专注于试图理解物质的本质而忽略了光学领域。1960年,随着激光技术的发展,这种情况才开始发生转变。物理学家想要了解激光的工作原理和量子力学有何关系,也想弄清楚控制亚原子粒子(subatomic particles)的神秘法则。

  1956年,英国天文学家罗伯特·汉伯里·布朗(Robert Hanbury Brown)和理查德·Q·特威斯(Richard Q.Twiss)做了一项测量可见恒星的表观角直径(apparent angular diameter)的实验。(角直径能从本质上反应出夜空中光点的真实尺寸。)当时,这两位科学家安装了两个探测器来接收光子,并把它们发送到一个中央设备进行测量。格劳伯对这项实验产生了浓厚的兴趣。

  该项实验的结果证实了量子物理学的一个核心观点:光虽然是由粒子组成的,但它会像连续波一样运动。不过,当时缺乏一个数学框架来解释发生原理,所以格劳伯开始针对这一问题进行了研究。

  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》(The Quantum Theory of Optical Coherence),利用复杂的技术将量子力学应用在不同形式的光上面。而在此之前,科学家只会用前量子物理学(pre-quantum physics)的经典方法和数学来分析光的本质。

  格劳伯得出的一部分结论是:粒子的能量会对彼此同时产生有利和有害的干扰,就像一直以来人们对波能量的认识一样,而且这一观点本身并不存在内在的矛盾。

  英国理论物理学家保罗·迪拉克(Paul Dirac)创立的方程式为量子物理学奠定了数学基础,但格劳伯得出的光子相互作用理论却与他的部分研究相互矛盾。格劳伯在获得诺贝尔奖后的演讲中解释说,迪拉克认为光子只会干扰它们自己。

  “嗯,请原谅我说一句,虽然这是量子力学的经典学说,但它是在胡说八道,”格劳伯说。

  格劳伯的理论不仅能够解释灯泡漫射光(由不同频率的电磁辐射组成)和强激光束(其频率和相位都是恒定的)之间的差异,还为量子计算机及量子密码学的发展、用量子力学进行加密应用等方面奠定了基础。

  “格劳伯的理论是这些学科的基础,”麻省理工学院物理学教授丹尼尔·克莱普纳(Daniel Kleppner)说。“不需要用格劳伯的理论来发明激光,但需要用他的理论来理解激光的性质。”

  2005年,格劳伯凭借这一发现获得了诺贝尔奖。除此之外,因研究精密光谱学而受到认可的美国学者约翰·L·霍尔(John L. Hall)和德国学者特奥多尔·W·亨施(Theodre W. Hansch)也获得了当年的诺贝尔物理学奖。

  罗伊·杰伊·格劳伯(Roy Jay Glauber)于1925年9月1日出生在纽约。他的父亲伊曼纽尔(Emanuel)是一名巡回推销员,带着受过小学教师培训的妻子费利西亚·(福克斯)·格劳伯[Felicia (Fox) Glauber]和儿子一直在四处奔波。

  “在长时间开车穿过无穷无尽的农田以后,”格劳伯在为诺贝尔委员会(Nobel committee)撰写的自传文章中写道,“我们会去路边挂着‘游客-有空位’(Tourists-Vacancy)标志的农房过夜——但从来不会在同一个地方连续住上两晚。那时候还没有出现汽车旅馆。”

  1929 年的股市大崩盘终结了这家人的流动式生活。他的父亲失业了,全家人不得不搬回纽约,辗转生活在曼哈顿、皇后区和布朗克斯(Bronx)。

  格劳伯在十几岁的时候就对科学和天文学产生了兴趣。他曾经通过亲手磨自己的镜片来制作望远镜,还经常去自然历史博物馆里的海登天文馆(Hayden Planetarium at the Museum of Natural History)听讲座。

  在1938年秋天,格劳伯进入了刚成立的布朗克斯科学高中(Bronx High School of Science)读书。他在三年后毕业,并被哈佛大学录取。

  1943年10月,也就是格劳伯念大二的时候,他被招募加入了一个绝密的项目——去新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯(Los Alamos),为有名的“曼哈顿计划”(Manhattan Project)制造原子弹。他先乘火车到了那里,然后和数学家约翰·冯·诺依曼(John Von Neumann)一起坐车去了实验室。

  在洛斯阿拉莫斯,格劳伯负责测算炸弹爆炸的临界质量。

  项目结束回到哈佛大学后,他于1946年获得学士学位,并在1949年获得哈佛的博士学位。博士论文指导老师是物理学家朱利安·施温格(Julian Schwinger),他曾凭借量子电动力学方面的研究于 1965 年获得诺贝尔奖。

  格劳伯从哈佛大学毕业后,受到“曼哈顿计划”的前领导者 J·罗伯特·奥本海默(J. Robert Oppenheimer)之邀,去新泽西州普林斯顿的高等研究学院(Institute For Advanced Study)工作了一段时间,而奥本海默本人是该学院的所长。在这里,格劳伯还与 1945 年获得诺贝尔物理学奖的沃尔夫冈·保利(Wolfgang Pauli)合作过。

  随后,格劳伯到帕萨迪纳(Pasadena)的加州理工学院教了一年书(在这段时间里,他接替了未来的诺贝尔奖得主理查德·费曼[Richard Feynman]的工作,因为后者当时在巴西进行学术休假)。他在1952年回到哈佛任教,并在这里度过了余下的职业生涯。

  1960年,格劳伯与辛西娅·里奇(Cynthia Rich)结婚,但婚姻只持续到1975年。当时,他住在马萨诸塞州波士顿郊外的阿灵顿(Arlington)。

  除了儿子杰弗里之外,格劳伯目前还健在的亲属还包括:他的女儿瓦莱丽·格劳伯·弗莱施曼(Valerie Glauber Fleischman)、妹妹杰奎琳·戈登(Jacqueline Gordon)、与他相伴13年的伴侣阿托莉·罗塞特(Atholie Rosett)以及五个孙辈。

  格劳伯的幽默感是众所周知的。他在获得诺贝尔奖之前,每年都会参加搞笑诺贝尔奖(Ig Nobel Prizes)——该颁奖礼在哈佛大学举办,是对诺贝尔颁奖礼的有趣模仿,会表彰不同寻常或微不足道的科学成就。格劳伯在典礼中扮演“执帚人”的角色,负责清扫舞台上的纸飞机。

  格劳伯在获得真正的诺贝尔奖后,用这么一段话开启了他的演讲:“当然,我们在地球上发现光量子已经超过一百年了。事实上,自从上帝说‘要有量子电动力学’开始,我们就发现了光量子。当然,这句话是从希伯来语翻译过来的。”

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