美國物理學家格勞伯去世,曾獲2005年諾貝爾物理學獎
翻譯:熊貓譯社 Emily
2018年12月26日,2005年諾貝爾物理學獎得主、理論物理學家羅伊·J·格勞伯(Roy J. Glauber)在馬薩諸塞州牛頓市(Newton)去世,享年93歲。他曾因運用量子理論來解釋光學問題,以及光與物質間的相互作用而獲得諾貝爾獎,還為量子電動力學(quantum electrodynamics)奠定了基礎。
他的兒子傑弗里(Jeffrey)證實了這一消息。傑弗里說,當天早上,他的父親因呼吸困難而被送進牛頓韋爾斯利醫院(Newton Wellesley Hospital),但他沒有說明具體的過世原因。
格勞伯從事的研究非常具有開拓性,他關注的是被量子物理學所忽視的一個研究領域。在20世紀上半葉的大部分時間裡,大多數物理學家因一直專註於試圖理解物質的本質而忽略了光學領域。1960年,隨著激光技術的發展,這種情況才開始發生轉變。物理學家想要了解激光的工作原理和量子力學有何關係,也想弄清楚控制亞原子粒子(subatomic particles)的神秘法則。
1956年,英國天文學家羅伯特·漢伯里·布朗(Robert Hanbury Brown)和理查德·Q·特威斯(Richard Q.Twiss)做了一項測量可見恆星的表觀角直徑(apparent angular diameter)的實驗。(角直徑能從本質上反應出夜空中光點的真實尺寸。)當時,這兩位科學家安裝了兩個探測器來接收光子,並把它們發送到一個中央設備進行測量。格勞伯對這項實驗產生了濃厚的興趣。
該項實驗的結果證實了量子物理學的一個核心觀點:光雖然是由粒子組成的,但它會像連續波一樣運動。不過,當時缺乏一個數學框架來解釋發生原理,所以格勞伯開始針對這一問題進行了研究。
1963年,他發表了一篇具有里程碑意義的論文——《光學相干的量子理論》(The Quantum Theory of Optical Coherence),利用複雜的技術將量子力學應用在不同形式的光上面。而在此之前,科學家只會用前量子物理學(pre-quantum physics)的經典方法和數學來分析光的本質。
格勞伯得出的一部分結論是:粒子的能量會對彼此同時產生有利和有害的干擾,就像一直以來人們對波能量的認識一樣,而且這一觀點本身並不存在內在的矛盾。
英國理論物理學家保羅·迪拉克(Paul Dirac)創立的方程式為量子物理學奠定了數學基礎,但格勞伯得出的光子相互作用理論卻與他的部分研究相互矛盾。格勞伯在獲得諾貝爾獎後的演講中解釋說,迪拉克認為光子只會干擾它們自己。
「嗯,請原諒我說一句,雖然這是量子力學的經典學說,但它是在胡說八道,」格勞伯說。
格勞伯的理論不僅能夠解釋燈泡漫射光(由不同頻率的電磁輻射組成)和強激光束(其頻率和相位都是恆定的)之間的差異,還為量子計算機及量子密碼學的發展、用量子力學進行加密應用等方面奠定了基礎。
「格勞伯的理論是這些學科的基礎,」麻省理工學院物理學教授丹尼爾·克萊普納(Daniel Kleppner)說。「不需要用格勞伯的理論來發明激光,但需要用他的理論來理解激光的性質。」
2005年,格勞伯憑藉這一發現獲得了諾貝爾獎。除此之外,因研究精密光譜學而受到認可的美國學者約翰·L·霍爾(John L. Hall)和德國學者特奧多爾·W·亨施(Theodre W. Hansch)也獲得了當年的諾貝爾物理學獎。
羅伊·傑伊·格勞伯(Roy Jay Glauber)於1925年9月1日出生在紐約。他的父親伊曼紐爾(Emanuel)是一名巡迴推銷員,帶著受過小學教師培訓的妻子費利西亞·(福克斯)·格勞伯[Felicia (Fox) Glauber]和兒子一直在四處奔波。
「在長時間開車穿過無窮無盡的農田以後,」格勞伯在為諾貝爾委員會(Nobel committee)撰寫的自傳文章中寫道,「我們會去路邊掛著『遊客-有空位』(Tourists-Vacancy)標誌的農房過夜——但從來不會在同一個地方連續住上兩晚。那時候還沒有出現汽車旅館。」
1929 年的股市大崩盤終結了這家人的流動式生活。他的父親失業了,全家人不得不搬回紐約,輾轉生活在曼哈頓、皇后區和布朗克斯(Bronx)。
格勞伯在十幾歲的時候就對科學和天文學產生了興趣。他曾經通過親手磨自己的鏡片來製作望遠鏡,還經常去自然歷史博物館裡的海登天文館(Hayden Planetarium at the Museum of Natural History)聽講座。
在1938年秋天,格勞伯進入了剛成立的布朗克斯科學高中(Bronx High School of Science)讀書。他在三年後畢業,並被哈佛大學錄取。
1943年10月,也就是格勞伯念大二的時候,他被招募加入了一個絕密的項目——去新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯(Los Alamos),為有名的「曼哈頓計劃」(Manhattan Project)製造原子彈。他先乘火車到了那裡,然後和數學家約翰·馮·諾依曼(John Von Neumann)一起坐車去了實驗室。
在洛斯阿拉莫斯,格勞伯負責測算炸彈爆炸的臨界質量。
項目結束回到哈佛大學後,他於1946年獲得學士學位,並在1949年獲得哈佛的博士學位。博士論文指導老師是物理學家朱利安·施溫格(Julian Schwinger),他曾憑藉量子電動力學方面的研究於 1965 年獲得諾貝爾獎。
格勞伯從哈佛大學畢業後,受到「曼哈頓計劃」的前領導者 J·羅伯特·奧本海默(J. Robert Oppenheimer)之邀,去新澤西州普林斯頓的高等研究學院(Institute For Advanced Study)工作了一段時間,而奧本海默本人是該學院的所長。在這裡,格勞伯還與 1945 年獲得諾貝爾物理學獎的沃爾夫岡·保利(Wolfgang Pauli)合作過。
隨後,格勞伯到帕薩迪納(Pasadena)的加州理工學院教了一年書(在這段時間裡,他接替了未來的諾貝爾獎得主理查德·費曼[Richard Feynman]的工作,因為後者當時在巴西進行學術休假)。他在1952年回到哈佛任教,並在這裡度過了餘下的職業生涯。
1960年,格勞伯與辛西婭·里奇(Cynthia Rich)結婚,但婚姻只持續到1975年。當時,他住在馬薩諸塞州波士頓郊外的阿靈頓(Arlington)。
除了兒子傑弗里之外,格勞伯目前還健在的親屬還包括:他的女兒瓦萊麗·格勞伯·弗萊施曼(Valerie Glauber Fleischman)、妹妹傑奎琳·戈登(Jacqueline Gordon)、與他相伴13年的伴侶阿托莉·羅塞特(Atholie Rosett)以及五個孫輩。
格勞伯的幽默感是眾所周知的。他在獲得諾貝爾獎之前,每年都會參加搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prizes)——該頒獎禮在哈佛大學舉辦,是對諾貝爾頒獎禮的有趣模仿,會表彰不同尋常或微不足道的科學成就。格勞伯在典禮中扮演「執帚人」的角色,負責清掃舞台上的紙飛機。
格勞伯在獲得真正的諾貝爾獎後,用這麼一段話開啟了他的演講:「當然,我們在地球上發現光量子已經超過一百年了。事實上,自從上帝說『要有量子電動力學』開始,我們就發現了光量子。當然,這句話是從希伯來語翻譯過來的。」


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