为什么量子理论就像魔法一样（爱因斯坦在量子领域本该得到更多荣誉）
诺贝尔奖得主Alain Aspect，对量子纠缠的“疯狂crackpot”研究，探索了造化如何弄人——这是建立在一位物理学大师的思想之上。
在量子力学方面，Alain Aspect的非传统训练，使他思想开放，也令他的发现获得了诺贝尔奖。Credit: Joel Saget/AFP/Getty
Einstein and the Quantum Revolutions Alain Aspect Univ. Chicago Press (2024)
爱因斯坦与量子革命，Alain Aspect ，芝加哥大学出版社（2024）
法国物理学家Alain Aspect是“量子纠缠”的先驱。量子纠缠是指亚原子粒子的量子特性之间联系，即使距离太远而使得信号无法以光速传播。他因这项工作分享了2022年诺贝尔物理学奖，这项工作，为量子计算机和其他技术奠定了基础。
随着Alain Aspect的《量子力学基础》一书，在巴黎萨克莱大学和巴黎综合理工学院出版，Aspect告诉《自然》杂志为什么他看到了物理和魔法之间相似之处，为什么爱因斯坦没有得到他应得的所有荣誉，以及为什么有两次量子革命，而不是一次。
《爱因斯坦与量子革命》的写作初衷
首先，我(Alain Aspect，下同)想减少学术界的误解，即爱因斯坦的工作对相对论有好处，但对量子物理学没有好处，这一偏颇论断。爱因斯坦不相信量子理论的概率本质，他有一句名言“上帝不玩骰子”。但事实上，他是理解量子力学的伟大贡献者。爱因斯坦指出了纠缠之谜，并为光的量子理论奠定了基础，该理论认为光是由称为光子的粒子组成的。
第二，想普及科学。谈论爱因斯坦是吸引注意力的好方法。公众应该了解科学——否则怎么能对社会面临的重大问题时，做出决定呢，比如气候变化？
但是，这本书并不完全是我的功劳的。2005年，法国国家科学研究中心（CNRS）授予法国最高科研奖——金质奖章。作为其中的一部分，法国国家科学研究中心对我进行了一次音频采访，他们认为这应该成为一本书的基础。我努力改进书稿。认识我的人都说，这本书读的时候，能听到我的声音（即有Alain Aspect的影子）。
书中说有两次量子革命。第一次是什么？
揭示了粒子可以作为波，波可以作为粒子。1905年，爱因斯坦证明光表现出这种波粒二象性。几个世纪以来，大多数科学家认为光只是波。但爱因斯坦指出，称之为光子的粒子组成的，每个粒子的能量与其频率成正比。这是解释为什么即使是高强度的低频光，也不能从金属中释放出电子的唯一方法。
1924年，另一位物理学家路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）假设物质粒子也可以像波一样运动。因为围绕原子核旋转的电子表现得像驻波，所以只能占据一定的能级。这阻止了电子不断失去能量，并坍缩到原子核中，从而解释了物质的稳定性。
第二次量子革命呢？
量子纠缠。这是一个非同寻常的想法，根据量子理论的规则，两个粒子可以如此相关，以至于对一个粒子性质的测量，将立即确定另一个粒子的性质——即使它们相距甚远。纠缠既是量子理论的基础，也有着广泛的应用。
例如，纠缠重塑了传输和处理信息的新方式。如果有一台量子计算机，纠缠大量的量子比特（量子比特是经典计算机中比特的量子类似物），某些计算，将会大大加速。
还有其他现实世界的应用，比如量子密码学。有了量子纠缠，可以在空间中的两个不同位置之间，即时共享信息。从理论上讲，可以在一个地方有一个粒子代码，然后在另一个地方解码它。
这个问题是什么吸引了你？
纠缠起源于爱因斯坦与两位同事，物理学家Boris Podolsky和Nathan Rosen, 在1935年写的一篇论文。他们指出，量子力学原理允许粒子纠缠。但这违背了“定域性locality”的概念——即粒子只能受到其附近环境的影响。
爱因斯坦认为，要在一定距离内，具有如此强的相关性，粒子必须具有量子理论无法解释的性质。因此，量子理论无法，提供对世界的终极描述。
Aspect说，阿尔伯特·爱因斯坦对量子力学领域的贡献被低估了。来源：GPPhotoStudio/Alamy
几十年后的1964年，理论物理学家John Bell仔细阅读了1935年的论文，发现了一些新的东西。他发现，如果纠缠粒子真的具有量子理论无法解释的隐藏特性，那么粒子之间关联不可能超过一定水平。如果关联超过了这个上限，那么纠缠就是真实的。
当我读到贝尔写的那篇论文时，真的是一见钟情，相见恨晚。
一方面，我发现爱因斯坦的推理无懈可击。另一方面，我理解量子力学无懈可击的推理。这两件事怎么会冲突呢？对我来说，这是最奇妙的事情——关于世界本质和物理现实概念的哲学辩论，可以通过实验来解决。
一些物理学家的劝诫之后
当我在1975年拜访贝尔时，他警告我说我会被认为是一个疯子。当爱因斯坦在40年前发表他的论文时，量子物理学家尼尔斯·玻尔，似乎在反驳爱因斯坦的观点。此外，量子理论是如此成功，以至于许多人认为量子理论无懈可击。对于属于“闭嘴和计算”学派的物理学家来说，这个问题已经解决了。但我是自学量子力学的，我没有被洗脑。我完全敞开心扉。当你敞开心扉，看到问题时，你真的只想知道答案。
是什么激发了科学的兴趣？
我在法国阿让长大，那是一个离波尔多不远的村庄。我在那里有一个很棒的中学物理老师，Maurice Hirsch，真的，他是教育我的人。他告诉我们，物理学是用数学尽可能精确地描述世界，而不是过于复杂的失去了人类直觉本能。
他做了所有这些奇妙的实验，其中一个实验，使用频闪仪，显示弦上的驻波如何随时间振荡，后来给了我一个想法，在我的纠缠实验中有一个重要的元素。我利用光和水中超声驻波之间的相互作用，开发了一种开关，可以在几纳秒内，将光子从一个偏振器重定向到另一个偏振器。快速切换意味着实验的两端无法相互通信，从而弥补了证明纠缠真实存在的一个重要漏洞。
你有机会告诉你的老师吗？
但他的健康状况并不好。我和他谈过，但我认为他没有完全理解我。然后我做了两件事。首先，我请阿让市长，以他的名字命名一条街道。我还申请，以他的名字命名一颗小行星。
你也喜欢魔术——是什么吸引了你？
当我退休的时候，我有点不开心。为了让我振作起来，我的朋友蒂埃里·贾马尔奇（Thierry Giamarchi）是一位优秀的理论家和魔术师，他说他可以指导我学习魔术。我喜欢纸牌戏法的原因是，如果我在你面前表演，你会说，“好吧，这太不可思议了。”但有一种解释，就像物理学为看似难以置信的事情，提供了一种解释一样。我想知道这个问题的答案。
