聽諾獎得主講述光的歷史

龔明

自古以來，人類一直為光著迷。帶來光明和溫暖的太陽，在很長一段時間裏都是原始宗教崇拜的對象。當然這些崇拜是非理性的、盲目的。隨著理性思維和邏輯思維的發展，人類開始探索光的成因。如古希臘的哲學家就思考過人眼為什麼可以觀察到物體？他們認為，光可以從人的眼睛發射出來，收集到遠處的資訊，從而讓人産生視覺。這當然是不正確的。但同時，他們也認識到了光的反射和折射現象。同一時期，《墨經》中也有很多關於光的記載。

隨著實驗技術的發展以及精密儀器的研製，人類抽絲剝繭、去偽存真，逐漸發現了光背後的真正成因。

由法國物理學家、諾貝爾物理學獎得主塞爾日·阿羅什教授撰寫的新書《光的探索——從伽利略望遠鏡到新奇量子世界》，日前由世界圖書出版社發行。阿羅什教授從事量子光學研究50年，對光的本質有獨特的認識，他可能是介紹人類對光的探索歷史的最佳人選。

本書有兩條主線，一條是作者半個世紀的研究經歷，一條是人類對光的探索歷程，彼此相互交織，交相輝映。作者把人類探索光的歷史娓娓道來，像一個優秀的導遊，帶領大家穿過幾百年的科學探索歷程，經歷一場精彩絕倫的光的旅行。

在第一章，作者介紹了他的求學歷程。作者在二戰後就讀于巴黎高等師範學院，其間聽過很多諾獎得主的課。同時該時期也是鐳射發展的黃金時期。就這樣，在好奇心的驅動下，他開始致力於研究如何操控單個原子和光子。這本書的最後兩章以“鐳射、光子和巨型原子”和“馴服薛定諤的貓”為題，介紹了作者在這個領域做的一些代表性工作。2012年，他因為這些工作和物理學家維因蘭德一起獲得諾貝爾物理學獎。

該書的第二章到第五章，介紹了和光有關的歷史。第二章介紹了人類對光的初步認識，如對於光的顏色、光的運動和光的本性等認識。這些認識幾乎都是17—18世紀的科學研究成果。第三章介紹了波動光學以及電磁場理論，它們主要是在19世紀完成的。後來隨著技術的發展，“物理學大廈”開始出現了裂縫。這就引出了第四章開爾文爵士提到的“兩朵烏雲”，並最終孕育了20世紀最重要的兩個科學發現：相對論和量子力學。第五章則介紹了量子力學的各種新奇現象，包括疊加性、波函數、塌縮、薛定諤貓等。

此外，本書還有許多優點。其語言優美，通俗易懂，幾乎不用公式，讀起來饒有趣味。我最喜歡的還是作者對科學和歷史拿捏得恰到好處。科技史只是一堆過往事實的堆砌，可是我們對歷史的解讀，卻可以因人而異、因事而異。這是歷史的魅力所在。因此，優秀的科普圖書，不完全是還原歷史的真相，而是應當有真知灼見，給人啟發。這本書完全符合這個標準。作者並不拘泥于各種科學史細節，而是以“大歷史”的手筆勾勒出這些科學概念是如何被提出，如何被慢慢糾正，並最終建立了今天的“科學大廈”。

因為研究和工作的原因，我讀過阿羅什教授以及同時代很多科學家的論文。掩卷沉思，感慨良多。一方面感嘆人類科學思想像接力棒一樣，一代一代薪火傳承，另外一方面又驚嘆人類可以通過理性、想像力和精妙的實驗來認識現象背後的規律。今天，科學家可以實現對單個原子和光子的調控，但這不是人類認識自然的終點。這本書提到這樣一個有趣的故事。1900年，世界博覽會在巴黎舉辦，當時大家信心滿滿地暢想100年後的科技是什麼樣子。有人想到如何利用放射性元素進行加熱，但大家都無法預測到電腦、衛星、磁共振成像等技術。可見，未來的量子技術雖很難預測，但必定更加精彩。

（作者係中國科學技術大學物理學院教授）