2022年的诺贝尔物理学奖得主约翰·克劳泽(John F. Clauser),在其学生阶段中,两次量子力学考试都只得了C,第三次考试才通过。但在其职业生涯中,先是研究天体物理获得了物理学博士学位,后又着迷量子力学基本问题,终因实验检测贝尔不等式和量子纠缠领域的贡献而获得诺贝尔奖。近年来,诺贝尔物理学奖被接二连三地授予了天文相关领域的研究。
例如:2017年的引力波探测,2019年的物理宇宙学研究和太阳系外行星探测,还有2020年的黑洞理论研究和银河系中心大质量致密天体(黑洞)观测,就连天文同行们都感觉应接不暇了。幸好,2022年的诺贝尔物理学奖花落量子力学领域,而非天文领域。
不过且慢,要让天文学彻底消失谈何容易,天文还就偏要凑个热闹、擦个边儿:2022年诺贝尔奖得主之一约翰·克劳泽(John Clauser)因实验检测贝尔不等式和量子纠缠等领域的先驱性工作而获奖,但鲜有媒体提及的是,克劳泽博士期间的工作并非是量子纠缠,而是天体物理方向——关于宇宙微波背景辐射的测量。对于这个鲜为人知的趣闻,我们在此权作花絮一聊吧。
1964年,在加州理工学院结束本科学业后,克劳泽赴哥伦比亚大学物理系攻读研究生,其博士论文导师是帕特里克·撒迪厄斯(Patrick Thaddeus)。在哥伦比亚大学,克劳泽曾询问撒迪厄斯有什么研究课题,撒迪厄斯说其正准备在U2高空侦察机上放架射电望远镜进行观测。克劳泽立刻就被这么酷的想法吸引了,决定师从撒迪厄斯。
不过,这个项目并没有真正实施,而克劳泽最后跟随撒迪厄斯所做的课题,是通过观测背景恒星光学光谱上的星际分子吸收线来测量宇宙微波背景辐射。
博士毕业后,克劳泽去了加州伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室,到师爷查尔斯·汤斯(Charles Townes)那里进行博士后研究。
这里要插几句有关汤斯的介绍,他1950年代任职哥伦比亚大学,曾是物理系系主任,期间发明了微波波段的激光(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation,maser,中文译为脉泽),从而获得了1964年的诺贝尔物理学奖。
后来汤斯的研究兴趣发生转移,觉得天体物理领域大有可为,便开始鼓动他的学生们做天文研究,这其中就包括撒迪厄斯,还有后来和威尔逊共同发现微波背景辐射的彭齐亚斯。
说回克劳泽,师爷汤斯的本意是让他做射电天文的研究,但当时的克劳泽却迷上了贝尔不等式。
去伯克利之前,他已经在组织三个朋友(波士顿大学的Michael Horne和Abner Shimony,以及哈佛大学的Richard Holt)一起撰写一篇论文,推广贝尔不等式并提出一个实验设计来检测定域隐变量理论了。他联系汤斯说想做这个实验,还担心伯克利的康明斯(Eugene Commins)研究组会抢了先。汤斯只是告诉他让他来了再说。
就这样,克劳泽到伯克利后压根儿就没做汤斯所预想的天文研究,而是租借了康明斯研究组的相关设备,就开始和弗里曼一门心思地扑在他设想的量子力学实验上。相比汤斯的开明,撒迪厄斯则持坚决反对的态度。虽然克劳泽从撒迪厄斯那里学到了很多量子力学方面的知识,尤其是矩阵力学,还有如何写出优秀的科学论文,但当克劳泽跟他聊到要用实验检测贝尔不等式时,撒迪厄斯非常干脆地直斥他在纯粹浪费时间自毁前程。
即使弗里曼和克劳泽检测贝尔(CHSH)不等式的实验做出来以后,撒迪厄斯仍旧没有改变看法,直接称其工作为垃圾。结果就如预期,意义何在?当时不少物理学家也有类似的反应,也许是因为“闭嘴,计算!”(“Shut up and calculate!”)这一理念的影响,大家对量子力学的基本问题都避而不谈,不太看重。
在给克劳泽求职写的推荐信里,撒迪厄斯也毫不客气,警告说如果克劳泽还是要利用各种机会做这种垃圾科学的话,就不要雇用他。不过后来撒迪厄斯给克劳泽道歉了,他终于意识到克劳泽的工作还是蕴含着非常有意思的物理的。