據新華社電,在量子力學誕生百年這個時候,瑞典皇家科學院于7日,把2025年諾貝爾物理學獎,授予了三名量子物理學家,分別是約翰?克拉克、米歇爾?H?德沃雷以及約翰?M?馬蒂尼斯。正是因為他們,在前人百年探索的基礎之上,有了開創性發現,才使得我們能夠“看見”,曾經只存在于微觀領域的量子現象量子力學的物理學家,并且還為新一代量子技術的發展,奠定了堅實的基礎。
系列開創實驗
量子力學借著“怪誕”以及“反直覺”的現象而聲名遠揚,舉例來說,在平常的生活當中,當我們朝著墻壁投擲球的時候,每一回都會反彈回來,然而在微觀的世界里,單個粒子卻能夠“穿墻而過”,這樣的量子力學現象被稱作量子隧穿效應 。
上世紀80年代,有三名獲獎科學家。他們在加利福尼亞大學伯克利分校,進行了一系列開創性實驗。在實驗其中,他們構建了一個電路。該電路包含兩個超導體,超導體被一層完全不導電的薄材料分開。在這項實驗里量子力學的物理學家,他們展示了一種現象。即超導體中所有帶電粒子,都能夠表現出“整齊劃一”的行為。就仿佛它們是充滿整個電路的單個粒子那般。
一開始的時候,這個系統出于一種狀態,什么狀態呢,就是在超導體里頭電流在流,然而卻沒有電壓,它仿佛被“困在”了這樣的狀態之中。在進行實驗期間,這個系統呈現出了量子特性,借助隧穿效應,成功地“逃離”了零電壓狀況,并且產出了一個能夠被測量的宏觀效應,是什么效應呢,就是可以觀測到的電壓。這就意味著啊,他們達成了宏觀量子隧穿這件事。實驗另外還表明,這個系統具備量子化的特點,也就是說,它僅僅能夠吸收或者釋放特定能級的能量,這跟量子力學的預測是相符合一致的。
有物理學家,使用量子力學里頗為著名的“薛定諤的貓”來作類比,覺得本次諾獎的成果,將原本的思想實驗留學之路,轉變成為了能夠放在手掌中,并且看得見的電路,雖說這個電路系統,和一只貓存在著較大差別,然而在物理學家的眼中,它們在本質方面是相似的。
基于百年探索
源于1925年出現的量子力學,于長達一個世紀的進程里演變成現代物理學關鍵的基礎,本屆諾獎斬獲的結果同樣是依靠相關領域中科持續不懈鉆研的科學家歷經了足有百年的探尋 。
在1928年的時候,物理學家喬治·伽莫夫,經由針對重原子核的α衰變展開理論分析,頭一回提出,量子隧穿效應能夠對該衰變過程予以解釋,進而奠定了隧穿理論于核物理里的應用基礎。隨后不長時間,物理學家迅速著手動多個粒子同時參與的隧穿現象的研究,他們將目光投向了超導 。

諸多極為耀眼的名字在這條研究道路之上出現了。于超導材料里頭,電子能夠形成呈現“同步舞蹈”之態的“庫珀對”,此名字源自那位憑借在超導領域所做出的研究貢獻進而榮獲1972年諾貝爾物理學獎的萊昂·庫珀。要是兩個超導體之間借助一層薄的絕緣層相隔連接起來,便將會形成“約瑟夫森結”,這個名字來源于因相關研究而獲得1973年諾貝爾物理學獎的布賴恩·約瑟夫森。
有三名今年獲得獎項的量子物理學家,正是基于這些先行者所取得的成果,借助“約瑟夫森結”實驗,首次進行了證實,當超導體里的“庫珀對”集體展現出量子態的時候,整個電路能夠猶如單個粒子那樣達成隧穿躍遷,進而打破了量子效應僅僅存在于微觀世界里的傳統認知。
通向新的世界
當天,諾貝爾物理學委員會主席奧勒·埃里克松表明,歷經百年,量子力學持續帶來全新的驚喜,它具備極大的用途,為數字技術奠定了基礎。舉例來說,計算機芯片里的微晶體管,便是我們身旁成熟的量子技術實際應用的一個實例,這是他所表達的內容 。
諾貝爾物理學委員會聲稱,今年獲得諾貝爾物理學獎的成果,給開發下一代量子技術創造了機會,這其中涵蓋了量子密碼學,還有量子計算機,以及量子傳感器 。
諾貝爾物理學委員會成員埃娃·奧爾松,在當天接受新華社記者采訪時講,今年的獲獎成果,打開了“通向另一個世界”的門,讓人們能在更大范圍里,研究量子力學世界。當下多個國家,都在推展量子力學相關探索,像量子計算機等,堅信往后這個領域,會給我們帶來更多驚喜。
奧爾松著重指出,為推動相關領域朝向發展前行,國際合作具備至關重要、不可或缺的意義,林林總總的許多能稱之為重大的成果恰恰也都是借助國際合作才得以達成實現。她還表明,在屬于自己的研究進程當中,就已然和來自中國、歐洲、韓國、日本等多個不同國家的同行展開了合作,而這些合作切實使得整個研究具備了更為深厚的深度以及更為豐富的多樣性。
她說,科學是歸屬于全人類的,而在量子科學范疇之內,國際間的合作乃是尋覓未來解決辦法的關鍵所在,并且這同樣也是諾貝爾遺囑所蘊含的精神 。
知多D
量子隧穿效應
在日常生活之中,當我們把球朝著墻壁扔過去的時候,每一次都會反彈回來。然而在微觀世界里面,單個粒子反而會“穿墻而過”,這樣一種被稱作量子隧穿效應的量子力學現象。
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金屬有機框架研究作出貢獻
三名科學家獲諾貝爾化學獎
據新華社消息,在10月8日的時候,瑞典皇家科學院作出宣布決定,把2025年諾貝爾化學獎給予北川進、理查德·羅布森還有奧馬爾·M·亞吉這三名科學家,目的是對他們在金屬有機框架開發方面所做的貢獻予以表彰。
瑞典皇家科學院常任秘書漢斯·埃勒格倫,在當天為皇家科學院規定的會議場地中,公布了獲獎者的名單,以及其主要成就。得到今年化學 award 的人,創造出了擁有比較大的空腔的分子結構,氣體以及其他化學物質能夠在這個空腔里流動,它被稱作金屬有機框架。這種類型的材料,能夠被用于從沙漠空氣中收集水分,捕獲二氧化碳捕獲,儲存有毒氣體,或者催化化學反應等事兒上 。
諾貝爾化學委員會主席海納·林克說,金屬有機框架有著極大的潛力,給達成具備新功用的定制化材料帶去了前所未有的良機。
據悉,三名獲獎者取得突破性發現后,化學家們搭建了數量以萬計、種類各不相同的金屬有機框架材料,之中某些材料或許有助于應對人類所面臨的諸多重大挑戰 。
諾貝爾化學委員會評委鄒曉冬,于當天的時候,接受了新華社記者的采訪,他表示,金屬有機框架在諸多領域,都有著重大的應用價值,并且和我們的生活緊密相連。舉例來說,在應對氣候變暖這個方面,碳捕獲技術很關鍵的一步之處,便是把二氧化碳從其他氣體當中給分離出來。當下,分離步驟所產生的成本,大概約占整個碳捕獲成本的70%左右,若使用金屬有機框架材料來開展吸附以及分離二氧化碳的操作,有望大幅度地降低成本!
按照諾獎官網的相關介紹,北川進這位出生于1951年的日本人,擔任日本京都大學的教授職;理查德·羅布森生于1937年的英國,是澳大利亞墨爾本大學的教授;奧馬爾·M·亞吉生于1965年的約旦,是美國加利福尼亞大學伯克利分校的教授。這三名獲獎者會把1100萬瑞典克朗(大約折合117萬美元)的獎金進行平分。
本版圖片:AI生成、VCG供圖
