物理學獎今日公布。(互聯網)
物理學獎今日公布。(互聯網)
22:58 更新︰詳細內容
2025年諾貝爾物理學獎昨公布，由3位美國科學家克拉克(John Clarke)、德沃雷(Michel H. Devoret)及馬蒂尼斯(John M. Martinis)共同獲得，以表揚其「在電路中發現宏觀量子力學『穿隧效應』(macroscopic quantum mechanical tunnelling)及能量量子化現象(quantised energy levels)」。其研究對發展下一代量子技術提供了契機，包括量子電腦、量子感測器及量子密碼學等。
量子力學(quantum mechanics)是描述微觀物質(原子、次原子粒子)行為的物理學理論，跟相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱。在量子力學中，物體不再遵循牛頓力學的直覺規則，而是會展現一系列令人驚訝的特性，包括可同時存在於多個狀態等。現代科技中的半導體、激光和醫療影像技術、量子電腦以及未來通訊加密等，均涉及量子力學。
研究量子力學的科學家不計其數，今年獲獎的3位的得獎原因，是關於他們設計的一種電路，當中實現到兩件事。一是宏觀展現量子隧穿效應，二是觀察到系統按照量子力學預測那般，以特定大小的份量吸收和釋放能量，即能量量子化。
「穿隧效應」如丟球穿透牆壁
瑞典皇家科學院表示，量子力學描述的現象，通常僅見於單一粒子的微觀尺度中，跟由大量粒子組成的宏觀現象，形成對比。例如，日常裡的一個球體，是由天文數字般的分子組成，它不會展現任何量子力學效應，每次將球扔向牆壁時，它都會反彈回來。但若觀察單一粒子，粒子有時會直接穿過其微觀世界中的「牆」，出現在牆的另一側，這種量子力學現象稱為「穿隧效應」，此前科學界已知道。
量子穿隧效應是指粒子有時會穿過屏障。(互聯網)
今年度諾貝爾獎陸續公布。(互聯網)
成功在宏觀系統中 觀測量子穿隧效應
但今年的獲獎者並非在微觀世界，而是成功在由大量粒子組成的宏觀系統中，觀測到量子穿隧效應。1984至1985年間，這3位學者在加州大學柏克萊分校，建構了一個由兩塊超導體(能在零電阻下導電)及絕緣薄層組成的電路。他們證明，超導體內所有帶電粒子可協同運動，恍如一個充斥著整個電路的單一粒子。
在實驗中，該系統最初處於零電壓狀態，即有電流流動，卻無電壓產生。他們觀察到，系統會突然躍遷至具有電壓的狀態，就像打開了「穿透障礙」的開關掣一樣——代表出現了穿隧效應。當研究人員導入微波時，觀察到系統僅吸收特定波長的能量，並躍升至更高「能階」(energy level)，顯示該系統具有量子化特性。
皇家科學院指出，物理學中的一個重大問題是：究竟多大的系統能夠展現量子力學效應？今年的諾貝爾獎得主的電路實驗，正正展示了量子力學穿隧效應和能量量子化現象，而這個系統的尺寸「大到可以用手握住」(big enough to be held in the hand)。
克拉克於1942年出生於英國，是美國加州大學伯克萊利分校教授；德沃雷於1953年出生於法國，是美國耶魯大學和加州大學聖巴巴拉分校教授；馬蒂尼斯出生於1958年，是美國加州學聖巴巴拉分校教授。3位得獎者合獲1,100萬瑞典克朗獎金(約910萬港元)。
適逢量子力學誕生100年
量子力學在1925年誕生，今年正值百年。諾貝爾物理學委員會主席埃里克松表示，百年來量子力學不斷帶來新的驚喜，它大有用處，為數字技術提供了基礎。諾貝爾物理學委員會成員奧爾松受訪時說：「我們在評審時，並沒有意識到今年是量子力學誕生百年，直到頒獎前才意識到這一巧合」。
其他獎項公布時間︰
化學獎 10月8日
文學獎 10月9日
和平獎 10月10日
經濟學獎 10月13日
物理學獎 10月7日(已公布)
醫學獎 10月6日(已公布)
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