Nobelpreis für Physik 2022: Unentschlossenheit, Quantenmechanik, der Zauberer der mikroskopischen Welt

Der Nobelpreis für Physik 2022 wurde am 4. Oktober um 17:45 Uhr Pekinger Zeit bekannt gegeben. Die Gewinner sind die französischen Quantenmechaniker Alain Aspect und John F. Clauser und der österreichische Physiker Anton Zeilinger. Die Begründung für die Auszeichnung: Sie haben durch Experimente zur Photonenverschränkung nachgewiesen, dass die Bellsche Ungleichung in der Quantenwelt nicht gilt und Pionierarbeit auf dem Gebiet der Quanteninformation geleistet.

Die Quanteninformationstechnologie ist in den letzten Jahren unter Physikern ein heiß diskutiertes Thema gewesen und viele Experten prognostizieren, dass dieses Gebiet an der Schwelle zu spannenden und bedeutenden Entwicklungen steht. Dies könnte bedeuten, dass Quantencomputer reale Probleme irgendwann schneller lösen könnten als klassische Computer. Die Konzepte hinter dieser neuen Technologie könnten jedoch auch zu sensibleren medizinischen Diagnoseinstrumenten oder einer größeren Verbreitung sicherer Kommunikationsnetzwerke führen.

Die drei Physiker leisteten Pionierarbeit mit frühen Experimenten, die zeigten, dass Quantenteilchen miteinander verbunden oder verschränkt sein können, sodass das zufällige Verhalten eines Teilchens viel stärker mit dem Verhalten anderer Teilchen verknüpft ist, als intuitiv möglich ist. Die Quantenverschränkung ist das Herzstück vieler der neuesten Fortschritte in der Quantentechnologie.

Anfang der 1980er Jahre führte Alan Aspect im Rahmen seiner Doktorarbeit ein Experiment zur Überprüfung der Bellschen Ungleichung durch, das als „Aspect-Experiment“ bekannt wurde und den Fehler des EPR-Gedankenexperiments von Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen aufdeckte.

Die sogenannte „Bellsche Ungleichung“ ist der Maßstab für die Beurteilung, ob Einsteins Debatte mit Niels Bohr über die „Quantenmechanik“ vollständig ist, basierend auf der Tatsache, dass „die physikalische Realität objektiv unabhängig vom Beobachter existiert“ und „die Informationsübertragung zwischen Teilchen die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreitet und es kein lokales Wirkungsprinzip auf Distanz gibt“.

Dieses Experiment soll zeigen, dass unter bestimmten Umständen gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen emittierte Sekundärteilchen unabhängig von ihrer Entfernung miteinander kommunizieren können. Wenn eine Seite dazu veranlasst wird, die Richtung zu ändern, ändern beide Seiten gleichzeitig die Richtung. Dies könnte sich als das wichtigste Experiment des 20. Jahrhunderts herausstellen.

Das Experiment hat auch zu einigen ausgefalleneren Interpretationen inspiriert. David Bohm, ein Physiker am University College London, war beispielsweise der Ansicht, dass die Erkenntnisse von Aspect bedeuteten, dass es keine objektive Realität gebe und dass das Universum zwar konkret und fest erscheine, in Wirklichkeit aber nur eine riesige und detaillierte hologrammartige Illusion sei.

Dies wirft eine wichtige Frage auf: „Ist das Universum eine objektive Realität oder nur eine Illusion?“ !

Tatsächlich war Einstein mit der probabilistischen Interpretation der Quantenmechanik immer unzufrieden. Er schrieb einmal an Bohr: „Obwohl die Quantenmechanik erstaunlich ist, gibt es eine Stimme in meinem Herzen, die mir sagt, dass sie nicht die Realität ist … Ich glaube sowieso nicht, dass Gott würfelt!“

Nach Bells Ungleichungsexperiment untersuchte Aspe auch die Laserkühlung neutraler Atome und die Bose-Einstein-Kondensation.

Professor Anton Salinger fördert seit Jahrzehnten aktiv den internationalen akademischen Austausch und die Zusammenarbeit zwischen China und Österreich. Seit 1983 pflegt er langfristige Kommunikation und Austausch mit Institutionen wie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften und hat enge Kooperationsbeziehungen mit vielen Einheiten aufgebaut. Unter anderem beteiligte sich sein Team mithilfe des Quantenwissenschafts-Experimentiersatelliten „Micius“ an einem interkontinentalen Quantenkommunikationsexperiment unter der Leitung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und realisierte die weltweit erste quantensichere Kommunikation zwischen Peking und Wien. Die Ergebnisse wurden von der American Physical Society zu einem der zehn größten Fortschritte in der internationalen Physik im Jahr 2018 gewählt.

Professor Salinger tut sein Bestes, um Bedingungen zu schaffen, unter denen chinesische Wissenschaftler an internationalem Austausch und internationaler Zusammenarbeit teilnehmen können. Im Jahr 2015 organisierte er die 26. Generalversammlung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften für Entwicklungsländer. Bai Chunli, Präsident der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Präsident der Akademie der Wissenschaften für die Entwicklungsländer, und andere nahmen an dem Treffen teil, das den internationalen Austausch und die Zusammenarbeit zwischen chinesischen Wissenschaftlern förderte. Professor Selinger wurde zum Honorarprofessor des USTC, der Universität Nanjing und der Xi'an Jiaotong-Universität ernannt. Er hat 16 herausragende junge und mittelalte akademische Talente für China ausgebildet und mehr als 60 Artikel in internationalen Fachzeitschriften von Weltrang mitveröffentlicht und ihnen so geholfen, wichtige Beiträge in verwandten Bereichen zu leisten.

Neben einer einzigartigen Urkunde und einer Goldmedaille ist das Preisgeld für den Nobelpreis 2022 auf 10 Millionen Schwedische Kronen (SEK) oder etwa 6,4 Millionen Yuan pro Auszeichnung festgelegt.

Bis heute wurde der Nobelpreis für Physik 115 Mal verliehen , davon 47 Mal an einen einzigen Gewinner, 32 Mal an zwei Gewinner und 36 Mal an drei Gewinner. Von 1901 bis 2021 wurde der Nobelpreis für Physik an 219 Nobelpreisträger verliehen . John Bardeen ist der einzige Gewinner des Nobelpreises für Physik, der zweimal, nämlich 1956 und 1972, verliehen wurde. Insgesamt haben damit 218 Menschen den Nobelpreis für Physik gewonnen.

Derzeit gibt es sechs chinesische Gewinner dieser Auszeichnung.

Im Jahr 1957 erhielten Tsung-Dao Lee und Chen-Ning Yang den Nobelpreis für Physik für ihre Entdeckung, dass die Parität bei schwachen Wechselwirkungen nicht erhalten bleibt.

1976 erhielt Ting Zhaozhong den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung des gebundenen Zustands des vierten Quarks – des J-Teilchens.

Im Jahr 1997 erhielt Chu gemeinsam mit dem amerikanischen Wissenschaftler William Phillips und dem französischen Wissenschaftler Cohen Tanuj den Nobelpreis für Physik für die „Erfindung einer Methode zum Kühlen und Einfangen von Atomen mit Lasern“.

1998 erhielt Tsui den Nobelpreis für Physik für die Erklärung des besonderen Phänomens der Elektronenquantenflüssigkeit.

Im Jahr 2009 erhielt Kao den Nobelpreis für Physik für seine bahnbrechenden Errungenschaften bei der Lichtübertragung in Glasfasern für die optische Kommunikation.

Laut People's Daily Online konzentriert sich der Nobelpreis für Physik hauptsächlich auf vier Bereiche: Teilchenphysik, Astrophysik, Festkörperphysik, Atom- und Molekularphysik sowie optische Physik . In den sechs Jahren von 2015 bis 2020 wurden Forschungsergebnisse im Bereich der Astrophysik viermal mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet: Neben der Kosmologietheorie und den Exoplaneten im Jahr 2019 sind dies die Neutrino-Oszillationen im Jahr 2015 (zur Astrophysik bzw. Teilchenphysik gehörig) und die Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2017; und auch die Entdeckung Schwarzer Löcher im Jahr 2020 gehört zum Bereich der Astrophysik.

Anbei die Liste der Nobelpreisträger für Physik der letzten zehn Jahre und ihre Beiträge

2021 „Für bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis komplexer Systeme“

Syukuro Manabe und der deutsche Wissenschaftler Klaus Hasselmann „für die physikalische Modellierung des Erdklimas, die Quantifizierung der Variabilität und die zuverlässige Vorhersage der globalen Erwärmung“

Giorgio Parisi „für seine Entdeckungen des Zusammenspiels von Unordnung und Fluktuationen in physikalischen Systemen vom atomaren bis zum planetarischen Maßstab“

2020: Entdeckung eines Schwarzen Lochs

Roger Penrose „für die Entdeckung, dass die Entstehung Schwarzer Löcher eine starke Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie ist“

Reinhard Genzel und die amerikanische Wissenschaftlerin Andrea Ghez „haben im Zentrum der Milchstraße ein supermassives kompaktes Objekt entdeckt“

2019 „Für Beiträge zu unserem Verständnis der Entwicklung des Universums und der Stellung der Erde darin“

James Peebles „für theoretische Entdeckungen in der physikalischen Kosmologie“

Michel Mayor und Didier Queloz „für die Entdeckung eines Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern“

2018 „Bahnbrechende Erfindungen in der Laserphysik“

Arthur Ashkin „für optische Pinzetten und ihre Anwendung in biologischen Systemen“

Gérard Mourou und Donna Strickland „für eine Methode zur Erzeugung hochintensiver, ultrakurzer Lichtimpulse“

2017 „Gravitationswellen sehen“

Rainer Weiss, Barry C. Barish und Kip S. Thorne „für entscheidende Beiträge zu den LIGO-Detektoren und Gravitationswellenbeobachtungen“

2016 „Entdeckung einer neuen Form von Materie“

David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane und J. Michael Kosterlitz „für die theoretische Entdeckung topologischer Phasenübergänge und topologischer Phasen der Materie“

2015 „Die Masse der Neutrinos“

Takaaki Kajita und Arthur B. McDonald „für ihre Entdeckung der Neutrinooszillationen, die zeigten, dass Neutrinos Masse haben“

2014 „Erreichung einer weißen Lichtquelle“

Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura „für die Erfindung hocheffizienter blauer Leuchtdioden, die helle und energieeffiziente weiße Lichtquellen ermöglichen“

2013 „Bestätigung von Elementarteilchen“

François Englert und Peter W. Higgs „Eine theoretische Entdeckung, die zu unserem Verständnis des Mechanismus der Entstehung der Massen subatomarer Teilchen beiträgt, wurde kürzlich durch die Entdeckung eines zuvor vorhergesagten Elementarteilchens durch die ATLAS- und CMS-Experimente am Large Hadron Collider des CERN bestätigt.“

2012 „Messung und Manipulation einzelner Quantensysteme“

Serge Haroche und David J. Wineland „für einen bahnbrechenden experimentellen Ansatz zur Messung und Manipulation einzelner Quantensysteme“

2011 „Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums“

Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt und Adam G. Riess, „für ihre Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums durch Beobachtungen entfernter Supernovae“

Umfassender Bericht von Jin Hongbin und Fang Jingyi von Chengshi Interactive