译者序

我们有幸生活在科学昌明的现代社会，无数困扰了史上最聪明的大脑的关于大自然的基本问题在今天都有了非常明确的答案。“光是什么”大概是每个人都会好奇的问题，而这看似单纯的问题甚至连牛顿也未能彻底参透。对这个问题的探索在过去的四个世纪中所历经的无数发现和曲折不啻于一部波澜壮阔的史诗，我们耳熟能详的众多物理英雄们前赴后继，他们在寻光之旅中所踏出的道路几乎衍生出了我们今天所知的全部物理学。

《光的探索：从伽利略望远镜到奇异量子世界》由两部分交织而成，一部分为上述这条物理学史的主线展开的一场引人入胜的完整叙事，另一部分则回顾了作者本人在原子分子光物理（原分光）的实验领域中历经半个世纪的科研生涯，这部分同时也是光的科学史在过去几十年中的最新篇章。本书面向的读者群体相当广泛。非科学专业的读者可以享受一场对科学真相的探询之旅，而对这段历史已经较为熟悉的读者也可以从一位物理大师的个人视角回顾这些内容。若读者是年轻的物理专业学生，他们可以了解到原分光领域的历史背景、一些新进展以及未来的发展方向。

在叙事上，一方面，作者将读者置于具体的历史背景下，像一本侦探小说一样抽丝剥茧、一层层拨开笼罩着光的性质的重重疑云，这使读者深刻认识到在历史的局限性下我们所熟知的一些物理事实着实来之不易，同时也体现了历代物理先驱们的伟大智慧。另一方面，作者以一位资深科学家的深刻洞察为这段物理史作出了大量宝贵的评注，清晰地指出了物理学史上看似不同的思维火花和重大发现之间的重要联系和前后支撑：人类首次对地日距离和光速量级的测算所依靠的技术，源于伽利略对天文望远镜的改进和对单摆等时性的发现；我们今天最精密的时间测量方式依赖于惠更斯卧病期间所发现的摆的锁相现象；作者本人对囚禁在一对镜子间的光子的实验研究不但将一个世纪前爱因斯坦所设想的光子盒实实在在地呈现在了我们面前，更是以实验事实回答了薛定谔对单个量子系统行为的质疑，同时也探究了他的“那只著名的猫”的命运。现代科学所展示的这种统一和关联自其四个世纪前诞生以来就一直在不断重演。

本书用大量笔墨对物理史上的重要理论和实验的关键思想进行了仔细剖析，在此过程中，作者并未使用很多数学公式。在本书的精心阐述下，即便是非专业的读者也可以领略到相对论和量子物理等方法论所带来的强大思想力量，并惊叹于历代实验物理学家为探询极端物理现象所运用的巧思。理论物理学家霍金在其《时间简史》的再版前言中写道：“人们对重大问题具有广泛的兴趣，那就是：我们从何而来，宇宙为何是这样的？”而本书从一位实验物理学家的互补角度出发，满足了我们的另一种好奇心：我们如何创造和利用工具来得到这类重大问题的答案？此外，身为法国科学家，作者为我们展示了法国在光的研究历史中的重要地位：17世纪巴黎天文台的观测为我们明确了光速的量级，到了19世纪，斐佐和傅科对这一基本常数的精确测量直接导致了麦克斯韦发现光的本质就是电磁波；在同一时代，菲涅耳的理论和实验工作确立了光的波动说的胜利；而在我们所生活的时代，法国在量子光学领域培养出了强大的学科实力。作者本人对光的研究（书中有详述）得到了2012年诺贝尔物理学奖的认可，而在本书的法语原版书 La Lumière révélée 成书之后的2022年，作者的同事阿斯佩（Alain Aspect）对纠缠光子对的研究也获得了同样的荣誉，这已经是法国的第十五个诺贝尔物理学奖。

在描述上个世纪的物理学史时，本书侧重于刻画量子物理的发展。由这一理论所催生的激光、半导体和核磁共振等技术都为我们的现代文明赋予了强劲的推动力，而作者的实验工作所展示的对单个量子系统的操控则是目前蓬勃发展的量子信息、量子模拟和量子计量技术的基石，也是我们可以期待未来出现实用化量子计算的理由之一。然而驱动作者实现这些优美的基础物理实验的最重要因素并不是它们的具体应用，而是好奇心以及对了解未知的渴望。正是在这种纯粹的基础科学研究推动下，人类知识的疆界才得以不断拓宽。这也是萦绕整本书的另一个主题。作者深感当今法国科研资金支持情况的恶化，并呼吁法国重新重视对基础研究的投入。在这一点上，中国乃至很多其他国家的科研界的情况也不无类似，本书所传递的信息也应当对我们有所启示。

作者阿罗什教授所在的卡斯特勒-布罗塞尔实验室（LKB）历来与中国的科研界有着频繁而友好的交流。法国是第一个与新中国建交的西方大国，而在1964年中法建交的同年10月，LKB的第一个诺贝尔奖得主阿尔弗雷德·卡斯特勒（Alfred Kastler）就来华做了“关于光抽运和光磁双共振”的科研报告。因此，我们或许可以说光的科学从一开始就是中法两国之间的一条纽带。阿罗什教授本人十分重视本书的中文翻译工作，在2021年末，当我还是他课题组的博士生时，他亲自找到我来对本书的中文翻译进行校阅和修改。当时孙佳雯（本书另一位译者）的最初中文译稿已经基本完成。佳雯不但是一位译作丰富的翻译，也是一位毕业于法国的社会学博士，她为本书的译稿打下了坚实的基础，也给本书做了不少对内容理解很有助益的、关于法国文化和历史的译注。由于本书的大部分叙事是对物理的描述，因此从物理专业的角度，我和佳雯协作对译稿进行了大量的校正。在此过程中我们所依据的不但有本书的法语原书，还有阿罗什教授亲自参与翻译的英译版。后者在前者的基础上进行了少部分的改进和扩充，这些也都被纳入了本书中。

在翻译过程中，一些出版物对我们的工作有很大的帮助，科学出版社的《物理学名词》（第三版）规范了我们对专业术语的选用。编纂这本词典的全国科学技术名词审定委员会成立于1978年，其创立的初衷就是为了改进当时中文界专业术语的分裂和混乱现象。在一些物理描述的措辞上，我们参考了刘家谟和陈星奎两位先生所翻译的两卷《量子力学》（高等教育出版社，2014年），这两卷经典教材的原作者是1997年诺贝尔奖物理学奖获得者科恩-塔诺季，他是卡斯特勒的博士生，也是本书作者的博士生导师，因此不难发现本书的物理语言和《量子力学》之间的相似之处。同样对我们的翻译工作有帮助的还有复旦大学物理系郑永令教授等人翻译的《费曼物理学讲义》（上海科学技术出版社，2020年）。

这本译作得以面世，要感谢出版社在第一时间获取了这本书的版权。从我个人出发，我必须感谢作者阿罗什教授，他不但使我有机会参与到这个很有意义的工作中，并且非常耐心地等待我能有精力和时间来投身其中。在翻译的过程中，他在百忙中定期抽出时间，非常详细地解答了我所提出的所有问题。最后我还要感谢我的妻子武书卉在这段时间内对我工作的支持。

吴海腾
2023年4月于上海