逝者 | 激光冷却先驱克洛德·科恩-塔诺季逝世

导读：

 法国物理学家克洛德·科恩-塔诺季（Claude Cohen-Tannoudji）是激光冷却与原子俘获研究的先驱之一。1997年，他与朱棣文（Steven Chu）、威廉·菲利普斯（William D. Phillips）共同获得诺贝尔物理学奖。2026年10月22日，科恩-塔诺季在巴黎去世，享年93岁。

 对于许多物理专业的学生来说，第一次认识科恩-塔诺季，可能不是因为他的诺贝尔奖工作，而是因为他的《量子力学》。这部由他与 Bernard Diu、Franck Laloë 合著的教材，出版半个多世纪以来，仍在影响一代代学生。

钟文彬｜撰文

1934年起，君士坦丁针对犹太人的流血骚乱接连不断，全家于1938年迁往阿尔及尔。1940年秋，阿尔及利亚与纳粹合作的维希政权开始实施反犹政策，包括剥夺犹太人的法国国籍、限制入学名额、强制登记等。这些歧视性法令直到1943年10月才被废除。[2]

中学毕业后，科恩-塔诺季再读三年预科。1953年，他以第二名的成绩考入巴黎高等师范学校。[2]

在巴黎高师，他听了著名数学家洛朗·施瓦茨（Laurent Schwartz）与亨利·嘉当（Henri Cartan ）的一系列精彩数学讲座，以及阿尔弗雷德·卡斯特勒（Alfred Kastler）的物理学讲座。起初，他对数学更感兴趣，但卡斯特勒的讲座极具启发，人也魅力十足，科恩-塔诺季转而学物理。

1955年，他加入卡斯特勒与让·布罗塞尔（Jean Brossel）的研究组，开始研究光抽运，研究光如何改变原子的内部状态，以及稀有气体如何影响钠原子偏振的保持。这成为他研究光与原子相互作用的起点。

1957年，他通过教师资格考试。在备考期间，他认识了后来的妻子杰奎琳·维拉特（Jacqueline Veyrat），两人在1958年结婚，育有三个孩子。[6]随后，他服了两年兵役，大部分时间在法国国家科研中心（CNRS）的空气动力部门工作，研究撒哈拉上空的高空风。⁠[2]

1959年，科恩-塔诺季以 CNRS 实习研究员的身份开始博士研究，目标是为光抽运建立一套严格的量子理论。为此，他把电磁场作量子化处理，原子则用完整的密度矩阵来描述，而不只是给出能级布居数。由此他能够导出能级移动、亚能级之间的相干循环、横向极化对光吸收的调制等新效应，并逐一在实验中加以证实。

1962年底，他通过博士答辩，论文题为《光抽运循环的量子理论：新预言效应的实验检验》（Théorie quantique du cycle de pompage optique. Vérification expérimentale des nouveaux effets prévus）。[1][2]

"This title epitomises a career that consistently combined theory and experiment."

一个论文标题，浓缩了一段始终把理论与实验结合在一起的科学生涯。

——LKB 讣告[1]

巴黎卡斯特勒-布罗塞实验室（Laboratoire Kastler Brossel，LKB）在讣告中用一句话概括了这项工作：这一论文标题浓缩了他始终将理论与实验相结合的科研生涯。

他此后的研究延续了这一特点。

20世纪80年代初，他与阿斯佩兰（Alain Aspect，后于2022年获得诺贝尔五物理学奖）、Christophe Salomon、Jean Dalibard 等人组建了冷原子研究组，开始探索利用激光进一步降低原子的温度。

激光冷却利用光子与原子之间的动量交换，使得原子减速。传统的多普勒冷却有一个理论温度下限，即多普勒极限。但实验发现，光学黏团里的原子，测出来的温度比这个下限还低。

科恩-塔诺季的研究组对这一现象作出了重要解释，并发展了亚多普勒冷却理论。其中一种机制后来被称为“西西弗斯冷却”，名称来自希腊神话中不断推石上山的西西弗斯。

在偏振随空间变化的光场中，原子会经历起伏的势能。它向势能较高的位置运动时，动能逐渐转化为势能；到达一定位置后，光抽运又使它回到较低的势能状态。如此反复，原子的动能不断减少，温度也随之降低。

另一类冷却机制利用速度选择相干布居囚禁等量子相干效应，使不同速度的原子与光场发生不同的相互作用，从而进一步降低原子的运动速度。[2]

这些研究拓展了激光冷却的理论基础，也为获得极低温原子提供了重要方法。1981年，科恩-塔诺季当选法国科学院院士；1996年，获 CNRS 金质奖章。

1997年，科恩-塔诺季与Williams Phillips、朱棣文共同获得诺贝尔物理学奖，获奖理由即是他们在利用激光冷却和俘获原子方面的贡献。[2]

激光冷却使物理学家能够更精细地控制原子的运动状态，为此后多个研究方向的发展创造了条件。玻色-爱因斯坦凝聚、多体量子模拟、相互作用调控、类似库珀对的费米子配对、精度大幅提升的原子钟，都从这一领域的发展中受益⁠[2]

在诺贝尔奖演讲中，科恩-塔诺季将演讲题献给长子Alain——Alain于1993年在长期患病后去世，年仅34岁。⁠[6,7]演讲最后，他引用法国剧作家Edmond Rostand 的诗句：“正是在黑夜里，相信光才显得美。”⁠[1]

"This work gave rise to Quantum Mechanics, widely known as the 'Cohen', a landmark textbook that continues to educate generations of students."

这项工作催生了《量子力学》，人们通常直接叫它“Cohen”——一部至今仍在培养一代代学生的里程碑式教材。

——LKB 讣告[1]

LKB 在讣告中还特别提到，科恩-塔诺季的研究工作催生了《量子力学》这部教材。它被许多读者直接称为“Cohen”，至今仍在影响一代代学生。

科恩-塔诺季自己也是从课堂上学习量子力学的。他曾在 Saclay 听 Albert Messiah 的课。后来，他在巴黎大学理学院教本科三年级和硕士班的量子力学，这些课程成为他与 Bernard Diu、Franck Laloë 合著《量子力学》的基础。[2]

法文版《量子力学》于1973年出版，共两卷，1526页，面向“读过量子物理的法国四年级大学生”。最特别的是，每章后面都缀着一长串补充材料，书前还有一份读者指南，让人可以按自己的路径选读。[8]

这不是一本急于将量子理论归纳为若干模型和公式的教材。它往往先从实验现象入手，再逐步引出相应的物理概念和数学工具。例如，讲到转子时，先讨论其运动，再引入量子化；讨论能带时，则从单个势垒的散射问题出发，再推向周期性排列的情形。

这种写法让读者跟随作者走一遍从物理现象到数学描述的过程。理论不是孤立的形式体系，而是用来解释实验、预测现象，并进一步指导实验的工具。

篇幅庞大也与这种写法有关。每个概念背后的实验背景、推导过程和延伸问题，都尽可能得到充分展开。书中大量补充材料来自原子分子物理实验中的具体问题：实验仪器通常只能测得一束原子整体的透射率等宏观信号，研究者却需要据此推断原子内部发生了怎样的量子过程。如何在理论与实验读数之间建立可靠的联系，正是这类研究的核心问题之一。

这套教材后来被译成多种语言。科恩-塔诺季还与 Jacques Dupont-Roc、Gilbert Grynberg 合著了《光子与原子》，以及与 David Guéry-Odelin 合著了《原子物理进展》。这些著作延续了他将理论分析与实验现象紧密联系起来的教学方式。

中文译本的出版经历则颇为曲折。

云南大学的刘家谟、陈星奎很早就译完了两卷《量子力学》。1987年，高等教育出版社出过第一卷上册，此后出版工作中断；第二卷的手稿由译者的子女保存下来，刘家谟在1990年前后去世，没能等到全书出版。[4]

多年后，编辑王超重新找到译稿，核对公式并解决版权问题，中文全译本才得以问世：第一卷于2014年出版，第二卷于2016年出版，均由高等教育出版社发行。2017年，《物理》杂志刊发王义遒撰写的文章《迟到的巨著》，记录了这套教材中文版出版的过程。[5]

写这篇追忆，我有一半篇幅给了科恩-塔诺季的教材。他在冷原子物理上的贡献，足够另写几篇长文；但对于许多读者来说，认识他是从《量子力学》开始的，彼时未必知道他是激光冷却的先驱。

我自己的经历即是如此。

2020年读大二时，我迟迟没能返校，在家里第一次系统地读这套书。读下来最深的印象是畅快：概念先落在一个能观测到的现象上，方程跟着现象一步步展开。那时我向往的是量子信息，和冷原子还没有多少交集；封皮上印着“光抽运”，我也只是略过。保研时，我奔的是量子模拟，想用冷原子去做凝聚态的问题。冷原子和量子信息本来各走各的，直到最近三十年才有了越来越多的交汇。学过量子光学，我才真正理解光与原子的相互作用在实验中是什么样子：谱线怎样移，原子怎样被减速、被俘获。也是那时才知道，科恩正是这条路的前辈。

大二读那本教材时，我只把他当作一位写书的物理学家；几年后换了方向，才发现自己已经在沿着他铺设的路径走进这个领域。研究生阶段读他写的原子物理教材，我也慢慢明白《量子力学》为什么能写得这么厚。书里大量补充材料，讲的都是实验室里实际发生的问题。微观理论和仪器读书之间隔着复杂的推理过程，而这些一线实验里的理解，也被写进了教材。

一页一页的式子，一个接一个的实验情景，“理论与实践并重”。读过这套书的几代学生，大概都能从中感受到这种训练。也希望没读过的人，能从这篇追忆里看到一位物理学家怎样在理论和实验之间来回。

以上，算是我的一点纪念。

作者简介：

钟文彬，中国科学技术大学、原子分子物理博士研究生。

参考文献：

[1] Laboratoire Kastler Brossel：《Claude Cohen-Tannoudji has passed away》，2026-10-23。https://www.lkb.fr/en/death-of-claude-cohen-tannoudji/

[2] Laboratoire Kastler Brossel：《Claude Cohen-Tannoudji》（实验室史·人物页）。https://www.lkb.fr/laboratoire/presentation/histoire/claude-cohen-tannoudji/

[3] 知乎专栏東雲正樹《量子力学零基础门槛级疑惑讨论》 https://zhuanlan.zhihu.com/p/56182279

[4] 知乎专栏姬扬《从塔诺季等〈量子力学〉的中译本（刘家谟陈星奎译）想起》 https://zhuanlan.zhihu.com/p/1934989002999587599

[5] 王义遒：《迟到的巨著——〈量子力学〉（一、二卷）中文版面世》，《物理》2017年。https://wuli.iphy.ac.cn/article/doi/10.7693/wl20170310

[6] AIF（意大利物理教学协会）人物页《Claude Cohen-Tannoudji》。https://www.aif.it/fisico/biografia-claude-cohen-tannoudji/ —— 用于家庭信息（1958 年与 Jacqueline 结婚；三个孩子 Joëlle、Michel、Alain；Alain 1993 年病逝，34 岁）。

[7] Claude Cohen-Tannoudji：《Manipulating Atoms with Photons》（诺贝尔演讲），1997-12-08。https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1997/cohen-tannoudji/lecture/

[8] Claude Cohen-Tannoudji、Bernard Diu、Franck Laloë：《Mécanique quantique》，两卷，Hermann，1973（法文版两卷共 1526 页，面向“读过量子物理的法国四年级大学生”，每章附补充材料，书前有读者指南）。

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