简介

        院士口述故事是通过院士口述、组织访谈、史料编纂等方式,以挖掘整理广大院士在科研生涯中亲身经历的中国科技界的重要事件、所承担的重大创新成果以及为国家科技事业作出的贡献为重点,以“小故事”的呈现方式,通过多媒体相结合的传播形式,面向公众传播,弘扬科学精神,展示科学家风范,扩大中国科学院和学部的社会影响。

潘建伟:探索的动机


时间:2021-08-20作者:

  下面我想跟大家聊一聊探索的动机。作为科学家,特别关心的是两个事情。第一,宇宙的规律是怎么样的。他通过规律研究,希望能够知道我们是从哪里来?会到哪里去?也就是说我们非常关心宇宙的生成跟宇宙的命运。 

  我曾经好多年之前,读过房龙的一本书,叫做《圣经的故事》。那么当然我得宣称一下我不是教徒。大家都在想这个宇宙肯定要有一个起源,上帝当时说要有光,然后要有云,要有天,要有地,这个过程就是想来告诉我们创世纪的过程。所以人类追求的过程当中,一直希望能够理解我们是怎么来?我们的未来是怎么样的?来寻找一种安全感。但是在过去,因为没有科学,只有靠我们种种的想象。那么这个事情经过几千年的知识积累之后,到了1687年其实有非常大的改变。在1687年之前,偶然的一个机遇伽利略把玻璃片做成望远镜去看太空了,他看到了土星环等等。也就是我们开始能够探索整个宇宙是怎么样了,不仅是这个地球怎么样。到1687年,牛顿在很多前人知识的基础之上,发表了一部专著叫作《自然哲学的数学原理》,改变了整个人类的进程。这部书告诉我们,我们的进化通过微积分是完全可以计算的。 

  这什么意思呢?我们本来觉得上天是非常神圣的。牛顿就表示苹果掉地上,星星在天上转,都可以算出来。这个时候你会感觉原来我可以计算神圣的上天、星星运行的轨道,这在科学上的自豪感是无比巨大的,我们还可以来计算未来。如果你进一步想的话,你就马上会感到非常地失望,完了,我的命运是不是也是在宇宙诞生的时候就已经决定了呢? 

  比如说潘建伟成为物理学家,撒贝宁成为主持人,其实根本不是我们自己努力的结果。就像是我们今天在这地方开讲,也是在宇宙刚刚诞生的时候,一切事情都已经注定了。为什么呢?牛顿力学告诉我们,可以计算的。所以很多物理学家,有些大科学(家)搞清楚问题之后,他说我们这个世界是宿命的,奋斗是毫无意义的,于是他们就自杀了。真的有这样的事情发生。当然科学还是要进一步发展的。一直到上世纪初,又一个新的革命诞生了,就是量子力学诞生。 

  量子力学它非常有意思。它跟原来的牛顿力学和我们的经典力学完全不一样。牛顿力学告诉我们,比如像我潘建伟,我今天在北京这个地方做讲演的话,我就不可能在上海。但在量子力学有个概念——作为一个微观客体,当你没在看,他在上海和北京的时候,他可以同时在两个地方,处于一种叠加的状态。我们就把这样一种状态叫作量子叠加态。 

  量子,是物理学的概念,作为不可再分割的基本个体,量子用来形容微观世界的一种倾向,物质或粒子的能量都倾向于不连续的变化,即事物不是明确的非此即彼,而是此与彼的某种尚未确定的叠加态。举个例子,潘教授要从德国柏林飞到中国北京,飞机有两种飞行路线,一条是柏林-中转莫斯科-到北京,另一条是柏林-中转新加坡-到北京,如果潘教授在飞机上睡着了,那么他不知道飞机到底是从莫斯科中转还是在新加坡中转,这时,用量子力学看世界的潘教授会说“我现在同时在莫斯科和新加坡”,也就是量子的叠加态;而当潘教授睁开眼睛看的时候,他才知道到底是从莫斯科中转还是从新加坡中转,这也正是量子力学的积极哲学,“看到即改变”,当你把视线关注到量子的运动轨迹,其状态就会随之发生。 

  这就告诉我们,你睁开眼睛去看一下,你对我们整个世界的演化,是会有影响的。这也是说量子力学,从哲学上讲它是一种非常积极的概念。它说我们个人的奋斗,对这个世界是有影响的。量子力学不仅可以来了解宇宙的历史,也可以推动一个新的学科的发展。 

  那目前我们在从事的一个比较具体的研究就叫作量子信息科学。利用所谓的量子叠加原理可以来做量子通讯。那么量子通讯又可以解决信息安全的问题。其实量子力学还有一种所谓量子纠缠的概念。因为我刚才讲了一个粒子可以处于零加一,就是两个状态的叠加。两个粒子的话它也可以处于一种非常奇怪的状态的叠加。比如我今天来,假定我给撒贝宁一个纠缠粒子在他的手里面,然后我回到合肥去了,然后我让撒贝宁把他手中的粒子一扔。它会随机得到零和一,这个结果里面的某一个。但是我在合肥看一看我手中粒子的状态,我就可以把他手中的结果猜出来。 

  我们把这样一种现象叫作量子纠缠。或者从不太严格的意义上讲,甚至可以把它叫作“遥远地点之间的心电感应”。利用这个,我们就可以来构造一种非常强大的量子计算机,可以让我们通过量子计算,在大数据爆炸时代,把有效的知识给提取出来。所以从这个角度上讲,我觉得科学不仅能给你带来心灵的自由和安宁,而且科学是非常有用的。随着电动力学和量子力学的发展,我们整个世界就已经变成一个地球村了。 

  所以说人类的进化是跟我们信息的共享和互相的互动紧密地联系在一起的。同时,还有一个非常重要的东西是需要我们进一步去珍视和加以保护的。就是每个人都需要有心灵的自由,和他的独立的思想。正因为我们从古到今,保证了我们思想的独立性,我们才能够保证,我们想法的千变万化。 

  我为什么把今天的题目叫作探索的动机。其实是我照搬了爱因斯坦的题目,它叫作探索的动机。他说今天有三类人是在科学的殿堂里面。第一类人他只要有机会,也许会成为企业家,也许会成为政治家,也许会成为诗人。他只要是干哪一个能够让自己得到荣耀,得到名利。他干什么都可以,很有才华。 

  还有一类人完全是一种兴趣驱动的。他只是觉得好玩,他才不管对大家有没有好处,有没有什么坏处。 

  第三类人是什么呢?他确实希望能够对这个宇宙进行探索,进行凝视,进行思索,能够找到这样一些先天和谐的规律。只有这一类人才能够很静心地,去从事长久的科学的研究。那么爱因斯坦说当然我们不能把前两类人给驱逐出去,因为这些人可能对科学是做过很多,也许是主要的贡献。把他们给驱逐出去的话,我们这个殿堂就倒塌了,对吧。但是也可以肯定的是如果没有第三种人的话,这个殿堂就不会成为殿堂,只能是一些蔓草,就不会成为森林。 

  所以说到科学家的探索的动机,作为一个真正的科学家,他(应该)是很有责任心的,他是会用无穷的耐心,去理解这个宇宙是怎么样的?但现在我们不能解释为什么我们会有爱?为什么我们会有爱情?但我想随着将来科学的发展,也许到某一天我们也许能从方程里面给我们非常好的解释。这就是探索的动机。 

    

  (选自中央电视台《开讲啦》,20160306期) 

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