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探索的动机
    时间:2016-4-19     点击率:16944

编者按:36日晚22:38,潘建伟做客CCTV1《开讲啦》。他从亲身经历的两个故事谈起普通人对科学最原初的兴趣,而正是这种探索的动机,促使了科学家不断追问人类的生成和宇宙的规律。本刊特此转载潘院士演讲的全文,以飨读者。

潘建伟教授在演讲中

 

探索的动机

我在欧洲留学的时候,到阿尔卑斯山大峡谷,一个很少有外国人到的地方去游历。我见到一个大概80多岁、满头白发的老太太坐在轮椅上。她非常高兴看到一个外国人,聊起来她就问我是干什么的,我说我是做量子物理的。然后她进一步问我,你做量子物理的哪一方面?我说是量子信息、量子态隐形传输,用英文就像时空穿越里面的东西,她说我读过你在《自然》杂志发表的那篇文章。当时我非常感动,一个80岁的老太太,她还是对科学保持着这样一种原始兴趣的初心。当时,我觉得她也许是一个例外。

过了几年之后,我在海德堡大学做了切除息肉的手术。做完手术,我醒过来之后非常痛苦,正好护士站在我的床前。她说:潘教授,你是不是就是研究跟时空穿越类似的东西啊?我说是啊。她说你能不能给我讲讲。但因为我当时鼻子里面插着两个管子,非常痛苦。我说现在我讲不了,我将来送给你点资料吧。

我想讲什么呢?我就觉得一个护士对科学感兴趣,一个乡村里面老太太也感兴趣。刚才我在外面的时候听主持人问有多少人在学物理,好像听说只有一个人举手,对吧?那我觉得如果大家对科学没有这种原始的冲动,没有兴趣的话,我们就不可能变成一个真正的创新的国家。

那么下面我想跟大家聊一聊探索的动机。就是作为科学家,特别关心的是两个事情。

第一,宇宙的规律是怎么样的。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人类的生成和宇宙的命运。好多年之前,我曾经读过房龙的一本书,叫做《圣经的故事》。我得声明一下,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的?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。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。

1687年之前,有一个偶然的机遇使得伽利略把玻璃片做成望远镜去看太空,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。

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,我们的进化是完全可以通过微积分计算的。这是什么意思呢?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。

但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,(这些都是)可以计算的。所以有物理学家,有些大科学(家)搞清楚问题之后,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。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。

(小片)量子,是物理学的概念,作为不再可分割的基本个体,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手里,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。它会随机得到零或一。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的信息共享和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,和独立的思想。正因为我们从古到今,保证了思想的独立性,我们才能够保证想法的千变万化。

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,它也叫作探索的动机。

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。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,也许到某一天我们能从方程里面给我们非常好的解释。这就是探索的动机。谢谢大家。

(转载自《知识分子》微信公众号,本刊略有改动