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探索的動機

　　演講時間：2016年3月6日

　　——中國科學技術大學常務副校長潘建偉在《開講啦》第171期的勵志演講稿

　　我在歐洲留學的時候，到阿爾卑斯山山區大峽谷，很少有外國人會到那個地方去游歷。我見到一個大概80多歲的滿頭白發老太太坐在輪椅上。她見到我之后，非常高興。聊起來她就問我是干什么的，我說我是做量子物理的。然后她進一步問我，你做量子物理的哪一方面?我說我就是在做那個叫做量子信息，量子態隱形傳輸，用英文就叫做像時空穿越里面的這么一個東西，她說我讀過你在《自然雜志》發表的那篇文章。當時我非常感動，一個80歲的老太太，她還是對我們的科學保持著這樣一種原始興趣的初心。我覺得她也許是一個例外。

　　過了幾年之后，因為我的鼻子里面長了些東西。然后我在海德堡大學，做了切除息肉的手術。做完手術，我醒過來之后非常痛苦，正好護士站在我的床前。她說潘教授，你是不是就是研究跟時空穿越類似的東西啊?我說是啊。她說你能不能給我講講。但因為我當時鼻子里面插著兩個管子，非常痛苦。我說現在我講不了，我將來送給你點資料吧。我想講什么呢?我就覺得一個護士也是感興趣，一個鄉村里面老太太也是感興趣。剛才我在外面的時候聽，有多少人在學物理，好像聽說只有一個人舉手，對吧?那我覺得如果大家對科學沒有這種原始的沖動，沒有興趣的話，我們就不可能變成一個真正的創新的國家。

　　那么下面我想跟大家聊一聊就是探索的動機。就是作為科學家，特別關心的是兩個事情。第一，宇宙的規律是怎么樣的。他通過規律研究，希望能夠知道我們是從哪里來?會到哪里去?也就是說我們非常關心宇宙的生成跟宇宙的命運。

　　我曾經好多年之前，讀過房龍的一本書，叫做《圣經的故事》。那么當然我得宣稱一下我不是教徒。大家都在想這個宇宙肯定要有一個起源，上帝當時說要有光，然后要有云，要有天，要有地，這個過程就是想來告訴我們創世紀的過程。所以人類追求的過程當中，一直希望能夠理解我們是怎么來?我們的未來是怎么樣的?來尋找一種安全感。但是在過去，因為沒有科學，只有靠我們種種的想象。那么這個事情經過幾千年的知識積累之后，到了1687年其實有非常大的改變。在1687年之前，偶然的一個機遇伽利略把玻璃片做成望遠鏡去看太空了，他看到了土星環等等。也就是我們開始能夠探索整個宇宙是怎么樣了，不僅是這個地球怎么樣。到1687年，牛頓在很多前人知識的基礎之上，發表了一部專著叫作《自然哲學的數學原理》，改變了整個人類的進程。這部書告訴我們，我們的進化通過微積分是完全可以計算的。

　　這什么意思呢?我們本來覺得上天是非常神圣的。牛頓就表示蘋果掉地上，星星在天上轉，都可以算出來。這個時候你會感覺原來我可以計算神圣的上天、星星運行的軌道，這在科學上的自豪感是無比巨大的，我們還可以來計算未來。如果你進一步想的話，你就馬上會感到非常地失望，完了，我的命運是不是也是在宇宙誕生的時候就已經決定了呢?

　　比如說潘建偉成為物理學家，撒貝寧成為主持人，其實根本不是我們自己努力的結果。就像是我們今天在這地方開講，也是在宇宙剛剛誕生的時候，一切事情都已經注定了。為什么呢?牛頓力學告訴我們，可以計算的。所以很多物理學家，有些大科學(家)搞清楚問題之后，他說我們這個世界是宿命的，奮斗是毫無意義的，于是他們就自殺了。真的有這樣的事情發生。當然科學還是要進一步發展的。一直到上世紀初，又一個新的革命誕生了，就是量子力學誕生。

　　量子力學它非常有意思。它跟原來的牛頓力學和我們的經典力學完全不一樣。牛頓力學告訴我們，比如像我潘建偉，我今天在北京這個地方做講演的話，我就不可能在上海。但在量子力學有個概念——作為一個微觀客體，當你沒在看，他在上海和北京的時候，他可以同時在兩個地方，處于一種疊加的狀態。我們就把這樣一種狀態叫作量子疊加態。

　　(小片)量子，是物理學的概念，作為不再可分割的基本個體，量子用來形容微觀世界的一種傾向，物質或粒子的能量都傾向于不連續的變化，即事物不是明確的非此即彼，而是此與彼的某種尚未確定的疊加態。舉個例子，潘教授要從德國柏林飛到中國北京，飛機有兩種飛行路線，一條是柏林-中轉莫斯科-到北京，另一條是柏林-中轉新加坡-到北京，如果潘教授在飛機上睡著了，那么他不知道飛機到底是從莫斯科中轉還是在新加坡中轉，這時，用量子力學看世界的潘教授會說“我現在同時在莫斯科和新加坡”，也就是量子的疊加態;而當潘教授睜開眼睛看的時候，他才知道到底是從莫斯科中轉還是從新加坡中轉，這也正是量子力學的積極哲學，“看到即改變”，當你把視線關注到量子的運動軌跡，其狀態就會隨之發生。

　　這就告訴我們，你睜開眼睛去看一下，你對我們整個世界的演化，是會有影響的。這也是說量子力學，從哲學上講它是一種非常積極的概念。它說我們個人的奮斗，對這個世界是有影響的。量子力學不僅可以來了解宇宙的歷史，也可以推動一個新的學科的發展。

　　那目前我們在從事的一個比較具體的研究就叫作量子信息科學。利用所謂的量子疊加原理可以來做量子通訊。那么量子通訊又可以解決信息安全的問題。其實量子力學還有一種所謂量子糾纏的概念。因為我剛才講了一個粒子可以處于零加一，就是兩個狀態的疊加。兩個粒子的話它也可以處于一種非常奇怪的狀態的疊加。比如我今天來，假定我給撒貝寧一個糾纏粒子在他的手里面，然后我回到合肥去了，然后我讓撒貝寧把他手中的粒子一扔。它會隨機得到零和一，這個結果里面的某一個。但是我在合肥看一看我手中粒子的狀態，我就可以把他手中的結果猜出來。

　　我們把這樣一種現象叫作量子糾纏。或者從不太嚴格的意義上講，甚至可以把它叫作“遙遠地點之間的心電感應”。利用這個，我們就可以來構造一種非常強大的量子計算機，可以讓我們通過量子計算，在大數據爆炸時代，把有效的知識給提取出來。所以從這個角度上講，我覺得科學不僅能給你帶來心靈的自由和安寧，而且科學是非常有用的。隨著電動力學和量子力學的發展，我們整個世界就已經變成一個地球村了。

　　所以說人類的進化是跟我們信息的共享和互相的互動緊密地聯系在一起的。同時，還有一個非常重要的東西是需要我們進一步去珍視和加以保護的。就是每個人都需要有心靈的自由，和他的獨立的思想。正因為我們從古到今，保證了我們思想的獨立性，我們才能夠保證，我們想法的千變萬化。

　　我為什么把今天的題目叫作探索的動機。其實是我照搬了愛因斯坦的題目，它叫作探索的動機。他說今天有三類人是在科學的殿堂里面。第一類人他只要有機會，也許會成為企業家，也許會成為政治家，也許會成為詩人。他只要是干哪一個能夠讓自己得到榮耀，得到名利。他干什么都可以，很有才華。

　　還有一類人完全是一種興趣驅動的。他只是覺得好玩，他才不管對大家有沒有好處，有沒有什么壞處。

　　第三類人是什么呢?他確實希望能夠對這個宇宙進行探索，進行凝視，進行思索，能夠找到這樣一些先天和諧的規律。只有這一類人才能夠很靜心地，去從事長久的科學的研究。那么愛因斯坦說當然我們不能把前兩類人給驅逐出去，因為這些人可能對科學是做過很多，也許是主要的貢獻。把他們給驅逐出去的話，我們這個殿堂就倒塌了，對吧。但是也可以肯定的是如果沒有第三種人的話，這個殿堂就不會成為殿堂，只能是一些蔓草，就不會成為森林。

　　所以說到科學家的探索的動機，作為一個真正的科學家，他(應該)是很有責任心的，他是會用無窮的耐心，去理解這個宇宙是怎么樣的?但現在我們不能解釋為什么我們會有愛?為什么我們會有愛情?但我想隨著將來科學的發展，也許到某一天我們也許能從方程里面給我們非常好的解釋。這就是探索的動機。

　　謝謝大家。