接下来我想跟大家讲一下探索的动机。作为科学家,我特别关心两件事。第一,宇宙的规律是什么?通过研究规律,我希望知道我们从哪里来,到哪里去。换句话说,我们非常关心宇宙的诞生和命运。
很多年前,我读过一本书,叫《圣经的故事》,作者是范隆。当然,我要声明,我不是基督徒。大家都觉得宇宙一定有一个起源。神说一定有光、有云、有天、有地。这个过程就是在告诉我们创造的过程。所以在人类追寻的过程中,我们一直希望了解我们是怎么来的?我们的未来会是什么样的?来寻找安全感。但是过去因为没有科学,我们只能靠我们的想象。经过几千年的知识积累,这件事情其实在1687年发生了很大的变化。在1687年之前,一个偶然的机会,伽利略用一块玻璃做了一个望远镜来观察太空。他看到了土星的光环等等。也就是我们开始探索整个宇宙是什么样的,而不仅仅是地球是什么样的。 1687年,牛顿根据许多前人的知识发表了一本名为《自然哲学的数学原理》的专著,改变了整个人类的进程。这本书告诉我们,我们的进化完全可以通过微积分来计算。
这是什么意思呢?我们原本以为天是神圣的,牛顿说苹果掉下来,天上星星的旋转,都是可以计算的。这时候,你会觉得,天是神圣的,星星的轨道,你都可以计算出来。这是一种巨大的科学自豪感。我们还可以计算未来。再往前想,你马上就会觉得很失望。完了,我的命运,是不是在宇宙诞生的时候,就已经注定了呢?
比如潘建伟当了物理学家物理学家潘,撒贝宁当了主持人,其实都不是靠我们自己努力的结果。就像我们今天在这里做讲座,也是在宇宙刚刚诞生的时候,一切都已经确定了。为什么?牛顿力学告诉我们,是可以计算的。所以很多物理学家,一些伟大的科学家,在搞清楚了问题之后,就说我们的世界是宿命论,斗争没有意义,所以就自杀了。这样的事情是真的发生过的。当然科学还要进一步发展,直到上个世纪初,又一次新的革命诞生了,那就是量子力学的诞生。
量子力学很有意思,它和原来的牛顿力学、和我们的经典力学完全不一样。牛顿力学告诉我们,我潘建伟今天如果在北京讲课,我不可能在上海。但在量子力学里,有一个概念——作为一个微观物体,当你不看它的时候,它可以同时在两个地方,处于叠加态。我们把这种状态叫做量子叠加态。
量子是物理学中的一个概念,量子作为不可分割的基本实体,用来描述微观世界的一种趋势。物质或粒子的能量趋向于不连续的变化,即事物不是明确地是这个或那个,而是尚未确定的一个这个和那个的叠加态。比如潘教授要从德国柏林飞往中国北京,飞机的飞行路线有两条,一条是柏林—转机莫斯科—转机北京,一条是柏林—转机新加坡—转机北京。如果潘教授在飞机上睡着了,他就不知道飞机是从莫斯科转机还是新加坡转机。这时,用量子力学看世界的潘教授就会说“我同时在莫斯科和新加坡”,这就是量子的叠加态;而当潘教授睁开眼睛的时候,他就会知道自己是从莫斯科转机还是新加坡转机。这也是量子力学的实证哲学,“看见即改变”。 当你将目光聚焦在量子的轨迹上时,它的状态也会随之变化。
这告诉我们,如果你睁开眼睛去观察,你就会对我们整个世界的演化产生影响。这也意味着,从哲学的角度来看,量子力学是一个非常积极的概念。它说,我们个人的奋斗会对世界产生影响。量子力学不仅可以帮助我们理解宇宙的历史,还可以推动一门新学科的发展。
我们现在从事的更具体的研究叫量子信息科学。所谓量子叠加原理,可以用来做量子通讯。那么量子通讯就可以解决信息安全的问题。其实量子力学里面还有一个概念叫量子纠缠。因为我刚才讲了一个粒子可以处于零加一的叠加态,就是两个状态的叠加态。如果是两个粒子的话,它还可以处于一种非常奇怪的状态的叠加态。比如说我今天给撒贝宁一个纠缠态的粒子在他手里,然后我回到合肥,然后我让撒贝宁把这个粒子在他手里扔出去,它会随机得到零和一,这样的一个结果。但是如果我在合肥看这个粒子在我手里的状态,我就能猜到他手里的结果。
我们把这种现象称为量子纠缠。或者在不太严格的意义上,我们甚至可以称之为“远距离心灵感应”。利用这一点,我们可以构建一个非常强大的量子计算机,让我们在大数据爆炸的时代通过量子计算提取有效的知识。所以从这个角度来看,我认为科学不仅可以给你带来自由和心灵的平静,而且非常有用。随着电动力学和量子力学的发展,我们整个世界已经成为一个地球村。
所以,人类的进化,和我们信息共享、相互影响息息相关。同时,还有一件非常重要的事情,需要我们进一步珍惜和保护。那就是,每个人都需要有精神上的自由,需要有自己独立的思考。正因为我们从古至今都保证了思想的独立性,才保证了我们思想的不断更新。
为什么我把今天的题目叫《探索的动力》呢?其实我抄袭了爱因斯坦的题目,题目叫《探索的动力》。他说,现在科学殿堂里有三类人,第一类人网校头条,如果有机会,可能成为企业家、政治家、诗人,只要他们做的事情能给他们带来荣耀、名利,他们什么都能做,很有天赋。
还有一种人,完全是被兴趣所驱使,只觉得好玩,根本不管对别人是好是坏。
第三类人是什么呢?他真正希望去探索、凝视、思考宇宙,找到一些与生俱来的和谐规律。只有这一类人,才能默默地从事长期的科学研究。然后爱因斯坦说,我们当然不能驱逐前两类人,因为这些人可能对科学做出了许多、甚至可能是重大的贡献。如果把他们驱逐出去,我们的庙宇就倒塌了,对吧?但同样可以肯定的是,如果没有第三类人,这个庙宇就不是庙宇,而只是一些杂草,不会成为一片森林。
那么说到科学家探索的动力物理学家潘,作为一个真正的科学家,他(应该)是非常有责任心的,他会用无限的耐心去了解宇宙到底是什么样的?但是现在我们无法解释我们为什么会有爱?我们为什么会有爱?但是我想随着未来科学的发展,也许有一天我们可能能够从方程式中给我们一个很好的解释。这就是探索的动力。
(摘自中央电视台《咱们聊聊》栏目)