演讲 | 潘建伟（中国科学院院士）

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探索的动机

（ 来自CCTV-1《开讲啦》，时长44分59秒）

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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。

在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。

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。

原载《CCTV1开讲啦》，《知识分子》获授权刊载。

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