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量子物理最美妙的地方是包容对话潘建伟

“夜色”笼罩上海科技馆报告厅,璀璨的追光点缀穹顶.2018年1月20日,“墨子沙龙·天文云大会”现场,中科院院士潘建伟身着驼色背心,自愿充当“义务主持人”.还剩最后一个提问机会,一位优雅的女士被抽中,起身提出要问一个量子力学的问题.

“今天不回答量子力学的问题,回答天文的问题,换个问题吧.”潘建伟踩下急刹车,却并未奏效.问题有关量子物理和佛教,台上嘉宾主动解围回答完,他顺势宣布活动结束.

面对这类问题,潘建伟时常报以“科学人的包容”——包容,正是他眼中量子物理的妙处所在.

在他看来,无法证伪的东西,属于个体的思想自由,再往前走“那一步”,就不是科学了;而科学恰恰又最需要自由思想,“它是反权威的,没有边界,爱因斯坦把牛顿推翻掉,量子力学把爱因斯坦推翻掉,一代一代往前走.”他如此珍视思想自由这个概念,以至于在科学报告中拿它来解释信息安全和隐私的重要性,由此引出量子保密通信的价值.

唯独“量子炒作”和“量子骗局”,令他无法忍受,直呼“可怕”.“李鬼”、“李逵”同台,对还处在产业化“前夜”的量子科技事业贻害无穷.2017年7月,中科大上海研究院一纸公告,拆穿上市公司九州量子的“谎言”:国家量子保密通信京沪干线与九州量子铺设的所谓“沪杭干线”毫无瓜葛.没人料到,两个多月后,团队核心成员受到对方的“死亡威胁”,不得不发出公开信“求助”.

数十年科研之路,毁誉都是寻常.“墨子沙龙”散会后,潘建伟差不多走出几步就被拦下,同行的团队成员早已见怪不怪.妈妈们殷勤地招呼孩子一一与潘院士合影,青年人干脆将手机凑上前来求“自拍”,还有家长拿出孩子的《物理讲义》追上他要签名.潘建伟面带笑容,来者不拒.

这有点像他当年为了考东阳中学,常常周末骑车到校门外的池塘转一圈.在那里,流传着东中校友、也是中科大老校长严济慈奋发读书的传说.后来在一众学弟学妹们面前,他曾毫不矫饰地解释,“借此沾点灵气.”

每次在公开活动中与青少年对话,都是那份质朴的笑容.潘建伟有一双年幼子女,过去即使科研很忙,只要晚上有时间,他就会到床前给他们即兴编讲故事;有一天夜里一口气看完《三体》,他梦见自己和儿子开着宇宙飞船,一起撞向侵略的外星人,拯救地球.

他曾应电视台要求,给外星人提了三个问题,其中两个是:量子纠缠是怎么回事?信息是永生的吗?剩下一个更为玄妙:爱为什么是必须的?爱为什么是一种自然现象?这个问题源于科幻名片《云图》.潘建伟“相信”答案是肯定的,却给不出方程式般的“物理证明”.

他从上面那个梦里依稀触摸到,人总是先爱家庭,再爱团体,而后家乡、国家,最后是整个地球,乃至宇宙.

科学的好处是有严格的定义和适用范畴

人物周刊:最近网络知名的工人作家范雨素在采访中说,她给工友讲了一堂“量子力学”的课,从中得到的感悟是,“人死了以后,思想没有消失,变成了粒子,暗物质.只是装思想的容器不存在了,灵魂还存在.所以现在各种神秘现象都能解释清楚了.”你怎么看公众对量子物理的这种理解?

潘建伟:量子力学里面,有很多基本概念,跟我们经典力学、牛顿力学的观念完全不一样,本来呢理解它就比较困难,又没有很好地普及过,有些时候就会被别人加以各种各样的诠释,就会导致误解.其实当年跟国外同事讨论的时候我们就在说,能不能初中、高中的时候就把量子力学的基本概念也给大家介绍一下,毕竟现代物理学最重要的两大支柱,一个相对论,一个量子力学.这科普吧,得下沉,或者早点给大家讲,在认识没有固定下来之前,对它有一些理解的话就比较好,否则始终在传统的牛顿力学的观念里面,量子力学、相对论就变得难以理解了.

人物周刊:量子力学本身比较玄幻,很多人会将它跟宗教,或者另外一个层面就是“伪科学”联系在一块.你觉得这三者之间的边界在哪里?

潘建伟:科学的东西很清楚,它是可以具体来计算的.最好的做法就是宗教归宗教,科学归科学.比如说,用量子力学,可以很方便地把氢原子的光谱一条一条线都算出来,之后去测量可以测得非常精确.这个氢原子测出来是这样,另外一个氢原子也是一样的,这个东西是可重复的.在同样的条件下,我这个理论预测什么样的现象发生,那么它会总是发生,不是说今天发生了、明天就不发生了,在上海发生了、在合肥就不发生了,这就是科学.但其他的,就属于哲学层面,还有神学层面的东西,我就不知道了.我只能说,我的科学是这样,你看,我这么设计个实验,我做出来会是什么结果,我是可以重复、可以计算、可以在实验上检验的.

人物周刊:我们看到一些科学家,可能到了晚年就转向了宗教,或者把科学与宗教联系在一起去做研究.比如大家对朱清时先生就不太理解.

潘建伟:我觉得他是从另外一种层面来试图理解科学.

人物周刊:这种路径对吗?

潘建伟:怎么说呢.比如说我们回到500年前,知道怎么造手机了,你在广东给我打个电话,忽然手机那边视频也传过来了,那不把人家给吓死了吗,你肯定会被当作巫师给抓起来那个掉了.无线电你摸不着、看不见,无色无味无形,那你说怎么会有这个东西呢?哪怕当年一些神话里的很多东西,像千里眼、顺风耳,“天上一日,地上一年”,孙悟空的分身术之类的,最后随着科学的发展,到了后来的科学里面,多多少少(有点像);而我们现在说宇宙大爆炸,说我们宇宙是有寿命的,回到几百年之前,别人都会认为你是胡说八道.我的意思是,对科学来讲,我只能说,你这么说我没办法证明你是错的,我证明不了,那你自己愿意想就想吧,只要不去威胁别人.作为科学人来讲,我觉得我自己是比较包容的,因为我没办法证明你是错的.

人物周刊:但是比如说用量子物理去证明宗教里有一些东西是对的,这个是可以接受的吗?从物理学界、科学界来说.

潘建伟:我只能这么说,我自己只在科学里面搞,但我不能要求别人怎么做.我只是说,再往前走那一步,我就认为不是科学了,对吧,这个得讲清楚.比如吴承恩说了千里眼、顺风耳,那我今天把手机弄出来了,我不能用这个证明吴承恩当年说的就是对的,或者说他在几百年之前就预言了.我只是说很有想象力.你可以对古人的想象力表示非常欣赏,这个没问题.

人物周刊:我注意到你在做科普的时候,也会使用类似“心电感应”、“超时空传输”的说法,来帮助大众理解,这个会不会也造成一定的认识误区?

潘建伟:我觉得我讲的每一句话,都是在科学的范畴里面,如果你看我的上下文的话,我觉得我没有什么问题.爱因斯坦也把量子纠缠叫作“遥远地点之间的诡异的互动”对吧,但是同时我也讲,这个东西并不意味着信息可以超光速传递.所以科学的好处是每讲一句话都有很严格的定义,有很严格的适用范畴.你把某句话给孤立出来,自己很高兴地说,潘建伟讲了这句话,拿出他这句话说是胡说八道的,那你这东西就……

人物周刊:现在就有人这样来针对你.

潘建伟:对.

人物周刊:那你觉得量子物理更重要或者美妙的地方在哪?

潘建伟:更重要和美妙的东西,我觉得它比较包容.你看吧,我们平时的经典世界里,你在广州就不能在上海,也不能在北京,但在量子世界里面,在特定情况下,跟微观客体相关的描述它状态的波函数,可以同时对应多个地点,地点A加上地点B加上地点C.为什么当年量子力学鼻祖之一玻尔,看到中国的太极图,说这个东西很好?他说这叫白中有黑,黑中有白,阴中有阳,阳中有阴,对吧,这个东西就跟量子力学非常像.所以这个世界等你慢慢长大你也知道,没有绝对的错,也没有绝对的对.

技术和理论密不可分

人物周刊:你觉得物理学家和数学家、工程师最大的不同是什么?在科学审美上有差别吗?

潘建伟:牛顿力学告诉我们,R平方分之一,万有引力,那你搞数学的话编造出另外一个世界,是R的三次方分之一这么一种引力规则,那你的世界里面就有很多新的东西了,但是那新的东西跟我们这个世界可能没什么关系.所以数学家就可以天马行空,自由创造,只要逻辑是一致的,用那个公理推下去就行了.

我们物理学家一般没有那么敢于大胆想象,想象出来还得看,你定的这个法则跟自然界本身的法则是不是完全一样?比如看星星,到底是太阳围着地球转,还是地球围着太阳转,你就得造个望远镜出来,然后去看,才能证实你的想法.所以我们有前面的大胆想象之后,还得像工程师一样,把它照着现实去验证,我觉得物理学家可能这几方面的能力都得具有.

人物周刊:杨振宁先生说,爱因斯坦的时代是“黄金时代”,他赶上了“白银时代”,而现在是“青铜时代”,特点就是理论物理在短期内很难看到有大的发展可能.他经常说,如果他是在这个时始他的研究工作,他可能就不会搞物理,而是去做一个数学家了.

潘建伟:科学总是这么回旋的嘛,有些时候没有足够的数据,理论就很难建立起来.到现在暗物质、暗能量都还搞不清楚,我觉得也许慢慢地,应该允许理论物理学家进一步去创造了.但是可能光现在这些数据还不够,可能有个礼物包在一块布里,这个地方露出个角来了,那个地方露出个角来了,还不足以推测里面装的礼物到底是什么东西,还需要进一步做实验.做着做着,等到有足够的数据时,新的理论就能够被聪明人给建立起来.

人物周刊:你本身是从理论物理主动转向实验物理的.但我注意到虽然量子卫星现在的主要作用是通信应用方面,但你更远大的目标似乎还是希望借此为理论提供贡献.包括你们正在设计地月卫星轨道间的实验方案,对量子物理非定域性做终极检验.这是否就是你说的“科学的回旋”?

潘建伟:对对,所以有些人就说,你看你只有技术,没有理论,我说不对.没有伽利略当年的望远镜造出来朝向太空去看,怎么有我们很多学科的诞生呢?没有天文观测的数据,你怎么可能把牛顿力学建设起来呢?没有看到什么电子现象之前,你怎么可能把电动力学建设起来呢?没有什么黑体辐射、原子光学的很多实验,你怎么可能把量子力学建设起来呢?通常都是这样,大家先是摸索一些数据,然后对这些数据进行总结、深化和理论化,理论又去指导实验,实验做了后,可能发现了新的现象,原来的理论解释不了,然后又有新的理论需要建立了,所以它总是有这么个过程.物理跟数学不一样,你没有实验,理论不可能凭空造出来,所以技术的发展是很重要的,技术和理论其实是密不可分的.

量子信息不能一窝蜂去做

人物周刊:过去有段时间,对国家引进的海外科技人才同时在国外全职工作的做法,批评意见很大.你也身处过舆论旋涡,现在来看,这段争议已经平息了吗?

潘建伟:平不平息我不知道,这个问题我不愿意来回答,我觉得比较重要的是看你当时是不是真的为国家做了事.我只说我当时为什么这么做,但是我不去讨论别人、批评别人的事情,因为那个跟我没有关系.

那时为了发展量子存储的技术,我去的海德堡大学,之前我在维也纳的小组也没有这方面技术.我和科学院、我们学校说,学校也跟教育部做过相应的沟通,允许我以这样的形式开展工作,但是我们有一个基本的承诺,到时候要把这个技术带回到国内来.不然的话,你说我们这个团队怎么会十几个人到2008年的时候几乎同时都回来了?我们有一个很严肃的约定,或者说承诺,我们是要回来的,是为了最后一个大的目标去做事情.

当时国内也没有机制说能给我一笔钱,带到国外去开展工作.但在日本就有了,有些日本专家如果到美国去开展工作,日本政府就会给他们经费.当时我只能自己在欧洲申请钱,申请到钱当然在欧洲得有个具体的单位、部门,来开展相关的工作.我们在德国把实验室建好,最后花钱把仪器都给买回来了,而且是以很便宜的折价买回来了.

人物周刊:现在国内的科研经费分配机制,还有哪些不足?

潘建伟:现在你可以看到,在国内至少有一条,你做得比较好的,都还是得到了国家充分的支持.但确实相对来说……我前阵子碰到一个美国华人学者,是我们领域非常知名的专家,他是美国国家标准局的fellow(研究员),每年都能得到几百万美元经费的固定支持.到目前为止,这种形式的支持,我还没有得到过,在国内每个项目都是得努力去争取.国家能不能给出一种机制,对确实已做出比较好的成果、我们也信任的科学家,至少70%的经费可以得到比较稳定的支持,除非他想做点新的事情,再另外去申请.相对来说,国内现在基本上还是竞争性的经费.当然,因为你做得比较好嘛,你去竞争最后国家也还会支持,但是那样就会比较累,花大量时间在申请经费上.

人物周刊:我看到你之前也建议过,国家基础研究科研经费投入要集中资源,提高门槛.这是不是也跟你对量子科技事业的布局有关?

潘建伟:从总量上讲,现在国内对基础研究的投入已经不少了,好的工作也确实层出不穷,但是相对来说,就要优化资源投入的方向,保证资源能够比较集中,让它去做成重要的事情.

比如现在我们国外有些同事来,在中国转一圈之后说,哎呀,中国好多实验室的设备一点都不比国外差,出活很好的小组在总量上已经不少了,但在相对数量上,比如某个领域有一百个人在做,出好的工作的大概也就只有几个.

从这个角度上讲,是不是可以优化资源投入,对某一些团队给予比较稳定的支持,我觉得这样是比较好的一种模式.像科学卫星,不能说你来搞一颗,我也来搞一颗,假定国家总共投10块钱,三个团队来做各投3块钱,那这个实验就做不成了.对有些大的任务是有目标导向的,在这种前提下,资源要相对集中一点,但同时对基础研究,还是要鼓励大家很好地去做自由探索.

十几年前,在国内要在量子信息方面申请经费很难.我们是搞物理的,然后又去做点信息,别人看来不伦不类的.最早的时候我记得很清楚,跟我当时的硕士导师一起申请十几万的基础研究经费,评完之后我们专门问基金委管项目的负责人,他说哎呀这个东西我问过相关的人,他们觉得现在还很不靠谱,还很远.当然到现在看来,有些东西还是比较远,但问题是,有些事本来就要往20年30年去做嘛.

经过国际上十多年的发展,国内已经有很多团队慢慢对这个东西感兴趣了,前阵子北京成立了很大规模的一个量子信息科学研究院,全国各地,包括深圳、武汉、上海、南京等等好多地方,越来越多人从前不是做量子信息的,现在都宣称要开始做这个了,这是一个很好的现象,我很高兴,说明大家慢慢地总算认可了.但同时我又特别强调,量子信息的主要目的不就是做量子通信、量子计算和量子精密测量嘛,那么就要求目标导向,对吧,你到底要做什么,这是要讲清楚的.

人物周刊:否则就浪费资源了是吗?

潘建伟:对啊.所以这个事国家会有一个统一的部署,不叫提高门槛吧,但你要说清楚,你到底要来做量子信息里面的什么东西.第一大家都来做是好的,但要有序地协同地做.现在在国家的组织下,慢慢地应该开始凝聚了.反正这些年来,我听说(自然科学)基金委收到的跟量子信息相关的申请很多,当然这是个好事情,但是我觉得我们不能一做就一窝蜂地全部去做一个事情,因为有趣的事情还有很多,像高能物理、引力波探测、暗物质探测、凝聚态,各个方向都应该支持,要不然的话我们中国可能只在做量子信息了,那肯定不好了.

警惕量子“资本炒作”

人物周刊:现在还有一个乱象是在量子科技产业化方面.

潘建伟:对.产业上现在是几个方面吧.

第一方面,我觉得比较可怕的是,有一些人打着量子的旗号,去搞非法集资或者行骗,比如有人说有量子挂坠、量子鞋垫.有一次,一位MIT的留学生跟我说,他的父亲知道量子的工作,也是特别信,花了好多钱去买.它们肯定是和我们说的真正的量子没有关系的,至少我是想象不出,怎么东西一搞,量子就能让你变得更健康一点,就可以防癌什么的.

那么还有一类呢,很多人纷纷把自己包装成量子技术方面的公司了,做各种各样不恰当的宣称.比方说有李逵、李鬼,这样在量子信息技术本身还没起来之前,搞不好就恰恰毁掉了这个事业.量子计算离实用肯定还远,这个是可以毫无疑问告诉大家的,哪怕刚开始用也是属于基础研究的范畴,或者说只有极少数的用户;量子精密测量可能会有些用;量子通信,涉及到信息安全,肯定是国家层面来推动的事情,那是国家行为.

你讲信息安全就要经过非常稳定的安全性测试,很严格的国家标准建立,要等这些流程全走完,才能够让大家广泛地去使用这个东西,做这个的过程要非常严谨.

要需求导向,比如真正有部门需要,在这之前你还要对你的系统进行很完备的检测.为什么国家会建立量子保密通信京沪干线,就是希望反复对它进行测试,反复征求用户的需求,才能让它逐步走下去.

所以我说推向使用的这个路,还是需要比较多的时间,需要比较扎实的、诚实的态度去做.

我想国家也鼓励民营资本介入,但民营资本介入呢,就不能把它变成市场圈钱或者资本炒作,要认认真真去做这个事.国家肯定有相关的标准部门来认定你这个产品是不是安全的,还要看是不是真的有用户.

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