科學家為何探索

量子力學告訴我們，人類的進化是跟我們信息的共享和互動緊密地聯系在一起的。還有一個非常重要的東西需要我們去珍視和加以保護，那就是每個人都需要有心靈的自由，和他獨立的思想

我在歐洲留學的時候，到阿爾卑斯山山區大峽谷，見到一個大概80多歲的滿頭白發的老太太坐在輪椅上。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？我說在做那個叫做量子信息，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，一個老太太還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。

幾年之后，因為我的鼻子里面長了些東西，去海德堡大學做了切除息肉手術。做完手術我醒過來后，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。我說現在我講不了，我將來送給你點資料吧。

剛才我在外面的時候聽，主持人問有多少人在學物理，好像聽說只有一個人舉手。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。

個人命運是計算不出來的

下面我想跟大家聊的，就是探索的動機。作為科學家，特別關心兩個事情。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？

好多年之前，我曾經讀過房龍的一本書，叫做《圣經的故事》。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的？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。

這個事情到了1687年，有了非常大的改變。之前一個偶然的機遇，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，而不僅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。

這是什么意思呢？就是說蘋果掉地上，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，這種科學上的自豪感是無比巨大的。

可是，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。因為牛頓力學告訴我們，這是可以計算的。所以很多物理學家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。直到上世紀初，又一個新的革命量子力學誕生了。

量子力學非常有意思。牛頓力學告訴我們，比如像我潘建偉，我今天在北京做演講的話，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，他可以同時在這兩個地方，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。

這就是說，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，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。它說我們個人的奮斗，對這個世界是有影響的。

在科學殿堂里做第三類人

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。因為，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和一，兩個狀態的疊加。兩個粒子的話它也可以處于一種狀態的疊加。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”，甚至可以把它叫作“遙遠地點之間的心電感應”。利用這個，我們可以構造一種非常強大的量子計算機，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。

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，讓整個世界變成一個地球村了。

量子力學告訴我們，人類的進化是跟我們信息的共享和互動緊密地聯系在一起的。還有一個非常重要的東西需要我們去珍視和加以保護。就是每個人都需要有心靈的自由，和他獨立的思想。

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。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。也許科學家還不能解釋為什么人類會有愛，為什么會有愛情，但我想隨著將來科學的發展，也許到某一天能從方程里面給我們非常好的解釋。

這就是探索的動機。（作者系中國科學院院士、“墨子號”量子通信衛星發射、量子保密通信“京滬干線”項目首席科學家，本文系作者在《開講啦》的演講）