曹則賢：少年學得會“量子力學”嗎？

向治霖

從19世紀以來，世界進入科技時代。無論喜歡與否，我們都不能否認，科技塑造了今天的世界。

用曹則賢的話說，“我們處在一個科技超越神話的時代”。

不過，科技不只是科技。比如在20世紀，核能源開發，送衛星上天……一系列科技成果，離不開政治的支持。這是因為，科技水平決定了國家強弱，那么，很顯然，國家有必要主動參與技術的發展。

目前，“量子科技”就成為這樣一座高峰。

國與國間的戰略博弈已經開始。今年8月，美國政府公布提議，計劃將人工智能（AI）和量子信息技術研發的預算增加約30%。美國一直在加碼量子技術，這只是最近的一次。

中國方面，量子科技的重要性也被提出。10月 16日下午，中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習，規格非同一般。

為什么在今年，量子科技被再次強調，而在此領域的角逐愈發明顯？

為此，南風窗記者在北京專訪了曹則賢。他是中國科學院物理研究所研究員。做科研的同時，曹則賢也出版了多本書籍，最近的有《相對論—少年版》和《量子力學—少年版）》。

為什么是“少年版”？曹則賢表示，少年版不代表“通俗易懂版”，而是說，這是少年就應該懂得的知識，這是人家的少年參與創造的歷史。我們的對話就從兩本書開始，談到什么是“真知識”，而懂得“真知識”的少年，與國家量子科技的發展之間，存在怎樣的一體性。

是“高階”，還是“標配”？

南風窗：量子力學和相對論，給人的印象一直很高級、很難懂，到了大學專業課才會學的。你怎么想到寫專門的“少年版”？

曹則賢：少年版有它存在的意義，分兩方面吧。一方面是，人家在100多年前，創造量子力學學問的時候，里面就有一些少年。奠定了量子力學和相對論這兩本書的關鍵思想的人，甚至有剛剛高中畢業的。

什么意思呢？量子力學也好，相對論也好，有一個重要的概念，就是要用群論的。奠定群論的人，也就是第一個把群論引入到數學里面的人，是法國人伽羅華，他1832年去世的時候，不到21歲。他給我們創造群論的時候，只有十八九歲。

第二，廣義相對論的關鍵概念叫彎曲時空，那么彎曲時空就有一個到底怎么彎的問題，描述一個幾何體怎么彎、彎的程度，那個概念叫曲率，而最先引入曲率這個概念、給出第一個曲率公式的人是法國人，叫克萊羅，人家給出這個曲率公式的時候是16歲。

還有很多例子，比方說，包括寫相對論綜述文章的人，在當時也是少年。我們知道，1916年3月份，愛因斯坦的廣義相對論發表，過了兩三年的時間，要對整個相對論作一個總結，而總結的任務，落到了德國慕尼黑大學里面的大一新生，奧地利人泡利。

這是第一個方面，你就知道，學問的創造者，有些本身就是少年，而且還是100多年前的少年。

第二個方面，回到我們的21世紀，對我們現在這個時代，我始終認為，它已經是一個技術超越了神話的時代，我們現在玩的許多技術，比過去的神話，比方說西游記和封神演義，我們現在比那時候的神話已經高明多了，對吧？

那么在這個時代，知識已經發展到很高深的階段。我們到了少年的時候，尤其是進入大學之前，這些東西如果你沒學過，或者還沒有打下扎實功底，這個少年基本上是不可能到前沿去的，現在就是這個局面。

高深的知識太多了，上了大學，有的是更高深的內容要學，我想說的是，這些東西實際上是我們的少年人，至少是一批優秀的少年人，他們應該學會。

南風窗：你的意思是說，在當下，少年們學會這兩門課，對發展物理很有必要。但是，學不學得會又是一回事？

曹則賢：有的是少年能學會量子力學和相對論的，主要在于教育，我們的教育水平太低了，我的說法是叫，“課程淺得讓人想哭”。

當前，我們的中學和大學，提供課程的難易程度，遠遠趕不上歐洲100年前的難度，甚至也趕不上中國清朝末年洋務運動時候，中國學堂里的水平。

我舉個簡單的例子，在福建福州有一個馬尾船政學堂。在那里，既有學堂，又有造船廠，還有設計局。當時那里面有牛人工作，同時開辦了學堂，教育的孩子都是福建當地的孩子。

不存在有人能夠用輕松的方式，教會這種最深刻的學問，天底下沒有這種便宜事。

我去看過，現在有個博物館在那。清末的時候，十三四歲男孩讀的數學物理，都是正經的法文、英文原版書，而且學的難度，可能比你讀“985”的大學數學也要難一點。我看過一個21、22歲男孩學習過的書，一摞子書，比他人還高。

教育，是“死結”也是“鑰匙”

南風窗：我看了一下《相對論—少年版）》，從十頁往后，就出現了很多高數內容，不是輕松能讀懂的。

曹則賢：這是我的一個理念問題，也是從自己的學習和教學過程當中，我得到的體會：不存在有人能夠用輕松的方式，教會這種最深刻的學問，天底下沒有這種便宜事。

這有一點像爬山。沒有一個人能跟你說，不做專門的登山訓練，不能夠抗稀薄氧氣，不能進入暴風雪，然后說，可以帶你去看這個喜馬拉雅山。這是不可能的。

而且說到高數，我們還是沿用20世紀五六十年代那種普及數學的思維。高等指的是什么？指的是難度、深度。但幾何、代數、群論、拓撲、復變函數、偏微分方程、微分方程理論，這些東西具體的沒有學，卻說學了高等代數，高等數學到底指的是什么？我們沒有給下定義。

這也是說，我們現在的常規教育，從過去那種掃盲班開始，就這種心態發展來的。它導致了我們的學生不知道，真正的學問有多深。也就是剛才說的，事實上，我們大學教育的內容，程度非常低。

南風窗：學生做題很厲害。

曹則賢：真題目他就不會了。什么是真題目呢？比如，氫原子四根譜線的波長數據，你能從中看出自然的奧秘嗎？這就是好問題。算題不算本領。比方說一元二次方程，你會解。人家給你一個公式，有系數，你能找出兩個根，對不對？但這不算什么水平。

真正的水平是，關于一元二次方程，你到底能看出它數學結構里頭是什么東西？這些是學生們都沒聽過的，比方說有交替的問題，有循環群的問題，有用待求的根表示根的問題，有內積的問題，有判別式的問題……

只是對方程求解，那算什么本事啊？所以說，如果等到高中以后，習慣了這種認識：“給出公式、求解”。這就會導致，這個人已經沒有任何學數學、研究數學的資格。

該怎么數學思考，該怎么看數學問題，這些訓練如果沒有，往后就來不及了。

南風窗：所以你面對的情況下，培養出一批懂“真問題”的學生，其實是很緊迫的？

曹則賢：對，學生再經過大學4年，本來4年也沒上幾天課，大四還馬上去找工作，這時候沒受到真正教育的人，從做研究的角度來看，就已經廢了。這也就造成了我們到研究生階段，現在找優秀年輕人，但基礎是那個樣子，都來不及了。最怕的是，這一波人在將來成為老師的時候，就更要命了，他連眼界都沒有，他沒學過沒聽過。

少年的“可能性”

南風窗：你剛才說過，“年紀大了就來不及了”，這是“少年版”存在的意義之一。你以后還會寫別的“少年版”嗎？

學問本身該是什么樣子，就應該是什么樣子，我覺得這一點是我們要知道的。

曹則賢：我還有想寫的，不一定要強調是“少年版”，但是我在寫一些能鼓勵少年的東西，比如說《一念非凡》和《經驗一擊》，都是介紹數學和物理里面重要的東西，都是能給年輕人講懂的。

所以，雖然名字上沒有少年版，但是我一再強調，這些都是少年要學會的東西。少年不是學不到這個層面，很多人只是不知道有這個層面。在今天的世界里面，想在數學和物理方面去做研究，這是必須的。因為這些東西，可能都是100年前人家少年做出來的。

再一個，其實我也不想用“少年版”的噱頭， 有一些人，本來對這個說法就不太贊同，他們認為難了。可是，很多年前別人家的少年在大學里學的熱力學、電動力學、經典力學這些東西，難度都遠超過我們今天的想象。

所以在書里面，我都強調一個觀點：限制這本書難度的唯一的因素，是作者本人的水平。你不能用你自己掌握的程度，來當成學問自身的程度。學問本身該是什么樣子，就應該是什么樣子，我覺得這一點是我們要知道的。

其實出版社也對我說過，說我的書太難了，賣不出去多少。我會跟他說，我的目的不是為了賣兩本書掙錢，我要是為了掙錢，我為什么干這事？這能有幾個錢？

南風窗：我發現，在你的寫作里，“十幾歲的少年”，始終是你想象中的讀者。為什么“少年”對你是一個關鍵詞。

曹則賢：知識在今天，發展到相當高深的程度。如果在少年時沒達到一定層次，那么，他中老年做的那些東西，是很難有高度的。

中國從一窮二白，到現在有錢做科研，其實很了不起，但其中多虧了一個人，就是李政道先生。上世紀80年代，他組織了一個叫CUSPEA的考試，把中國學物理的優秀少年們送到美國培養，總共選拔了913個少年，就是中國最優秀的學物理的學生913人，其中中國科技大學是315人，我是屬于考不上的。

這913位同學到美國去，因此培養出了一批人，使得華人在物理學界，多少有點聲音了。再接下來，我們國家又和德國簽訂了一個協議，叫聯合培養實驗物理博士。第一批是7個人，我就是第一批的。差不多總共是組織了7屆，前前后后40人左右。

我26歲去的，我就發現，已經是來不及了。像文小剛他們去到美國，差不多是20歲，然后他到美國以后，跟的是極優秀的物理學家，包括一些諾獎得主或者數學的菲爾茲獎得主。所以這些人，可以說是有成就的人了。

像我這樣再去，26歲了，當然我自己底子也差，所以，論學問我是馬尾巴穿豆腐—提不起來了。

這是非常現實的問題。這就讓我在想，我們的少年培養，一定是要加速培養的。當年的中國科技大學少年班，確實培養出相當一批優秀的人。這個理念是對的。

科技追趕“路漫漫”

南風窗：現在不是上世紀80年代了，今天中國的科技和應用，已經追上來了，不是嗎？

曹則賢：我們在技術領域方面有了相當多的創新，但是你同時也會注意到，我們所謂的卡脖子問題，什么叫卡脖子？人家會、你不會，而且那個東西是關鍵的。

舉個簡單的例子，比如說光刻機，光刻機是一個技術問題，可是有這樣技術的背后，是人家的積累。比方說，光刻機為什么產生在荷蘭？它為什么只有荷蘭有，它一定有它的必然性。

荷蘭人對物理學的貢獻，那是在根本上的。比方說，是荷蘭的惠更斯，理解了光的波動性，他給人類做出了第一臺鐘表，有了鐘表才有精確計時時間，才有物理學的發展。是荷蘭人善于磨鏡片，有一天，有個眼鏡店的學徒工把兩個鏡片前后放的時候，才發明了望遠鏡。

光刻機是一個技術問題，可是有這樣技術的背后，是人家的積累。比方說，光刻機為什么產生在荷蘭？它為什么只有荷蘭有，它一定有它的必然性。

技術的背后是科學，這是人家創造的。所以，你能理解為什么，光刻機在荷蘭了。舉個例子，固體剛體物理、流體物理、量子力學、相對論、規范場論，都產生于瑞士。你什么時候聽說過，瑞士說誰卡它脖子？

南風窗：在新興技術上，現在常說的“彎道超車”，你認為成立嗎？

曹則賢：說個簡單例子，比如谷歌公司。它有所謂的人工智能，對吧？那么，這個公司是怎么來的？它緣起一個數學算法，那個才是核心的東西。

就是說，如果你的數學水平沒上來，你最后的AI，一定是淺層次的AI，最新的最深刻的，永遠是你不會的。你不能說拿別人的技術，或者說在這基礎上有一點點創新，使得產量比別人多點，銷售額比別人多點，這個就叫超車。這不成立。

南風窗：所以科技的追趕，并不像常人想象的簡單。說回量子科技上，它很可能是下一個“科技革命”的主角，我們也能看到，它到現在受到的重視程度。從你的角度，如何評價？

曹則賢：其實，量子科技也不是現在才重要，只不過，“量子科技”這個叫法確實是在現在被提出來了，而且是專門提出來，說明國家更重視了。

我分析可能是有這么兩點，一個是，到今天我們認識到，量子力學會帶來更多的對技術的改造，對器件的運用，所以今天變得緊迫了。為什么？我在去年的量子力學跨年演講里提到，很重要的一點是，光是我們和遠方連接的唯一途徑，另外一個，光也是我們能進入微觀世界的唯一的工具。

另外一點就是說，緊迫性還在于，如果一類即將到來的新技術，關鍵是量子力學特征的東西，并且可能會有顛覆性意義的話，今天的中國希望開始就是個參與者，我覺得有這種想法是絕對正確的。

量子力學和相對論，主角一直是電子和光子，而這，也是今天能夠帶來新技術的兩個關鍵的東西。也就是說，在當前社會，如果你要想創造出來新產業的東西，你是繞不過量子力學了。

在過去，熱機時代、電氣時代、半導體時代，我們都不是參與者，更不是創造者。國家對基于量子的技術的迫切感，我覺得很大程度上就像跑步時，希望自己是第一梯隊的。