西湖公开课：潘建伟、吴国盛精彩对话

来源：西湖大学

01：公开课第一讲，两位选择这样一个主题，是希望观众从中有什么收获？

潘建伟：我俩没沟通过，但想传达的观点在很大程度上其实是一致的。我觉得科学最大的价值，一种是人文方面，一种是精神方面的需求。

首先是满足人类的好奇心。科学是没有绝对性的，谁要说科学是一个绝对的真理，其实就不是科学。搞科学要追求思想上的解放、心灵上的追求，这才是最重要的。

其次，好奇心满足之后，自然会带来非常有用的东西，那不是追求的结果，是它一个自然的结果。

吴国盛：我们是一个科学的时代，中国人对科学充满由衷的尊敬和期待，我希望让大家眼界更开阔一点。

因为学术体制、主流思想，把人文变得很含混，变成我们不知道它真正价值在哪里。

我希望唤醒大家对于人文的重视，即使我们办一个理工大学，人文的训练和教育仍然属于科学教育内在不可分割的一部分，而不是一个外在或者说锦上添花。

02：大规模实现量子纠缠的难点，究竟在哪里？

潘建伟：量子非常敏感，哪怕对体系非常微小的扰动，量子叠加就会被破坏，纠缠就没有了，纠缠过程要保证跟周围的环境基本上是隔离的，相当于在黑匣子里面做一个事情，这是这个地方最大的难点。

如果说产生两个纠缠比较容易，多个纠缠的话，周围环境的干扰随着粒子数的增加指数增长，是在这里面最大的难点。

所以，造出量子计算机的难度非常大，因为粒子数越来越多之后，受到环境的干扰越来越多，我们可能永远就被固定在经典世界里面。

有一些科学家提出非常有趣的概念，说一个量子是比较敏感，但有时候把几个量子、几个体系作特别的组合时，对环境抗干扰的能力就特别强，什么意思呢？比如说有几个粒子搞在一起，噪声这边一推，如果这个粒子赶到这边的噪声跟那边的噪声正好反过来，正好把这种作用把它给消除掉，所以你能够搞到几个粒子纠缠在一起形成纠错编码之后，能特别好地抗噪声。

现在的做法，把几十个粒子搞在一个算成一个量子逻辑比特，这样做好之后将来搞到几十个、几百个，100万个粒子纠缠……目前看来比较有期望，如果五年之内进展比较好，大概十年达到100万个纠缠，大家抱团。

03：两位老师有没有看过《星际穿越》？电影里把世界描述成了一个五维空间，时间是一个可以自由移动的维度，主角可以在时间线上自由介入，这样的高维度空间如果真实存在的话，请问高维度空间关闭时回到低维度空间，有什么原理参照？

潘建伟：这可能跟我们去年利用墨子号检验的一个理论模型实验有关。

比如说，两个粒子纠缠在一起，为什么相距几千、几万公里之后，空间距离这么远，对一个粒子的测量对另一个粒子还会瞬间有影响。有一些科学家认为，我们的空间时空不止是“3+1”维，可能有更高的时空，相当于你有一张纸这样卷过来，蚂蚁从纸的上面爬到下面要爬很远，如果你能够在中间打一个洞，背面和正面一直连在一起，物理上把这个洞叫做虫洞。如果虫洞在宏观世界真的存在，蚂蚁就可以通过虫洞跑到很远的地方，这就是一种时空穿越里面。

但是虫洞这个东西在宏观世界几乎不可能存在，因为它会破坏因果性。为什么？如果从虫洞过去，你会看到上一刻的自己，这样因果性就会破坏，目前的主流物理学认为它在宏观世界是不应该存在的。

当然有些量子引力理论认为，在很小的时空尺度里面，量子涨落会导致奇异的时空，因果性可能会失效，所以里面就可能产生虫洞，但是空间尺度特别小。非常有意思的是，根据这些理论，量子纠缠会跟引力联系在一起。本来纠缠得很好的，但如果在很小的尺度上有奇异时空的话，纠缠经过引力场就会受到影响。当然我们去年的实验是排除了这种可能性，不过也有可能是由于当时的测量精度不够，所以我们希望在下一颗卫星里面，能够对这个理论给出更好的检验。

04：许田：如果说多维空间能够在很小的尺度存在，是否意味着在特殊情况下，你就可以安排大尺度虫洞的出现？这样我们真的可以开始穿越空间，如果小的尺度能够实现，应该可以存在大尺度，是不是可以这样理解？

潘建伟：这个目前不能严格地说行或者不行。映射到宏观世界，估计没有虫洞，这是主流物理学理论的一种信念。但是到了微观世界，根据某些理论可能是存在虫洞的。

05：许田：人生阶段有多少你认为是教养起的作用，有多少只是基因的作用？

吴国盛：我觉得这个问题过去没有被科学家意识到，关于时间的话题在西方哲学界是现象学这一派提出来的，但它那个内时间意识，始终没有被科学家所关注。

自己有一点点贡献，是把内时间意识的发育定在人生下来以后，不是生下来以前，内时间意识本身肯定是动态被构造出来，不是DNA能出现的。

因此婴儿的发育过程中，一方面是生物学意义上比如说DNA开关，还有一个问题他的手和脑之间的互动，手的行动会促成脑方面的变化。我相信会有一些实验来证明这一点。

另外，人类为什么可以通过文化进化来取代自己的生物进化？过去几万年，人类的身体进化大概是微乎其微，但是它的文化进化是非常巨大的。这是有机制，动物就没有这个机制，而人类有这个机制。

06：施一公：量子因为没有质量，只有能量，所以你可以纠缠，我在想不管多少量子，只要是有限的，能不能实现原子水平的纠缠？

潘建伟：我们可以产生大量原子的纠缠，原子纠缠非常有意思，原子本身是有质量的，但是纠缠里面基本上跟质量没有关系，可以跟能量有关，比如说几个原子处于高、低能级之间的纠缠。所以比如说我有一团原子，跟另一团原子相互作用之后就能把它们纠缠起来，在这个过程当中可以不涉及到任何质量的移动，只是信息移过去了，是可以产生原子的纠缠。

07：施一公：我对空间和时间的定义一直非常迷惑，您觉得时间真的能被定义吗？

吴国盛：特别有趣，施老师谈的空间、时间问题有没有答案？当然有答案，怎么答？回到常识。

科学的世界图景跟人的生活模式来比是派生的。比如说，由潘老师这样的科学家所绘制的世界图景，本来是他的产物，结果我们都相信，我们是生活在他所绘制的图景当中，我们变成他画的画里面的人，这当然是一种错觉，首先我们跟他都是一样的人，我们都是有血有肉，可以进行交流对话，但是由于他某些天才的发挥，描绘了一幅非常好的世界图景，典型就是时间空间的说法，结果我们被误认为我们变成他画的画里面那个人，当然不是这样。

我们经常说回到常识的问题，比如时间，难道不觉得像我们这些人慢慢变老，这是一个基本的事实吗？什么东西比这个更加严酷，我们满头飞雪，韶华不再，感觉自己没有一辈子没有做什么事情，愧对国家，愧对家乡父老，所有这些情绪是最基本的。当你觉得办了西湖大学，为国家做了贡献的时候，我们有一腔豪情，这就是时间性的东西，这就是时间。干嘛纠缠时间物理学的定义？那个定义是派生的。

当你纠缠在所谓的量子纠缠、时空纠缠、超时空和虫洞的时候，我们首先问一下，你难道认为人类变老不是一个最基本的人生意识，不是比一切物理学一切生命科学都最基本的事实？

08：我们都知道宇宙在膨胀，膨胀的速度已经越来越慢，有一个科学理论认为宇宙有一天会终结，膨胀到极致之后会向内收缩，最后形成一个奇点，这样我们现在的时间是有一个终点的，在终点之后什么都没有，是一片虚无，我们现在的历史也都不存在，宇宙没有历史，我们现在的生活是否还有意义？

潘建伟：目前天文观测的结论是宇宙在加速膨胀，不是膨胀越来越慢，所以能不能回来还不知道。

吴国盛：假定要收缩，那天文数字本来就不是我们普通人所能想的数字。

我想起一个问题，很多问题背后是有前提的，有预设的，比方说中世纪曾经有一个难题要研究在一个针尖上站几个天使，这个问题当时是很有名的问题，这个问题之所以有价值，跟中世纪的哲学氛围有关系，不要认为它对我们今天的人没什么意义，我们觉得随便谈谈像个笑话一样，导致那个问题成为有意义的那个环境，是永远会保持吗？也就是说未来会不会有一天，当我们的后人谈论宇宙的膨胀和人们当时由于膨胀担忧的时候，会不会像今天的人在说针尖上的天使这个问题一样的这个无所谓，所以既然跟你没关系，未来的人也不一定思考这个问题，因此我认为这些问题不一定很重要。

潘建伟：我做一点补充，大家看到目前宇宙在往外膨胀，于是倒推回来，得出结论宇宙有可能是从奇点出发的。但是，比如说一个曲线是这么振荡，进行拟合的时候可能只是从某个角度看到好像是这样的。也有可能过一会儿宇宙又开始收缩，收缩一半又往外膨胀，到底有没有从一个奇点爆炸产生宇宙，目前的理论可以倒推得到这样的结论，但你千万别认为这肯定就是终极的真理。

只是说目前来看，如果我可以这么倒推出去，也许宇宙就一直这样膨胀出去了，这是第一种结果，那么宇宙会越来越冷。第二种结果，膨胀太厉害宇宙被撕裂。第三种结果，可能也会收缩回来又变成一个奇点。

如果我们相信宇宙是从奇点爆炸出来的，那么就有点像一公老师讲的，我们都是来自于一个海洋里面的一个细胞，我们都是兄弟姐妹，然后慢慢出来之后，今天我们能够坐在一起，这么多原子搞在一起，聊天、讨论问题，这本身就是一个很有意义的事情，这是小概率事件，是一个很大的缘分，所以要珍惜这个事件概率的发生。

09：我是来自杭州第二中学的高一学生。刚刚我听到粒子进行纠缠的时候，每一个粒子可以处于叠加态，这个叠加态一旦进行测量之后就会发生坍缩，我们不进行测量的时候又怎么知道它是叠加态，我们不进行测量，怎么可以制造出一堆一模一样的粒子，然后再去对它们进行测量、概率统计，统计出它们原来状态下各种不同情况的概率呢？

潘建伟：很好，你很有当科学家的潜质，尤其可以来做我们物理学家。

一种非常简单的方法，先让一个光子，比如它的能量是400纳米，打到一块晶体上，结果那块晶体有一个原子看到这个光子，它很高兴地把它吃掉了，就变成了一个母亲，母亲后来又生出两个小孩来，就是两个光子，这两个光子的能量都是800纳米的。这两个光子是同时产生的，所以我只要探测到其中一个光子，就知道另一边一定也有一个光子，这是第一步。这两个光子也是处于纠缠态的，就像双生子一样，这个人如果是左撇子，那个人就是右撇子，这个是右撇子那个就是左撇子，因为有自旋守恒。这两种可能都同时存在，所以是左撇加右撇，右撇加左撇。这样我只要确定了其中一个是左撇子，那么我就可以知道另外一个一定是右撇子，通过这种方法就可以制造出一个确定状态的光子。然后不断地重复上面这个吃掉一个光子放出两个光子的过程，我们就可以制造出一堆一模一样的光子了。

作者：刘云

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