科学家为何探索

量子力学告诉我们，人类的进化是跟我们信息的共享和互动紧密地联系在一起的。还有一个非常重要的东西需要我们去珍视和加以保护，那就是每个人都需要有心灵的自由，和他独立的思想

我在欧洲留学的时候，到阿尔卑斯山山区大峡谷，见到一个大概80多岁的满头白发的老太太坐在轮椅上。她见到我之后，非常高兴。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？我说在做那个叫做量子信息，用英文就叫做像时空穿越里面的这么一个东西，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，一个老太太还对我们的科学保持着这样一种原始兴趣的初心。我觉得她也许是一个例外。

几年之后，因为我的鼻子里面长了些东西，去海德堡大学做了切除息肉手术。做完手术我醒过来后，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。我说现在我讲不了，我将来送给你点资料吧。

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。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。

个人命运是计算不出来的

下面我想跟大家聊的，就是探索的动机。作为科学家，特别关心两个事情。第一，宇宙的规律是怎么样的。他通过规律研究，希望能够知道我们是从哪里来？会到哪里去？

好多年之前，我曾经读过房龙的一本书，叫做《圣经的故事》。我得宣称一下我不是教徒。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。

这个事情到了1687年，有了非常大的改变。之前一个偶然的机遇，伽利略把玻璃片做成望远镜去看太空了，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，而不仅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，我们的进化通过微积分是完全可以计算的。

这是什么意思呢？就是说苹果掉地上，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，这种科学上的自豪感是无比巨大的。

可是，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。因为牛顿力学告诉我们，这是可以计算的。所以很多物理学家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。直到上世纪初，又一个新的革命量子力学诞生了。

量子力学非常有意思。牛顿力学告诉我们，比如像我潘建伟，我今天在北京做演讲的话，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，他可以同时在这两个地方，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。

这就是说，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，睁开眼睛去看一下，你对我们整个世界的演化，是会有影响的。它说我们个人的奋斗，对这个世界是有影响的。

在科学殿堂里做第三类人

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。因为，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和一，两个状态的叠加。两个粒子的话它也可以处于一种状态的叠加。假定我给撒贝宁一个纠缠粒子在他的手里面，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。它会随机得到零和一，这个结果里面的某一个。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”，甚至可以把它叫作“遥远地点之间的心电感应”。利用这个，我们可以构造一种非常强大的量子计算机，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。

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，让整个世界变成一个地球村了。

量子力学告诉我们，人类的进化是跟我们信息的共享和互动紧密地联系在一起的。还有一个非常重要的东西需要我们去珍视和加以保护。就是每个人都需要有心灵的自由，和他独立的思想。

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。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，对吧？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，他是会用无穷的耐心，去理解这个宇宙是怎么样的。也许科学家还不能解释为什么人类会有爱，为什么会有爱情，但我想随着将来科学的发展，也许到某一天能从方程里面给我们非常好的解释。

这就是探索的动机。（作者系中国科学院院士、“墨子号”量子通信卫星发射、量子保密通信“京沪干线”项目首席科学家，本文系作者在《开讲啦》的演讲）