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物理学家李淼:为什么当代人都得懂点量子力学 |一刻·演讲

有思想的一刻君 一刻talks 2019-09-07




|李淼:知名理论物理学家,《〈三体〉中的物理学》作者。


这是李淼在一刻talks演讲局「跨界·未来」上的演讲。科普之所以难做,是因为大家都没有学会如何用“有趣”去包装它。李淼认为做科普要向好莱坞看齐,把故事讲好了才会有人来买单,对科学产生兴趣。



文章共2844字,阅读需要9分钟




今天我要跟大家分享的是关于科普,我是一个物理学家,严格来讲是一个理论物理学家,如果再细分下来是一个宇宙学家,就是研究宇宙的。那么最近20年,特别是最近五年我把很多时间贡献给科普。


那么首先谈谈我为什么做科普,我从1999年从美国回到国内,由于互联网的兴起给了我这个科普的机会,所以我就去网络上给大家写科普小文。然后给专栏杂志写科普短文,基本上短文不超过两千字。写着写着就下不来了。那么直到了最近的五年,我把自己的一半的精力,这个真的一点都不夸张,我把自己的一半精力贡献给了科普。


我把科普三条特点列出来,按照它的重要性来划分。


第一就是要精确,要严谨。


第二条是通俗,深入浅出。


第三条是有趣,有故事性。


那么五年前我彻底颠覆了这个排位,把第三和第一置换了一下,第二没有变。


那么现在变成第一条是什么呢?是有趣,有故事,第二还是通俗,深入浅出。第三条是严谨。什么意思呢?


就是说科普其实是一种服务,就像2007年之前一样,乔布斯发明了,当然和是他的伙伴们,发明了智能手机的时候,我们不知道有智能手机,也不需要这种服务,对吧?但是他发明了手机,突然所有的人大家都离不开智能手机了。



我认为科普也是这样。我们在平常生活里面觉得科学知识是不需要的,对吧?我会开车就行了,我干嘛要知道这个汽车的发动机的原理呢?我会用手机就行了,我干嘛要知道手机里面的那么复杂的芯片、运算这些原理呢?或者说把这个代码变成影像的原理呢?我们都不需要。


但是我觉得科普做的就是这件事情,把你以为不需要的东西变成你需要的东西,所以它是服务


那么为了做到让你以为不需要的东西变成你日常中需要的东西,你要做到什么?就是有趣,让你一看我以前没见过这个东西,好玩,像小孩一样,看故事书一样好玩。可是看着看着它被你骗进去了,被你带进去了,出不来了,对吧?那么现在我的科普观其实就是这样的,就是把科学传播看成是一个科学销售。或者就干脆变成好莱坞的某一种方式来兜售给你。


我写了四本给孩子讲前沿物理系列,第一本就是《给孩子讲量子力学》。第二本是《给孩子讲宇宙》,第三本《给孩子讲相对论》,第四本《给孩子讲时间简史》。


我要跟大家讲就是《给孩子讲量子力学》,因为经常有人问我这本书是给谁写的,我说这本书的读者的年龄从7岁到80岁。可是为什么要讲量子力学?就是量子力学在我们日常生活里。我们的手机离不开量子力学,照明离不开量子力学,给大家看一个光电效应,这是爱因斯坦得诺贝尔奖的一个工作。


当然在爱因斯坦之前人们发现了一个很奇怪的现象,就是放一个金属板,我把光打在上面。然后你会发现对于大部分金属板,比如说锌板来讲,光照在上面什么也没发生。如果我在金属板附近放一个电位计,当我把这个光慢慢改变成紫外光的时候,突然电位计的一个指针动了,这个指针动了是什么意思呢?是金属板里面有东西出来了,导致这个指针的电位变化,是什么东西呢?


当然后来我们知道是电子,就是原子分子里面的那个电子,最轻的那个电子,带负电的。那这是为什么呢?是因为光的能量是一份一份的,这是爱因斯坦提出来的,后来他因此获得了诺贝尔物理学奖,当然不了解物理学,不了解理论物理,不了解爱因斯坦的人,都以为爱因斯坦可能是因为相对论得奖的。


不对,是因为量子力学。我们知道光电效应现在很有用,什么光电倍增管了,或者是太阳能这个板,所有的这些东西都要用到光电效应。当然还有很多应用了,量子力学,我刚才提到说你的手机。



手机里面有很多量子力学,其中之一就是我们现在天天在讨论的芯片。芯片用到两次量子力学,第一次就是当我们用光刻机来在一个纯净的硅片上面刻线路的时候,那个光刻机本身用的是激光,而那个激光要非常非常准,因为现在的芯片之间最小的单元已经到了十个纳米左右,所以我那个激光的光束要比十个纳米要窄。要做到这一点普通的光不行,只能用激光,而激光定向很好。


激光是怎么出来呢?就是量子力学。激光是什么呢?是所有的光子就像在操场上跑步一样,一二一,一二一,全部步调一致。这个步调一致有两个好处,一个好处就是它是单色的,就是它的能量每个光子的能量是一模一样的。第二个好处就是它的定向性非常好,而这是量子力学教给我们的。只有当它们同步的时候,定向性非常好。



那么芯片的第二个量子力学的用处是什么呢?三极管和二极管,就是所谓的晶体管,而这个晶体管是真正的芯片里面的基础的单元,一个晶体管是一个开关,就相当于我们门一样,这个门可以开着,可以关起来。每一个晶体管是一个开关,而这个晶体管能做的开关和放大信号的作用是利用了量子力学。


我们总认为量子力学没有用,今天我给大家讲了量子力学的两个用处。为什么说你还可以弄懂量子力学呢?这就回到我的科普观。


美国有一个儿童教育学家,名字我暂时不提。这个儿童教育学家告诉我们,他说:没有任何一个学科的任何知识,记住这里用了两个任何,不能讲给任何人听的。那么世界是量子的,所有的物体是量子的,这些任何一个对象都可以把它变成一个形象直观的东西传递给大家。


最后我给大家讲量子计算的原理。量子计算所谓的平行的计算,什么意思呢?我给大家看了一个迷宫,迷宫如果一个人从一个门进去,想出来要尝试很多次,因为他每次只能在一个地方选择一个拐弯,而走下来只是一个通道。但是你要想象如果我给这个迷宫,灌上水,放一趟大水,弥漫这个迷宫会出现什么情况?这个水肯定在另外一个出口出来,为什么呢?因为这个水同时探索了所有的通道,总有一个通道它可以流出去。这就是量子计算的原理,科普的最重要的原理,就是故事性。



大家每个人我们每天都在讲故事,那么故事实际上是有套路的,就是好莱坞套路,一个故事的小单元可以拆整成ABT,什么意思呢?就是and,你可以叙述性地讲,and、and、and,但是在某一个关头你必须转折but,转折之后你当然可以做第二个转折,这无所谓。最后你要做Therefore,你要告诉大家结果,对吧?ABT。


或者用我们中国的传统的,就是正题、反题、合题,或者起承转合。这是一个最基本的,而整个故事就是其实就是一个奥德赛的一个旅程,一个普通人上路了,接受挑战,打怪,升级打怪,一直打下去。



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