潘建伟 | 量子力学为教育带来颠覆性启示

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湖 畔 导 读

20世纪，人类有两项最伟大的发现，一个是量子力学，一个是相对论。如今，量子力学已经与信息技术紧密相连，被应用于手机等现代通讯之中，渗透到日常生活的方方面面之中。

当我们站在“第二次量子革命”的前端眺望，量子力学将在未来的信息技术、世界观塑造等方面，有哪些重大的教育启示？

“湖畔问教”与您分享中国科学院院士、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长潘建伟先生对此的深刻洞见。

上世纪七八十年代，科学家提出运用量子力学的基本原理，去开拓信息技术的新领域，做一些传统的信息技术做不了的事情，成就了“第一次量子革命”。

什么是量子力学呢？它的基本概念有两个：

一是什么叫量子

所有的物质都是由一个一个的小单元组成的，物质分到最后不可细分了。比如一杯水，先分成无数的水分子后再继续分下去，直到所有物质的构成单元最小的单位，这个单位我们叫做量子。

二是在特定条件下，

量子可以同时存在截然不同的多种状态。

假定一个量子，可以在桌上，也可以在地上，我们把这两种状态叫做0或者1，经典的信息处理单元就是0和1。

“薛定谔的猫”是一种更形象的说法。把一只猫关在黑匣子里面，在某个特定条件下可以论证这只猫存在生与死两种状态。

这是量子的两个特征，不可分割、不可监控。利用量子的特征，科学家创造了很多新的信息功能与应用。比如“量子计算机”，它比传统计算机在某些特定的功能上要快得多。再比如利用量子感知装置，感应超远距离地震。

量子力学大大拓展了科技应用领域，深刻改变着世界。

我认为解决世界长远发展的唯一途径就是教育，量子力学会带来一种全新的理念。

一百年前，量子力学建立的时候，你不需要了解原理，拿来用就可以了，就像手机一样。但如今，量子力学已发展到深层次运用阶段，如果对原理不加以理解，是很难去应用的。

目前不仅在中国，国际上也有很多高等教育机构，都提出来最好在初中阶段就引入量子力学的基本课程，不然青少年被“牛顿力学”的概念定型之后，上了大学，很难再改变观念，去理解量子力学。

这是当下我们正在经历的“第二次量子革命”中，新的技术发展给教育提出的新挑战。

在过去的观念里，牛顿力学是一个决定论，比如利用“万有引力”和牛顿运动第二定律（F=ma），可以计算卫星的运行轨道。再比如，看一部电影，尽管还没看到结尾，但你不用猜了，因为结尾早就设定好的。

从前的科学给我们讲的大多是推论、定论，是方程可以计算出来的，一切都是设定好的。会让你觉得“我个人的奋斗和努力好象没有什么用处”这样的教育其实是不太好的。

量子力学告诉我们的是：这个世界是不确定的，做的任何事情反过来对结果（0或者1）都会有影响的。这是量子力学对人素质教育最重要的影响，它让人知道努力是有意义的。

可以说，这是世界观的改变，比单纯的知识和技巧都更有价值，这是量子力学非常积极、重要的一面。

量子力学的理论与应用，与我们的常识有很大差距，所以我特别希望这样的理论在越小的时候开始学越好。青少年要明白，“所有的真理都是相对的，并没有绝对的真理”，那么大家就敢于怀疑，敢于自由思考。因为受到教条影响之后，个人的自由意志或者自由思想就很难形成了。

初中、高中教育是非常重要的。首先，要培养科学的逻辑分析能力，第二要培养敢于怀疑一切的自由精神。

像爱因斯坦的相对论，速度叠加原理，应用在我们的交通工具上是成立的，但是应用到光速上就不成立了，任何真理都是有条件的。我们要允许创新的、质疑的声音出现，让学生勇于探索，而不是固守定律。这与教学方式有很大的关系。

在我看来，科学最大的魅力是：有趣味性，无功利性。

从探索的角度来说，科学能帮助我们理解“我们从哪里来，到哪里去”这类问题。我觉得，这是科学更为持久的魅力所在。而科普工作最好能兼顾介绍科学功用之外，最好能够强调一下对精神层面的需求，即对人类、人生能够带来的良好启示，在我看来这是更有意义的。

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比如在科普探测引力波、量子力学和宇宙大爆炸理论时，就可以揭示或引申出一些宇宙、生命的起源的问题，这是非常有趣、有价值的。

如果我们能把对科学的功利追求慢慢转化为兴趣驱动，对全民而言，对科学的支持会变得更加持久、有包容性。

随着量子力学、宇宙大爆炸理论的建立，人类会具有一种广阔的宇宙观，感受到自己的渺小，了解到诸如地震是不可避免的自然现象。这时，你就不会变得对任何事都斤斤计较了，在千亿量级的银河系里，你会产生一种观念——人人平等，没有贵贱之分，人人都有权利追求自己思想的解放和内心的安宁。

生命的进化过程是非常不容易的，人体上有如此多的原子、分子，还比如我们今天能相聚在一起交流，按照佛学的观点说，我们是有很大缘分的。因为这些认识，所以你会变得珍惜，会变得善良，不会毁灭一些东西。

大家说科学把宗教信仰毁掉了，变得无所敬畏了，其实不是这样的，科学会让你更加坚守自己思想的解放、包容，没有执念，保有善良，这是科学最大的价值。

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科学不是宗教，科学是一门开放的学问。离开了边界条件，真理是不存在的，所以不必固守牛顿力学而反对量子力学。

随着技术的进步、人工智能的进步、量子力学的进步，我觉得人们对世界的感知和理解能力会大幅提高，对生命科学、生命规律的理解也会进一步深入。

说一千道一万解决所有问题的根本，我觉得还在教育。因为教育可以解决很多问题，大家变得更加开放、包容，不会因为种族信仰差异而打仗了。

人类社会未来发展的好坏，关键在于教育能不能很好地把科学所揭示的价值和启示，传导到大众的意识中，这是非常重要的。

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学生最需要的技能，是当你遇到问题时，你是否知道去哪里能找到解决方案或帮助你解决问题的途径。你不必装很多知识，但你要知道解决、创新之道。这是所有学生都需要的一个最重要的能力。

讲到学生的素质教育：

 第一个，

 是从事喜爱的事业。

如果通过教育能够让人从事自己感兴趣的而非眼前吃香、赚钱的事业，是比较重要的。事业，应该找适合自己，自己喜欢并且充满敬意的去从事。因为没有这些，到最后你不会做的特别好。

 第二个，

 是要有抗压的能力，

 不要对自己期望太高。

如果对自己的期望太高会很容易失败，很容易一蹶不振。放弃这种期待，往往最后能够做的比较好。就好像龟兔赛跑一样，你沿着一个方向慢慢地爬、慢慢积累，有恒心做自己感兴趣的事情，在挫败面前还能够继续往前走，不回避，最后总是会有所收获的。

 

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