潘建伟做了很多次报告，但他说这一次最紧张……
今天，一场科学版的开学典礼在北京中关村第一小学上演。新学年，这所学校不仅把“敢于质疑、持之探索、刷新未来”3个代表科学探索精神的词汇大写在开学典礼的背板上，还邀请到量子科学实验卫星首席科学家、中科院院士潘建伟，来为孩子们讲了开学第一课。
中关村一小“开学第一课”现场
课开始了，台下的小学生发出阵阵欢呼声和掌声, 他们中的不少人是第一次看到潘建伟院士本人，有的还窃窃私语道，原来他就是那位“造”量子卫星的科学家。前不久，由潘建伟主导的全球首颗量子科学实验卫星发射成功，让这位科学家再次走进人们的视线。
潘建伟却有些“紧张”，他说自己做过很多次报告，但今天的是让他“最紧张的”，“甚至一开始听说要给孩子们讲我都拒绝了，毕竟，要让小学生听明白‘量子为何物’、‘科学又是什么’并非一件简单的事情。”
科学的价值在于解惑、有趣、有用
当天，潘建伟选择“科学的价值”作为其讲课的题目，他说，通过伽利略、牛顿、法拉第和麦克斯维尔等科学家的发现，人类对世界的认识达到了前所未有的高度，但还是无法解释宇宙从哪儿来，我们从哪儿来等问题，这也是他们作为物理学家毕生所要探寻的。
他也因此告诫孩子们，科学并非完全“高冷”，它的价值体现在解惑、有趣、有用等多个方面。
当然，潘建伟还是将更多的时间用来科普何谓量子、量子通信以及量子卫星（后文都是这部分的干货，看下去！）。在事后接受采访时，他表示，也许孩子并不一定能听明白究竟什么是量子，但这并不妨碍与之有关的科学故事去激发他们的兴趣，在他们心里埋下科学的种子。就像当年，有关陈景润研究“哥德巴赫猜想”的故事点燃了一代年轻人追逐科学的梦想，但话说回来，当时也没几个人能说清楚，陈景润研究的“1+1=2”究竟是什么。
中关村一小校长刘畅当天也表示，中国正努力建设创新型国家，培养公众对科学的兴趣、提升公众的科学素养十分必要，然而这并不能一蹴而就，它需要我们在孩子幼小的心灵里种下一颗热爱科学的种子，在学生的内心植入科学的逻辑思考与理性思维的萌芽，在经年累月的探索中养成科学精神。此次科学版的开学第一课，即是在全国中小学生的科学素养普及道路上所做的一次尝试。
2016年8月16号凌晨，我国在酒泉成功发射全球首颗量子科学实验卫星，名字叫“墨子号”。而取名“墨子”，在潘建伟看来，是因为中国有一名科圣叫墨子，他生活在2400年前，是很早就做实验研究光学的科学家。他第一个做了小孔成像的实验，证明光是沿着直线传播的。
第一个小孔成像实验，证实了光沿直线传播
潘建伟说，除了科学家的身份以外，关于墨子，大家更熟知的是他的思想。首先是“平等、博爱、反对战争”，即兼爱非攻。同时，他很早就提出了原子的概念，即物质不能再分的最小单位。而与他同期的希腊哲学家德谟克里特，也提出了原子的概念，可以说，是与墨子差不多在同一时期提出了这一概念。
墨子（生活在约2400年前）
值得一提的是，墨子也提出了惯性定律。他曾在他的著作中讲到，在没有外力作用下，运动的物体是不会停止的。这在某种意义上来讲，跟我们初中、高中时候学的牛顿惯性定律是完全一样的。潘建伟说，我们都知道，牛顿提出第一运动定律是2000年以后，和墨子同一时期另外一位非常伟大的希腊哲学家——亚里士多德还是错误认为力是维持物体运动的原因，如果没有力物体就不运动，可见当时墨子思想的先进性。
宇宙从哪里来，我们要到哪里去？
“墨子号”是做什么的？在回答这个问题之前，请允许我先问你：你是否想过这个问题？我们从哪里之来，到哪里去，宇宙有没有起始和终端？
最早的回答来自于宗教的神话。《圣经》告诉我们上帝创造了世界，先有光、天地、云等等。中国古代小说《盘古开天辟地》告诉我们，宇宙是有起源的。
随着科学的发展，这个问题开始有了不同的回答。哥白尼、伽利略等等科学家，利用伽利略建立起来的实验方法，发明了望远镜看星星。光看星星的变化，就很大程度上确定了地球是围绕着太阳在转的。而这，奠定了日心说的基础。
在开普勒和很多科学家建立天文观测基础上，直到1686年，牛顿建立了牛顿力学，并在《自然哲学数量原理书》里告诉我们，天上星星不再那么神圣，其实跟我们地面上每个个体是完全一样的。苹果会掉下来，星星围绕太阳转，其实这些轨道都是可以计算的，一切力学的规律都可以统一为一个数学公式。
牛顿（1643-1727）
《自然哲学的数学原理》（1686）
另外一位科学家富兰克林也做了相关的努力。他用实验证明，天上的电现象和地上的电现象是一样的。麦克斯韦又发现电磁之间是可以转化的，我们也可以把动能通过电力感应的转换为电能，电能又通过电磁感应转化为动能等等。
富兰克林：天上的电和地上的电是一样的
到了许多年之后，又有另外的科学家建立了电磁场的动力学理论，告诉我们光的现象，电的现象，磁的现象都可以统一用它来计算，带来了第二次的科学革命。所以，从某种意义上讲，通过伽利略、牛顿、麦克斯韦等科学家的发现，我们对世界的认识达到了很高的高度。
《电磁场的动力学理论》（1864）
因而，宇宙从哪里来，我们从哪里来，我们要到哪里去？
将近100多年之前，量子论被提出，爱因斯坦提出相对论，这使得某种情况下，宇宙的
起源与演化可以被解释。宇宙有多大呢？在夜空当中，我们的肉眼能看到大概2500个恒星，这只不过银河系很小的一部分。银河系有数千亿颗恒星。我们现在可看到的宇宙又有数千亿银河系。所以，宇宙太大了，知道这个之后，就觉得地球太小。
肉眼看到的只是整个银河系很小的一部分
相对论和量子力学揭示了宇宙的起源，而根据目前的一个理论，宇宙来自于大爆炸，经过进化之后，才慢慢先形成第一代恒星，又变成了中子星、黑洞等等。中子星的密度很大，类比来看，一立方米水重量是一吨，一立方米超星星重量有100万吨，所以如果把整个地球压缩成中子星那么大，整个地球可能就只有操场这么大。这么看来，宇宙当中会存在很多很多非常新奇的东西。
宇宙的起源
其实正因为有超星星的爆炸，大概50亿之前形成了太阳，45亿前又形成了地球，慢慢地，地球上的生命就开始进化。哺乳动物在1.4亿年之前开始在地球上出现，据考古发现，500万年之前人类开始出现，现在的人大概只有一万年左右的历史。
正因为有量子力学和相对论建立，才让“宇宙是有起点的”这一点被知晓。
《西游记》是大家都很熟悉的。书里有一个非常有趣的概念：天上一日，地上一年，即神仙在天上活得长，时间慢，地下时间过得比较快。同时，还有两个神仙，分别叫顺风耳和千里眼；另外，孙悟空有筋斗云和分身术。
孙悟空
这些东西随着科学的发展都已经成为现实：首先，有了电动力学，每个同学在家里都有手机，用手机或者用电视机可以真正实现千里眼、顺风耳，因为你的亲人在很远的地方也能看见你，或者能跟你打电话。
为量子力学做出贡献的科学家
并且，爱因斯坦相对论告诉我们，在一个物体飞行比较快的情况下，假定有一对双胞胎兄弟。如果其中一个是宇航员，到宇宙里面旅行之后，回到地面上，他的双胞胎兄弟年龄就比他大。因而，相对论告诉我们，天上一日，地上一年现象也是可以存在的。
时间旅行
同时，依照量子力学，孙悟空的分身术和筋斗云也可以实现。量子是构成物质的最基本单元，是能量不可携带者，不能分割。我们也知道，量子有分身术，可以同时在很多地方存在。还有另外更神奇的现象叫做量子纠缠，按照爱因斯坦的说法，有两个物体，在遥远的地点之间就会有一种诡异的互动:一个北京、一个上海的小朋友，如果你们扔手中的骰子，发现同一次时间过程当中，骰子的结果都是一样的，这种现象就叫做量子纠缠。
量子纠缠的应用，可以某种意义实现量子世界当中的筋斗云。比如说你想到上海旅行，想以最快的速度过去，如果上海和北京之间有纠缠物质的话，通过纠缠物质和人做一定的操作，从北京传到上海，上海作为一种构造就可以把这个人从北京传到上海过去，孙悟空的筋斗云就以这样的方式实现了。
量子隐形传态
现在我们的量子卫星是做什么呢？利用量子力学的手段就可以来发展一种手段，叫做不能被窃听的量子通讯。我们也可以来改造一种非常快的量子计算机，也许在十年左右的时间里面就可以在实验室里面构造一种机器，就把它叫做量子计算机。如果能够实现100个粒子就相当于100个同学的互相的互动的话，那它的计算能力就能够比目前全世界的所有的计算能力快100万倍，所以科学的本身是非常有用的。
不可被窃听的量子通信
超快的量子计算机
但是，如果是很远的远距离通讯，就需要发射“墨子号”。“墨子号”能够做几个事情，第一个是量子通讯。第二个可以来检验一下几千公里之后量子纠缠还能不能存在。第三能不能实现微观粒子从地面到卫星上的“筋斗云”。
所以，科学的价值在于，首先它可以回答“我们从哪里来，到哪里去”的问题。第二，它非常有趣，比如千里眼、顺风耳、筋斗云，在研究科学过程当中，很多胡思乱想的东西都能够变为现实。最后，通过对科学的研究能够给我们的生活带来很大的改变。
怎么样？看完之后是不是……嗯，我知道很多人还没明白什么是量子，什么是量子卫星，但我也相信，也有人和我一样，虽然知识没完全搞懂，但听了这一连串的科学史的故事，对量子力学、相对论以及宇宙是如何来的等问题产生了极大的兴趣！对，别拦我，我要去翻科学史………
文字：综合中国青年报·中青在线报道和潘建伟院士在中关村一小上的科普报告
编辑 思远
图片来自 潘建伟 李燕
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