潘建偉：別老是把量子力學跟哲學、宗教聯系在一起

作者：虞涵棋（澎湃新聞記者 ）
來源：澎湃新聞（文章有刪節）

隨著全球首顆量子通信科學衛星“墨子號”的升空與國家量子保密通信“京滬干線”的貫通，中國在量子通信上領跑世界，由中國科學技術大學教授潘建偉帶領的科研團隊也成為了科學界的明星。

在未來論壇年會上，潘建偉和來自北京、天津的中小學生對話，解答了他們關于量子物理的疑問，并分享了個人在物理研究上的經歷。

量子力學近來經常卷入與哲學和宗教有關的話題。潘建偉就此呼吁：別老是把量子力學跟其他的問題聯系在一起。他轉述楊振寧先生的觀點：科學往前進一步，宗教往后退一步，科學再進一步，神學又往會退一步，但是科學解決了有限問題，宗教最后總是無限。 （編者按：說科學是有限是對的，任何一個頭腦清楚的人都會認為科學具有局限性。只有受教育程度限制，對科學基礎概念不能理解的人，才會把科學看成和神話一般不可思議，誤以為“相信科學的人認為科學萬能”。不承認科學萬能的，恰恰都是科學愛好者。承認科學的局限性，恰恰說明了科學的誠實和可靠。物理規律自宇宙奇點大爆發之后，就是確定的，有限的，不是無限的。世界上也根本不存在可以解決無限問題的力量，科學不承認“一切皆有可能”。宗教徒和騙子認為宗教可以解決無限的問題，這恰恰說明了宗教的不可靠。） 潘建偉還對朱清時拿量子力學證明信仰的錯誤做法提出了批評，表示不認可朱清時“科學的盡頭是佛學”的話。

在未來論壇年會上，潘建偉和來自北京、天津的中小學生對話

一部發明密碼與破解密碼的歷史，直到量子保密通信的出現

北京四中國際校區高一學生高宇軒：您認為新型通訊加密技術在未來的通訊發展之中起到什么樣的角色？是否會在其他領域當中得到更加廣泛的應用？

潘建偉：很早之前大家就開始思考這個問題。幾十萬年之前，人類歷史上兩類人，一個是尼安特人，一個是我們的祖先。尼安特人大腦比較大，也比較強壯，大家覺得頭比較大，這個人可能相對比較聰明，塊頭比較大，比較強壯。按照道理，進化過程當中他們勝出，而不是我們的祖先勝出。然而，由于非常偶然的原因，我們祖先發明了語言，互相之間能夠進行交流。如果發現我在自然界吃一種草后，舌頭腫起來了，下次就能告訴你不能再吃了。這樣的話，很多知識開始共享了。

知識共享本身就是一種通訊，可以說那個時候就有“互聯網”了。互聯網就是信息交流，就是通信。正因為我們祖先發現了信息交流和語言或者文字等等，讓我們能夠形成一個網絡，比較好地對抗自然界的各種災難。從前的網是一個部落，一個小小的村，我們存活下來了，這一個非常重要的原因。現在聽我說話的時候，你不太知道我會說什么，我也很難知道你大腦里正在想什么，每個人本身都有隱私。因為如果我可以把你的思想看得明明白白，我就可以控制你的思想，你的自由思想就沒有了。科學是反權威的，沒有邊界的，愛因斯坦把牛頓推翻，量子力學把愛因斯坦推翻掉 （編者按：嚴格來說，科學理論是不能被推翻的，只能被修正。相對論并沒有推翻牛頓理論，只是修正了它的適用范圍。） ，一代一代往前走。

說起自由思想，讓我們回到幾千年之前，為什么能有諸子百家？因為大腦里到底是什么樣的東西，大家不知道，所以隱私是很重要的。人類社會為什么會發展出百花齊放的思想，因為每個人心里想什么，父母不知道，另一方面也需要信息交流能夠變得非常充分。之所以人類社會能夠進化成功，按照目前的理解，很大程度上得益于信息的交流。

真正的信息安全可以追溯到將近2700年前，當時的古希臘人就有加密術，后來古羅馬的凱撒大帝也有加密術。不過計算能力夠的話，就可以進行破解。二戰的時候有個非常有名的案例，德軍專門搞了一個加密手段：英納格瑪(ENGMA)。一開始非常好，盟軍不能破解，后來圖靈設計了一個機器，密碼全破了，破了之后沒有告訴德軍。德軍的潛艇要去攻擊英國的某個艦隊，到底要不要通知艦隊避開航線呢？但沒有辦法，因為盟軍馬上要在諾曼底登陸了，為了大家的需要，可能有些人撤走了，但船該炸就炸掉。炸掉了船，德軍很高興，還是用這個密碼進行通訊。結果諾曼底登陸的時候，兵力部署全部被盟軍知道了。這種方法拯救了幾十萬戰士的生命。所以人類的密碼史就是一部發明密碼與破解密碼的歷史。最后大家就開始懷疑，到底人是不是足夠聰明，能設計出一組密碼來讓人破不掉。上世紀80年代，科學家開始說用量子奇怪的現象，來設計一組密碼，就是量子密鑰分發和量子通信，讓大家破不掉。將來互聯網也好，銀行轉款也好，想把各種信息保護好，量子信息非常重要。在人類歷史上，我們首次發現有一種加密手段別人破不了，從這種角度上講，量子通信非常有用。不然你忽然接到一個電話，別人用巧妙的辦法冒充你媽媽的聲音，你媽媽說讓你什么時候把錢打到哪，你接了電話就相信了，但有了這種加密手段之后，前面會有一個口令，先輸一個碼過來，跟聲音無關，一收到這個碼就知道是真的。現在是在說和你媽媽的通信，將來人類還會有和機器人的通信，隨著人類社會的進步，量子保密通信會越來越重要。

當然這個技術是讓信息能夠在網絡里面走來走去的話，其實手機也是一個網絡，電腦也是一個網絡，因此這種東西將來可以用于計算，可以發展出非常好的超級計算的能力。

我這里就舉一個例子，如果你能操縱一百個原子的話，在算某些特定問題時，計算能力比全世界計算能力總和加起來快一百萬倍。不僅能用于通訊，而且能用于計算等等，從這種角度上來講，量子技術預示著一種新的信息技術手段，比較有用。

愛能否被量子物理解釋？

北京四中初中部初三學生蘇子悅：我對您有一個問題，這個問題您之前也提過，就是愛是必須嗎？我想或許愛是一種自然特質，現在連人類意識的起源也能被解釋，那感情是不是也能被解釋呢？這個跟量子又有什么關系？

潘建偉：這是我一個良好的愿望，也是我的信念。按照道理，物理學家本身應該相信實驗證據。大家看過一個科幻片《云圖》，里面有一個物理學家講過一句話：“我的舅舅是一個量子物理學家，他相信愛是一種自然現象”。但這個到現在是沒辦法證明的，也許某一天能夠證明。搞生命科學的人其實做過一個實驗，他們發現部落里面互相的關懷其實是一種需求，讓你能夠生存下來，是非常重要的。但因為現在基本上大家都說宇宙是獨立于我們而存在的，也沒有上帝在，至少我不相信上帝，也沒有人格化的天神在。這么一來，你做什么，從某種意義上來講，做什么都可以。沒有上帝在，沒有因果性，你干了壞事，只要不被別人知道，也就沒有什么關系。目前很多觀點來講，愛也解釋不清楚，為什么會有愛。

我一位搞遺傳學的同學講，父母對子女的愛是天然的，如果父母對子女不愛的話，我們進化的時候，對小孩不關心，小孩全死光了，不愛下一代人就沒有后代了，全絕種了。但子女愛不愛上一代呢？這就不一定了。為什么中國古代制定很多孝順的道理來教育大家，要愛上一代，當然道理可能沒有這么簡單，也沒有辦法解釋，只能這么講。

至少量子力學之前，我們沒有辦法來回答，為什么是有我們的存在的。非常有意思的是，光靠牛頓力學，我們知道時間是均勻的流逝，空間也是均勻的，所以我們永遠存在下去，一代一代的。為什么？我們怎么來的？搞不清。只有圣經里回答過，中國盤古開天辟地回答過。但后來有了量子力學之后，宇宙大爆炸理論告訴我們，有一個奇點爆炸了，先有第一代恒星，第一代恒星燃燒完了變成中子星，中子星碰撞產生重金屬，才有可能進化出第二代恒星，產生我們現在的太陽，才能有生命。沒有重金屬的話，目前的生命很難存在的。從高溫世界進化，把我們進化出來了，到某一天忽然說我們回過來看看宇宙是什么樣的，這本身是要經過很辛苦的過程。我們這么多粒子碰撞，組織成一個潘建偉，組織成一個蘇子悅，我們還能坐在這個地方說話，概率很小很小的。概率這么小，我們能坐在這里聊天，這是很大的緣分，是不是得珍惜一下。

我沒有辦法從理論上來證明愛是必須的，也許等到某一天方程可以算出來，愛是方程本身的必然需求。自然界里面盡管量子力學這幾個規律本身要求你是這樣的，但是這個現在還不知道，我只是說從宇宙開始進化，進化到我們現在，從沒有生命的，進化到高等生命，然后能回過來看這個世界，研究這個世界，本身就是一種非常神奇的事情，我就會產生一種敬畏之感。大家都知道，整個銀河系有數千億顆恒星，我們的地球非常渺小，整個可見宇宙里有數千個銀河系，我們地球只是一個灰塵，非常渺小，從這個角度，我確實產生敬畏感。這只是我的理解。

宇宙中沒有任何一個人可以告訴你在哪里，你就有了分身術

北京中學高一學生趙天琪：我想問的問題是關于量子感應，這個神奇的現象，它在未來還能投入在哪些方面的應用？因為您是研究量子衛星的，這個特點用在量子的空間信息交流，除此之外還可以應用在什么方面？

潘建偉：你說的是量子衛星，不是量子唯心吧？唯心就很可怕了。因為物理學家都相信客觀世界，是唯物的情況，你講的這個量子感應，是不是量子糾纏。我當時被兩個東西搞糊涂了。第一叫量子疊加，我們每天的生活當中，這瓶水要么放在桌子上，要么放在地板上，它不會同時在兩個地方。但氫原子就不一樣了，就是一個原子核，外面有個電子在跑，電子在跑的時候，不僅可以處于基態，還有激發態，能量高一點就往外面跑，跑的過程中科學家發現，某些時候粒子不僅可以在地板上能量低一點，可以在桌子上能量高一點，兩種狀態同時都存在，這是量子力學里面的基本現象。什么時候會有這種現象的存在呢？前提就是你不要去測量它處于什么狀態，這樣講起來比較抽象。

比如你去歐洲旅行，飛回北京，假定兩條航線，一條航線從莫斯科過來，另外一條航線從新加坡過來。你從歐洲回來到北京，因為在飛機上比較累，睡著了，你媽媽去接你的時候，她說你這次從莫斯科航線過來，還是從新加坡航線過來？你說，我左半邊感到非常溫暖，右半邊感覺非常寒冷，又冷又熱。你媽媽就會說你胡說八道，這孩子睡著了，弄不清。結果你就很老實了，每次回家睜大眼睛不睡覺，假定你天天回家，飛了一萬次，有五千次發現看到莫斯科的紅場，感到涼颼颼的，五千次看到新加坡的獅子，圣淘沙里面有一個獅子，你感到渾身溫暖。你覺得很放心，原來第一次坐飛機搞錯了，只能在某一條航線上，不會同時在兩個地方。以后你出去又睡覺了，發現只要睡著的時候，每次到北京都感到又冷又熱。這個時候麻煩了，為了解釋這個現象，只能按照量子力學的觀點，當你沒有看到自己在哪條航線的時候，你是同時處于兩個地方的疊加。你可能說，我坐飛機也睡覺，醒來沒有感覺又冷又熱，那是因為你在睡覺，旁邊的人可能中間醒來，他沒有睡覺，他看看我們在哪里航線。你睡著可能空姐沒有睡，或者飛行員沒有睡。所以什么時候你才會出現疊加的現象呢？就是整個宇宙當中，沒有任何一個人、沒有任何一個機器能告訴我們，你是在哪的時候，其實你可以跟分身術一樣，在很多的地方。

這在我們每天的生活當中是不可能發生的，但在微觀世界里，其實空氣當中很多原子，光照過來也是照不到的，如果照到應該可以看見。那你為什么沒有看到顆粒呢？因為很多東西照過來的時候，跟原子沒有相互作用。所以在大氣當中飛的時候，很多原子在大多數特定條件下，是同時存在好幾個地方，這是微觀世界每時每刻都存在的，這個叫做量子疊加。光這個就夠奇怪了吧，當時我想一兩個月沒有搞明白，覺得這是不可能的事情。

愛因斯坦又提出量子感應，更奇怪了，比如說我這里有一瓶水，你這里有一瓶水，它們糾纏了。然后我跑回合肥，你在北京，我把這瓶水拿了扔一下，最后如果頭朝下，我打電話給你，天琪，你那瓶水也朝下吧，果然是這樣。我再一扔，我這邊朝上，你那邊也朝上，這個叫做量子感應。這更奇怪了，相距這么遠，我們和量子衛星“墨子號”相距1206公里，結果測量子狀態，這邊是什么，那邊就是什么，這就叫做量子感應，可以做量子密鑰分發第一種。另外一種，一個粒子處于兩種狀態，兩個粒子就有四種狀態，我們每天生活當中，比如現在有六個人，每個人只有一種狀態，某個確定的時候總共只有一種組合，2的6次方種可能，但是只能處于某種狀態。量子世界當中，每個人又可以坐凳子上，可以坐在地板上，同時兩個狀態都有，2的6次方，這個數字就比較大了。如果粒子數量越來越大，達到2的100次方的時候，它的計算可以算得非常快。這個體系悄悄看一下，它就發生了變化，利用變化感應能力，就可以做一種量子傳感，可以做很好的精密測量。所以它的用處不僅在通信、計算上，還可以用在精密測量方面，都是非常有用的。

害怕科學沒有必要

現場提問：如何用量子學解決人類給自然環境帶來的迫害，比如霧霾、海洋垃圾這些？

潘建偉：我是比較樂觀的，現在一種比較可怕的說法，忽然每個國家的元首都是由希特勒掌握的話，大家開始原子彈亂扔了，地球就毀滅了。這是一種可能。所以大家經常非常擔心，為什么有些人害怕，崇尚自然回到野外生活，這也是害怕在里面，害怕科學把生活都毀了。但至少目前為止科學還是帶來的是好處，至少我的觀點是大于壞處，先不講心靈的問題，心靈問題目前還解決不了。另外，我們大的方向，如果說我們核聚變的問題很好解決，能源問題就解決了，人工智能如果真的很好解決的話，我們又有足夠的能源的話，可以造出很多機器人來替我們干活。再如果生命科學有很大的進展，我們又活得比較健康，那我們就很舒服了，我們每天吃飯、聊天，討論一點科學前沿問題、哲學問題，不用忙著做自己不喜歡的事情，這個是比較好的。這里面所謂的基礎和前提都是物質科學。所以我特別希望將來在座的好多人，有些去搞生命科學，有些搞能源科學，我覺能源可能是最重要的，最后歸結成能源，清潔能源之后，霧霾問題自然解決了，說一千道一萬都是能源不夠清潔，能源問題一定要解決，讓大家過得比較好，做更多的事情，人工智能和信息化肯定要做到，另外就是生命科學，讓大家活得開心、健康一點。不都是物理范疇，但是基礎都是一樣的。我們還有時間、還有希望，肯定能解決。

別老是把量子力學跟其他的問題聯系在一起

現場提問：楊振寧教授說過，物理學發展到極致就是哲學，哲學發展到極致就是宗教，牛頓以及其他一些科學家最后也信宗教，不知道您是否認同這個體系？

潘建偉：我不記得楊先生講過這樣的話，他當著我的面這么講的，我這個版本可能比較精確一點。楊先生說，科學往前進一步，宗教往后退一步，科學再進一步，神學又往會退一步，但是科學解決了有限問題，宗教最后總是無限，它可以一直往后退，但后面還是一個無限的。我有很多朋友，比如牛津大學副校長，也是做量子方面研究，他是非常虔誠的基督教徒，我問他圣經里面的問題，真的相信上帝創世記，真的相信人死了能上天堂嗎？他覺得可以討論。只要可以討論，就又回到科學里面來。

我看過愛因斯坦文集，很多人說他最后信神了，我覺得愛因斯坦不是，他講的很清楚，他小時候是信宗教的，因為人總是害怕，生出來之后，將來怎么樣，會很怕死，小時候我母親抱著我，看完電影回家，路上很黑，我說有鬼來怎么辦？我母親說，不要怕啊，哪怕死了，可以重新投胎，我覺得這很好，很安定了，可以轉世，是永恒的，然后就不怕了。人活著走向宗教，是為了讓心靈上得到一種安全感，或者一種安寧，或者一種解放。愛因斯坦也是本來特別希望能夠找到這種感覺，所以他小時候十歲之前非常信教的，但是他到十來歲，學了歐幾里得的幾何原本，學了現代科學技術之后，說宗教天堂都是騙人的，用很好的語言偽裝起來的，別人問到底信不信上帝，他說不信人格化的上帝，但是我覺得有造物主的存在。有些人把它曲解了。牛心目當中的上帝可能跟牛長得差不多，教堂里面的上帝跟我們人長得差不多。我看過一個片子，說神都是人造出來，不信宗教不就可以無法無天了嗎？不是的，我們的造物主是多么好啊，餓了可以吃，冷了有棉花，可以穿上衣服，吃飽了發現有音樂可以欣賞，這些東西背后沒有規律是不可能的，如果把這種東西當作是一個上帝的話，我覺得也沒有什么關系，自然界是有規律的。所以從這種角度上來講，我是信仰，因為現在我證明不了，像愛是一種自然現象，我也認可這種句話。不能簡單地把這些東西聯系在一起。

可是經常有一些困擾的問題，別老是把量子力學跟其他的問題聯系在一起。朱清時校長關于量子力學所有描述，都是無可辯駁，是正確的。但他再解釋一下，說量子力學爬到山頂的時候，佛學已經在山頂等我們了，這我不是特別認。我覺得量子力學可以用來算東西，可以算小數點后面十幾位都是正確的，當然佛學是非常好的，我們叫做佛教，也有非常好的一些觀點，但讓你來算一下氫原子能譜是什么，這算不了，這不是我們解決的東西。所以說兩者有聯系，但是屬于不同范疇的東西。但它還是無限的，科學只能解決有限的問題，我們能力是有限的，我只能說我能解決哪些問題，哪些問題我現在不清楚。不清楚的問題，就讓宗教暫時先解決一下，等到將來科學進步了，能夠再往前解決。