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2005世界物理年科普系列報(bào)告會(huì)
從愛(ài)因斯坦解釋光電效應(yīng)到單光子應(yīng)用
――紀(jì)念偉大的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦解釋光電效應(yīng)100周年

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 鄭厚植先生

三、主持人總結(jié)發(fā)言

  感謝鄭厚植院士精彩的報(bào)告。從愛(ài)因斯坦解釋光電效應(yīng)到單光子的應(yīng)用。首先鄭原始院士向我們介紹了愛(ài)因斯坦的生平,這也是物理年活動(dòng)的開(kāi)端,起因是1905年愛(ài)因斯坦在光電效應(yīng)、布朗運(yùn)動(dòng)和質(zhì)能關(guān)系等方面做出了巨大的關(guān)系,發(fā)表了具有影響力的論文。鄭院士從近代的概念講起,半導(dǎo)體的光電效應(yīng),電荷存儲(chǔ)的原理,在天文觀測(cè)、氣象衛(wèi)星、導(dǎo)彈技術(shù)等方面都有廣泛的應(yīng)用。今后鄭厚植院士向我們進(jìn)一步深化,講到了量子力學(xué)的基本原理,海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理,還有光子的波動(dòng)性和粒子性的二像性。雙縫干涉進(jìn)一步向我們揭示了量子力學(xué)中被人稱(chēng)為自學(xué)者難以逾越鴻溝的一些概念,量子概率性的行為,會(huì)受到觀測(cè)者觀測(cè)行為的影響,導(dǎo)致概率行為的探測(cè),這在歷史上曾經(jīng)不準(zhǔn)被大學(xué)所講授,但后來(lái)經(jīng)過(guò)了很多實(shí)驗(yàn)的證實(shí),到底我們應(yīng)該以怎樣的態(tài)度看待它呢?我覺(jué)得以一個(gè)科學(xué)的態(tài)度,要以事實(shí)為根據(jù),依據(jù)事實(shí)說(shuō)話,實(shí)事求是,這是最正確的做法。

  最后,鄭院士在量子通信方面為我們做了介紹,主要是分兩個(gè)大的方面,一個(gè)是密鑰通信,另外是隱形的傳態(tài)。分經(jīng)典和量子兩種情況向我們分別做了介紹。經(jīng)典量子,大家看到了非常不好,或者說(shuō)很不穩(wěn)定、很容易出現(xiàn)差錯(cuò)的環(huán)節(jié),就是密鑰的傳遞。而在量子狀態(tài)下,密鑰通信的觀測(cè)者、接收者可以通過(guò)自己的接收者判斷加密的信息有沒(méi)有被竊聽(tīng),這是量子通信在密鑰通信方面的非常出色的、非常先進(jìn)的方面。而在隱形傳態(tài)方面,鄭院士向我們介紹了雙光子的糾纏,量子力學(xué)到底是局域性的還是超極的討論。

  最后鄭院士在技術(shù)或者應(yīng)用方面又提出了幾個(gè)問(wèn)題,比如說(shuō)如何發(fā)射單光子,如何探測(cè)單光子,把單光子激發(fā)的微熱電流放大,還有如何檢測(cè)單光子,這是量子力學(xué)中非常重要的問(wèn)題,現(xiàn)在也是研究的熱點(diǎn)。

  聽(tīng)完鄭院士的報(bào)告之后,不光驚嘆于鄭院士在整個(gè)報(bào)告過(guò)程中的簡(jiǎn)明、生動(dòng)的敘述,另外對(duì)鄭院士敘述所引入的深層次的思考,比如說(shuō)量子的探索行為,假想的實(shí)驗(yàn),在黑盒子中里裝著毒瓶,還有一只帽,開(kāi)蓋行為受量子的概率的行為控制的,比如50%的概率打開(kāi),貓有50%的概率是活著的,50%的概率是死的,但這和平時(shí)理解的活和死的狀態(tài)不一樣,是處于半死不活的狀態(tài),但人們沒(méi)有打開(kāi)盒子觀測(cè)的時(shí)候貓?zhí)幵谶@個(gè)狀態(tài),但是一打開(kāi)盒子,發(fā)生探索,貓就處于活或死的狀態(tài)之一,這種行為管理由觀測(cè)者的觀測(cè)行為引起的。從常識(shí)來(lái)想是很難理解的。愛(ài)因斯坦在自己人生的最后幾年中一直為這個(gè)事情所苦惱,這個(gè)事情非常難理解。在后期他對(duì)波爾還有量子力學(xué)家提出的觀點(diǎn)提出了堅(jiān)決的反對(duì)和猛烈的抨擊。但是最后的量子觀點(diǎn)受到大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)的。我們看這個(gè)問(wèn)題應(yīng)當(dāng)怎樣思考,是不是應(yīng)該教條地認(rèn)為它是唯心的東西,還是應(yīng)該根據(jù)事實(shí)說(shuō)話?都值得大家思考。

  鄭院士提出了愛(ài)因斯坦的故事,提到當(dāng)時(shí)在他那個(gè)年代的理論研究成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前了幾十年。這種事情發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常常見(jiàn)了,宇宙學(xué)已經(jīng)有的理論研究,根據(jù)現(xiàn)在的估計(jì),超前實(shí)驗(yàn)不只50年,有的人提出這樣的觀點(diǎn),理論研究是不是應(yīng)該等一下實(shí)驗(yàn)研究?既然理論的假設(shè),模型的建立,推導(dǎo),還無(wú)法用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),他們的工作到底是純粹的數(shù)學(xué)游戲,還是真正具有科學(xué)價(jià)值呢?這個(gè)討論也是非常值得大家思考的。我個(gè)人的觀點(diǎn),理論不應(yīng)當(dāng)一定要在實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有達(dá)到檢驗(yàn)理論成果水平的時(shí)候,仍舊能夠放開(kāi)手做理論方面的研究,像愛(ài)因斯坦那樣不要顧及自己的理論不為大家理解,不為實(shí)驗(yàn)學(xué)家所證實(shí)。但是超前的工作實(shí)際上也會(huì)引導(dǎo)整個(gè)科學(xué)的發(fā)展,引導(dǎo)人類(lèi)走向更加偉大的科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步。