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2005世界物理年科普系列報告會
從愛因斯坦解釋光電效應到單光子應用
――紀念偉大的物理學家愛因斯坦解釋光電效應100周年

中國科學院院士、中國科學院半導體研究所 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告。從愛因斯坦解釋光電效應到單光子的應用。首先鄭原始院士向我們介紹了愛因斯坦的生平,這也是物理年活動的開端,起因是1905年愛因斯坦在光電效應、布朗運動和質(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,半導體的光電效應,電荷存儲的原理,在天文觀測、氣象衛(wèi)星、導彈技術(shù)等方面都有廣泛的應用。今后鄭厚植院士向我們進一步深化,講到了量子力學的基本原理,海森堡的測不準原理,還有光子的波動性和粒子性的二像性。雙縫干涉進一步向我們揭示了量子力學中被人稱為自學者難以逾越鴻溝的一些概念,量子概率性的行為,會受到觀測者觀測行為的影響,導致概率行為的探測,這在歷史上曾經(jīng)不準被大學所講授,但后來經(jīng)過了很多實驗的證實,到底我們應該以怎樣的態(tài)度看待它呢?我覺得以一個科學的態(tài)度,要以事實為根據(jù),依據(jù)事實說話,實事求是,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,主要是分兩個大的方面,一個是密鑰通信,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,或者說很不穩(wěn)定、很容易出現(xiàn)差錯的環(huán)節(jié),就是密鑰的傳遞。而在量子狀態(tài)下,密鑰通信的觀測者、接收者可以通過自己的接收者判斷加密的信息有沒有被竊聽,這是量子通信在密鑰通信方面的非常出色的、非常先進的方面。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)或者應用方面又提出了幾個問題,比如說如何發(fā)射單光子,如何探測單光子,把單光子激發(fā)的微熱電流放大,還有如何檢測單光子,這是量子力學中非常重要的問題,現(xiàn)在也是研究的熱點。

  聽完鄭院士的報告之后,不光驚嘆于鄭院士在整個報告過程中的簡明、生動的敘述,另外對鄭院士敘述所引入的深層次的思考,比如說量子的探索行為,假想的實驗,在黑盒子中里裝著毒瓶,還有一只帽,開蓋行為受量子的概率的行為控制的,比如50%的概率打開,貓有50%的概率是活著的,50%的概率是死的,但這和平時理解的活和死的狀態(tài)不一樣,是處于半死不活的狀態(tài),但人們沒有打開盒子觀測的時候貓?zhí)幵谶@個狀態(tài),但是一打開盒子,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者的觀測行為引起的。從常識來想是很難理解的。愛因斯坦在自己人生的最后幾年中一直為這個事情所苦惱,這個事情非常難理解。在后期他對波爾還有量子力學家提出的觀點提出了堅決的反對和猛烈的抨擊。但是最后的量子觀點受到大量的實驗證實的。我們看這個問題應當怎樣思考,是不是應該教條地認為它是唯心的東西,還是應該根據(jù)事實說話?都值得大家思考。

  鄭院士提出了愛因斯坦的故事,提到當時在他那個年代的理論研究成果遠遠超前了幾十年。這種事情發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常常見了,宇宙學已經(jīng)有的理論研究,根據(jù)現(xiàn)在的估計,超前實驗不只50年,有的人提出這樣的觀點,理論研究是不是應該等一下實驗研究?既然理論的假設(shè),模型的建立,推導,還無法用實驗檢驗,他們的工作到底是純粹的數(shù)學游戲,還是真正具有科學價值呢?這個討論也是非常值得大家思考的。我個人的觀點,理論不應當一定要在實驗還沒有達到檢驗理論成果水平的時候,仍舊能夠放開手做理論方面的研究,像愛因斯坦那樣不要顧及自己的理論不為大家理解,不為實驗學家所證實。但是超前的工作實際上也會引導整個科學的發(fā)展,引導人類走向更加偉大的科學和技術(shù)的進步。