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尊龙凯时人生就是博首页钱旭红院士:奇点时代量子思维有多重要?|免费网址入口在线观

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  经过两次量子革命ღ◈◈,人类的认知正从经典力学时代进入量子时代ღ◈◈。以不确定ღ◈◈、叠加ღ◈◈、纠缠等为特征ღ◈◈,量子理论所带来的全新思维方式也不断从对自然ღ◈◈、生命的认知ღ◈◈,拓展到对教育ღ◈◈、经济ღ◈◈、管理等人类社会各个方面的理解ღ◈◈,而人工智能的突飞猛进更使这一进程极大加速ღ◈◈。量子思维何以成为人类认识世界并与之互动的更高层级思维方式?中国工程院院士尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈、华东师范大学校长钱旭红日前接受本报专访ღ◈◈,对此作了详细阐述ღ◈◈。

  一旦进入微观世界ღ◈◈,物质的尺度以百万分之一毫米(即纳米尺度)为单位ღ◈◈,量子效应就会出现ღ◈◈。在纳米世界中ღ◈◈,单一物质可因分子尺度的不同ღ◈◈,从而在宏观世界中呈现出不同的色彩ღ◈◈。2023年诺贝尔化学奖得主阿列克谢·I·叶基莫夫和路易斯·布鲁斯恰是因为熟悉量子理论ღ◈◈,才在好奇心的驱使下尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈,破解了量子点中所蕴藏的科学原理ღ◈◈。

  这是一次非常经典的ღ◈◈、以量子思维探寻自然规律的一次成功尝试免费网址入口在线观看入口ღ◈◈。所谓量子思维ღ◈◈,就是由量子理论衍生出来的ღ◈◈、有别于传统经典思维的崭新思维方式ღ◈◈,它揭示了人类思维中叠加ღ◈◈、纠缠ღ◈◈、不确定和跃变等特点ღ◈◈。

  实际上ღ◈◈,量子思维普遍而真实地长期存在ღ◈◈。自量子力学诞生以来ღ◈◈,它日益广泛为人们所认知ღ◈◈。2015年ღ◈◈,被誉为欧洲第一科学人文杂志的《新发现》就出版专辑介绍量子思维ღ◈◈,但由于量子理论极为深奥ღ◈◈,对不少普通人而言ღ◈◈,量子思维听起来有如玄学ღ◈◈。

  自2012年起ღ◈◈,钱旭红院士开始在华东理工大学倡导并推介量子思维ღ◈◈,并在华东师范大学率先开展量子思维的跨学科研究ღ◈◈,旨在让更多人认识到量子思维的重要性ღ◈◈,从而在人类社会发展的崭新时代拥有且运用多样性ღ◈◈、多元化的思维工具ღ◈◈。

  叶基莫夫从小就对光学有着浓厚的兴趣ღ◈◈,后来成为固体物理和光学领域专家ღ◈◈,主要从事半导体纳米晶体研究ღ◈◈。量子理论的基本概念和原理在这些领域十分重要尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈,因此叶基莫夫对量子理论十分熟悉ღ◈◈。他使用光照射材料并测量吸光度的方法检查有色玻璃ღ◈◈,发现玻璃吸收光的情况受到晶体颗粒尺寸的影响ღ◈◈,颗粒越小免费网址入口在线观看入口ღ◈◈,所吸收的光越偏蓝——他由此发现了尺寸相关的量子效应免费网址入口在线观看入口ღ◈◈。

  而布鲁斯是一位实验化学物理和纳米科学家ღ◈◈,上世纪七八十年代在美国贝尔实验室研究如何用太阳能实现化学反应ღ◈◈。在进行捕获光的实验中ღ◈◈,他发现一些物质的颗粒变大后ღ◈◈,其光学特性也会随之改变ღ◈◈。通过制造一系列新颗粒进行实验ღ◈◈,他与叶基莫夫背靠背地发现了尺寸相关的量子效应ღ◈◈。

  时任美国莱斯大学校长的雷金纳德-德斯罗切斯认为ღ◈◈,布鲁斯的科学生涯具有开创性且鼓舞人心ღ◈◈,他将化学和物理学融为一体ღ◈◈,开辟了全新的研究探索领域ღ◈◈。在钱旭红看来ღ◈◈,这份功劳其实应该归属于量子理论尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈。

  从量子论的视角来看ღ◈◈,自然世界中ღ◈◈,其实并无所谓的物理学ღ◈◈、化学ღ◈◈、生命科学的分割ღ◈◈,人们只是为了研究的方便ღ◈◈,从不同角度切入ღ◈◈,才将自然科学进行了不同学科的划分免费网址入口在线观看入口ღ◈◈。钱旭红举了个例子ღ◈◈,围绕氢原子的研究属于量子物理ღ◈◈,而研究氢分子则属于量子化学范畴ღ◈◈。

  事实上ღ◈◈,身处微观世界ღ◈◈,所有粒子的行为都会遵从量子力学的法则ღ◈◈,量子理论以一种更为基础的逻辑ღ◈◈,将微观世界和宏观世界纳入其中尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈。自20世纪后半期至今ღ◈◈,随着量子理论和实验研究的深入ღ◈◈,人们发现了许多在宏观尺度上呈现出来的量子效应ღ◈◈,如超导ღ◈◈、超流等ღ◈◈。此外ღ◈◈,科学家还在生命活动中发现了许多量子现象ღ◈◈,例如候鸟神经系统中的地磁导航系统ღ◈◈、酶促反应中存在质子隧穿的量子效应ღ◈◈、植物光合作用中的量子节拍等ღ◈◈,这都反映出量子理论所具有的普适性ღ◈◈。

  如果说第一次量子革命是量子理论概念的兴起ღ◈◈,那么20世纪70年代兴起的第二次量子革命ღ◈◈,则通过主动利用量子特性ღ◈◈,开发出量子通信ღ◈◈、量子计算ღ◈◈、量子精密测量等创新应用ღ◈◈,这预示着量子科技开始大规模向现实生产力转化ღ◈◈。最近一年ღ◈◈,人工智能(AI)大模型的横空出世ღ◈◈,更显示了量子思维等认知模式的巨大魅力ღ◈◈。钱旭红认为ღ◈◈,这将为人类了解微观世界的深层次奥秘ღ◈◈、揭示时空起源带来更多希望ღ◈◈,也将对人文ღ◈◈、社科领域产生重要影响ღ◈◈,从而给人类社会的生产ღ◈◈、生活带来翻天覆地的变化ღ◈◈。

  现代科学兴起之前ღ◈◈,人们主要依靠感官直观感知宏观世界ღ◈◈,或者说是感受量子性质弱化ღ◈◈、量子退相干的宏观现象与结果ღ◈◈。所以ღ◈◈,人类早期主要与宏观事物打交道ღ◈◈,如土地ღ◈◈、植物ღ◈◈、矿产ღ◈◈、钢铁ღ◈◈、机械ღ◈◈、采矿ღ◈◈、运输等ღ◈◈,无法了解微观世界的实际运作方式ღ◈◈,觉察不到量子力学这个世界运行更基底的规律ღ◈◈。

  这并不是说经典力学不好ღ◈◈,实际上ღ◈◈,它对于千万年来主要与宏观物质世界打交道的人类意义非凡ღ◈◈。钱旭红说ღ◈◈,经典力学认为事物都是由清晰的ღ◈◈、非此即彼的经典粒子组成ღ◈◈,其规律都是由点ღ◈◈、线ღ◈◈、面ღ◈◈、角ღ◈◈、弧等清晰确定ღ◈◈、纯理性的单元所组成ღ◈◈。但随着对自然认识的深入ღ◈◈,人们也逐渐发现ღ◈◈,生活中很多事物或现象并不严格遵守经典力学的规律ღ◈◈,比如鸟类的迁徙ღ◈◈、人的嗅觉ღ◈◈。

  量子力学的出现给人类的思维方式带来了颠覆式变革ღ◈◈。如今ღ◈◈,离开量子几乎无法进行基础研究ღ◈◈。钱旭红说ღ◈◈,量子力学令人领悟到ღ◈◈,宇宙并不是一个由上帝操控的精密机械ღ◈◈,世界的万事万物是相互联系和影响的ღ◈◈,人类无法通过操控某个部件去单独实现某种功能ღ◈◈。

  从计算机芯片ღ◈◈、网络到绿色发展ღ◈◈、AI时代ღ◈◈,从DNA双螺旋结构到人类基因组计划ღ◈◈,随着量子科技成为支撑社会发展的底层技术ღ◈◈,量子思维的测不准ღ◈◈、叠加ღ◈◈、跳跃等属性越来越显著地呈现出来ღ◈◈,也愈加深刻地影响着科学技术的发展ღ◈◈。

  过去人们认为ღ◈◈,微观世界对应量子理论ღ◈◈,宏观世界对应经典理论ღ◈◈,但后来人们发现ღ◈◈,两者之间的界限并非泾渭分明ღ◈◈,而是可相互融合的ღ◈◈。钱旭红提到ღ◈◈,上世纪70年代ღ◈◈,在经典物理学框架内ღ◈◈,计算机难以模拟复杂化学反应ღ◈◈,而量子物理学可以模拟化学反应ღ◈◈,但由于计算量大到无法实现ღ◈◈,故只能应用于小分子ღ◈◈。美国斯坦福大学终身教授迈克尔·莱维特等人开创性地将经典物理学与量子物理学相结合ღ◈◈,解决了蛋白质和药物设计难题ღ◈◈,由此获得2013年诺贝尔化学奖ღ◈◈。

  经典理论不限于宏观尺度ღ◈◈,量子理论也不限于微观尺度ღ◈◈。经典思维是量子思维的特例免费网址入口在线观看入口ღ◈◈,不确定性ღ◈◈、叠加ღ◈◈、纠缠才是世界的主要通则ღ◈◈。钱旭红提醒说ღ◈◈,两种思维方式并无优劣之分ღ◈◈,现实中哪一种思维更适用ღ◈◈,需视具体情况ღ◈◈,运用前的判据可包括被观察研究对象的空间尺度大小ღ◈◈、时间长短ღ◈◈、复杂程度和经典方法是否失效等ღ◈◈。

  基于牛顿经典力学的经典思维由于适应了肉眼观察ღ◈◈、惯性思维的时代需求ღ◈◈,在人类大脑中已延续数百年ღ◈◈,因此要跳出这种经典的机械性思维模式来认识世界ღ◈◈,并不容易ღ◈◈。

  量子思维告诉我们ღ◈◈,世界在底层基本结构上具有很强的关联性ღ◈◈,我们应该以整体全面的眼光看待世界ღ◈◈,即理解整体超越部分ღ◈◈,整体大于部分之和ღ◈◈,整体衍生出部分并决定了部分的性质ღ◈◈。钱旭红解释ღ◈◈,人具有多种角色并存的特点ღ◈◈,如同一个叠加态ღ◈◈。如果把一个人比作一个量子ღ◈◈,那么这个人在被观察ღ◈◈、测量或做决策之前尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈,具有无限的ღ◈◈、变化着的选择可能性ღ◈◈,可一旦人们最终选择完成ღ◈◈,所有其他与之相悖的可能性ღ◈◈,因人ღ◈◈、事ღ◈◈、物的波函数被微扰而崩塌ღ◈◈,只剩下确定性ღ◈◈。

  从这一认知出发ღ◈◈,在量子世界ღ◈◈,观察结果与观察者密切相关ღ◈◈,即所谓仁者见仁ღ◈◈,智者见智ღ◈◈。钱旭红认为ღ◈◈,量子思维方式与中华文明固有的思维和精神基因有相当程度的互通性ღ◈◈。老子的《道德经》对于‘道’本体的描述ღ◈◈,关于多态叠加尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈、纠缠关联ღ◈◈、恍惚ღ◈◈、测不准之类的就有十数章ღ◈◈,这可能也是人们几千年来难以真正读懂《道德经》的原因之一ღ◈◈。

  事实上ღ◈◈,欧洲量子力学先驱之一尼尔斯·玻尔在解释其量子物理理念时就曾欣喜于中国道家学说及其标识ღ◈◈,认为它们表达出了他想表达的意思ღ◈◈。2001年ღ◈◈、2022年两度获得诺贝尔化学奖的卡尔·巴里·夏普利斯也十分爱读《道德经》ღ◈◈,其中有关有与无的关系阐述ღ◈◈,在某种程度上启发了他ღ◈◈,并推动了点击化学的发展ღ◈◈。

  基于量子科技或思维的人工智能与合成生物学的发展ღ◈◈,向我们预示了一个物质更加丰富的时代即将来临ღ◈◈。我们需要在精神层面抵达一个新境界ღ◈◈,才能在发展科技的同时ღ◈◈,为社会提供人文滋养和关怀ღ◈◈,防止技术与精神异化所带来的种种风险ღ◈◈。钱旭红说ღ◈◈,美国数学家弗诺·文奇将人工智能超过人类智力极限的时间点定义为技术奇点ღ◈◈,奇点出现后的世界发展将会超出人类传统经典思维的理解范畴ღ◈◈。

  近年ღ◈◈,AI大模型运用量子思维模式的突破性进展ღ◈◈,给人类未来带来挑战ღ◈◈。人们需要在思维上适应量子跃迁式的发展和跨界超限ღ◈◈。钱旭红认为ღ◈◈,未来科技与人文必将走向交叉ღ◈◈、融合ღ◈◈、升维ღ◈◈、超限尊龙凯时人生就是博首页ღ◈◈,各种羁绊ღ◈◈、界限ღ◈◈、分科等人为设置会逐步消融ღ◈◈。因此ღ◈◈,想要预测ღ◈◈、应对并引领未来的变化和趋势ღ◈◈,了解并掌握量子思维非常重要ღ◈◈,且必不可少ღ◈◈。