2005世界物理年科普系列报告会 从爱因斯坦解释光电效应到单光子应用 ――纪念伟大的物理学家爱因斯坦解释光电效应100周年 中国科学院院士、中国科学院半导体研究所 郑厚植先生
感谢郑厚植院士精彩的报告。从爱因斯坦解释光电效应到单光子的应用。首先郑原始院士向我们介绍了爱因斯坦的生平,这也是物理年活动的开端,起因是1905年爱因斯坦在光电效应、布朗运动和质能关系等方面做出了巨大的关系,发表了具有影响力的论文。郑院士从近代的概念讲起,半导体的光电效应,电荷存储的原理,在天文观测、气象卫星、导弹技术等方面都有广泛的应用。今后郑厚植院士向我们进一步深化,讲到了量子力学的基本原理,海森堡的测不准原理,还有光子的波动性和粒子性的二像性。双缝干涉进一步向我们揭示了量子力学中被人称为自学者难以逾越鸿沟的一些概念,量子概率性的行为,会受到观测者观测行为的影响,导致概率行为的探测,这在历史上曾经不准被大学所讲授,但后来经过了很多实验的证实,到底我们应该以怎样的态度看待它呢?我觉得以一个科学的态度,要以事实为根据,依据事实说话,实事求是,这是最正确的做法。 最后,郑院士在量子通信方面为我们做了介绍,主要是分两个大的方面,一个是密钥通信,另外是隐形的传态。分经典和量子两种情况向我们分别做了介绍。经典量子,大家看到了非常不好,或者说很不稳定、很容易出现差错的环节,就是密钥的传递。而在量子状态下,密钥通信的观测者、接收者可以通过自己的接收者判断加密的信息有没有被窃听,这是量子通信在密钥通信方面的非常出色的、非常先进的方面。而在隐形传态方面,郑院士向我们介绍了双光子的纠缠,量子力学到底是局域性的还是超极的讨论。 最后郑院士在技术或者应用方面又提出了几个问题,比如说如何发射单光子,如何探测单光子,把单光子激发的微热电流放大,还有如何检测单光子,这是量子力学中非常重要的问题,现在也是研究的热点。 听完郑院士的报告之后,不光惊叹于郑院士在整个报告过程中的简明、生动的叙述,另外对郑院士叙述所引入的深层次的思考,比如说量子的探索行为,假想的实验,在黑盒子中里装着毒瓶,还有一只帽,开盖行为受量子的概率的行为控制的,比如50%的概率打开,猫有50%的概率是活着的,50%的概率是死的,但这和平时理解的活和死的状态不一样,是处于半死不活的状态,但人们没有打开盒子观测的时候猫处在这个状态,但是一打开盒子,发生探索,猫就处于活或死的状态之一,这种行为管理由观测者的观测行为引起的。从常识来想是很难理解的。爱因斯坦在自己人生的最后几年中一直为这个事情所苦恼,这个事情非常难理解。在后期他对波尔还有量子力学家提出的观点提出了坚决的反对和猛烈的抨击。但是最后的量子观点受到大量的实验证实的。我们看这个问题应当怎样思考,是不是应该教条地认为它是唯心的东西,还是应该根据事实说话?都值得大家思考。 郑院士提出了爱因斯坦的故事,提到当时在他那个年代的理论研究成果远远超前了几十年。这种事情发展到现在已经非常常见了,宇宙学已经有的理论研究,根据现在的估计,超前实验不只50年,有的人提出这样的观点,理论研究是不是应该等一下实验研究?既然理论的假设,模型的建立,推导,还无法用实验检验,他们的工作到底是纯粹的数学游戏,还是真正具有科学价值呢?这个讨论也是非常值得大家思考的。我个人的观点,理论不应当一定要在实验还没有达到检验理论成果水平的时候,仍旧能够放开手做理论方面的研究,像爱因斯坦那样不要顾及自己的理论不为大家理解,不为实验学家所证实。但是超前的工作实际上也会引导整个科学的发展,引导人类走向更加伟大的科学和技术的进步。