“量子世界是什么样的：它有多古怪？”“量子理论能做什么用：它有多强大？”“量子世界的现在和未来……”对于中小学生来说，量子世界是一个陌生而又神秘的世界。5月26日下午，中国科学院院士、宁波诺丁汉大学校长谢心澄走进效实中学东部校区，为效实和储能的学子带来了《做量子世界的“探险家”》科普讲座。

　　这是“院士开讲啦”第18期讲座，也是“甬上教育讲堂”第199期讲座。

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　　从经典世界到量子世界

　　人类的探索不断深入

　　谢心澄告诉同学们，在1920年前，世界上关于物理的研究，是经典理论的世界。在经典理论中，波和粒子是有明确属性区别的。波在空间和时间中扩散延展，可以相互叠加，显示干涉效应；粒子在空间和时间中有确定的位置，它们碰撞时不能相互穿透，只能弹开或破碎。

　　到了20世纪，尤其是1920年之后，随着研究不断深入，科学家们发现：光波表现出了粒子的行为，而电子又表现出了波动的行为，经典概念已经无法解释波不像波、粒子不像粒子的现象。

　　于是，物理研究进入了量子理论的世界。

　　在量子理论的世界里，物体既不是纯粹的波也不是纯粹的粒子‌。根据我们观测方式的不同，物体在特定情况下表现出波动性，而在其他情况下则表现出粒子性。物体由体现概率的数学函数来描述，这个数学函数被称为‌波函数。

　　“总结来说，经典世界是确定性的，未来状态可以被明确预测；量子世界是概率性的，只能预知未来状态出现的概率。”谢心澄说。

　　尽管充满概率的不确定性，就连爱因斯坦等科学家都很不喜欢，但伴随着普朗克、爱因斯坦、波尔、费曼、薛定谔等一位位著名科学家的实验与研究，量子理论最终成为20世纪以来伟大的科学理论。它成了揭示微观世界物质行为的基本规律，是研究分子、原子、电子、质子、中子、夸克、胶子、光行为的强大武器。由此催生出的科学与技术，则深刻改变了人类生活。

　　“量子科技是支撑现代世界运转的核心。”谢院士说。

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　　原来我们都享受过

　　量子革命催生的科技应用

　　“哪怕你对量子理论一无所知，你也一定享受过它的科技应用所带来的便利。”“量子规律的应用带来了量子革命。”尽管经过了谢院士的科普，但是诡异的量子世界并不那么好理解。而当谢院士讲到量子理论的应用时，同学们蓦然发现，原来在不知不觉中，强大的量子科技就在我们身边。

　　那么，哪些科技应用是量子革命的产物呢？谢院士告诉大家，量子革命的部分知名产物包括：晶体管、发光二极管（LED）、电荷耦合器件（CCD）、激光、磁共振成像、原子钟等。由此带来的应用则包括：集成电路、电脑、手机、数码相机、天文望远镜、医学成像、全球导航卫星系统等。

　　“如果说之前是第一次量子革命，那么最近的20年以来，人类已经进入第二次量子革命。”谢院士告诉同学们，如今，经典计算机的发展遇到了瓶颈，科学家又有了量子计算的设想，量子计算机将成指数倍地快过经典计算机。

　　“未来的量子世界，将更加精彩。希望在未来的研究中，有在座同学们的贡献。”讲座的最后，谢院士如此勉励同学们。

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　　他用少年时代的自学经历

　　鼓励同学们独立思考

　　“您研究的理论，可以解决哪些经典理论解决不了的问题？”“在您所进行的实验过程中，有没有令您印象深刻的实验现象？”……在活动的互动环节，现场的同学们对谢心澄院士自身的研究充满了兴趣。

　　谢院士耐心地回答同学们的问题，他告诉大家，他从事更多的是理论物理的研究，而非实验物理的研究。但在理论物理的研究中，也可以有惊心动魄的发现，比如他讲座中提到的那些揭开了量子世界神秘面纱的科学家们。而他自己，与北京大学的孙庆丰教授一起，首次提出了“自旋超导体”新量子态概念及其系统理论，并与实验组合作，证明了自旋超导的存在；与南方科学技术大学的卢海舟教授合作，提出了实现3D量子霍尔效应的方案，后期被实验证实……

　　活动的最后，谢心澄院士感受到了同学们的“热情”，一批同学围着他，希望获得院士的签名题词。“天道酬勤”“祝同学们成为量子世界的探险家”……谢院士非常认真地写下了对同学们的鼓励与祝福。

　　同学们或许不知道的是，中学时代的谢心澄，对数学和物理充满兴趣，却被编到了一个体育班。一天里面，他有半天时间需要进行体育锻炼，无法进行系统的学业学习。所以，他的中学时代，是靠自学完成了理科基础知识的自我教育。恢复高考后，他于1978年考入中国科学技术大学近代物理系，才正式开始在物理学领域的学习。

　　如今回头看，谢心澄认为那段特殊的经历有好有坏，坏处是中学阶段缺乏系统学习，好处是由此养成了自我学习、独立思考的习惯。如今的中学生，拥有着良好的学习条件，但谢院士希望大家无论在什么样的环境中，都能养成学习的习惯、独立思考的习惯，这对后期的成长十分重要。