成电讲堂

基础物理研究怎么样影响了我们的日常生活？11月19日，2012年诺贝尔物理学奖得主塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）教授做客成电讲坛，以《从基础科学到应用科学：一些伟大发现和发明的历史》为题，为同学们讲解了基础科学研究对人们生活的深远影响。

“我们为什么要进行科学研究，是为了满足我们对自然界的好奇，还是为了实现有用的任务和满足社会的需求？”塞尔日·阿罗什说，“科学史表明，基础研究和应用技术相互支撑，它们是同一枚硬币的两面，是不可分割的。”

“光是波还是粒子，它的速度是多少？”“物质如何携带电能并表现出磁性？它如何与光相互作用？”科学家对这些问题的追问，创立了“光电磁理论”和“物质原子论”。后来科学家又发现光和物质遵循具有反直觉特征的“奇怪定律”，如状态叠加、量子纠缠等，这些发现又催生了“量子物理”和“相对论”。

塞尔日·阿罗什指出，“这些科学家在从事光和电磁学领域的研究时，并不能预测这些研究结果会对人类生活产生什么影响。但是，它们带来了改变我们生活的创新，包括生产能源的方式，沟通、存储和处理信息，以及进行医疗诊断等。这些应用经常从不同基础研究领域的突破和长期的、成熟的结合中‘偶然’出现。”

他向同学们展示了现藏于伦敦皇家学会的麦克斯韦手稿中的一段话：“两个结果的一致性表明，光和磁乃是同一实体的属性的表现，光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁干扰。”“麦克斯韦写下这句话的时候根本不会想到，这一发现会带来多少令人震惊的技术革命，从无线电广播、微波应用到X射线医疗诊断等。”

他展示了几张20世纪初人类对百年后科技发展的想象图，这些预测大多都发源于当时已存在的科学发现。但是，如今对人类影响最大的重要发明，当时却完全没有被预测到。“现代技术是1900年‘前量子时期’的物理学家无法想象的。”他说，这正是因为百年间基础物理的迅速发展远远超越了当时人类的想象。由此可见，基础物理实验对人类生活的深远影响。

随后，他介绍了更多的“蓝天”实验，包括“斯特恩-盖拉赫实验”首次证实原子在磁场中取向量子化，伊西多·拉比发现“在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转”。这些量子物理学的发现，为核磁共振仪、原子钟、GPS、激光等提供了理论基础。

接着，他以钟表的发展为例，介绍了测量时间的简明历史。从14世纪的日晷到19世纪的石英钟，科学技术的发展在日常生活中随处可见。他说，从这一小的发展中我们可以窥见科技发展的无限未来。他还从微波的角度出发，以“光束机”为例，展示了微波原子钟的实际应用，尤其是在日常生活中必不可少的GPS导航系统中的应用。

激光是现在日常生活中十分常见的一种光线，在电气、机械、医疗等方面都有非常广泛的应用。讲座中，他介绍了激光的另一些神奇功能：物质的融合和蒸发，原子的冷却和捕获……

那么，如何进行科学研究的创新呢？他指出，我们需要从自然中观察，然后建立相应的理论模型，再对这种模型进行新现象的预测，最后得出成熟的理论并且将它转化为新的技术，而这种技术，便会成为改变各个领域的工具。

“预测未来是非常困难的！”他说，21世纪的量子技术将会如何呈现？可能是量子计算机、量子通信网络、量子米甚至是更为准确的量子钟，抑或是别的什么完全不同和意想不到的东西？“虽然我们只能猜测，但是我们可以肯定的是，没有基础研究，新技术便不可能被发明出来。”

他指出，过去的经验告诉我们，优秀的应用常常从“蓝天研究”中涌现出来，这便是“蓝天研究”的重要所在之处。

讲座结束后，塞尔日·阿罗什和同学们进行了亲切交流，就“科幻与科技的未来”等进行了探讨。他说，“许多时候，科学发展的水平限制了很多科幻猜想的实现，甚至我认为有些科幻猜想本身就是难以实现的。所以说，不是所有的科幻猜想都能变成现实，但是它们一定程度上的确能够给科学家指出科学发展的可能方向。”

通俗幽默的讲座让同学们受益匪浅。来自格拉斯哥学院的谢双阳同学表示，“塞尔日·阿罗什教授从大家熟悉的电磁学出发，介绍了很多意想不到地推动了技术发展的科学成果，让我们了解到这些看似简单的基础科学竟然能够给技术发展带来如此巨大的影响。”

　　本次讲坛由大学生文化素质教育中心主办，电子科学与工程学院、生命科学与技术学院共同承办。