中科院，專業(yè) 70 年，敢于下判斷（內(nèi)有福利
人們從未放棄預(yù)測未來
大膽下判斷
小到房價股票漲跌
大到人生命運(yùn)走向
也有人?動物?因?yàn)楦矣谙屡袛喽呒t……
比如 2010 年南非世界杯期間
因成功預(yù)測了多場世界杯比賽
而聞名的章魚“保羅”
又比如在電子競技圈里，“敢于下專業(yè)的判斷”，卻因在數(shù)次大賽前都給出相反預(yù)測，江湖人稱“電競毒奶”的著名解說“小色”。
這些事情可能十分巧合，
但一出現(xiàn)總是會讓人覺得不可思議……
讓人不禁陷入沉思
是不是真的有一股
神秘的東方力量
其實(shí)要說真正的東方力量
我們也不是謙虛
中科院作為科研“國家隊”
過去這??70??年里
判斷這塊還是很專業(yè)的
不瞞你說，上面的那個70年
真的是個整數(shù)
?11 月 1 日?（就是今天）
其實(shí)是我們中科院建院 70 周年的紀(jì)念日
我們給遙遠(yuǎn)的星辰下判斷
中國科學(xué)院國家天文臺
“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡”（FAST）
這顆“天眼”于 2016 年 9 月 25 日落成啟用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十顆脈沖星。
(圖片來自新華社記者 劉續(xù) 攝)
1988 年 10 月 16 日
北京正負(fù)電子對撞機(jī)?首次對撞成功
對那么小的電子，我們也下判斷
復(fù)雜的材料，我們還是可以下判斷
中國科學(xué)院物理研究所
高溫臨界超導(dǎo)研究在 1987 年獲得重大突破我國超導(dǎo)研究躍入世界先進(jìn)行列
?還有太多寫不下的東西?
此處要扣一下題
什么叫專業(yè)，這就是專業(yè)
其實(shí)今年不僅是
中華人民共和國成立 70 周年
中國科學(xué)院建院 70 周年
11 月 1 號還是
中科院物理所微信公眾號 5 周年
PLUS 百萬關(guān)注達(dá)成
的重要日子
老朋友應(yīng)該知道，中科院物理所微信公眾號從第一篇文章發(fā)出和大家正式見面到今天，已經(jīng)走過了五個年頭了。但早在關(guān)注量僅有今天 1/5 的三年前，我們就十分精準(zhǔn)地成功預(yù)測了公眾號百萬關(guān)注的達(dá)成日期，
有圖為證
在五年的時間里，我們從一個默默無聞的小號，成長為一個擁有百萬關(guān)注，在科普領(lǐng)域具有一定影響力的微信公眾號。
雖然這條曲線進(jìn)不了史冊
……
但喜歡預(yù)言和下判斷的
遠(yuǎn)不止我們一家
很多著名的物理學(xué)家
也敢于下“專業(yè)”的判斷
量子世界的大膽預(yù)言
1979 年的普林斯頓，愛因斯坦誕辰一百周年的紀(jì)念會議正在舉行。在這個紀(jì)念偉大隕落的會議上，一個震驚物理學(xué)界的新預(yù)言正冉冉升起。哥本哈根學(xué)派的物理學(xué)家約翰·惠勒（John Wheeler）設(shè)計構(gòu)想了巧妙的“延遲實(shí)驗(yàn)”，得出了一個大膽而驚人的推論:“未來可以決定過去”！這個看似瘋狂的實(shí)驗(yàn)背后有著這樣一個故事。
在量子領(lǐng)域內(nèi)，設(shè)想有一個粒子，我們不能知道它處于什么狀態(tài)，因?yàn)樗臓顟B(tài)是很多個不確定態(tài)的疊加。但當(dāng)我們用儀器去觀測到粒子時，粒子的狀態(tài)就確定了（量子力學(xué)中，我們稱之為“波函數(shù)塌縮到某個確定態(tài)”）。如果我們不想觀察它了，把儀器撤掉，那粒子就會按照科學(xué)家計算出來的波函數(shù)方程發(fā)展，而不處于某種確定的狀態(tài)。在我們拿著儀器去測量粒子的狀態(tài)之前，它一直處于不確定態(tài)，只有被觀測后才塌縮到某個確定態(tài)。那么，難道第一個有意識的生物的出現(xiàn)才使得從創(chuàng)生起至那一剎那的宇宙歷史在一瞬間成為現(xiàn)實(shí)？
看不懂沒關(guān)系，我們可以設(shè)想這么個例子。假設(shè)你是一名英語老師，在一次考試中，你發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)生面對這樣一道題陷入了沉思（看不懂這道題也沒關(guān)系，不影響后面理解）：
If you fainted after seeing this question, you are likely suffering from
A. Pneumonoultramicroscopicsilicovolcanoconiosis
B. Pseudopseudohypoparathyroidism
C. Chargoggagoggmanchauggagoggchaubunagungamaugg
D. Hippopotomonstrosesquippedaliophobia
好難啊！這四個選項都完全不會（ò Д ó）！他的情緒波濤起伏，他的表情變幻莫測，他的腦海一片混沌，你完全不知道此刻他決定選（蒙）那個選項——實(shí)際上，他自己也不知道。
這位可憐的同學(xué)一會兒決定選B，一會兒又決定選A，正當(dāng)這時，“叮鈴鈴——”下考了!收卷子的那一刻，他正巧想要選A，于是作為老師的你看到他的答案就是A。但是，如果還沒有收卷子，這位同學(xué)一定會永遠(yuǎn)糾結(jié)下去——他腦海中想的是A，B，C還是D呢？你永遠(yuǎn)無從得知。
讓我們更進(jìn)一步，你十分勤奮，經(jīng)常利用自習(xí)課給大家補(bǔ)課，因此教出來的同學(xué)考試總會得到滿分。然而，在與你爭奪自習(xí)課使用權(quán)的戰(zhàn)爭中屢屢敗下陣來的物理老師由此心生不滿，決定發(fā)動祖?zhèn)鳌盎堇铡ぱ舆t大法”招式，對你進(jìn)行詛咒：在任何一次考試中，一旦你放心不下學(xué)生，從教室后窗偷偷看他們，那這次考試他們一定會掛科。
一開始你是不信的：我在教室后窗偷看學(xué)生，他們又不知道，怎么會干擾到他們做題呢？可是，你驚恐地發(fā)現(xiàn)，這個詛咒仿佛生效了。你是否偷偷觀察學(xué)生們竟然真的可以改變他們的成績，仿佛你們可以心靈感應(yīng)似的！于是你靈機(jī)一動：我先不做決定，等臨下考他們寫完卷子交給監(jiān)考老師了，我再決定要不要去看！但是很遺憾，這條看似完美的妙計竟然失靈了。即使學(xué)生們之前每次都考滿分，這次也沒什么不同，但是因?yàn)樗麄兘痪碇竽闳タ戳艘谎?，滿分試卷竟然都變成了錯誤答案……
惠勒設(shè)計的“延遲實(shí)驗(yàn)”就可以得到這么一個神奇的推論——我們的觀測，可以決定之前粒子的運(yùn)動軌跡。惠勒的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。光源釋放一光子 A，打在一面鍍著半鍍銀的反射鏡上。那么光子A可能會隨機(jī)“選擇”沿著紅色路徑（反射）和藍(lán)色路徑（直接透過）出發(fā)，或者同時經(jīng)過兩條路徑（正如經(jīng)典雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光子可以同時通過兩條縫隙產(chǎn)生干涉條紋）。再利用兩塊不透光的反射鏡將兩條路徑匯合。我們在匯合處的光屏上沒有發(fā)現(xiàn)干涉條紋，證明光子A是通過紅或藍(lán)色某一條路徑傳播的。
我們現(xiàn)在在靠近光屏的地方放置第四塊鍍著半鍍銀的反射鏡，使光子A先透過它再打在光屏上，光屏上竟然出現(xiàn)了干涉條紋！這說明光子 A 是通過兩條路徑同時傳播的。
我們當(dāng)然可以在粒子實(shí)際通過了第一個反射鏡后快要達(dá)到光屏?xí)r，再臨時決定是否要插入第四塊反射鏡，那么是否說明，我們可以在光子通過第一個反射鏡后，再通過控制第四塊反射鏡的安放與否來決定它是如何通過第一塊反射鏡的呢？
這個看似有悖常理的實(shí)驗(yàn)震驚了整個物理界。
在五年后的1984年，馬里蘭大學(xué)的卡洛爾·阿雷（Carroll O Alley）實(shí)施了惠勒構(gòu)想延遲實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了后者的猜想是正確的：我們何時決定光子是否決定粒子穿過哪個縫隙，對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果是沒有影響的。用波爾的話來說就是：“任何一種基本量子現(xiàn)象，只在其被記錄后才是一種現(xiàn)象?！?/strong>
大膽預(yù)測中微子
1995 年中微子的發(fā)現(xiàn)者將當(dāng)年的諾貝爾獎收入囊中，而中微子的起源要追溯到距今 100 年前實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的一個奇怪的現(xiàn)象，這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與當(dāng)時已有的理論不相符，泡利據(jù)此大膽預(yù)測了新粒子的存在，這個預(yù)測被后來的實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，而這個新粒子也就是獲獎的中微子。
中微子的發(fā)現(xiàn)來自 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初對放射性的研究。眾所周知，在量子世界中，能量的吸收和發(fā)射是不連續(xù)的。但奇怪的是，1919 年英國物理學(xué)家查德威克?(J.Chadwick)?通過實(shí)驗(yàn)測定發(fā)現(xiàn)：β衰變中發(fā)射的電子能量與原子核的質(zhì)量損失并不相稱，而且物質(zhì)在β衰變過程中釋放出的由電子組成的β射線的能譜是連續(xù)的，也就是說，β衰變發(fā)射出來的電子能量從零到最大值都有分布，有些電子的能量小于初末態(tài)的能量差?[1]。這豈不是表示發(fā)生 β 衰變后總能量減少了嗎？
這下物理學(xué)家們開始慌了，這不符合能量守恒定律！物理學(xué)前輩們的棺材板都要壓不住了。那么丟失的那些能量去哪了呢？又是什么原因?qū)е铝甩滤プ兊倪B續(xù)能譜呢？如果不能解釋這個現(xiàn)象那么物理學(xué)的基石就面臨崩潰，這對物理界乃至整個科學(xué)界來說簡直就是一個現(xiàn)實(shí)版 2012，這哪個物理學(xué)家能頂?shù)米“ ?/p>
為了解釋這一現(xiàn)象，不少物理學(xué)家提出假設(shè)又被實(shí)驗(yàn)推翻，甚至N·玻爾(Bohr Niels Henrik David)都一度認(rèn)為，在亞原子粒子問題上，能量可能真的不守恒了，有可能能量守恒只是在統(tǒng)計意義上成立，對每一次衰變并不成立。對，你沒想錯，這里的玻爾就是歷史上那個大名鼎鼎的玻爾，連他都開始懷疑能量守恒了，足以看出這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有多驚人了。
玻爾的這個看起來有點(diǎn)自欺欺人的解釋顯然不能讓物理學(xué)家們滿意，于是在幾年后一個天才般的物理學(xué)家站了出來，試圖為這個現(xiàn)象做一個合適的解釋，并讓物理學(xué)家們安心，物理學(xué)的大廈暫時還不會坍塌。泡利為解決β衰變的能譜問題，大膽地提出了中微子的假設(shè)。在美國物理學(xué)會的一次年會上，泡利正式報告了自己的新想法，在會上費(fèi)米(E.Fermi)激動地打斷了他的講話，高聲叫道：“就叫它中微子吧!”(按意大利文的意思是“微小中性的一個”)[1]。至此，這個新粒子擁有了姓名。
然后費(fèi)米基于中微子假說和實(shí)驗(yàn)事實(shí)建立了β衰變理論。費(fèi)米的理論定量地描述了β衰變的連續(xù)能譜和半衰期規(guī)律。不僅如此，引入中微子還穩(wěn)住了物理學(xué)大廈的另外兩塊基石：“動量守恒”和“角動量守恒”，一種粒子同時解決了三大守恒定律在β衰變中的困境[1,2]。
這些漂亮的預(yù)測和理論沒有讓我們失望，20 多年后在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，并因此獲得了諾貝爾獎。不得不說這是個漂亮的預(yù)測，沒有隨著時間而黯淡，反而在時間的推移中逐漸煥發(fā)光彩。
由“小車”引出的大膽判斷
作為一項讓人激動人心的比賽項目，汽車?yán)惪芍^是在全球擁有一大批擁躉，無論是賽道上疾速馳騁的賽車，還是場邊搖旗吶喊的車迷，都足以令人熱血賁張。
而在2017年4月的法國圖盧茲，也有一場緊張刺激的“汽車賽”正在進(jìn)行之中。
誒，可是我為啥沒聽到引擎的轟鳴聲呢？
因?yàn)楹蛡鹘y(tǒng)的汽車賽不同——這場比賽是在法國圖盧茲大學(xué)材料制造和結(jié)構(gòu)研究中心的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的。一群熱愛科（kai）研（che）的科學(xué)家們聚在一起，舉辦了這場“納米小車競賽”。參賽的這些“車輛”也同樣神奇——它們僅僅由數(shù)百個原子組成。而且這些“小車”需要在掃描隧道顯微鏡尖端的隧穿電流的作用下來完成“移動”。
在這場別開生面的“競速賽”中，科學(xué)家們需要控制他們自己的“愛車”在由金原子排布的“賽道”中前進(jìn)100納米，時限是36小時——畢竟“小車”的車速實(shí)在太慢了，每次操作成功也只能前進(jìn)0.3納米左右，可以說是“真.龜速”前進(jìn)了ㄟ( ▔, ▔ )ㄏ。
現(xiàn)今的科學(xué)家們之所以能夠“愉快”地聚眾賽車，離不開近十年來納米科學(xué)以及相關(guān)領(lǐng)域的飛速進(jìn)展給予的強(qiáng)大的技術(shù)手段和扎實(shí)的理論支撐。這一切，都可以回溯到幾十年前的一個天才般的預(yù)言。
時間推回到半個多世紀(jì)以前，盡管原子的概念和一些理論早已經(jīng)被提出，但是由于缺乏有效的觀測和探索的手段，真正要在納米尺度上搞出一番名堂更像是“癡人說夢”。因而彼時的所謂納米科學(xué)領(lǐng)域還處在近乎一片“荒漠”的狀態(tài)。
但是！盡管如此，有一個人敏銳地預(yù)見到了這其中蘊(yùn)含的巨大潛力。
而這個人正是我們的老朋友，著名物理學(xué)家、非著名鼓手、開鎖大師，理查德費(fèi)曼先生。
1959年，費(fèi)曼在加州理工學(xué)院的物理年會上發(fā)表了一次劃時代的演講?[3]。費(fèi)曼在這篇標(biāo)題為?There's Plenty of Room at the Bottom（底下的空間還大得很）的演講中如是說，“人們和我講，現(xiàn)在可以做出手指指甲大小的電動馬達(dá)，但這不算什么”，他立場堅定且極富啟發(fā)性地提出了一個新奇的概念：通過其他的手段，人類可以顯著提高顯微鏡的精度；在此基礎(chǔ)上，我們甚至能夠在微觀尺度上實(shí)現(xiàn)對原子的一個一個地操控，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對原子的重新排布——更進(jìn)一步地，甚至可以進(jìn)行有計劃地組裝“微型車輛”，“甚至更小的設(shè)備”。
這些斷言在當(dāng)時可謂是天馬行空，然而時間證明了一切——而等待的時間也并不長久。費(fèi)曼預(yù)言的“更好的顯微鏡”首先出現(xiàn)了。1981年Gerd Binnig和Heinrich Rohrer 發(fā)明了掃描隧道顯微鏡?[4]，使得人類可觀察的尺度延伸到了 0.1 埃（10^-11米）量級，這極大地拓展了人類探索微觀領(lǐng)域的手段：人類首次真切看到了一個個原子排布成的“美妙圖景”。
更重要的是，通過掃描隧道顯微鏡的針尖的調(diào)控，科學(xué)家真的能夠?qū)υ舆M(jìn)行“搬運(yùn)”，甚至如同有了魔法般把原子在表面上“趕來趕去”——沒有這些，我們開頭所說的“汽車比賽”恐怕還只是停留在科（sai）學(xué)（che）家（shou）們的腦海里。
如同費(fèi)曼在演講中所說的：“更重要的是，這一領(lǐng)域?qū)呱龊Ａ康募夹g(shù)上的應(yīng)用?！?近幾十年來，除了操控原子分子之外，費(fèi)曼在演講中的其他預(yù)言現(xiàn)如今也成為了現(xiàn)實(shí)：
小編寫這篇文章，以及你饒有興趣地拿著智能手機(jī)刷這篇文章時，我們都正在享受著這些技術(shù)帶來的巨大便利。
當(dāng)年費(fèi)曼的壯麗的預(yù)言，如今已經(jīng)融入到了我們生活的方方面面。而像這樣許許多多的“預(yù)言”，還將指引著一代又一代的人們，以極大的熱情投入到對于世界的探索和改造中去。
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等你來拿~
* 一篇嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈恼卤仨氁械膮⒖假Y料：
[1] 大膽的理論假設(shè) 艱難的實(shí)驗(yàn)探索——紀(jì)念著名理論物理學(xué)家泡利提出中微子假設(shè)65周年[J]. 袁孝金.??中學(xué)物理教學(xué)參考. 1996(04)
[2] 奇異的中微子[J]. 吳興龍.??物理教師. 2013(07)
[3] Richard P. Feynman , “There's Plenty of Room at the Bottom --An Invitation to Enter a New Field of Physics”, 1959
[4] Binnig G , Rohrer H , Gerber Ch , et al. Surface Studies by Scanning Tunneling Microscopy[J]. Physical Review Letters, 1982, 49(1):57.
