苗千

進(jìn)入未來(lái)之前，我們需要觀察并思考基礎(chǔ)科學(xué)正待解決的重大問(wèn)題，它們決定未來(lái)。

預(yù)測(cè)未來(lái)從來(lái)難以顯得討好，預(yù)測(cè)人類(lèi)科學(xué)發(fā)展的走向就更容易顯得愚蠢。即便是人類(lèi)最聰明的頭腦在預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)留下的也大多是讓現(xiàn)代人感到可笑的言論，一些預(yù)測(cè)或是判斷正是因?yàn)槠渚窒扌远?00多年之后仍然時(shí)常被人提起。在19世紀(jì)后半葉，大名鼎鼎的德國(guó)物理學(xué)家古斯塔夫·基爾霍夫（Gustav Kirchhoff）就曾經(jīng)滿(mǎn)懷信心地說(shuō)：“物理學(xué)已經(jīng)無(wú)所作為，往后無(wú)非在已知規(guī)律的小數(shù)點(diǎn)后面加上幾個(gè)數(shù)字而已?！边@句話(huà)差點(diǎn)影響人類(lèi)科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程，后來(lái)當(dāng)年輕的學(xué)生馬克思·普朗克（Max Planck）打算選擇物理學(xué)為專(zhuān)業(yè)時(shí)，包括基爾霍夫在內(nèi)的不止一位老師都曾經(jīng)勸他，物理學(xué)的發(fā)展已經(jīng)到頭了，再?zèng)]有什么可研究的地方，還不如找一個(gè)更能發(fā)揮個(gè)人能力的學(xué)科。淳樸的普朗克回答：“我只是想弄清物理學(xué)的一些細(xì)節(jié)而已?！闭且?yàn)榍嗄昶绽士说膱?jiān)持和后來(lái)的卓絕探索，才有了20世紀(jì)初量子力學(xué)的開(kāi)端，有了以他的名字命名的量子力學(xué)常數(shù)，人類(lèi)文明才開(kāi)啟了新的紀(jì)元。

對(duì)于人類(lèi)科學(xué)發(fā)展最著名的預(yù)言來(lái)自19世紀(jì)的最后一天，在回顧人類(lèi)物理學(xué)的進(jìn)展時(shí)，開(kāi)爾文男爵，威廉·湯姆生（William Thomson）感慨古典物理學(xué)大廈已經(jīng)完成，接下來(lái)只剩下一些裝飾性的工作而已，接著他就做出了“兩朵烏云”的比喻，“（物理學(xué)）它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩了”。這句看似是無(wú)心之語(yǔ)偏偏有著一語(yǔ)成讖的魔力，100多年之后，人們已經(jīng)無(wú)法辨明當(dāng)時(shí)開(kāi)爾文男爵做出這個(gè)論斷時(shí)的心情，究竟是充滿(mǎn)了終于了解上帝創(chuàng)世意圖的自豪，還是對(duì)于這兩朵孕育著不祥的烏云感到憂(yōu)心忡忡，或是這兩種心情交雜在一起。已知的是在這個(gè)預(yù)言出現(xiàn)之后的幾年之內(nèi)，古典物理學(xué)大廈轟然倒塌，隨著古典物理學(xué)一同成為歷史的還有人類(lèi)的古典文明。

無(wú)論現(xiàn)代人是否還在懷念想象中優(yōu)雅的慢節(jié)奏的古典文明，它都已經(jīng)隨著19世紀(jì)成為不可逆轉(zhuǎn)的歷史。20世紀(jì)成為人類(lèi)文明發(fā)展的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在這100年間科學(xué)與技術(shù)都發(fā)生了爆炸式的發(fā)展，這與之前人類(lèi)科學(xué)技術(shù)緩慢的發(fā)展速度形成了鮮明的對(duì)比。只有站在20世紀(jì)之外觀察，我們才能看到創(chuàng)造了這個(gè)世紀(jì)奇跡的源頭正是開(kāi)爾文男爵描述的兩朵烏云，在這兩朵烏云之下誕生的相對(duì)論和量子力學(xué)，成為人類(lèi)現(xiàn)代文明的兩根支柱，我們生活的方方面面無(wú)不以這兩個(gè)物理學(xué)支柱理論作為支撐。

進(jìn)入21世紀(jì)之后，雖然人類(lèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到科學(xué)發(fā)展為社會(huì)帶來(lái)的巨大推動(dòng)，但是在本世紀(jì)是否還能延續(xù)20世紀(jì)的爆炸式發(fā)展，至今仍不明朗。在過(guò)去的幾十年里，人類(lèi)在基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域?qū)嶋H上并未取得太大的進(jìn)步，盡管各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和大統(tǒng)一理論層出不窮，實(shí)際上仍然受困于量子力學(xué)和相對(duì)論之間不可調(diào)和的矛盾，這對(duì)于21世紀(jì)的人類(lèi)將產(chǎn)生怎樣的影響尚不可知。

當(dāng)涉及量子力學(xué)的本質(zhì)和未來(lái)發(fā)展時(shí)，大多數(shù)現(xiàn)代物理學(xué)家干脆放棄了預(yù)測(cè)，“閉上嘴巴乖乖地做計(jì)算”，未嘗不是一種聰明的態(tài)度。人類(lèi)早已經(jīng)習(xí)慣了量子世界各種光怪陸離的現(xiàn)象，甚至干脆把“古怪”看作量子力學(xué)的本質(zhì)。在現(xiàn)代量子力學(xué)研究中，廣為流行的是物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼說(shuō)的：“我想可以說(shuō)，沒(méi)有人理解量子力學(xué)。”愛(ài)因斯坦也曾經(jīng)說(shuō)：“沒(méi)有人知道，我在量子力學(xué)上花費(fèi)的時(shí)間比我在相對(duì)論上花費(fèi)的時(shí)間還要多?！彪S著量子力學(xué)的發(fā)展，愛(ài)因斯坦對(duì)于這個(gè)理論愈發(fā)持不信任的態(tài)度，作為量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，他開(kāi)始不斷質(zhì)疑這個(gè)理論的基礎(chǔ)是不完備的，愛(ài)因斯坦認(rèn)為量子力學(xué)最令人迷惑的現(xiàn)象量子糾纏必定有著更深層的原因，這個(gè)現(xiàn)象也正是量子力學(xué)不完備性的證據(jù)，但是至今為止一切實(shí)驗(yàn)證據(jù)都指向了愛(ài)因斯坦的反面：愛(ài)因斯坦后來(lái)的說(shuō)法或許是錯(cuò)的，量子糾纏現(xiàn)象或許正是自然界中一種最基本的現(xiàn)象，它甚至還可能是連接時(shí)空不至于分崩離析的必不可少的一個(gè)要素——現(xiàn)在人類(lèi)將自己的文明建立在一個(gè)自己尚不理解其本質(zhì)的理論之上，并且取得了如此輝煌的成就。但是量子疊加態(tài)究竟是什么，波函數(shù)究竟是一種純粹的數(shù)學(xué)形式，還是一種物理實(shí)在？人類(lèi)究竟能否利用量子態(tài)進(jìn)行計(jì)算，并且獲得遠(yuǎn)超電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力？這些問(wèn)題就埋伏在未來(lái)，人類(lèi)文明的每一步前進(jìn)，都會(huì)受到這些問(wèn)題的阻撓，人類(lèi)未來(lái)生活的方方面面，必定將會(huì)被這些問(wèn)題所改變。

與量子力學(xué)相比，幾乎與之同齡的相對(duì)論給人的感覺(jué)與之完全相反，這個(gè)理論繼承了牛頓力學(xué)的傳統(tǒng)，優(yōu)雅、清晰、令人信賴(lài)。它描繪了整個(gè)宇宙存在的方式，一個(gè)連續(xù)的、平滑的、相互作用又生機(jī)勃勃的宇宙在人類(lèi)的眼前展開(kāi)。從一開(kāi)始“世界上只有十二個(gè)人理解廣義相對(duì)論”，到現(xiàn)在人類(lèi)把這套理論的每一個(gè)細(xì)節(jié)都研究得清晰透徹，沒(méi)有物理學(xué)家敢于質(zhì)疑相對(duì)論的正確性，但這個(gè)理論仍然在給人帶來(lái)驚喜，它做出的預(yù)測(cè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類(lèi)的想象力。廣義相對(duì)論是人類(lèi)望向宇宙的一雙眼睛，人類(lèi)利用廣義相對(duì)論探索宇宙的形態(tài)，回溯宇宙的過(guò)去，預(yù)測(cè)宇宙的未來(lái)，也用它尋找著與地球相似的行星、地球之外的生命形式，甚至是其他文明。地外文明是否存在？文明之間是否存在相互通信的可能？時(shí)空之間是否可能存在蟲(chóng)洞？人類(lèi)何時(shí)才能探測(cè)到廣義相對(duì)論預(yù)言的引力波？這些問(wèn)題，與量子力學(xué)帶給人類(lèi)的疑問(wèn)同等重要，同等艱難。

如果說(shuō)人類(lèi)在20世紀(jì)發(fā)展出的全新的現(xiàn)代文明起源于開(kāi)爾文男爵的兩朵烏云，那么在21世紀(jì)，人類(lèi)文明的走向則取決于這兩朵烏云何時(shí)能夠合并，并催生出一場(chǎng)更加摧枯拉朽的暴雨。從根本上來(lái)說(shuō)，人類(lèi)未來(lái)的生活，取決于人類(lèi)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)于自然界在極小尺度和極大尺度上的認(rèn)識(shí)上的統(tǒng)一。

尋找地外文明、尋找引力波、研究量子計(jì)算機(jī)，本文中將要討論的三個(gè)問(wèn)題未必與每個(gè)人的日常生活息息相關(guān)，卻無(wú)一不關(guān)系到人類(lèi)文明的發(fā)展方向。這些目前人們都還沒(méi)有找到答案的難題，有的看起來(lái)近在咫尺，有的似乎還遙遙無(wú)期。

電子計(jì)算機(jī)需要花費(fèi)上百萬(wàn)年時(shí)間才能完成的工作，量子計(jì)算在幾分鐘內(nèi)就能完成？這樣的差距難免讓人有些難以置信，量子計(jì)算機(jī)將是人類(lèi)對(duì)于量子力學(xué)的神奇特性趨于極致的發(fā)揮。盡管目前看來(lái)在理論上可行，人類(lèi)仍然只有在極其嚴(yán)苛的條件下才能利用目前量子計(jì)算機(jī)的雛形進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的計(jì)算。雖然起步緩慢，但越來(lái)越多的物理學(xué)家開(kāi)始對(duì)于量子計(jì)算抱有樂(lè)觀的態(tài)度，想象當(dāng)年開(kāi)發(fā)第一款沉重而龐大的電子計(jì)算機(jī)時(shí)的情景，與現(xiàn)在的情景倒是頗有類(lèi)似。一臺(tái)在理論上擁有超級(jí)計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)將會(huì)使機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能領(lǐng)域發(fā)生質(zhì)的飛躍，必將催生人類(lèi)的又一次技術(shù)革命。對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研究或許對(duì)目前人類(lèi)的另一個(gè)難題也有所幫助——人類(lèi)大腦進(jìn)行運(yùn)算時(shí)會(huì)使用量子力學(xué)嗎？為了建設(shè)一個(gè)能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)，人類(lèi)需要在接近絕對(duì)零度的條件下讓一個(gè)量子比特在極短的時(shí)間內(nèi)保持其量子態(tài)（因此目前量子計(jì)算機(jī)所消耗的絕大部分能量都是用來(lái)維持低溫環(huán)境），而在溫暖潮濕的人類(lèi)大腦中，神經(jīng)元是否也會(huì)利用量子力學(xué)進(jìn)行工作，才使大腦獲得了遠(yuǎn)超目前電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度？直覺(jué)，意識(shí)的起源，是否也有可能與量子力學(xué)有關(guān)？

無(wú)論是在理論還是應(yīng)用方面，引力波探測(cè)在21世紀(jì)人類(lèi)文明的發(fā)展過(guò)程中都有著尤為獨(dú)特的作用。經(jīng)過(guò)多年的失敗之后，如果人類(lèi)終能夠探測(cè)到引力波存在的直接證據(jù)，必將開(kāi)啟宇宙學(xué)研究的新局面——人類(lèi)將理解在我們的周?chē)h(huán)繞著多少黑洞和中子星，更詳細(xì)了解超新星的爆發(fā)過(guò)程。引力波探測(cè)也將詳細(xì)地解釋宇宙中各種強(qiáng)度，或長(zhǎng)或短的伽馬射線爆發(fā)。另外，因?yàn)橐Σo(wú)法被物質(zhì)吸收或反射，理論上一種極其特殊的來(lái)自于宇宙創(chuàng)生時(shí)代的引力波可能告訴人類(lèi)在宇宙誕生之初的秘密。盡管大多數(shù)宇宙學(xué)家們都已經(jīng)接受了宇宙暴漲的假說(shuō)，但人們?nèi)匀恍枰业皆跻Σù嬖诘那袑?shí)證據(jù)，完成宇宙創(chuàng)生故事的最后一環(huán)。

行動(dòng)受困于輪椅幾十年的物理學(xué)家史蒂芬·霍金（Steven Hawking）曾經(jīng)警告人類(lèi)，人工智能最終將會(huì)凌駕于人類(lèi)智慧之上，從人類(lèi)的仆役變?yōu)槿祟?lèi)的主人，相比之下對(duì)于可能的外星文明同樣忌憚的他卻樂(lè)于尋找外星文明存在的證據(jù)。人類(lèi)是不是孤獨(dú)的？文明的發(fā)展是否是單線條的？人類(lèi)有沒(méi)有可能與其他星球的文明形式進(jìn)行交流？現(xiàn)在似乎還不是回答這些問(wèn)題的時(shí)候。尋找到一顆與一個(gè)恰當(dāng)?shù)暮阈蔷嚯x適當(dāng)?shù)膸r石行星就可以讓地球上的行星科學(xué)家們興奮不已，因?yàn)檫@是發(fā)現(xiàn)外星生命信號(hào)或是為人類(lèi)尋找下一個(gè)落腳點(diǎn)的第一步，只有先邁出這一步，人類(lèi)才有希望尋找其他形式的文明。探索地外行星的20多年來(lái)，行星科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)地外行星的數(shù)量遠(yuǎn)比他們此前想象的多，至今人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)2000顆地外行星，但是，那顆與地球非常類(lèi)似的，表面覆蓋著液態(tài)水并被溫暖的大氣層所包裹保護(hù)著的行星仍然還沒(méi)有出現(xiàn)。

研究歷史雖然難以幫助人類(lèi)預(yù)測(cè)未來(lái)，倒或許可以給人類(lèi)帶來(lái)些安慰。在19世紀(jì)末20世紀(jì)初量子力學(xué)與相對(duì)論蓬勃發(fā)展的年代，西方社會(huì)正在被其他一些更加具體的難題所困擾。在倫敦和紐約的街頭，擁擠的大街上奔跑著越來(lái)越多的馬車(chē)，遍地的馬尿和馬糞讓街道變得骯臟難聞，而一旦有馬匹受傷倒地，往往會(huì)立刻造成整條街長(zhǎng)時(shí)間的交通堵塞，人類(lèi)只能殺掉無(wú)法繼續(xù)拉車(chē)的馬，留下一地觸目驚心的血跡。為了解決這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)的城市規(guī)劃者們聚集在紐約召開(kāi)國(guó)際城市規(guī)劃會(huì)議，但是仍然對(duì)此一籌莫展?，F(xiàn)代人當(dāng)然了解最終解決這個(gè)馬車(chē)?yán)Ь车姆绞剑蔷褪瞧?chē)的出現(xiàn)讓人類(lèi)最終不再需要馬車(chē)運(yùn)輸——這個(gè)故事，或許可以給對(duì)未來(lái)缺乏信心的現(xiàn)代人帶來(lái)些許的慰藉。

100多年過(guò)去了，基礎(chǔ)物理學(xué)發(fā)展的激蕩年代已經(jīng)過(guò)去。與20世紀(jì)初的情景已經(jīng)不同，過(guò)去半個(gè)世紀(jì)里基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)展緩慢，雖然技術(shù)仍在不斷創(chuàng)新，網(wǎng)絡(luò)社會(huì)越來(lái)越深刻地改變著人類(lèi)的生活模式，但是潛在的問(wèn)題也更加深重：人類(lèi)如何結(jié)合這兩個(gè)至今無(wú)法融合的物理學(xué)支柱理論？如果無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，人類(lèi)對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)如何繼續(xù)加深？科學(xué)哲學(xué)是否需要變革？量子力學(xué)的本質(zhì)是什么？量子計(jì)算機(jī)能否最終取代電子計(jì)算機(jī)？人類(lèi)何時(shí)才能發(fā)現(xiàn)引力波存在的直接證據(jù)？人類(lèi)是否終有一天能夠發(fā)現(xiàn)地外文明并且與之對(duì)話(huà)？生命是什么？意識(shí)又是什么？在人類(lèi)進(jìn)入未來(lái)生活之前，這一連串的問(wèn)題拷問(wèn)著21世紀(jì)的人類(lèi)。

尋找地外文明

“他們都在哪兒呢？”在1950年的一天，物理學(xué)家恩里克·費(fèi)米（Enrico Fermi）問(wèn)了這樣一句話(huà)，從此這個(gè)問(wèn)題成了人類(lèi)的一個(gè)心結(jié)。如果真的有地球之外的生命，甚至是文明存在的話(huà)，他們都在哪兒呢？在有著2000億至4000億顆恒星分布的廣闊的銀河系，人類(lèi)文明為何顯得如此孤單？

目前唯一已知有生命現(xiàn)象存在的行星就是地球，要想尋找其他生命存在的信號(hào)，人類(lèi)別無(wú)選擇，首先要尋找與地球條件相仿的行星。2009年3月，美國(guó)航空航天局（NASA）的開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡（Kepler Space Telescope）升空，從此開(kāi)始了它探索地外行星之旅。這個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡在地球軌道上始終保持著一個(gè)固定的角度，觀測(cè)銀河系的一隅。它可以同時(shí)跟蹤15萬(wàn)顆恒星，通過(guò)觀測(cè)恒星亮度的變化來(lái)尋找可能存在的圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星（行星掠過(guò)恒星時(shí)，會(huì)因?yàn)檎趽踝」饩€使恒星顯得略微閃爍）。幾年來(lái)，它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)以千計(jì)的行星跡象，這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)超此前人們的猜想。

2015年7月，美國(guó)航空航天局公布，開(kāi)普勒計(jì)劃確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了第一顆與地球規(guī)模接近，同樣處在“宜居區(qū)域”的一顆被命名為“Kepler-186f”的行星。所謂宜居區(qū)域，指的是行星與其所圍繞運(yùn)轉(zhuǎn)的恒星距離適當(dāng)，在其表面上可能有液態(tài)水存在（這正是人類(lèi)得以生存的基礎(chǔ)）——此前發(fā)現(xiàn)的處于這個(gè)區(qū)域的行星至少都要比地球大上40%。

這顆距離地球大約500光年遠(yuǎn)的屬于天鵝座的巖石行星，以130天為周期圍繞著一顆大小和質(zhì)量都大約只有太陽(yáng)一半的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，它能夠從所屬恒星吸收的能量大約只相當(dāng)于地球從太陽(yáng)吸收能量的三分之一。這顆名為“Kepler-186”的恒星屬于銀河系中最常見(jiàn)的M型紅矮星，銀河系中大約70%的恒星都屬于此類(lèi)恒星，因此，搜尋地外生命的行星學(xué)家們認(rèn)為未來(lái)最有可能在這一類(lèi)的恒星周?chē)l(fā)現(xiàn)生命存在的跡象。盡管是在宜居區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了這顆行星，我們?nèi)匀徊恢肋@顆行星是否可以存在生命，這與行星表面的溫度至關(guān)重要，而決定其表面溫度的因素，除了與恒星的距離之外，還取決于恒星的大氣層密度和成分?，F(xiàn)在開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡還在繼續(xù)尋找著與地球更加類(lèi)似的行星，任何發(fā)現(xiàn)都可能成為人類(lèi)未來(lái)發(fā)射的太空探測(cè)器的目標(biāo)。

開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡主要通過(guò)觀測(cè)恒星亮度的變化幅度來(lái)探測(cè)其附近可能存在的行星，正是因?yàn)槿绱?，它?009年到2013年之間觀測(cè)到恒星“KIC8462852”的奇異閃爍才令人至今浮想聯(lián)翩。嚴(yán)肅的行星科學(xué)家們一再解釋?zhuān)M管面對(duì)這個(gè)現(xiàn)象現(xiàn)在人們還沒(méi)找到完美的解釋?zhuān)暗赝馕拿鳌睉?yīng)該是我們最后考慮的可能。可實(shí)際上，地外文明的存在是人類(lèi)最熱衷考慮的可能，以至于不愿相信還有其他任何可能性的存在。

一個(gè)文明的發(fā)達(dá)程度，與其獲得能量的方式相關(guān)。在1964年，蘇聯(lián)天文學(xué)家尼古拉·卡爾達(dá)肖夫（Nikolai Kardashev）在科學(xué)與幻想之間，制定了一個(gè)衡量文明發(fā)達(dá)程度的指數(shù)，卡爾達(dá)肖夫指數(shù)（Kardashev Scale）。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)一個(gè)文明是否能利用自身所在行星的所有能源、所屬恒星的所有能源，或是所屬星系的所有能源，由低到高分成了三個(gè)類(lèi)別。這個(gè)對(duì)于文明程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)面對(duì)目前人類(lèi)只能孤單面對(duì)自己的事實(shí)，除了為科幻小說(shuō)作家提供了一些素材之外，更像是屠龍之技，但我們畢竟無(wú)法預(yù)知未來(lái)。

開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，恒星KIC8462852在幾年的時(shí)間里一直出現(xiàn)有規(guī)律的閃爍，但是這種閃爍的幅度太大（光強(qiáng)度的變化在20%以上），見(jiàn)所未見(jiàn)，無(wú)法用行星掠過(guò)來(lái)解釋。這個(gè)發(fā)現(xiàn)一經(jīng)公布之后，人們就迅速聯(lián)想到了同樣來(lái)源于想象的“戴森球”（Dyson Sphere），這是物理學(xué)家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）想象出來(lái)的一種高級(jí)文明為了獲得恒星能源建造起來(lái)的一種巨大的球形結(jié)構(gòu)，以此從恒星獲得能量。人們樂(lè)于想象，一種達(dá)到卡爾達(dá)肖夫標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)超人類(lèi)的第二類(lèi)別文明，一種可以獲得整個(gè)恒星能量的高級(jí)文明建造了一個(gè)巨大的戴森球，才使距離這顆恒星1500光年之外的人類(lèi)發(fā)現(xiàn)了它不同尋常的閃爍。在沒(méi)有獲得進(jìn)一步的證據(jù)之前，行星科學(xué)家們只能不停地潑冷水。他們指出，可能有各種現(xiàn)象造成恒星這種反常的巨大閃爍：有可能是正在形成行星的物質(zhì)阻擋了光線——問(wèn)題在于這是一顆成熟的F型主序星，有太陽(yáng)的1.5倍大，不大可能再形成行星；有可能是屬于恒星的行星之間發(fā)生了劇烈的碰撞——但這同樣是一種想象，人類(lèi)目前還沒(méi)有任何這方面的數(shù)據(jù)；也有可能是眾多的彗星不停地掠過(guò)恒星表面阻擋住光線——這種可能性同樣微乎其微。

無(wú)論如何，這顆恒星已經(jīng)吸引了人類(lèi)的關(guān)注，多個(gè)望遠(yuǎn)鏡都在等待著它下一次巨大的閃爍，并且分析星光的光譜，也許不久之后就會(huì)有結(jié)論，告訴我們這顆恒星的光線在離開(kāi)恒星之后都經(jīng)過(guò)了哪些物質(zhì)，是星際塵埃還是星際氣體，或者是一個(gè)巨大的戴森球。

在尋找地外生命的過(guò)程中，人類(lèi)也許應(yīng)該不停地提醒自己，我們所居住的銀河系已經(jīng)存在了130億年，這是一段漫長(zhǎng)的時(shí)間，應(yīng)該已經(jīng)足以產(chǎn)生出各種生命形式。但是，他們都在哪兒呢？

最急于回答這個(gè)問(wèn)題的人們成立了各種協(xié)會(huì)和組織，試圖從接收到的宇宙電磁信號(hào)中分析出可能來(lái)自地外文明的信息，這些組織被統(tǒng)稱(chēng)為SETI（搜尋地外文明計(jì)劃）。在2015年7月，俄羅斯投資人尤里·米爾納（Yuri Milner）與物理學(xué)家史蒂芬·霍金宣布向?yàn)槠?0年尋找地外文明的“突破聆聽(tīng)計(jì)劃”（Listen Breakthrough）投資1億美元，他們打算雇用世界著名的天文學(xué)家，并且利用美國(guó)綠岸天文臺(tái)（Green Bank Observatory）和位于澳大利亞的帕克斯天文臺(tái)（Parkes Observatory）功能強(qiáng)大的射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行搜尋。“突破聆聽(tīng)計(jì)劃”是人類(lèi)至今為止最全面、最昂貴的搜尋外星文明信息的計(jì)劃。

尋找地球之外的生命訊號(hào)，乃至地外文明，固然是漫長(zhǎng)且孤獨(dú)的任務(wù)，但人類(lèi)所面對(duì)的最大的謎團(tuán)仍然是其自身。生命的本質(zhì)是什么？意識(shí)的本質(zhì)又是什么？大腦究竟如何工作以產(chǎn)生意識(shí)？大腦的工作過(guò)程究竟是否存在量子作用？如何理解人類(lèi)的直覺(jué)、靈感和創(chuàng)造力？人類(lèi)在未來(lái)不得不面對(duì)這些涉及自身的問(wèn)題，不回答這些問(wèn)題，我們就無(wú)法真正地了解自己，也很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的人工智能。

尋找引力波

從2015年9月起，一個(gè)未經(jīng)證實(shí)的消息開(kāi)始在物理學(xué)界流傳開(kāi)來(lái)。據(jù)說(shuō)經(jīng)過(guò)了幾年升級(jí)改建的先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)（Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）在重新開(kāi)始工作之后的一個(gè)星期內(nèi)就探測(cè)到了引力波的信號(hào)。這個(gè)傳言一直都沒(méi)有得到官方的證實(shí)或否認(rèn)——這個(gè)態(tài)度被很多人認(rèn)為算是一種默認(rèn)。

2015年正是愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論發(fā)表100周年，如果能在這個(gè)特殊的年份里找到廣義相對(duì)論做出的最為縹緲的預(yù)測(cè)，無(wú)疑具有特殊的意味。幾十年來(lái)物理學(xué)家們苦苦地尋找引力波，不僅因?yàn)樗鼘?duì)物理學(xué)的意義重大，也是因?yàn)樗赡荛_(kāi)啟一個(gè)新的時(shí)代。

幾千年來(lái)人類(lèi)觀察宇宙的方式大多都只是仰望星空，直到幾百年前人們才能通過(guò)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，影像固然更加清晰，但所看到的仍然只限于可見(jiàn)光的頻率范圍之內(nèi)。直到20世紀(jì)，人類(lèi)理解了電磁學(xué)，才能從紅外線到伽馬射線，在更廣闊的頻率范圍內(nèi)觀測(cè)宇宙。想要看清宇宙的面貌，僅僅通過(guò)電磁波還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，中微子為宇宙學(xué)家們打開(kāi)了又一扇門(mén)，通過(guò)藏在地下的一個(gè)個(gè)中微子天文臺(tái)，人類(lèi)才多了一個(gè)觀測(cè)宇宙的手段，但是這種方式的局限性仍然非常明顯。因此，如果能夠在地球上觀測(cè)到引力波，人類(lèi)將會(huì)增加一個(gè)非常獨(dú)特而靈敏的宇宙學(xué)觀測(cè)方式。

引力是自然界中最為微弱的相互作用，廣義相對(duì)論所描述的正是引力作用。根據(jù)廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)，當(dāng)質(zhì)量進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)時(shí)空產(chǎn)生干擾，進(jìn)而使時(shí)空產(chǎn)生出以光速行進(jìn)的引力波。因?yàn)橐ψ饔锰^(guò)微弱，想要探測(cè)到這種時(shí)空的褶皺，就需要格外敏感的實(shí)驗(yàn)裝置。

在美國(guó)華盛頓州和路易斯安那州建造的隸屬于美國(guó)國(guó)家自然基金（National Science Foundation）的兩個(gè)相似的激光干涉引力波天文臺(tái)，每一個(gè)天文臺(tái)都有兩個(gè)長(zhǎng)達(dá)4公里的相互垂直的長(zhǎng)臂，激光在真空的管道中沿著兩條長(zhǎng)臂來(lái)回反射，并且發(fā)生干涉。現(xiàn)在有超過(guò)900名科學(xué)家在這里工作，人們有一個(gè)共同的目標(biāo)，就是通過(guò)激光的干涉現(xiàn)象尋找引力波。根據(jù)理論預(yù)測(cè)，一旦有引力波經(jīng)過(guò)，將會(huì)使空間發(fā)生拉伸和壓縮，兩個(gè)長(zhǎng)臂中的激光的干涉現(xiàn)象就將發(fā)生變化。但是從2002至2010年九年的時(shí)間里，這兩個(gè)高精度引力波探測(cè)器沒(méi)有任何收獲。這些年的一無(wú)所獲與周?chē)h(huán)境對(duì)儀器的干擾有關(guān)，因?yàn)閮x器的過(guò)分敏感，華盛頓州的探測(cè)器經(jīng)常會(huì)受到大風(fēng)的干擾，而路易斯安那州的探測(cè)器則經(jīng)常會(huì)受到經(jīng)過(guò)的火車(chē)和周?chē)瓜碌臉?shù)木所產(chǎn)生的震動(dòng)帶來(lái)的干擾。

在經(jīng)過(guò)了5年時(shí)間，花費(fèi)了2億英鎊之后，激光干涉引力波天文臺(tái)完成了升級(jí)。在2015年9月18日重新開(kāi)始工作的先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)比之前的精度可以高出三倍，激光器的功率提高了10倍，抗干擾的能力也大幅增強(qiáng)，無(wú)論是樹(shù)木，火車(chē)，還是地震波都無(wú)法影響到儀器的探測(cè)。進(jìn)行了全面的升級(jí)之后，盡管先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)的靈敏度會(huì)隨著調(diào)試逐漸上升，將在未來(lái)三年左右的時(shí)間里達(dá)到頂峰，也就是說(shuō)探測(cè)到引力波的可能性會(huì)逐漸增加，但是樂(lè)觀的物理學(xué)家們認(rèn)為，三個(gè)月內(nèi)，這臺(tái)極其靈敏的機(jī)器就將探測(cè)到引力波。在先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)工作的物理學(xué)家們則顯得更加謹(jǐn)慎，他們希望在發(fā)現(xiàn)引力波的信號(hào)之后能有三個(gè)月的時(shí)間對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，之后合作撰寫(xiě)一篇論文，再投票選擇是否要對(duì)外宣布。

物理學(xué)家們的樂(lè)觀心態(tài)可以理解，這個(gè)世界上最靈敏的先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)靈敏到可以探測(cè)到相當(dāng)于質(zhì)子直徑長(zhǎng)度萬(wàn)分之一的變化，即便如此，物理學(xué)家們也只能把探測(cè)目標(biāo)放在宇宙中極為劇烈的天體活動(dòng)上，例如黑洞之間的碰撞，中子星和脈沖星之間的合并，都可能釋放出劇烈的引力波，并且到達(dá)地球。在理論上3億光年以?xún)?nèi)的黑洞碰撞所釋放的引力波都可能被探測(cè)到，不僅如此，先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)正在進(jìn)行又一輪的升級(jí)，預(yù)計(jì)在2017年重新開(kāi)始工作的機(jī)器的靈敏度將提高10倍，探測(cè)范圍也將擴(kuò)展到6億光年。另外，在意大利境內(nèi)，還有一個(gè)稍小的“先進(jìn)Virgo”引力波探測(cè)器目前也在進(jìn)行升級(jí)，屆時(shí)兩個(gè)引力波探測(cè)團(tuán)隊(duì)將共同研究在兩個(gè)大陸所獲得的探測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較以確認(rèn)引力波的痕跡。

雖然人類(lèi)早已從一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期逐漸縮小的脈沖雙星系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了引力波存在的間接證據(jù)——那個(gè)雙星系統(tǒng)的行為與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)完全一致——但直接發(fā)現(xiàn)引力波的意義將完全與之完全不同。人類(lèi)將會(huì)有一個(gè)更為靈敏的宇宙學(xué)探測(cè)手段，天文學(xué)也可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的分支——引力波天文學(xué)。在理論上，通過(guò)引力波進(jìn)行天文學(xué)探測(cè)，人類(lèi)將可以了解恒星坍塌的具體過(guò)程，恒星內(nèi)部質(zhì)量的移動(dòng)和改變過(guò)程都會(huì)通過(guò)引力波傳播到地球。

物理學(xué)家們熱情地幻想著首次發(fā)現(xiàn)引力波的那一刻，最好是一個(gè)脈沖雙星系統(tǒng)，因?yàn)槿藗兛梢约?xì)致地預(yù)測(cè)脈沖雙星系統(tǒng)發(fā)出的引力波。一旦發(fā)現(xiàn)了引力波的信號(hào)，先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)的計(jì)算機(jī)將會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲音，提醒物理學(xué)家們馬上進(jìn)行觀測(cè)，他們不僅可能看到尚未結(jié)束的引力波探測(cè)過(guò)程，如果馬上對(duì)天空進(jìn)行觀測(cè)，還有可能發(fā)現(xiàn)放射出引力波的天文學(xué)現(xiàn)象（比如超新星的爆炸）。物理學(xué)家們同時(shí)也想象著在未來(lái)，引力波探測(cè)成為家常便飯，每年都可以探測(cè)到10次左右的中子星碰撞。歐洲航天局（European Space Agency）計(jì)劃在2034年開(kāi)始一個(gè)太空引力波探測(cè)項(xiàng)目，在未來(lái)的幾十年里，或許人類(lèi)將會(huì)迎來(lái)在各個(gè)頻率范圍內(nèi)引力波探測(cè)的爆發(fā)。

萬(wàn)一最靈敏的引力波探測(cè)裝置也無(wú)法發(fā)現(xiàn)引力波該怎么辦？并沒(méi)有太多物理學(xué)家考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題。即使人類(lèi)無(wú)法在近期發(fā)現(xiàn)引力波，也不能說(shuō)明廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)是錯(cuò)誤的（畢竟人類(lèi)是如此的信賴(lài)和依賴(lài)廣義相對(duì)論），也許物理學(xué)家們將會(huì)檢查自己的探測(cè)手段和預(yù)測(cè)模型。

宇宙學(xué)家們也在關(guān)心著何時(shí)才能探測(cè)到原初引力波的痕跡。在宇宙大爆炸之后，宇宙有可能發(fā)生過(guò)暴漲過(guò)程，在極短的時(shí)間內(nèi)宇宙從微觀狀態(tài)被拉伸到宏觀狀態(tài)。想要驗(yàn)證這個(gè)重要的宇宙學(xué)假說(shuō)，就需要找到原初引力波存在的證據(jù)。這種來(lái)自宇宙開(kāi)端的引力波，因?yàn)闊o(wú)法被物質(zhì)吸收和反射，將攜帶宇宙創(chuàng)生時(shí)的痕跡，人類(lèi)就有可能了解宇宙誕生的每一個(gè)細(xì)節(jié)。而更為重要的可能是那些人類(lèi)還沒(méi)預(yù)想到的結(jié)果，引力波物理學(xué)將會(huì)開(kāi)啟一個(gè)怎么樣的時(shí)代？這是21世紀(jì)的人類(lèi)需要面對(duì)和回答的問(wèn)題——但僅僅是知道整個(gè)宇宙都在顫動(dòng)，這個(gè)事實(shí)本身就已經(jīng)足夠令人感到震撼。

量子計(jì)算機(jī)

一臺(tái)機(jī)器，哪怕僅僅是一個(gè)概念，只要是和Google和NASA這樣的科技巨人有了聯(lián)系，一定會(huì)吸引到全世界的關(guān)注，何況這臺(tái)機(jī)器是一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。

人類(lèi)對(duì)于計(jì)算能力的渴求絲毫不遜于對(duì)于能源的渴求。電子計(jì)算機(jī)，乃至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，在幾十年里就徹底地改變了人類(lèi)的生活方式。但是物理學(xué)家們相信，與量子計(jì)算機(jī)相比，傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力不值一提，量子計(jì)算機(jī)必定會(huì)再一次改變?nèi)祟?lèi)。

隨著半導(dǎo)體物理技術(shù)的進(jìn)展，電子計(jì)算機(jī)的基本器件變得越來(lái)越小，在納米級(jí)的電子器件上每時(shí)每刻都在發(fā)生著量子現(xiàn)象。但是從電子計(jì)算機(jī)的工作原理來(lái)看，它工作的邏輯仍然是機(jī)械式的，與其他的計(jì)算機(jī)器并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。在微觀領(lǐng)域，盡管每一個(gè)電子的行為無(wú)法預(yù)測(cè)，但是大量電子的整體行為方式卻是可以預(yù)測(cè)的，這就是電子計(jì)算機(jī)中最基本的單元，邏輯門(mén)工作的基礎(chǔ)。

量子物理學(xué)家們則想要徹底改變這種計(jì)算方式，把量子力學(xué)的奇異性轉(zhuǎn)換為難以想象的計(jì)算能力，也就是說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程將不再是機(jī)械化，而是利用到量子過(guò)程。在普通的計(jì)算機(jī)中一個(gè)比特（bit）只能是“0”或“1”兩個(gè)值其中之一，但是量子比特（qubit）卻可以同時(shí)擁有“0”和“1”這兩個(gè)狀態(tài)，也就是說(shuō)，一個(gè)量子內(nèi)存可以是“0”和“1”狀態(tài)的任意排列組合，不僅如此，量子過(guò)程將可以對(duì)這些狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，它的計(jì)算效率與電子計(jì)算機(jī)自然不可同日而語(yǔ)。

量子計(jì)算廣泛的應(yīng)用前景已經(jīng)吸引了眾多目光，包括美國(guó)中央情報(bào)局（CIA）、美國(guó)航空航天局（NASA）、洛克希德·馬?。↙ockheed Martin）和眾多的賭博公司等各個(gè)領(lǐng)域的巨頭都期待著量子計(jì)算為行業(yè)帶來(lái)的巨大推動(dòng)，但進(jìn)行量子計(jì)算的巨大困難使其前景尚不樂(lè)觀。就是因?yàn)槲⒂^粒子的量子態(tài)極其脆弱并且難于控制，乃至有人把量子計(jì)算與可控核聚變相提并論——兩者都是聽(tīng)起來(lái)會(huì)對(duì)人類(lèi)有極大幫助的技術(shù)，但是也都同樣的遙遙無(wú)期。

從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，物理學(xué)家們就開(kāi)始研究可以通過(guò)量子效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算的機(jī)器。到了1994年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的數(shù)學(xué)家彼得·秀爾（Peter Shor）發(fā)表了“秀爾算法”（Shors Algorithm），在理論上提出了通過(guò)量子過(guò)程分解整數(shù)的算法——分解整數(shù)對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常耗費(fèi)時(shí)間的工作，因此常被用作加密算法，但相比之下這個(gè)任務(wù)對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)將毫無(wú)困難。受到啟發(fā)的眾多物理學(xué)家都開(kāi)始嘗試?yán)昧孔舆^(guò)程實(shí)現(xiàn)秀爾算法，兩年以后，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家又發(fā)表了一個(gè)可以快速搜索海量數(shù)據(jù)的量子算法，人類(lèi)對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研究從此進(jìn)入了新階段。

想要實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算絕非易事。想要保持量子比特的量子態(tài)不受外界環(huán)境的干擾，需要把量子計(jì)算的環(huán)境設(shè)置在沒(méi)有電磁干擾的極低溫度條件下，如何利用量子比特進(jìn)行量子計(jì)算，目前在學(xué)術(shù)界也是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。說(shuō)到量子計(jì)算機(jī)就無(wú)法繞開(kāi)D-Wave公司，這家公司推出了第一代量子計(jì)算機(jī)D-Wave One，聲稱(chēng)是世界上第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)，這使它迅速獲得全世界的關(guān)注和懷疑。物理學(xué)家們質(zhì)疑它的工作過(guò)程是否真的涉及量子過(guò)程，同時(shí)又質(zhì)疑它的運(yùn)算速度相比于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是否真的具有優(yōu)勢(shì)。

在質(zhì)疑聲中，美國(guó)的科技巨頭Google公司在2013年采購(gòu)了一臺(tái)D-Wave量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行研究。實(shí)際上，Google公司從2009年起就與D-Wave公司合作開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)。在2014年，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的物理學(xué)家馬蒂斯·特羅埃爾（Matthias Troyer）對(duì)這臺(tái)機(jī)器進(jìn)行了研究，他在報(bào)告中指出，相比于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度并沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)。但到了2015年，Google公司使用這臺(tái)D-Wave與一臺(tái)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在“最優(yōu)化”問(wèn)題上進(jìn)行比較，Google公司人工智能實(shí)驗(yàn)室主任哈姆特·奈文（Hartmut Neven）聲明，他有切實(shí)的證據(jù)表明D-Wave在計(jì)算過(guò)程中確實(shí)有量子過(guò)程參與，并且它的計(jì)算速度比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)“快了1億倍”。這個(gè)結(jié)果對(duì)于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)或許有失公允，因?yàn)槟壳癉-Wave還不能和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣完成“通用”的任務(wù)，它只能進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)如果使用其他的算法速度有可能會(huì)更快。但無(wú)論如何這個(gè)結(jié)果都算是對(duì)于量子計(jì)算機(jī)研究者的一劑強(qiáng)心針。馬蒂斯·特羅埃爾在研究過(guò)后也表示，“Google的結(jié)果顯示D-Wave在處理一些精心選擇的問(wèn)題時(shí)（相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)）擁有巨大的優(yōu)勢(shì)”。

Google不僅是D-Wave至今為止最大的主顧，也是它潛在的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。D-Wave量子計(jì)算機(jī)的“量子退火”算法在機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用前景，自然會(huì)吸引到Google的關(guān)注。在購(gòu)買(mǎi)了D-Wave的同時(shí)，Google也成立了自己的量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校著名的量子物理學(xué)家約翰·馬提尼斯（John Martinis）和他研究團(tuán)隊(duì)的20名成員在2014年9月加入Google的量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)——在過(guò)去幾年的時(shí)間里，約翰·馬提尼斯的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)把量子比特的持續(xù)時(shí)間提高了上萬(wàn)倍，這說(shuō)明Google絕不愿意只成為量子計(jì)算機(jī)的消費(fèi)者，同樣他們也不會(huì)滿(mǎn)足于只能進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)，他們要研制自己的通用量子計(jì)算機(jī)。

隨著Google、IBM、微軟等幾家科技巨頭和一些大學(xué)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的加入，量子計(jì)算的前景正在逐漸明朗，現(xiàn)在物理學(xué)家們已經(jīng)可以使量子比特的狀態(tài)維持到數(shù)分鐘，量子計(jì)算也具有了糾錯(cuò)功能，更不容易受到外界的干擾。荷蘭代爾夫特科技大學(xué)（Delft Technology University）的物理學(xué)家羅納德·漢森（Ronald Hanson）在2014年表示，花費(fèi)10年左右的時(shí)間，他將制造出通用量子計(jì)算機(jī)的雛形。

人們估計(jì)Google的第一款量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)是在D-Wave的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的某種功能單一的量子計(jì)算機(jī)，IBM公司也在2015年初展示了他們研制的第一款量子計(jì)算芯片，而更多財(cái)力有限的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室則希望緩慢穩(wěn)妥地研究通用型量子計(jì)算機(jī)——使用量子邏輯門(mén)的通用型計(jì)算機(jī)將可以完成更多的工作。

對(duì)量子計(jì)算機(jī)持悲觀態(tài)度的人會(huì)說(shuō)D-Wave并不能算是真正的量子計(jì)算機(jī)，而真正如家用電腦一樣的通用量子計(jì)算機(jī)目前看來(lái)還遙遙無(wú)期；對(duì)量子計(jì)算機(jī)持樂(lè)觀態(tài)度的人則會(huì)把電子計(jì)算機(jī)研究的初期形態(tài)與現(xiàn)在的D-Wave進(jìn)行對(duì)比，表達(dá)對(duì)于量子計(jì)算未來(lái)的信心。量子計(jì)算涉及量子過(guò)程的本質(zhì)，在真正實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算之前，人類(lèi)也許需要對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)有更深入的理解，并耐心地容忍看起來(lái)無(wú)止境的失敗。

兩個(gè)理論的結(jié)合

為什么要追求統(tǒng)一？理論物理學(xué)家，2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主弗蘭克·維爾澤克（Frank Wilczek）給出的理由是，因?yàn)檫@很美。在物理學(xué)中發(fā)現(xiàn)事物深層次的規(guī)律，找到其中所蘊(yùn)含的統(tǒng)一規(guī)律，是一個(gè)充滿(mǎn)著奇跡和美感的歷程。

在20世紀(jì)初幾乎同時(shí)出現(xiàn)的兩個(gè)物理學(xué)理論，量子力學(xué)和廣義相對(duì)論，至今仍然存在著不可彌合的矛盾。這種矛盾是如此的深刻，以至于物理學(xué)家在處理一個(gè)問(wèn)題時(shí)，需要根據(jù)問(wèn)題的尺度來(lái)選擇所需要的理論——量子力學(xué)描述的是人們?nèi)粘Ｉ钪袩o(wú)法接觸到的微觀領(lǐng)域，在納米級(jí)以下的微觀世界里，粒子開(kāi)始顯出光怪陸離的性質(zhì)，一個(gè)粒子可能同時(shí)處于幾種狀態(tài)之中，至于人類(lèi)會(huì)觀測(cè)到其中的哪一種狀態(tài)，則完全是一個(gè)概率問(wèn)題。一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量也無(wú)法被同時(shí)測(cè)量，這就是制約著量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理。

人類(lèi)的生活常識(shí)在量子領(lǐng)域完全被顛覆，而另一方面，在更為廣大的尺度下，當(dāng)我們觀察和思考日月星辰的運(yùn)轉(zhuǎn)，我們的生活常識(shí)同樣沒(méi)有用處。人類(lèi)習(xí)以為常的光線會(huì)因?yàn)橐?chǎng)而彎曲，而迅捷的光速在宇宙的尺度下顯得步履蹣跚……星系、黑洞，這些宇宙中既詭異又宏大的對(duì)象都要受到廣義相對(duì)論的制約。

包含了目前所有已知基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型，描述了自然界的三種基本相互作用，強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁相互作用，卻把最弱的引力相互作用排斥在外，留給廣義相對(duì)論，這個(gè)模型因此被稱(chēng)為“幾乎包含了一切”（當(dāng)然在這個(gè)模型中也不包含宇宙中更加神秘的暗物質(zhì)和暗能量）。

上個(gè)世紀(jì)初的物理學(xué)家們沒(méi)有想到這兩個(gè)理論是如此的難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。有歷史學(xué)家認(rèn)為，愛(ài)因斯坦之所以在發(fā)表狹義相對(duì)論之后用了10年才發(fā)表了廣義相對(duì)論，就是因?yàn)樵诖似陂g他花費(fèi)了好幾年的時(shí)間試圖解開(kāi)量子力學(xué)之謎，后來(lái)也只能無(wú)奈地留下了一句：“我花在量子力學(xué)上面的時(shí)間比花在相對(duì)論上的時(shí)間還要多。”而在他完成了廣義相對(duì)論之后，他把自己的整個(gè)后半生都用在發(fā)展出一種可以包含廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的“統(tǒng)一場(chǎng)論”上面，結(jié)果又是無(wú)奈的失敗，以至于他的傳記作家評(píng)論說(shuō)：“愛(ài)因斯坦即使把他的下半生都用來(lái)釣魚(yú)，物理學(xué)也不會(huì)損失些什么?！?

在量子世界里，被顛覆的不僅僅是人類(lèi)生活的常識(shí)，甚至包括因果律，這讓愛(ài)因斯坦尤其不能接受，他說(shuō)：“上帝不是在擲骰子?！边@句話(huà)目前看來(lái)大有可商榷的余地，在微觀領(lǐng)域，上帝可能確實(shí)是一個(gè)骰子玩家。在微觀領(lǐng)域和宏觀領(lǐng)域里，是否存在著兩個(gè)上帝？無(wú)論是量子力學(xué)還是廣義相對(duì)論，當(dāng)我們回歸到日常生活的尺度下，這兩個(gè)理論都會(huì)簡(jiǎn)化為人們?cè)缫咽煜さ呐ｎD力學(xué)——這個(gè)事實(shí)可能為我們思考自己存在的理由提供出一些線索，在理論上時(shí)空最小的尺度到理論上可觀測(cè)宇宙的最大尺度之間，人類(lèi)日常生活的尺度恰好處在中間的位置，因此，支配我們?nèi)粘Ｉ畹?，是一種可以預(yù)測(cè)的、便于計(jì)算的簡(jiǎn)單力學(xué)。只有當(dāng)我們向更小或是更大的尺度上求索，整個(gè)宇宙的奧秘才向我們展開(kāi)。

物理學(xué)家們急于找到一套可以涵蓋量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的理論，弦理論正是這樣一個(gè)具有包容性的理論。弦理論描述在極小的尺度下，時(shí)空由11個(gè)維度組成，在這個(gè)基礎(chǔ)上，量子力學(xué)和廣義相對(duì)論實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)上的統(tǒng)一。但問(wèn)題在于弦理論并沒(méi)有對(duì)自然現(xiàn)象做出任何預(yù)測(cè)，人類(lèi)也無(wú)法對(duì)于這個(gè)理論進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。這樣數(shù)學(xué)形式上的統(tǒng)一，對(duì)于物理學(xué)究竟有什么樣的指導(dǎo)意義，物理學(xué)家們至今仍然感到迷惑。人類(lèi)在探索物理學(xué)的過(guò)程中感受到了統(tǒng)一和對(duì)稱(chēng)性所帶來(lái)的美感，但當(dāng)把美感來(lái)作為一個(gè)理論成立的證據(jù)，這就難以讓大多數(shù)物理學(xué)家所接受。

人類(lèi)希望從量子力學(xué)或是廣義相對(duì)論的錯(cuò)誤中尋找到新理論的突破口，出于這個(gè)原因，很多物理學(xué)家在當(dāng)年都希望標(biāo)準(zhǔn)模型不會(huì)被完成，這樣人們就不得不對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行修改。但歐洲核子中心（CERN）依然在2012年夏天發(fā)現(xiàn)了完成標(biāo)準(zhǔn)模型的最后一塊拼圖——希格斯玻色子，標(biāo)準(zhǔn)模型正式宣告完成，成為“幾乎包含一切的理論”。至今為止，量子力學(xué)依然保持著100%的準(zhǔn)確性。

在物理學(xué)的另一端，廣義相對(duì)論同樣保持著完全的準(zhǔn)確性，這個(gè)優(yōu)雅古典的理論是宇宙學(xué)家們研究宇宙行為的圣經(jīng)。正是因?yàn)槿绱耍?011年9月，歐洲核子中心的OPERA小組宣布發(fā)現(xiàn)了超光速中微子時(shí)才引起了物理學(xué)家們一片歡呼，突破了狹義相對(duì)論，就意味著打開(kāi)了物理學(xué)的一個(gè)缺口。但在幾個(gè)月之后OPERA小組宣布這個(gè)發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵O(shè)備故障，中微子依然老實(shí)地遵守著相對(duì)論的約束，物理學(xué)家們沮喪的心情也就可想而知。

人類(lèi)花費(fèi)了100年的時(shí)間，發(fā)展出準(zhǔn)確又相互矛盾的量子力學(xué)與廣義相對(duì)論，這兩個(gè)描述極小與極大尺度的理論，究竟什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一？宏觀世界的因果律是否是在微觀世界的測(cè)不準(zhǔn)原理的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生出來(lái)的？廣義相對(duì)論所描述的平滑的時(shí)空，是否具有量子化的微觀構(gòu)造？除了在理論上的探索之外，人類(lèi)也在實(shí)踐中尋求著答案。只有在量子力學(xué)和相對(duì)論同時(shí)起作用的條件下才有可能發(fā)現(xiàn)使之融合的方法。出于這個(gè)原因，人類(lèi)才熱衷于討論黑洞的性質(zhì)，探討在宇宙大爆炸剛剛發(fā)生時(shí)宇宙的狀態(tài)。

人類(lèi)所需要的究竟是某個(gè)天才在某一天的靈光乍現(xiàn)，還是如同在中世紀(jì)建造大教堂一般，需要無(wú)數(shù)人幾百年的努力才能逐漸完成？弦理論究竟是引導(dǎo)人類(lèi)走向大統(tǒng)一的理論，還是一個(gè)數(shù)學(xué)家搭建的幻影？這個(gè)理論所描述的尺度是目前人類(lèi)最強(qiáng)有力的粒子對(duì)撞機(jī)所能探索尺度的一千萬(wàn)億分之一，要想對(duì)于這樣的尺度進(jìn)行檢驗(yàn)，人類(lèi)需要建造一個(gè)有銀河系大小的粒子對(duì)撞機(jī)，這顯然無(wú)法完成，這些問(wèn)題目前也都沒(méi)有答案。

時(shí)間的本質(zhì)是什么？存在的本質(zhì)又是什么？這些看上去形而上學(xué)的問(wèn)題也許正是一個(gè)大統(tǒng)一理論所給能解答的。人類(lèi)熱衷于尋找一個(gè)大統(tǒng)一理論，盡管并不知道這個(gè)理論是否存在，可以肯定的是，在尋找大統(tǒng)一的路途上，人類(lèi)對(duì)于自然界各個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)都會(huì)更加深刻，或許這就是尋求大統(tǒng)一理論最重要的意義。

2015年6月25日，兩個(gè)孩子在倫敦?cái)z政街上和“Meccanoid G15 KS”拼裝變形機(jī)器一起玩耍。這款機(jī)器人是倫敦哈姆雷斯玩具店公布的圣誕熱門(mén)玩具之一

1.電腦繪制的美國(guó)航空航天局開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡

2.位于美國(guó)路易斯安那州利文斯頓縣的激光干涉引力波天文臺(tái)

3.美國(guó)航空航天局發(fā)布的“Kepler186f”行星藝術(shù)概念圖

如果說(shuō)人類(lèi)在20世紀(jì)發(fā)展出的全新的現(xiàn)代文明起源于開(kāi)爾文男爵的兩朵烏云，那么在21世紀(jì)，人類(lèi)文明的走向則取決于這兩朵烏云何時(shí)能夠合并，并催生出一場(chǎng)更加摧枯拉朽的暴雨。

美國(guó)物理學(xué)家恩里克·費(fèi)米在粒子回旋加速器控制室（攝于20世紀(jì)50年代）

尋找地球之外的生命訊號(hào)，乃至地外文明，固然是漫長(zhǎng)且孤獨(dú)的任務(wù)，但人類(lèi)所面對(duì)的最大的謎團(tuán)仍然是其自身。不回答這些問(wèn)題，我們就無(wú)法真正地了解自己，也很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的人工智能。

澳大利亞帕克斯天文臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡

普通計(jì)算機(jī)中一個(gè)比特（bit）只能是“0”或“1”兩個(gè)值其中之一

但是量子比特（qubit）卻可以同時(shí)擁有“0”和“1”這兩個(gè)狀態(tài)

有切實(shí)的證據(jù)表明D-Wave在計(jì)算過(guò)程中確實(shí)有量子過(guò)程參與，并且它的計(jì)算速度比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)“快了1億倍”。

D-Wave 2X

量子計(jì)算機(jī)

希格斯玻色子概念圖