如果只能用一個詞描述量子世界，你會選擇哪個詞？ | 科學講壇

2025年8月6日下午，“Q世紀：量子物理百年科普展”開幕式在上海圖書館東館7樓舉行。開幕式期間，一場引人入勝的“科學x藝術”跨界對話在天津美術學院邱志杰院長、中國科學技術大學梁琰教授、中國科學技術大學陳宇翱教授之間展開。三位專家圍繞“量子科學與藝術表達”的主題，探討了科學發現與藝術靈感如何相互激發等問題。本文根據該直播內容整理而成。

主持人：首先感謝三位老師的到來，在我們正式開始“科學x藝術”的對話前，我想先請三位老師分別用一個詞來描述一下自己心中的量子世界。先從陳老師開始，因為陳老師是這個科學領域內的專家。

陳宇翱：我覺得是“起源”吧，如果用一個詞的話，我覺得是整個世界的起源就是量子。

梁琰：我是學化學的哈。我們要學量子力學的，我印象最深的就是ψ，因為我聽不懂 ψ，可能學過量子力學的會知道啊。

陳宇翱：我來替他解釋一下啊，ψ 就是薛定諤的波函數， 科學家隨機的挑選了這個ψ來作為波函數的表達式，然后就這么沿用下來了。

▲薛定諤方程（圖片來源：wikipedia）

邱志杰：我代表人民群眾，比較感性哈。我們對量子力學的感覺大概就是“不靠譜”。它一會兒死，一會兒活，還不讓看；一會兒是波，一會兒是粒子，還跳來跳去，還躍遷。原來的那些穩定的規則全被它給干翻了，所以感覺它特別不靠譜。接觸了量子力學之后，你對各種不靠譜行為的容忍度會高很多，因為那些量子都那么不靠譜。

主持人：所以就有點像是我們說的這個不確定性。那接下來我們把時間維度拉長一點，參考一下我們今天的展覽，回望量子物理百年歷程。邱院長，我們在五樓看到了您做的這個展項，那作為藝術家您是怎么看待量子科學在世界科學技術發展史上的地位和價值？您的技術史地圖上我們看到了有一塊的位置是給了量子物理，那您是怎么考慮它在整體地圖中的位置的？

邱志杰：我覺得它不是偶然的，或者是由于某個天才人物出現才被提出來的，它是物理學界，或者說整個科學界發展到這一步，它就出現了。各方面的知識、各種解釋就聚集起來了。所以我覺得它是科學革命以來，經過物理學家的努力，非常自然而然、水到渠成，不可避免的制造出來的，是不可避免要面對的一個問題。讓歷史重新走一遍，它還是會走到這一步——走到量子問題的出現。而且它對后來的整個科學世界，甚至世界觀都造成天翻地覆的影響。所以我在科技史地圖上，從麥克斯韋到普朗克后有一條線索，就是量子物理的發展線索，一直到最新的工作——陳老師他們的工作，當然我來不及畫進那張圖里面，但是其實相關的工作已經有非常多了。

主持人：所以是一條從始至終貫穿這個科技發展史的道路，然后走到了量子。

邱志杰：畫科技史地圖是很有意思的，我為了畫那張地圖讀了好幾年的書。你就會覺得每件事情都是必然的，就是一個天才人物的出現可能提早了，但是沒有這個人物的話，歷史會選擇另一個人來干這件事。我設計地圖，要找到這種合理性和必然性。所以在設計圖的過程中，把它梳理成河流或者山脈，或者誰是那條跨越河流的橋梁，誰是那個洞穿一條山脈的隧道，這個設計要合理，所以你就得去理解他們互相的因緣關系，有的東西是一個因導致一個果，但是從因到果的過程中需要外面再插進來一個緣。理解了這些關系之后，就會越來越覺得，一代代的科學家前赴后繼去探索真理，整個量子科學是這些科學家的一個集體的作品，每個人都是投身于這件集體創作的創作者，這種感覺在畫科技史地圖的時候會特別明顯。

主持人：請陳老師更多的從物理學的角度來給我們解釋一下，量子力學在整個物理學的地位。您心里認為的它處于的地位是什么樣的？

陳宇翱：我覺得邱老師講得很好，它就是必然的，我們物理本身是對各種現象的總結。其實從最開始的牛頓萬有引力，到物理學碰到了黑體輻射問題，也就是紫外跟紅外不能統一，它的兩個分層不能統一，當時普朗克提出來把輻射量子化才能夠統一，他是以一種破釜沉舟的方式提出來，但當時還是一個對現象的總結，就是說只有用這種方式才能夠來解釋這個現象。所以后來教科文組織把1925 年才定為量子年，其實一直到后來薛定諤寫下第一個薛定諤方程的時候，他才從數學上構建了這樣的一整套的理論，實際上這個還是基于對現象總結，大家發現這個理論還是能夠比較好的來解釋現象。但是還是有很多人質疑，因為它跟現在的世界觀很多東西太不一樣。在微觀世界確實有這樣的一個問題，一個東西你不去看它，你就不知道它在不在，或者它有可能存在這樣的狀態。從1925 年量子力學創建，到哥本哈根學派的構建，也就是比較完善以來，大部分的科學家已經接受了量子力學，在過去 的100 年很好地利用它，包括我們手機里面很多的技術，比如巨磁阻、激光。互聯網也跟量子力學息息相關。可能還有不到 5% 的科學家在質疑，到現在為止量子力學和相對論其實還沒有統一，再往后還是需要進一步的發展。所以未來可能會就像邱老師講的，需要一個天才來更進一步地統一，或有一個新的理論來統一。我也不知道是什么時候，能不能統一，但這是個必然，偶然中的必然，反正一定會出現。

邱志杰：您是相信會統一的，就像愛因斯坦晚年一直在做統一場論。

陳宇翱：對，我相信肯定會統一，但到底怎么統一現在確實還不清楚。

主持人：還想請問一下梁老師，現在科學和各種學科都不停地出現交叉，其實量子物理也和各種學科都在不停出現交叉，那您覺得未來量子有可能和哪些學科繼續發生更多的交叉？

梁琰：我現在已經不再做真正的科研了，但是從化學的角度，我們是在利用這些物理發現的原理，然后去研究化學的規律，研究這些微觀世界。我覺得細胞里邊很有意思，是不是跟量子的某些方面有一些關聯？生命幾十億年的進化，是不是讓生命也可以在細胞這個層面能去利用量子力學的一些規律，去讓細胞賦予生命的一些特殊的東西。這個方面好像叫量子生物學，我很感興趣，也很關注，從科普的角度很關注，但是我不再做研究，所以我沒有辦法說這里面到底會怎么樣。

陳宇翱：我來補充一下吧。我剛一開始不是說了起源嗎，其實現在各行各業，比如化學專門有一個分類叫量子化學，因為需要去算它的哈密頓量，要算它的狀態，化學反應那些都是可以算的。生物就是剛梁老師講了，量子生物，生命里面到底有沒有量子現象？還有信息學，比如現在摩爾定理已經幾乎走到了極限，芯片已經到 3 納米了，再往下就得考慮量子過程了。因為再往下，當晶體管的尺寸跟原子的尺寸相接近的時候，就得考慮量子隧穿效應，這時候就得考慮量子力學，所以所有領域追本溯源的時候，你一定會不得不去考慮量子過程。所以量子一定會跟各個學科、所有的領域都會有交叉。

主持人：就有點像邱老師剛才說的，藝術其實也是在不停地和各個學科交叉的，生態學、環境學，不光是科學本身，其他的學科也有。那我想再問一下邱老師，如果20 年后真的出現了一個量子藝術博物館，那您覺得最震撼的展項可能會有什么？或者說您期待看到什么樣的展項？

邱志杰：我不知道，而且對這個預測非常危險，連去觀察一個東西它都會變，都是測不準的，何況預測未來就會塑造未來，所以我最好不要講。我想中國藝術界或者全球藝術界沒有任何人能回答您的問題，就是甚至連進行科幻的想象都不敢，因為微觀物理學僅僅從科學的可視化來說，或者從科普來說，量子物理基本上是最難科普的，最難可視化的，也是最難想象的。所以我們可以看到有基于基因編輯的藝術作品，比如說那只熒光兔子；有基于合成生物學的藝術作品；有基于計算機的，人工智能藝術遍地都是；但是你要說有沒有一種量子藝術，我告訴你，藝術界但凡聲稱自己在搞什么量子美學，什么量子藝術的，都是胡扯。我覺得下面那個展板做得挺好的，就是把薛定諤的貓做成漫畫，可是也只能做成漫畫。如果說能做成一件什么藝術作品，精準地把握住了這個量子躍遷的精神，或者用好了量子躍遷，使之產生出一種魅力，反正我是連想都沒敢想出來，更加不敢想象 20 年后就能出現這個級別的作品，以至于我們可以去做一個博物館啊。反正未來怎么樣我覺得不能由我們來預測，而應該由我們來建造，我們來做做試試看，也許明天開始我跟陳老師開始開工。十年以后咱就有了這個博物館，但是也許過 50 年還沒有，因為這是真的是沒辦法去想象這個博物館會長什么樣的。

主持人：我有點理解邱老師的意思了，就是因為本身它就是有很多不確定性在里面的，所以我們并沒有辦法去確定性地去展現它。

邱志杰：就是說它的發展的軌跡，還沒有能夠形成一個明確的勢能，以至于可以去預測下一步它會往哪里走。而且合作也還非常稀少，研究量子物理的科學藝術家非常少，所以我覺得要想象出現一個量子藝術博物館，目前是非常難想象的。

陳宇翱：我接著說一下，因為剛才邱老師說到搞量子藝術的都是胡扯的，我也挺感觸，市面上見到的什么量子水、量子智能的，那些也全是胡扯。另外我講講我自己的期待，我很喜歡姚期智先生在墨子沙龍做的那個報告，說我們人類最神秘的是什么？還是我們的大腦。我們現在的經典計算機去模擬人的大腦，已經產生了人工智能，像DeepSeek，OpenAI , 是對我們很好的一個事情。但是當我們跟做人工智能的聊，他們說這個事情非常好玩：你看你們做量子計算，你懂它的原理，也知道你要干什么，你也知道你怎么做，但是你就是造不出一臺量子計算機。我們呢？原理我們也不知道，它為什么會變成這樣，但是我們就是有這么個機器。但是，如果把這兩個東西結合起來——經典的計算機來模擬的大腦已經產生了，當量子的計算再加進來的時候，我是很期待的，20 年之后我也不知道會產生什么，但我相信這個的最早的原型機一定是值得放到博物館里去的。

梁琰：我幻想一下，從化學的角度，現在化學的合成還是比較粗糙的一種合成，它是把一個分子轉換成另外一個分子，我不知道有沒有可能量子力學發展到一定程度，我們直接用原子作為一個像玩具一樣，像這個樂高的模塊一樣，直接快速地、大量地制造分子。如果說任何人都能創造出來一個分子，那也是會有危險的。因為科技一直都是一個雙刃劍，那未來會怎么樣？

主持人：我們之前就說，其實科學是經常有一種不確定性，也有一種多義性在里面，但是藝術作品本身也是這樣的，就是說一個藝術作品可以有非常多的解讀。那梁老師覺得這種科學的多義性和藝術的不同的理解之間是不是也有著深層的某種聯系？

梁琰：這個方面肯定是邱老師是最有發言權的，因為科學有的時候確實有一個最優解，有一個最好的方式，但是藝術有各種各樣的可能性。

邱志杰：您剛才說科學有多義性，這其實是對科學一個很激進、很新的說法。通常人們認為科學有答案，有最優解，是吧？當然今天大家對科學的認知在發展，我也不是一個典型的藝術家，我特別怕大家引用福樓拜說的那句“科學跟藝術在山底下分手，在山頂上相逢”。我覺得這兩個東西可能從來就沒有分開過，從我的經驗來說，好的藝術家工作的方式跟科學家完全一模一樣。人們對藝術家最大的誤解就是：一，搞藝術需要天才；二，搞藝術需要靈感。職業選手不需要靈感，我們靠平時的訓練，我的靈感就是處在招之即來的狀態。我們的工作方法也是一樣的，要去研究這件事情，研究到一定深度，對它的了解到了超出了俗常，再去做作品。這個工作方法跟科學家完全一樣。我們今天對藝術的誤解是 三百年來由新教所支撐的浪漫主義制造出來的，他們制造出藝術家是聽命于靈感，聽命于內心的激情，然后藝術家變成跟量子一樣不靠譜，經常要躍遷，然后半死不活。所以我想藝術其實也不多義，藝術也有最優解，好的藝術家總是能夠精準地找到那個最優解。

主持人：我們剛才說科學家一般都是擅長做解釋，藝術就是負責把這個解釋更好地去呈現，讓大家能更好地去理解。那從科學科普的角度來講，您覺得科學家跟藝術家應該怎么樣更深入地合作，讓有一些很前沿的知識能更好地進入到大眾的理解范圍里？

邱志杰：我有很多好朋友都是科學家，往往科學家也都非常愛藝術。十幾年前有一篇密歇根大學的論文，比較拿過獎的科學家的藝術愛好，喜歡藝術并且擁有一兩項藝術技能的科學家拿諾獎的比例高于不喜歡藝術的科學家。所以我想這里面有好幾層，一層是藝術家跟科學家的交往，藝術家跟科學家的密切工作，爭取在科技藝術融合的尖端領域做一些事情，既能夠助推藝術水準的提高，也能夠讓科學家更有想象力，對科學本身也有幫助。在科學傳播層面，一方面藝術可以助力科學的可視化、感性化、趣味化、可達性，助力科學的傳播。另一方面在傳播科學的過程中，藝術家能夠找到一種真正的美，來自世界的美，而不是任性地宣泄一下激情，能夠改變藝術家的一種長期以來被浪漫主義誤導的自戀、任性的生活方式。

主持人：所以說科學跟藝術本身應該是有想象力的，互相助推的這樣一個過程，那梁老師是不是也可以分享一下您在做這個科學科普的過程里面的一些感受？

梁琰：首先能有像邱老師這種對于科普有這么高認識的藝術家，真的是值得尊敬的。第二，確實我們也在做很多科普，這么多的經驗告訴我們，其實科學家很擅長做傳播，只是他的傳播的對象是他們的科研圈子里的人，不太了解公眾對于科學是什么樣的需求。但是其實很多藝術家、設計師是很了解的。只要雙方能夠達成共識，我相信會有很多的優秀的作品出來。我也看到很多美院的學生做的東西太雷同了，那為什么不去做一些科普的？尤其對于教育，對于中小學的科學課本，做成像繪本一樣，孩子能不喜歡嗎？從美院畢業的學生，真正進入到科普的很少，如果能搭建這個橋梁其實是非常好的。

邱志杰：他們都被教導要自我表現，但是自我比較狹隘，世界很精彩，這個世界很值得表現。所以藝術學院在錯的理念引導下出現的問題，要建新的學科、新的專業來矯正。

主持人：像剛才老師說的，傳播過程里面，公眾的接受度越來越高的一種方式，就是用藝術做一些可視化，然后配合上科學的準確性，讓這兩者結合，肯定能做得更好。那邱老師覺得這種可視化趨勢代表了什么？對未來的教育會有什么影響？

邱志杰：如果我們正確地認知歷史的話，科技藝術自古有之。從有藝術的那一天開始，藝術就是科技，最早的藝術品包括陶瓷，陶瓷就是今天的高溫超導，陶瓷是高溫條件下的物質的重組，人類造出來的第一種新材料，瓷器它是不是藝術品？它是不是當時最新的科技？所以我們今天認為是藝術品的很多東西，在當年其實是科技產品。所以我愿意說 27, 000 年前的科技藝術是陶瓷、陶器， 8000 年前的科技藝術是青銅器。 1, 500 年前的科技藝術是原始青瓷， 1000 年前的科技藝術是水利鐘表， 500 年前的科技藝術是銅版畫。 200 年前的科技藝術是攝影。 1895 年的科技藝術是電影， 1940 年的科技藝術是電子錄音， 1960 年的科技藝術是錄像藝術，是電視。 1990 年的科技藝術是互聯網藝術。今天的科技藝術是人工智能藝術，是合成生物學藝術，是納米藝術。所以其實藝術跟科技從來就沒有斷過，我愿意說科技藝術自古有之，未來還會不可避免地伴生下去，就是因為藝術跟科學是人類創造力的兩個核心的引擎，這兩個引擎其實是密切工作的，讓我們能夠像一類戰斗機一樣，獲得強勁的能量。

主持人：我還想請問一下梁老師，給科學科普提供一些藝術方面的支持，這個也是您現在在做的事情，那您覺得就是在這種科學美育的層面，怎么讓學生更好地用美去理解，去傳播這個科學的一些概念。

梁琰：這個問題非常好，這跟美育相關，邱老師也在提議說科普即美育。我就分成兩個層面說，第一個是就是從中科大的本科生層面，我們現在跟央美、南藝合作，一起完成一些創作，去表達我們中科大的一些成果，或者是他們對于科學的認知。第二方面是從基礎教育的層面，教育部學科美育的概念就是在任何的學科里，包括數學、語文、英語、科學都要浸潤到美育。我在負責小學科學的教師指導用書的編寫，我們國家也認識到美育的重要性。因為得有美育的支撐，才能讓孩子真正地熱愛這個學科，真正發自內心地喜歡一個學科。我覺得這兩點都特別重要。

陳宇翱：在我看來，一個好的科學家一定要有好的審美，他能知道什么樣的問題才是一個好的科學問題。另外有了好的審美之后，能夠追本溯源地以最簡單的方式表達出來。我還想回顧一下墨子沙龍的歷史。墨子沙龍的起源是來自一場科普報告。那場報告是高能所張雙南老師給我們講 Interstellar，也就是《星際穿越》里面的物理，雖然剛剛邱老師說電影的藝術對科學家幫助不大，但是Interstellar我認為是算是科學和藝術的結合的一個巔峰。Kip Thorne（《星際穿越》科學顧問、制片人）也上過我們墨子沙龍，大家感興趣的可以去看，他做了一個約定，就是說科學上已經有定論的東西，要服從科學。科學上還沒有定論的，允許自由發揮，我覺得這是一個很高的結論。后來我們請張昌亮老師給我們學生做講座，有些同事的孩子聽說了很感興趣，孩子的同學又感興趣。所以那場大概有一小半是上海的中學生來聽，之后都說這個形式很好，能不能堅持下去。然后我們 2016 年開始就靠校友的贊助啟動了墨子沙龍，現在堅持下來也現在也快十年了，希望能夠讓最前沿的科學家給大家來傳播最前沿的科學。其實反過來說，也倒逼科學家要以一個大眾能夠聽得懂的方法去講。我在墨子沙龍做了一場報告以后，我回去以后我寫論文都容易很多，真的是互相促進的，我覺得這是非常重要的。我們需要像梁老師這樣的中間的橋梁，也需要墨子沙龍，有時候我自己不知道報告怎么講，先給我夫人講，她再告訴我說，人話怎么講。就是確實需要科普工作的橋梁，因為一方面的搞科研的可能沒有什么時間，另一方面確實有些時候會沉浸在了自己的世界里面。

邱：張雙南老師他不但自己愛藝術，他還生產藝術理論。一套完整的藝術理論。

陳：對，這是張雙南老師的第一場報告，他后來在墨子沙龍又講了一場報告，專門講了什么叫美，我還記得，就是無缺陷、不常見。大家可以看一下那個報告，我覺得他這個總結的這六個字還是非常的好的，翻墨子沙龍公眾號里面都有啊。

主持人：謝謝三位老師的分享，我沒想到當科學家的思維和藝術家的表達，在我們臺上碰撞出不少精彩的思維火花，像剛才陳老師說的，以后也會有越來越多這樣的活動在我們墨子沙龍舉辦。讓我們延續三位老師對話的余韻，繼續在展品中發現更多的精彩。祝各位觀展愉快，謝謝。

本文轉載自《墨子沙龍》微信公眾號

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