丁洪：中國一直缺乏的是真正的科學精神

未來的世界，是科技在改變生活；未來的中國，科技在重塑增長。

2017年伊始，未來論壇聯合網易科技，獨家專訪人工智慧、生命科學、物理學、天文學、化學等領域最頂尖的華人科學家，傾聽他們對未來的預言。在這些預言的背後，他們憑藉著自己的深厚學識，發出對人類未來的期盼之聲。

本期，我們對話中科院物理所研究員、北京凝聚態國家實驗室首席科學家丁洪。

他是誰

他是國家首批「千人計劃」的入選者；他是美國物理界第一位全職回國的正教授；他帶著三個夢想，夢之線、夢之環、夢中心回國；2015年他帶領著團隊首次發現了具有左旋和右旋兩種不同「手性」的電子態——外爾費米子，這一「幽靈粒子」的存在；他還是未來科學大獎科學家委員會輪值主席；他曾經說過，做科研不能局限在自己的一畝三分地，要進行跨領域合作，他就是中科院物理研究所研究員丁洪。

他的預言

1、超導體和拓撲材料，這兩種材料在一定的條件下，會打破歐姆定律的「魔咒」，從而延展摩爾定律；

2、量子計算機的實現，可以實現傳統計算機不可能做的計算，將帶來革命性的變革；

3、系外生命的發現，未來這十年之內有可能實現；

4、人工智慧將在很大程度上改變人類社會；

5、人類未來有可能實現長生不老，這是一個看得見的目標。

我們太陽系外是否有生命體存在？什麼時候人類就可以接觸到系外生命？暗物質、暗能量的發現到底對人類會產生怎樣的影響？萬有引力和愛因斯坦的相對論是否能完全解釋宇宙行星的運轉？計算機技術已經發展到了瓶頸？摩爾定律已不再適用？帶著這些問題，我們採訪了中科院物理研究所研究員丁洪。

丁洪教授目前正在關注物理學的兩個方向：一個是超導體和拓撲材料，在一定條件下，這兩個材料將會打破歐姆定律的「魔咒」，從而延展摩爾定律；而另一個關注點是量子計算，目前中國在量子計算方面還相對落後，反而是量子通訊因為潘建偉教授的貢獻，使得中國在這一領域處於領先地位。

如果要從廣義物理學來看，丁洪教授還在關注天文學的發展，尤其是暗物質、暗能量的發現以及大型望遠鏡的發展，他認為人類可能在未來十年發現系外生命。對於科學的研究，丁洪教授還主張進行跨界研究，而不是局限在自己的一畝三分地。

但對中國的教育現狀，丁洪教授表示了不滿。他認為，中國的教育說到底還是應試教育。考試本應該是檢測學習好壞的一個手段，而不應該是目的，目前的應試教育完全顛倒了手段與目的。

打破歐姆定律的「魔咒」

可以簡單介紹一下您目前著手研究的內容是哪些，您比較關注的研究熱點方向有哪些？

我現在做的是研究固體物理，以前研究比較多的是高溫超導體，就是超導現象能在比絕對零度（－273攝氏度）高很多的溫度下實現，目前包括銅基高溫超導體和鐵基高溫超導體。我主要是做這方面的機理研究，具體是用光電子能譜來做實驗，就是將紫外到X射線的光打進去超導體，把電子打出來，分析電子在材料中的屬性，研究電子為什麼會配對而產生超導。

我前二十多年基本都是做超導方面的研究。近幾年開始做拓撲材料方面的研究，包括拓撲絕緣體和拓撲半金屬。去年我們發現了外爾費米子，今年我們又發現了一種具有三重簡併態的新費米子。人們知道狄拉克費米子具有四重簡併態，外爾費米子具有兩重簡併態，就是把一個四重簡併態分裂成兩支兩重簡併態。我們宇宙中只有四重簡併態和兩重簡併態的費米子。但在「固體宇宙」中，也就是固體材料中，是有可能產生三重簡併態的新型費米子。這是我們最新發現的一個重要成果。

我目前關注的熱點和方向，一個很重要的就是量子計算。量子計算現在是一個很熱的研究領域。量子計算事實上和超導和拓撲都可以相關，它可以用超導材料來實現，也可以用拓撲材料來實現。

您覺得在未來五到十年，在方向上會有一些重大的突破嗎，或者說是相關領域會有一些革命性的變化出現嗎？

我覺得應該是會，主要從兩方面：第一個就是從我們現在研究的超導材料和拓撲材料，這兩種材料在一定的條件下，會打破所謂的歐姆定律的「魔咒」。歐姆定律是電壓=電流×電阻，有電阻，就會產生熱，發熱是個很大的問題，特別是對計算機晶元，摩爾定律現在被阻住，就是因為歐姆定律的約束，當然這裡有量子隧穿效應。真正能打破歐姆定律的「魔咒」，一個很重要的方法是利用超導材料，應該超導材料的電阻為零，絕對為零，也就不發熱了。另外，一些拓撲材料的邊緣態也可以使電阻非常小，甚至使電阻為零，這個也可以打破歐姆定律的「魔咒」。如果我們能在更高溫度，甚至在室溫情況下實現零電阻的話，那自然是革命性的變革。這就是室溫超導，或在室溫下面實現零電阻的拓撲邊緣態。這就像電影《阿凡達》里的山會浮起來，其根本原理就是室溫超導， 在那個具有強磁場的星球上就會懸浮起來。

第二個就是我前面所說的量子計算。量子計算如果能實用的話將是革命性的。有些事情太複雜，連超級計算機是算不出來的。比如說破譯密碼，你只要足夠複雜的，現在的計算機就無能為力了。因為它利用了素數相乘和因式分解的不對稱性。這個不對稱性是怎麼來的？就是人們把兩個大的素數做乘法是非常容易的，但乘起來之後，因式分解就很難了。密碼學就是利用了這個不對稱性。加密把這兩個數字乘起來，就很容易，破密是倒過來的，就是把這個大數分解。它足夠大了，計算機也做不出來。但量子計算機是可以把它解決的，它可以把它變成相對對稱。

所以有量子計算機之後，破譯密碼就變得很容易了。但是還有一些很複雜的，比如天氣的預測這種很複雜的計算，用普通的計算機也是計算量太大，所以量子計算機的實現，就會使一些以前做不了的事情做得了，這就是革命性的變革。所以我對量子計算機是比較看好的。

量子計算機近年來進步非常快，可能之後十年內會產生大的突破。現在最積極在這方面探索的是像Google、Microsoft、IBM這類公司，它們一定是看到了其商業前景。

第三個是隨著天文望遠鏡的發展，人們就會發現越來越多的行星，甚至會發現跟地球非常相似的行星，發現帶有大氣，帶有水，帶有高分子的行星，最後發現生命。就是系外生命的發現，在未來這十年內是有可能的。

如果再擴展，從物理擴展開來的，還有計算機層面的AI，人工智慧，它會在很大程度上改變人類社會。人之所以在這幾千年有幾個呈加速度的發展階段，第一階段是因為人有語言，通過語言交流，從一個腦子變成很多腦子。第二階段就是通過互聯網，使整個地球變得像一個大腦。第三階段是什麼？就是不靠人的腦子，而是靠機器的腦子，就是機器開始學習，機器開始創造知識。

還有一個我覺得非常重要的，就是在生物醫學和生物技術。我相信在不久的未來人們可以大大延長壽命甚至長生不老。目前生物醫學和生物技術在基因層面和分子層面快速發展，正在加速度地攻克疾病，延長壽命，並且能從本質上來調控生命，甚至有可能實現長生不老。這是一個看得見的目標。

領域的邊緣與跨界

量子計算為例，您覺得中國的物理學研究領域，國外相比，它的發展還有定位是怎樣的？

因為物理學很多情況下是要靠技術，就是這些精密測量。在這裡最好的一個例子就是引力波。美國做引力波成功，完全是它的技術好，精密測量好。很現在科學是很多靠技術。如果這個技術是商用的，你可以買得到的，那隻要有錢，大家都是一樣的。如果不能買得到，那就得自己做，你做不出來，人家做得出來他就領先了。

所以這方面我們有差距。另外我們做固體物理學，很依賴於樣品的生長，生長樣品中國人很厲害，就像中國人會炒菜似的，這方面即勤奮又有天賦。我們在固體物理學是有優勢的，因為我們有更多的人會長樣品，在國外會長樣品的很大部分也是華人。這樣華人之間好溝通好合作。

但是我們經常在技術，特別在核心技術上是沒優勢。因為技術活兒經常要沉澱， 要大投入，要合作，這個中國就做不好。中國集成創新是做的非常好，高鐵也能做，但核心技術做不好，沒有人靜下心來去做，所以中國不會去做這個晶元，也不會去做高鐵的核心技術。最根本的原因是做核心技術的投入和產出在中國是不對稱，在美國是對稱的。因為它有知識產權保護，一個專利出來，一個新葯出來，可以賺很多錢，在中國是不可能的。你做好了，別人就抄走了。那誰會去做嘛，都等著抄別人的。這個註定中國核心技術一定是做不好，除非你做軍事，你沒辦法，別人給你封鎖，沒的抄了，那你只能自己做。你有的抄，那誰肯投錢做這個事情？不可能的。所以中國只要知識產權不保護，那就沒人願意做核心技術，都是做集成創新和模式創新。

您覺得跨界合作會不會在這方面有一定的推動作用？

我覺得跨界非常重要，為什麼？因為剛開始做科研立足是要做深，就像打井要深，你才能做好。但是打得深後最好是要廣。像物理做了這麼多年，該打的井都打了。只有領域的邊緣是經常別人沒做的。舉個例子，就是最開始人們發現放射性，是物理學家弄出來的。後來物理化學學家和考古學家、醫學家交流，覺得放射性還可以來測生物化石年齡，可以用來治療腫瘤。這就是跨界的作用。往往在學科的交叉點，容易有些新的突破， 所以跨界是非常重要的。

還有一個重要的跨界就是希望企業界、投資界真正對科學重視，這樣的話它會有助於前沿科學快速發展，或者前沿科學的快速轉化，這是一個非常好的事情。有很多例子，無論從計算機，還是AI的發展，科學界和產業界幾乎是平行發展。比如Google會去挖做計算機的教授來做企業，它挖來是做科研的，但是科研馬上能轉化成產品。目前生物醫學也是一樣的，很多前沿的醫學成果馬上就能轉化出來，這包括我們這次未來科學大獎的獲得者盧煜明的成果。

現在科學做起來，應該是個好事情，這對中國來說特別重要，因為中國是已經從一個民工時代，轉換成一個工程師和科學家時代，因為中國的民工不再有優勢，不再便宜，現在應更多地靠工程師和科學家來發展。

這就是我們為什麼要做未來論壇的原因

你對這方面的人才培養怎麼看，比如說現在物理方面的教育，中國當下的教育狀態？

我對中國的當下的教育狀態並不太滿意。中國的教育本質說到底就是應試教育，其實考試本身是作為一個來檢測你學得好壞的一個手段，而不是目的。本來學知識不是為了考試，現在在中國幾乎成了學知識都為了考試，至少中小學學是這樣，小升初，初升高，高升大，就看這幾個分數。這個就完全背離了學習的初衷，本末倒置。

但要改變這也是很難改。一改就有人說不公平。我不希望我的孩子走這樣的道路。但是當整個社會都是以考試來衡量你，你就很難讓人擺脫應試教育。甚至連老師、連家長都不想擺脫，你要是說不重視考試，很多家長就不幹。 所以這個是非常大的問題，這不是一時半會兒能解決的。

您有沒有什麼建議，可以在當下這種制度下，激發一下小孩子對科學的興趣；對現在在從事科研的一些年輕人，有沒有一些建議或者是想法？

這個就是我們為什麼做未來論壇的原因，就是要宣傳科學，中國幾千年來科學的理念，科學的精神都是很弱的，我說的科學是現代科學，中國的很多傳統的東西都是似是而非的，比如像中醫理論，也不清楚到底是不是科學，至少不像一個很嚴謹的科學。中國一直缺乏的就是真正科學的精神。

2017年1月15日，首屆未來科學大獎頒獎盛典上，丁洪教授將作為未來科學大獎科學委員會輪值主席與大家見面。科學需要傳播，未來需要成就。許多像丁洪教授這樣的科學家一直在為此努力著。理想從萌芽到結果，或許需要一個漫長的過程，但他們從不曾放棄初心。