中科院，專業 70 年，敢於下判斷_風聞

人們從未放棄預測未來

大膽下判斷

小到房價股票漲****跌

大到人生命運走向

也有人 動物 因為敢於下判斷而走紅……

比如 2010 年南非世界盃期間

因成功預測了多場世界盃比賽

而聞名的章魚“保羅”

又比如在電子競技圈裏，“敢於下專業的判斷”，卻因在數次大賽前都給出相反預測，江湖人稱“電競毒奶”的著名解説“小色”。

這些事情可能十分巧合，

但一出現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

其實要説真正的東方力量

我們也不是謙虛

中科院作為科研“國家隊”

過去這  70  年裏

判斷這塊還是很專業的

不瞞你説，上面的那個70年

真的是個整數

11 月 1 日 （就是今天）

其實是我們中科院建院 70 週年的紀念日

文章最後給大家準備了一起 happy 的抽獎，千萬別錯過了

天眼

我們給遙遠的星辰下判斷

中國科學院國家天文台

“500米口徑球面射電望遠鏡”（FAST）

這顆“天眼”於 2016 年 9 月 25 日落成啓用

已經發現了數十顆脈衝星

深海

2012 年 6 月 27 日

“蛟龍號”創造了最大下潛 7062 米

中國載人深潛紀錄

標誌着我國載人深潛技術躋身世界先進行列

在那麼深的深海，我們也下判斷

衞星

遙遠的太空，我們還是可以下判斷

暗物質粒子探測衞星“悟空號”

我國首顆微重力科學實驗衞星“實踐十號”

世界首顆量子科學實驗衞星“墨子號”

我國首顆硬X射線調製望遠鏡衞星“慧眼”

我國首顆空間引力波探測技術實驗衞星“太極一號”

等空間科學實驗衞星陸續發射

在相關科學前沿領域實現一系列重大突破

並帶動相關高技術發展

還有太多寫不下的東西

此處要扣一下題

什麼叫專業，這個就叫專業

話説回來

“東方神秘力量”有多強

想必大家心裏都有數（手動狗頭）

其實，在三年前

我們還幹過給“自己給自己下判斷”

自己奶自己

這種事情

有圖為證！

一個很有年代感的利用二次函數擬合而成的關注數曲線（戳圖片即可圍觀）

萬幸的是，這個不是毒奶

其實今年不僅是

中華人民共和國成立 70 週年

中國科學院建院 70 週年

11 月 1 號還是

中科院物理所微信公眾號 5 週年

PLUS 1,000,000 粉絲達成

的重要日子

老朋友應該知道，中科院物理所微信公眾號從第一篇文章發出和大家正式見面到今天，已經走過了五個年頭了。但早在關注量僅有今天 1/5 的三年前，我們就十分精準地預測了公眾號 1,000,000 關注的達成日期。

在五年的時間裏，我們從一個默默無聞的小號，成長為一個擁有百萬關注，在科普領域具有一定影響力的微信公眾號。

這條預測曲線，拍胸脯地講，至少可以給 9 分

雖然這條曲線進不了史冊

……

但喜歡預言和下判斷的

遠不止我們一家

很多著名的物理學家

也敢於下“專業”的判斷

量子世界的大膽預言

Prediction of the Quantum World

1979 年的普林斯頓，愛因斯坦誕辰一百週年的紀念會議正在舉行。在這個紀念偉大隕落的會議上，一個震驚物理學界的新預言正冉冉升起。哥本哈根學派的物理學家約翰·惠勒（John Wheeler）設計構想了巧妙的“延遲實驗”，得出了一個大膽而驚人的推論:“未來可以決定過去”！這個看似瘋狂的實驗背後有着這樣一個故事。

在量子領域內，設想有一個粒子，我們不能知道它處於什麼狀態，因為它的狀態是很多個不確定態的疊加。但當我們用儀器去觀測到粒子時，粒子的狀態就確定了（量子力學中，我們稱之為“波函數塌縮到某個確定態”）。如果我們不想觀察它了，把儀器撤掉，那粒子就會按照科學家計算出來的波函數方程發展，而不處於某種確定的狀態。在我們拿着儀器去測量粒子的狀態之前，它一直處於不確定態，只有被觀測後才塌縮到某個確定態。那麼，難道第一個有意識的生物的出現才使得從創生起至那一剎那的宇宙歷史在一瞬間成為現實？

看不懂沒關係，我們可以設想這麼個例子。假設你是一名英語老師，在一次考試中，你發現自己的學生面對這樣一道題陷入了沉思（看不懂這道題也沒關係，不影響後面理解）：

If you fainted after seeing this question, you are likely suffering from

Pneumonoultramicroscopicsilicovolcanoconiosis

Pseudopseudohypoparathyroidism

Chargoggagoggmanchauggagoggchaubunagungamaugg

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——實際上，他自己也不知道。

這位可憐的同學一會兒決定選B，一會兒又決定選A，正當這時，“叮鈴鈴——”下考了!收卷子的那一刻，他正巧想要選A，於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，這位同學一定會永遠糾結下去——他腦海中想的是A，B，C還是D呢？你永遠無從得知。

讓我們更進一步，你十分勤奮，經常利用自習課給大家補課，因此教出來的同學考試總會得到滿分。然而，在與你爭奪自習課使用權的戰爭中屢屢敗下陣來的物理老師由此心生不滿，決定發動祖傳“惠勒·延遲大法”招式，對你進行詛咒：在任何一次考試中，一旦你放心不下學生，從教室後窗偷偷看他們，那這次考試他們一定會掛科。

一開始你是不信的：我在教室後窗偷看學生，他們又不知道，怎麼會干擾到他們做題呢？可是，你驚恐地發現，這個詛咒彷彿生效了。你是否偷偷觀察學生們竟然真的可以改變他們的成績，彷彿你們可以心靈感應似的！於是你靈機一動：**我先不做決定，等臨下考他們寫完卷子交給監考老師了，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。即使學生們之前每次都考滿分，這次也沒什麼不同，但是因為他們交卷之後你去看了一眼，滿分試卷竟然都變成了錯誤答案……

惠勒設計的“延遲實驗”就可以得到這麼一個神奇的推論——我們的觀測，可以決定之前粒子的運動軌跡。惠勒的實驗裝置如圖所示。光源釋放一光子 A，打在一面鍍着半鍍銀的反射鏡上。那麼光子A可能會隨機“選擇”沿着**紅色路徑（反射）和藍色路徑（直接透過）**出發，或者同時經過兩條路徑（正如經典雙縫干涉實驗中，光子可以同時通過兩條縫隙產生干涉條紋）。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現干涉條紋，證明光子A是通過紅或藍色某一條路徑傳播的。

延遲選擇實驗示意圖。通過一個分光鏡把同一束光分成兩個部分（圖片來自維基百科）

我們現在在靠近光屏的地方放置第四塊鍍着半鍍銀的反射鏡，使光子A先透過它再打在光屏上，光屏上竟然出現了干涉條紋！這説明光子 A 是通過兩條路徑同時傳播的。

延遲選擇實驗示意圖。在放上半反半透鏡以後，屏幕上會出現干涉條紋（圖片來自維基百科）

我們當然可以在粒子實際通過了第一個反射鏡後快要達到光屏時，再臨時決定是否要插入第四塊反射鏡，那麼是否説明，我們可以在光子通過第一個反射鏡後，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驗震驚了整個物理界。

在五年後的1984年，馬里蘭大學的卡洛爾·阿雷（Carroll O Alley）實施了惠勒構想延遲實驗，證實了後者的猜想是正確的：我們何時決定光子是否決定粒子穿過哪個縫隙，對於實驗結果是沒有影響的。用波爾的話來説就是：“任何一種基本量子現象，只在其被記錄後才是一種現象。”

大膽預測中微子

Prediction of Neutrinos

1995 年中微子的發現者將當年的諾貝爾獎收入囊中，而中微子的起源要追溯到距今 100 年前實驗物理學家們發現的一個奇怪的現象，這個實驗現象與當時已有的理論不相符，泡利據此大膽預測了新粒子的存在，這個預測被後來的實驗所驗證，而這個新粒子也就是獲獎的中微子。

中微子的發現來自 19 世紀末 20 世紀初對放射性的研究。眾所周知，在量子世界中，能量的吸收和發射是不連續的。但奇怪的是，1919 年英國物理學家查德威克 (J.Chadwick) 通過實驗測定發現：β衰變中發射的電子能量與原子核的質量損失並不相稱，而且物質在β衰變過程中釋放出的由電子組成的β射線的能譜是連續的，也就是説，β衰變發射出來的電子能量從零到最大值都有分佈，有些電子的能量小於初末態的能量差 [1]。這豈不是表示發生 β 衰變後總能量減少了嗎？

這下物理學家們開始慌了，**這不符合能量守恆定律！**物理學前輩們的棺材板都要壓不住了。那麼丟失的那些能量去哪了呢？又是什麼原因導致了β衰變的連續能譜呢？如果不能解釋這個現象那麼物理學的基石就面臨崩潰，這對物理界乃至整個科學界來説簡直就是一個現實版 2012，這哪個物理學家能頂得住啊。

最早的中微子

為了解釋這一現象，不少物理學家提出假設又被實驗推翻，甚至N·玻爾(Bohr Niels Henrik David)都一度認為，在亞原子粒子問題上，能量可能真的不守恆了，有可能能量守恆只是在統計意義上成立，對每一次衰變並不成立。對，你沒想錯，這裏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恆了，足以看出這個實驗現象有多驚人了。

玻爾的這個看起來有點自欺欺人的解釋顯然不能讓物理學家們滿意，於是在幾年後一個天才般的物理學家站了出來，試圖為這個現象做一個合適的解釋，並讓物理學家們安心，物理學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。在美國物理學會的一次年會上，泡利正式報告了自己的新想法，在會上費米(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。

然後費米基於中微子假説和實驗事實建立了β衰變理論。費米的理論定量地描述了β衰變的連續能譜和半衰期規律。不僅如此，引入中微子還穩住了物理學大廈的另外兩塊基石：“動量守恆”和“角動量守恆”，一種粒子同時解決了三大守恆定律在β衰變中的困境[1,2]。

這些漂亮的預測和理論沒有讓我們失望，20 多年後在實驗中得到了驗證，並因此獲得了諾貝爾獎。不得不説這是個漂亮的預測，沒有隨着時間而黯淡，反而在時間的推移中逐漸煥發光彩。

三種中微子

由“小車”引出的大膽判斷

Prediction from cars

作為一項讓人激動人心的比賽項目，汽車拉力賽可謂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”正在進行之中。

誒，可是我為啥沒聽到引擎的轟鳴聲呢？

因為和傳統的汽車賽不同——這場比賽是在法國圖盧茲大學材料製造和結構研究中心的實驗室中進行的。一羣熱愛科（kai）研(che) 的科學家們聚在一起，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100納米，時限是36小時——畢竟“小車”的車速實在太慢了，每次操作成功也只能前進0.3納米左右，可以説是“真.龜速”前進了ㄟ( ▔, ▔ )ㄏ。

參賽的六輛造型魔幻的“小車”   圖片來自《自然》官網

現今的科學家們之所以能夠“愉快”地聚眾賽車，離不開近十年來納米科學以及相關領域的飛速進展給予的強大的技術手段和紮實的理論支撐。這一切，都可以回溯到幾十年前的一個天才般的預言。

時間推回到半個多世紀以前，儘管原子的概念和一些理論早已經被提出，但是由於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**“痴人説夢”**。因而彼時的所謂納米科學領域還處在近乎一片“荒漠”的狀態。

但是！儘管如此，有一個人敏鋭地預見到了這其中藴含的巨大潛力。

而這個人正是我們的老朋友，著名物理學家、非著名鼓手、開鎖大師，理查德費曼先生。

費曼：沒錯，又是在下

1959年，費曼在加州理工學院的物理年會上發表了一次劃時代的演講 [3]。費曼在這篇標題為 There’s Plenty of Room at the Bottom（底下的空間還大得很）的演講中如是説，“人們和我講，現在可以做出手指指甲大小的電動馬達，但這不算什麼”，他立場堅定且極富啓發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；在此基礎上，我們甚至能夠在微觀尺度上實現對原子的一個一個地操控，進而能夠實現對原子的重新排布——更進一步地，甚至可以進行有計劃地組裝“微型車輛”，“甚至更小的設備”。

這些斷言在當時可謂是天馬行空，然而時間證明了一切——而等待的時間也並不長久。費曼預言的“更好的顯微鏡”首先出現了。1981年Gerd Binnig和Heinrich Rohrer 發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控，科學家真的能夠對原子進行“搬運”，甚至如同有了魔法般把原子在表面上“趕來趕去”——沒有這些，我們開頭所説的“汽車比賽”恐怕還只是停留在科（sai）學（che）家（shou）們的腦海裏。

科學家們在為“納米車賽”做準備  圖片來源：Hubert Raguet

如同費曼在演講中所説的：“更重要的是，這一領域將會催生出海量的技術上的應用。” 近幾十年來，除了操控原子分子之外，費曼在演講中的其他預言現如今也成為了現實：

動手術時能夠把“手術醫生”吞下去將會很有趣

而如今，醫學上已經有納米機器人投入使用

我們甚至能夠將 24 卷《大英百科全書》全部刻寫在大頭針的針尖上

如今我們已經有了微型芯片、有了海量的信息存儲和讀取技術

小編寫這篇文章，以及你饒有興趣地拿着智能手機刷這篇文章時，我們都正在享受着這些技術帶來的巨大便利。

當年費曼的壯麗的預言，如今已經融入到了我們生活的方方面面。而像這樣許許多多的的**“預言”**，還將指引着一代又一代的人們，以極大的熱情投入到對於世界的探索和改造中去。

關於預測，還能説些什麼呢？

One More Thing

自然科學中，仍然存在着很多未加以證明的**“判斷”**:宇宙中那些不遵循哈勃定律的河外星系，茫茫星河中蟲洞和暗物質的存在，大一統理論是否真的存在……

我估計你心裏此時此刻也有**“判斷”**

其它沒啥可説的，小編要去吃蛋糕了~

別問我為啥是這幾個數

* 一篇嚴謹的文章必須要有的參考資料：

[1] 大膽的理論假設　艱難的實驗探索——紀念著名理論物理學家泡利提出中微子假設65週年[J]. 袁孝金.  中學物理教學參考. 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.