沈志勋首先回顾了狭义相对论和广义相对论，并针对当下物理学的几大研究领域谈了自己的看法。在他看来，物理学有几个大的极限，一个极限是非常大尺度的，像宇宙这样的东西。另外一个极限是宇宙当中最基本的粒子，还有一个极限是把很多东西放在一起所展现出来特殊的效果。

 

　　他还谈到了光纤通讯的重要性，互联网把世界连在一起，但如果没有光纤通讯，这一切将不会存在。(徐利)

 

　　以下为沈志勋的演讲全文：

 

　　谢谢大家给这样一个机会跟大家交流，我们今天在这里是回顾爱因斯坦1905年和1915年的狭义相对论和广义相对论，1905和1917年爱因斯坦发表了两篇非常重要的工作，就是人们对光的认识提高了一个新的高度。我想今天给大家介绍一下这件事。

 

　　物理学有几个大的极限，物理学的一个极限是非常大尺度的，像宇宙这样的东西。物理学另外一个极限是宇宙当中最基本的粒子，物理学还有一个极限是把很多东西放在一起所展现出来特殊的效果。这个是集体的效应，超导，就是这么一个现象。

 

　　物理学还有一个领域是光，大家知道光的速度非常快，速度的上限。人类对光的认知是有非常久远的历史，光是人类认知世界一个最重要的手段之一。从远古，几乎所有的文明都在猜测光，古希腊对于光的本质有过很多很多的猜想。但是光作为一个科学，光的本质的认识，大概在五百年以前，是牛顿在(盖森地音)的基础上发展的，认为光是一种粒子，有折射和反射，大家在中学或者是大学物理里面所谓学到的牛顿光学或者是几何光学。

 

　　但是过了一个世纪以后有这么一个重要的试验，在托马斯杨做了这么一个非常重要光的试验，所以颠覆了牛顿的光的粒子论。这个试验是怎么样的呢？作为一个先让光通过一个缝，在缝隙的板后面再加了一个双缝，如果说光是一个粒子的话，直接打过去，就不一定能够过去。但是如果光是光波的话就可以绕过去，而且通过两个缝绕过去以后，会形成一个条纹，这就是托马斯做的试验的一张照片，看到一条一条的条文。这个试验毫无疑义的光建立一个波，又了五十年，电磁的建立，在法拉第的基础上(卖力维音)建立的迈斯方程，从一个最基本的电磁学的数据中，我们可以得到光的和电磁波的速度测出来是一样的，这是为什么我们第一次感觉到了光是电磁波的一种。

 

　　今天大家知道电磁波有非常广的，从广播，从我们微信的微波，一直到X光都是电磁波的不同波段，可见光是当中非常少的一段。由于这几个试验和脉磁理论的建议，大家基本上认为光作为电磁波是毫无异议的。到了1902年，飞利浦在赫兹验基础上做了一个这样的试验，把光在真空光里面打入光以后打入电子，用一个非常简单的(英文)来测出光的能量，惊奇的发现光的能量和光的强度是毫无关系的，而且跟他的频率有关。这个试验结果是没有办法用光的光波性质来解释的，那个时候我们不知道物质有波力二向性，这是物理学希望里面一个非常大的问题！就是光电效应。

 

　　1905年，也就是同一年，爱因斯坦还在这个瑞士专利局做小职员的时候，除了写了一篇著名的狭义相对论以外也写了一篇光电效应，第一次提出来光是一个粒子，就是光的亮子这样一个概念。爱因斯坦的这个概念可能是他所有的工作中最有争议的一个工作之一，自己在晚年当中，因为大家对光作为一个光波的概念的深入是已经接受得这么深入，重新提出来作为一个粒子，实际上对爱因斯坦在当时的声誉影响非常大。所以在八年之后，也就是说爱因斯坦这篇文章是1905年，在1913年，弗兰克因为担心爱因斯坦由于光电效应影响他的声誉，选不上布鲁兹科学院的院士，今天我们回过头来看爱因斯坦选不上院士是非常可笑的一件事，所以爱因斯坦对近代物理所有的问题都做出了贡献，在思考上的偶然事务，比如说光的量子论是可以原谅的，因为在最严谨的科学中提出崭新的概念也是可以带来风险的。为什么科学史上这么重要，还是有两点，第一个是弗兰克第一次提出了量子力学的概念，另外他也是爱因斯坦的伯乐，他第一次发现了年轻的爱因斯坦，并且提携了他，可以想一下这封信在弗兰克，都不相信光的量子论，可以想见这个争议这多么大，爱因斯坦是正确的，1961年授予爱因斯坦诺贝尔奖金的时候，他对理论物理的贡献，尤其是对光电效应的原理解释获得了诺贝尔奖品。

 

　　等于人类对光的认知中提高了一个更高的高度，当然到了1921年对光的二向性是完全接受了那个时候。并不是一个像早期的时候，觉得只是在牛顿的基础上，回到牛顿，而是在更高层次上。

 

　　光的量子认知，刚刚讲1905年狭义相对论，1915年广义相对论，这是1905年爱因斯坦提出光电效应，光的量子，1917年这是一篇著名的文章，就是所谓的受激辐射，他说如果我把光子打到一个材料里面可以引诱出很多的光子的发射，而且这些所有的其他的光子发射的工作是完全一致的，有一个协同的效应。这就是今天所谓的激光，激光之所以跟一般的光不一样，是因为激光当中的每一个光子都是互相协作的，这就是物理上所说的相当性，这是1917年，为后来的激光的发现奠定了理论的基础。

 

　　所以，人类对光电的认识认知改变了我们的生活，我们今天讲到了很多的互联网，世界连在一起，如果没有光纤通讯，我想是很难做到的。将来有一天看到很多的科研是量子信息，或者是说量子计算，将来有一天也许光在这里给我们带来了下一步。

 

　　而今天我们可以享受由太阳能、光的量子给我们的清洁能源。走向未来是不是哪一天可以用激光作为科研来研究核聚变的一个最重要的手段之一，是不是真正的能够在地球上找出可控的人造太阳，大家都知道我们人类的能量都是从太阳来的，太阳就是一个核聚变的一个过程。

 

　　激光制造，光电量子的概念。左边这张图是半导体的一些测试，右边是激光切割。我想激光在制造业变得越来越重要。

 

　　还有就是激光医疗，激光再医疗上用得越来越多一个常见的一种手术，就是近视眼的修正这些都是用激光做的。激光还在照明和娱乐，你看今天这样一个光场，如果没有现代光学，也是不可能的。这就讲到了这些是LED的照明这些。

 

　　那么，将来我想我们也许并不一定知道具体哪一天的时间，但是我很多人会相信在不远的将来，这个虚拟世界，这件事会越来越多。那么我们可以产生一个超越时空的这样一个人生经历，我们讲百年，今后的一百年非常有可能人类登上火星的，也许当人类登上火星那天，大家有可能是同时通过一个虚拟的过程，同时可以体验我们人类走向宇宙跨出的历史性的一步。

 

　　不仅仅是应用的事情，人类对光的量子认知的话，也提供了非常重要的科学研究手段，由光电效应所衍生的广电能谱，对物理学，尤其是凝聚态物理学、化学、材料科学都有深刻的影响，我们凝聚态物理学来作为一个例子的话。在所有的量子材料，光都起了非常重要的作用。

 

　　比如说高温超导和界面超导，比如说半导体，比如说拓扑材料，比如说奇异的碳材料，碳60等等，比如说电和密度波，机制材料，还有稀土，这几乎包括凝聚在物理量子材料的几乎所有的题目。光电效应所衍生的光电能谱提供了最核心的信息，拿我们自己的例子的话，光电能谱对高温超导的对抗性产生了很大的影响。就是说我们在20几年前就是用光电效应看出来高温超导的对称性和普通的超导不一样，是一个低波配对的这样一个对称性的原理。过去十年，我们又可以用光电效应对高温超导的电子相图，这样一个相图是用其他的手段非常难做的。但是由于这样一个电子能谱以后，你可以对这个材料有一个非常深刻的这样一个了解。这个手段一来是可以做很多的事情，由于光电效应对理论和试验都有非常高的要求，所以也是一个培养人才和训练人的一个非常好的手段，从我自己的体会中看我自己过去这二十年带的学生的话，回过头来看，现在虽然受了训练，是在光电效应，但是他们走的领域，后来做的工作，都是非常广阔的，这是我自己带的这些学生这几十年做的一些工作。

 

　　如果我再回过头来看，实际上他们做的这个领域的话，是非常的宽的。所以说这也是一个非常好的一个训练的方法。

 

　　所以我最后再回顾一下我们刚刚爱因斯坦做了非常多的，非常重要的工作。我们知道这个狭义相对论，广义相对论，也几乎是同时对人类的光的认知，也是1905年，1917年提出了这个深刻的，而且真正影响了人类文明的进程。那么，回顾一下的话，就是说光电效应所衍生的对光的量子认知，将人类对光的认识提高到了一个崭新的高度。为量子论的建立提供了一个重要的基石，光电效应，黑体辐射，这是量子力学建立最早期的基石，为现代的激光的发明奠定了理论的基础。

 

　　量子力学和激光催生了现代电子学和光学通讯，促成了信息革命，在一定意义上来说从根本上改变了人类的生活。今天，光的量子认知依然现代发现和创新的源泉，从基础科学到先材料，新能源，从照明到娱乐，从光的同学到量子计算，从激光制造到光医学，从穿息城乡到虚拟世界，这依然是一个非常期待的领域，我们看到的是冰山一角，谢谢大家。