在第二届“空间、大气、海洋与环境光学”学术会议（SAME 2024）中，一场题为“未来已来，唯光不变”的报告引发了广大参会学者的广泛讨论。光学作为一门发展历史悠久的“古老学科”，已逐渐深入到各行各业的发展当中，成为联系多门学科交叉的“纽带”。

在科技飞速发展的现代社会，我们该如何认识光学？如何看待“光”在学科交叉中发挥的作用？“海上有光”大咖访谈栏目特别邀请到了中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员孙胜利，由中国科学院上海光学精密机械研究所研究员陈卫标担任主持人，围绕学科交叉以及对“光学”的选择和认知进行深入交流。

以下为文字实录（根据访谈内容有所删减）：

“唯光不变”，光学成为学科交叉的纽带

陈卫标：孙院士您好，感谢您能在百忙之中抽出时间接受 “海上有光”专栏的专访，您的工作符合重大科技前沿，获得了同行们的高度认可；您的研究经历能够勉励我们青年科研工作者攻坚克难，不断向前。作为传感探测领域的重要技术，光学技术在空间、大气、海洋、环境（Space, Atmosphere, Marine and Environment, SAME）等遥感领域发挥了重要的作用，也使得我们国家在这个领域走进了国际的第一方阵，我们也想借SAME 2024会议的契机，针对SAME学科的问题请教您。

我们知道物质与能量相互作用的过程中蕴含了丰富的物理信息，而很多的信息都拥有对应的红外辐射特征，因此红外的探测是非常重要的研究领域。但是对高空遥感来说，地面的红外信号非常微弱，如何实现对这种极弱信号实时探测，是目前科技界一个非常重要的难题。

您作为红外探测领域的重要的领军人物，可否向广大科技工作者简要介绍一下，针对这种复杂环境下的极微弱红外信号的探测，它的意义以及关键难题。

孙胜利：红外这个领域应该说是非常神奇，它有许多值得探讨和研究的问题。刚才您提到的“微弱红外信号的探测”，其本身就是里面最核心的前沿问题。

事实上，对“信息获取”这件事包含两方面的意义：一方面是做记录，另一方面是用来做规律或信息的推演，我从事的工作主要与信息的推演相关。

在做信息推演的过程中，我们最极致的一个追求就是实现“早发现”。当一个事物在它演化的早期时，其释放的信号通常非常微弱，越早期的信号越微弱，但也越有价值，能够为后续的应用提供更长的预测预报的时间。这也是发现和捕获早期微弱信号的价值和意义。

但想要捕获这样一个早期微弱信号还存在很多难点。比如在气象领域，如果在台风形成初期就捕捉到相应的大气特征信号，这对于后续减灾防灾意义非常大；对于已形成的台风，虽然能够记录其完整信息，但已不具备信息推演的意义了。

如今，在微弱光学信号探测领域，人们已经可以实现对上百个乃至数十个光子的探测。但当这些微弱信号与复杂的背景环境混在一起时，我们对这些微弱信号的观测就会面临更多的问题。其中最关键的问题就是：如何把微弱信号从复杂的杂波中把它区分开来。

陈卫标：的确，如果对灾难性的天气能够早预报一天，就能极大降低整个国民经济社会的损失，这也是红外探测领域必须关注的问题。您在第二届SAME大会上为我们带来了题为“未来以来，唯光不变”的报告。这一报告具有丰富深远的意义，我们不难发现：从可见光到不可见光，从超强的激光到超快的光学，实际上人类科技的进步一直伴随着对各种光场的调控能力的提升。希望您就“唯光不变”给我们一些深入的见解。

孙胜利：光学如今在空间、大气、海洋、环境多个学科领域都已生根发芽，无数的光学同行通过前赴后继的努力，将“光”的种子播向了更多的行业，因此我希望能够在SAME2024这一盛会上做一个承前启后的报告。

这个主题的第一层含义是指“光速”是一切物理推演模型中的不变量，“光”或许是我们所在物理世界的根本和基础，“唯光不变”指的就是这样的基础不会变。

那么我的报告主题中“唯光不变”表达的第二层含义就是指：光与物质相互作用是人类获取信息的基础，光学探测是人类推演规律、发现新事物的终极手段。我们回想一下：比如光的微弱信号探测，包括主动被动遥感相结合，在若干年以前真的都像科幻一样，但是现在都来到了我们的面前。那么我们再将目光投向未来，我们该如何从蛛丝马迹中发现极端天气或极端事件的端倪，进行这些探测的终极手段依然无法离开光学技术。

“唯光不变”的第三层含义是指几百年来科学界一个长盛不衰的议题就是对“光的本质”的研究。爱因斯坦就曾提出一个问题，光是波还是粒子，它究竟是什么？如今，我们常常用“波粒二象性”来描述光子，但这样的描述似乎还是不完备的。还有人提出光子是否具有智能？直觉上回答，光子就是一种能量形态，肯定是不具备智能的，但大量光子又会涌现出一些新的特征，这或许暗示着其背后还有更深层次的秘密。总之，人类对光的探索是无止境的。

我在大会上以“唯光不变”为主题做报告，也是希望能抛砖引玉，让大家形成一种探讨，让参会专家学者们能够百花齐放。

陈卫标：我们知道光学本身是一个很古老的学科，我们举办SAME大会也同样是希望将这样一个古老的学科交叉融入到新的领域里、发出新芽。SAME大会更加注重光学在空间、大气、海洋、环境等领域的交叉探索，您能给我们讲讲除了这4个领域，我们还可以在哪些交叉科学领域，利用光学技术开展一些新的前沿探索。

孙胜利：这是一个大问题，也是一个我心目中的终极性问题。

从传统视角上看，光学可以直接用于获取信息，而仅仅关于获取信息，光学可交叉的领域就是无穷无尽的。但反过来思考，“光”同样可以用来改变物质和能量的结构，比如说用于先进制造，用于改变大气的某一个临界态，用光触发能量（激光聚变）等等。我十分欣赏上海光机所在强激光领域的工作，如今高功率激光器已经在工业生产中得到广泛的应用，未来强激光或许还可以用于诱导更大尺度上物质的变化，这将为人类带来一个无尽的宝藏。

陈卫标：近期科技界大家都高度关注人工智能，说人工智能在各行各业都发挥了很重要的作用。在我们遥感领域里，也蕴藏着一个全球尺度的大数据，或许也能引爆人工智能的应用。站在您的学科领域，你怎么来看待人工智能和遥感光学的结合？

孙胜利：人工智能最近非常之热，我们也都享受到了它的便利，无论是对我们科研范式的改变，还是对生活带来的一些方便，都比较实在的能感受到。我们不可否认人工智能是促进科技进步的一个动能点。

但是作为一个研究人员，我习惯用演化的思维去思考人工智能的尽头在哪，如今的人工智能算法其实还没有打破图灵机的范式，那么人工智能要达到的终极是什么？有人做过一个基本的计算，比如要实现准确的天气预报，就要获得大量的数据，那么就必须配套大量的计算和能源供给。最终的结果就是：在不突破图灵机这种计算范式的条件下，所耗费的能量恐怕要把地球烧起来，是根本无法实现的。

从光学的角度看，“光”在这里面所起的作用其实在运算能力上，“光”的超快和超低功耗特性还没有得到有效的发挥。

不过从更本质上说，图灵机的终极计算范式也是存在争议的：人类是沿着现在数字信号的范式走向胜利或是灭亡，还是改变范式回归自然，用自然的计算（即模拟信号）来实现图灵机？尽管争论一直存在，但是我觉得正是这些争论让我们科技界保有生机，让我们的光学和光子学能够更加蓬勃地发展。

不负初心，坚持深耕自己热爱的事业

陈卫标：科技一直是一个不断发展，不断探索，否定和再否定的过程。

您在科技界也做了很多的工作，也获得了很多奖项。您曾在2018年获得中国航天基金会颁发的钱学森杰出贡献奖，这一奖项正是对您甘坐冷板凳，一心只为攻克重大难题的表彰。您能否分享一些小故事激励和启发一下青年科研工作者该如何面对今后科技攻关中遇到的难题和“硬骨头”。

孙胜利：其实对这个问题我始终是一个观点：就是一代人有一代人的使命，每个人的最终使命都是无法预知的。对于每一个青年科研人员所选择的研究方向，既有必然性，也有偶然性。无论是选择了哪一个方向，只要深入的把它做好，做到问心无愧，那么最终就一定能有所贡献，也能让自己乐在其中。

最近的一个例子是最近国家科技发明奖的初评公布了，其中有一个是“集成电路化学机械抛光关键技术与装备”。事实上，“抛光”是光学领域里一个古老的工艺，很多高校都把这项技术从光学学科里拆掉了，而清华的几位教授就持续地在做这方面研究，他们立足于半导体集成电路这一国家急需的关键领域，把抛光做到了极致，这一成果目前也通过了国家科技发明一等奖的初评。

我虽然和这几位教授不认识，但我对他们的工作非常敬佩，觉得在遥远的空间中产生共鸣。其实一个学科不存在古老与先进这样片面的划分，每一门技术或是学问都值得深入的探讨和研究，通过大量的努力和积累尝试揭开它们一层层的面纱。从这个角度看，因为科学是没有止境的，所以我们每一代人其实都可以找到值得挑战的问题。

比如我认识几位上海交通大学做材料学研究的教授，他们面对铝合金这样一个非常古老的材料，也能够把它做到极致，从里面挖掘出无穷无尽的发明和创造。再比如说沈阳金属所的李殿中院士专门研究对不锈钢等金属材料的各种调制，这也是一个非常成熟的行业，但是由于他能持续的深挖里面的科学问题，就可以在面对一些重大应用问题时找到一线生机。

对于我自己来说，如果能再给我30年，那么我可能希望能再多坐一会冷板凳，再思考一些更深入的问题，比如说光究竟是什么，怎么提高灵敏度、噪声与信号的相互作用。

得益于国家科研事业的蓬勃发展，我最大的幸运是在坐冷板凳的过程中从来没有缺过科研课题，即使在最低谷的时候仍然能够有比较丰富的支持，这些支持都是非常宝贵的。当然，我也有很长一段时间疲于应对各种项目的申请，这在一定程度上也会对基础问题的思考产生一些负面的作用。

陈卫标：俗言道：“干一行，爱一行。”就如您所说，光学虽然是一个古老的学科门类，但是你只要深耕在这个领域里，肯定还能找到一些新的发展点。但是对现今的科技工作者来说，有时候也很难做出抉择，因为越是深入和精细的研究可能越需要长期的摸索和探索，这样“难而苦的独行”可能会消磨掉很多人的热情。

假设您再年轻30岁，你是否会选择一个不一样的事业，还是会继续选择高难度的高科技事业？

孙胜利：如果时光能倒流，并且能够自由选择，那么我还是会选择光学作为我的事业。主要有两个原因，一是我觉得光学确实是非常有意思的，我很热爱这门学科；另一方面，我认为光学能够为社会创造价值，并得到社会认可。

事实上，对个人职业生涯或者研究方向的抉择，可能需要一个学生在大学甚至高中就有所思考。对于我们这代人，我觉得当时能拥有的选择就很少，但思考人生方向的时间并不少，另外我们的家长也不太干涉我们，不会要求我们上各种补习班，也不会经常谈要考什么好的大学，这样的成长环境又给了我们更多自由思考的时间。就我自己来说，我的学生时代选择余地不是太大，但是受约束的也不是太大，这和现代年轻人的成长环境是有本质差别的。

陈卫标：每个时代都有独特的机遇和时代需求，我们国家在当前这个时代，对科技创新有迫切的需求，您作为一个卓越的科学家，能否向我们的年轻人分享一下您是如何保持对科学探索矢志不渝的热情，是如何保持如此旺盛的求知心的？

孙胜利：我觉得比较关键的是从自己身处的环境中汲取力量。首先我极其幸运，周围工作的同事和学生都是一些持续的有探索精神的人，我和我周围的人相互影响，产生良好的互动。“相互激励”大概是一个复杂生物体所组成的智能社会的一个自然现象。

就在前两天研究生的录取季，一位同学就激励了我：按照现在遴选标准来说，这位同学的本科院校其实比较普通，并且考分也比较普通，但是他竞赛成绩很好，实践能力很强。他很想来我这读研究生，并且在面试前，他就对我所做的工作做了调研，考虑了报考研究生会遇到的问题，他具有一种一般学生身上不多见的主动。事实上，科研工作非常需要对这种“主动性”，正是他的积极主动感动了研究生部老师，在政策允许的条件下争取到了录取名额。从与这位学生的接触就让我得到了一种反馈：我们要积极地面对每一次可能的不顺，用自己的努力去抵御人生道路中的不确定性。

我的人生经历中充满了这样的反馈以至于形成了自己的一种自然反应：生命总归是不确定的，那么坦然接受每一种结果，通过不断的努力削弱不确定性，并向自己的目标前进。所以从这方面看，我对科学探索的热情更多的来源于自己身处的环境。

在每一个大环境中，个人是很渺小的，很容易被环境所影响，学会从环境中汲取力量就是我的经验和认识。

“海上有光”系列访谈

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