無標(biāo)題文檔清華前沿科學(xué)聚焦
科學(xué)時(shí)報(bào) 2002年6月20日
編者按：日前，清華大學(xué)召開“前沿科學(xué)國際研討會(huì)”。以“弘揚(yáng)科學(xué)精神，提高學(xué)術(shù)水平，促進(jìn)國際交流”為宗旨的本次研討會(huì)為期兩天半，在此期間，多位著名學(xué)者為大會(huì)做了精彩的學(xué)術(shù)報(bào)告。我們編發(fā)部分報(bào)告的摘要以饗讀者：
中國科學(xué)院院士 郝柏林：
從完全基因組出發(fā)對細(xì)菌分類
生物分類學(xué)是一門重要的學(xué)科。高等生物由于存在著很多形態(tài)上的差別，使人們更容易加以辨認(rèn)并按照形態(tài)差異來進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分類。但是細(xì)菌與高等生物不一樣，細(xì)菌的形態(tài)特征、顯微鏡下的染色特征和生化特征等都比較少，這就給細(xì)菌分類帶來了大問題。1995年以后雖然有了細(xì)菌的完全基因組，但并沒有像人們預(yù)期那樣通過完全基因組將細(xì)菌的分類更加細(xì)化，反而還帶來了一片混亂并由此產(chǎn)生了一個(gè)問題，即如何有效地利用好完全基因組的數(shù)據(jù)來做好細(xì)菌分類。
經(jīng)過研究后科學(xué)家們提出了一種新的分類計(jì)算方法，而這一方法本身不需要調(diào)節(jié)，也沒有參數(shù)的調(diào)整問題。使用這一方法，通過計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)以后，直接得到的就是細(xì)菌分類。
目前細(xì)菌的分類要解決兩個(gè)問題，一是鑒定，即這個(gè)細(xì)菌是什么；另一個(gè)是從進(jìn)化論的角度描述細(xì)菌彼此間的演化、進(jìn)化關(guān)系，誰更古老一些，細(xì)菌的從屬關(guān)系等等，這一方法主要是用于解決第二個(gè)方面的問題。準(zhǔn)確的細(xì)菌分類對深入了解不同種屬間細(xì)菌的功能差異和抗菌新藥的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。
美國猶他大學(xué)物理系教授 吳詠時(shí)：
用光學(xué)格子中的玻色—愛因斯坦凝聚來造一個(gè)“貓”
“貓”是兩個(gè)宏觀量子態(tài)的線性疊加，是一個(gè)在經(jīng)典的物理里面沒有的概念，但其在發(fā)展量子計(jì)算和量子通訊等方面都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。以往其他的實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)現(xiàn)這種“貓”態(tài)時(shí)都遇到了困難，而利用激光的光學(xué)格子對宏觀的量子態(tài)進(jìn)行研究卻是完全有可能的。
在量子光學(xué)和多體理論交叉研究中發(fā)現(xiàn)的玻色—愛因斯坦凝聚是物質(zhì)的一種新的狀態(tài)，被稱為宏觀的量子態(tài)，宏觀量子態(tài)為量子物理學(xué)的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究提供了新的手段和方法。理論方面，以前認(rèn)為量子力學(xué)只適應(yīng)于微觀研究，因此宏觀量子態(tài)的存在本身在理論上就有很重要的意義，說明量子力學(xué)也同樣適用于宏觀研究。在將來的技術(shù)應(yīng)用方面，宏觀量子態(tài)的操作，為量子計(jì)算、量子信息、量子計(jì)算機(jī)開辟了很廣闊的前景。
如何用玻色—愛因斯坦凝聚來造一個(gè)“貓”，新的實(shí)驗(yàn)方法是把宏觀量子態(tài)和多體理論結(jié)合起來，把玻色—愛因斯坦凝聚這種新的物質(zhì)狀態(tài)放到激光照射的光學(xué)格子里面，并從中發(fā)現(xiàn)了新的量子相變現(xiàn)象；此外除了玻色—愛因斯坦凝聚這一宏觀量子態(tài)以外，隨著光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的改變還會(huì)出現(xiàn)一種新的狀態(tài)，叫做特別的絕緣體狀態(tài)，這種改變不是由溫度變化而產(chǎn)生的，而是由量子的漲落而造成的，有關(guān)實(shí)驗(yàn)還需要繼續(xù)得到實(shí)驗(yàn)物理學(xué)等學(xué)科的協(xié)作。
中山大學(xué)物理系教授 李華中：
物理研究需要整體描述
在過去的大部分時(shí)間里，科學(xué)家們喜歡用傳統(tǒng)的物理學(xué)和局域的觀點(diǎn)和方法來描述和研究物理現(xiàn)象，對物理世界整體性的現(xiàn)象和理論的認(rèn)識(shí)比較零散或未被重視，其實(shí)對物理現(xiàn)象的整體解釋中國古代就已經(jīng)有了。1974年楊振寧先生就已經(jīng)撰文提出了自己有關(guān)物理整體描述的觀點(diǎn)。所謂整體性是指物理性質(zhì)是由系統(tǒng)的整體拓?fù)湫再|(zhì)所決定，它不可以由局域性單純而發(fā)展到全體，系統(tǒng)的時(shí)間演化不單由某一時(shí)刻去決定下一時(shí)的狀態(tài)，而是依賴它所經(jīng)歷的歷史。
近20年來，物理整體性的研究有了很大的發(fā)展，內(nèi)容涉及經(jīng)典力學(xué)、光學(xué)和量子物理現(xiàn)象等，從AB（Aharonov——Bohm）效應(yīng)到貝里幾何效應(yīng)，幾乎包羅了分子、原子、核物理、粒子物理和凝聚態(tài)物理等多種物理現(xiàn)象和理論，強(qiáng)調(diào)整體性現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀測和應(yīng)用。
與局域研究中使用的數(shù)學(xué)微分方程不同，整體研究采用了更高一級的幾何拓?fù)浞匠踢\(yùn)算，現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展證明，整體描述是局域描述不可缺少的補(bǔ)充。
上海同濟(jì)大學(xué)物理系教授 鄭浩平：
物理算法計(jì)算蛋白質(zhì)大分子電子結(jié)構(gòu)
物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)是理解和檢測微觀材料性質(zhì)的一個(gè)基礎(chǔ)，30年來全世界成千上萬的科學(xué)家一直致力于凝聚態(tài)物理和量子化學(xué)等方面的研究。21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生物信息學(xué)的發(fā)展成為人們認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象本質(zhì)的最有力的武器。但是目前由于受計(jì)算機(jī)技術(shù)條件和運(yùn)算速度等的限制，常用的計(jì)算蛋白質(zhì)大分子電子結(jié)構(gòu)的方法由于計(jì)算量太大，即使是使用世界上最快的計(jì)算機(jī)，人們也還無法計(jì)算出其結(jié)構(gòu)，為此研究人員開始考慮是否有其它的捷徑能解決這個(gè)問題，并從用凝聚態(tài)物理來計(jì)算晶體等材料的物理計(jì)算方法中找到了答案。
幾年前人們開始實(shí)驗(yàn)用這種方法計(jì)算蛋白質(zhì)大分子的電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在不降低精度的情況下可將計(jì)算量從N的3次方降低到N的1次方，由于減少了計(jì)算量，使用現(xiàn)有的超級計(jì)算機(jī)就可以計(jì)算出蛋白質(zhì)大分子的電子結(jié)構(gòu)，這也是目前國際上唯一的一種能夠計(jì)算蛋白質(zhì)大分子的方法，而它的重要意義在于，精確描述蛋白質(zhì)大分子電子結(jié)構(gòu)是人類理解生命功能和過程，揭示生命奧秘的金鑰匙。
臺(tái)灣大學(xué)物理系教授 黃偉彥：
楊—米爾斯理論所預(yù)測的相變與早期宇宙問題研究
宇宙學(xué)研究在進(jìn)入新世紀(jì)以后已經(jīng)成為一項(xiàng)集觀測和試驗(yàn)檢驗(yàn)為一體的試驗(yàn)科學(xué)，特別是有關(guān)早期宇宙的研究正在引起各國科學(xué)家的濃厚興趣。也正因如此，近兩、三年來世界各大媒體，如New York Time及Times等均以大篇幅報(bào)道了多項(xiàng)新的宇宙觀測結(jié)果，其中包括宇宙在大爆炸之前曾有大爆脹的階段。
Yang－Mills理論雖是一種數(shù)學(xué)的推廣，但卻是當(dāng)代物理發(fā)展中的一項(xiàng)奇跡。粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型描述了至今所有粒子物理的實(shí)驗(yàn)，Yang－Mills理論預(yù)測到了宇宙早期曾經(jīng)過了兩項(xiàng)重要的相變，即早期宇宙從一個(gè)相到另一個(gè)相，許多不可思議的物理現(xiàn)象也因此而產(chǎn)生。正確描述早期宇宙的EW及QCD相變是幫助人類進(jìn)一步了解宇宙起源和演化發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)，也是宇宙學(xué)研究中一項(xiàng)最重要和最有意義的課題。
(以上報(bào)告摘要均系本報(bào)記者潘鋒整理)
