無標題文檔清華前沿科學(xué)聚焦
科學(xué)時報 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”,。以“弘揚科學(xué)精神,，提高學(xué)術(shù)水平,，促進國際交流”為宗旨的本次研討會為期兩天半,，在此期間,，多位著名學(xué)者為大會做了精彩的學(xué)術(shù)報告,。我們編發(fā)部分報告的摘要以饗讀者：
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并按照形態(tài)差異來進行較為準確的分類,。但是細菌與高等生物不一樣,，細菌的形態(tài)特征、顯微鏡下的染色特征和生化特征等都比較少,，這就給細菌分類帶來了大問題,。1995年以后雖然有了細菌的完全基因組,，但并沒有像人們預(yù)期那樣通過完全基因組將細菌的分類更加細化,，反而還帶來了一片混亂并由此產(chǎn)生了一個問題，即如何有效地利用好完全基因組的數(shù)據(jù)來做好細菌分類,。
經(jīng)過研究后科學(xué)家們提出了一種新的分類計算方法,，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,，通過計算機輸入數(shù)據(jù)以后,，直接得到的就是細菌分類。
目前細菌的分類要解決兩個問題,，一是鑒定,，即這個細菌是什么；另一個是從進化論的角度描述細菌彼此間的演化,、進化關(guān)系,，誰更古老一些，細菌的從屬關(guān)系等等,，這一方法主要是用于解決第二個方面的問題,。準確的細菌分類對深入了解不同種屬間細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：
用光學(xué)格子中的玻色—愛因斯坦凝聚來造一個“貓”
“貓”是兩個宏觀量子態(tài)的線性疊加,，是一個在經(jīng)典的物理里面沒有的概念,，但其在發(fā)展量子計算和量子通訊等方面都有著重要的現(xiàn)實意義。以往其他的實驗方法在實現(xiàn)這種“貓”態(tài)時都遇到了困難,，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)的理論研究和實驗研究提供了新的手段和方法,。理論方面，以前認為量子力學(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,，為量子計算、量子信息,、量子計算機開辟了很廣闊的前景,。
如何用玻色—愛因斯坦凝聚來造一個“貓”，新的實驗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)實驗還需要繼續(xù)得到實驗物理學(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
在過去的大部分時間里,，科學(xué)家們喜歡用傳統(tǒng)的物理學(xué)和局域的觀點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)象和理論的認識比較零散或未被重視,，其實對物理現(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,。所謂整體性是指物理性質(zhì)是由系統(tǒng)的整體拓撲性質(zhì)所決定,，它不可以由局域性單純而發(fā)展到全體，系統(tǒng)的時間演化不單由某一時刻去決定下一時的狀態(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,，強調(diào)整體性現(xiàn)象的實驗觀測和應(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撲方程運算,，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充,。
上海同濟大學(xué)物理系教授 鄭浩平：
物理算法計算蛋白質(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世紀是生命科學(xué)的世紀,，生物信息學(xué)的發(fā)展成為人們認識生命現(xiàn)象本質(zhì)的最有力的武器,。但是目前由于受計算機技術(shù)條件和運算速度等的限制，常用的計算蛋白質(zhì)大分子電子結(jié)構(gòu)的方法由于計算量太大,，即使是使用世界上最快的計算機,，人們也還無法計算出其結(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問題,，并從用凝聚態(tài)物理來計算晶體等材料的物理計算方法中找到了答案,。
幾年前人們開始實驗用這種方法計算蛋白質(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算量從N的3次方降低到N的1次方,，由于減少了計算量,，使用現(xiàn)有的超級計算機就可以計算出蛋白質(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)研究在進入新世紀以后已經(jīng)成為一項集觀測和試驗檢驗為一體的試驗科學(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等均以大篇幅報道了多項新的宇宙觀測結(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，但卻是當代物理發(fā)展中的一項奇跡,。粒子物理的標準模型描述了至今所有粒子物理的實驗,，Yang－Mills理論預(yù)測到了宇宙早期曾經(jīng)過了兩項重要的相變，即早期宇宙從一個相到另一個相,，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)研究中一項最重要和最有意義的課題,。
(以上報告摘要均系本報記者潘鋒整理)
