2004年诺奖得主弗兰克·维尔切克预测：今年物理学奖可能花落引力波研究

2004年诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克。袁婧摄

“位于上海张江的李政道研究所，将会建一个维尔切克量子研究中心，鼓励科学家做好奇心驱使的基础研究。”在昨天举行的上海市科协第十五届学术年会暨十二届上海工程师论坛上，美国著名理论物理学家、2004年诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克透露说。

就在不久前，维尔切克与李政道研究所签约，成为该所首任所长。未来五年，他将率领李政道研究所在物理学那些激动人心的领域，开展领先世界的研究。如何做，维尔切克已经有了自己的想法，他还在不断与上海乃至全球科学家交流，以便更加精准定位未来做些什么。

维尔切克预测，今年诺贝尔物理学奖很可能奖励在引力波方面的卓越成就，这正是一个基础研究的硕果。

用量子物理破解计算机“发热”难题

至今100多岁的量子力学，仍是一门充满活力的年轻学科，也是维尔切克主要从事研究的领域。2004年，他凭借在夸克粒子理论方面的出色研究，与另外两名美国物理学家分享了诺贝尔物理学奖。

在昨天的市科协学术年会上，维尔切克列举了他本人感兴趣，且在量子力学界方兴未艾的三个研究方向：拓扑流、拓扑陷阱以及“编辫子”技术。他说，对这些问题的研究，将有助于解决困扰当前计算领域的一个大问题———发热。

高速运转的计算机会变得越来越烫，计算能力也会随之下降，以至于现在的大型计算机中心不得不添置大批空调设备，给这些“超级大脑”降温。据预测，以现有的计算机发展速度，到2040年，全球一半发电量都将贡献给计算机。

“电子的运动是杂乱无章的，因此会散发大量热量，但在材料的边缘，电子则能如通过高速公路般有序。”维尔切克说，利用这一特性，量子计算机有望变得更高效，且能耗更低。

这一研究的另一用处是制造大磁场，有望为医学成像带来重大突破。

“我们还将不断寻找物质的新状态。”维尔切克说，虽然目前科学家还不知道这些状态有什么用，但他相信，只要能找到新东西，科学家就一定能发现他们的用处，并给世界带来变化。

组建有“自我学习”能力的神经网络

李政道研究所的另一重要研究方向是大脑物理学。利用统计学、流体力学等原理，用晶体管搭建神经网络，模拟人脑活动，是目前搭建人工智能大脑的技术路线。在维尔切克所设想的一种新型神经网络中，晶体管是可以自己学习的，而非像现在这样由科学家操控。

“很多人并没有意识到大脑和物理学的关系，但自打我从事物理学研究以来，大脑物理学就是我非常感兴趣的领域，只是那时的研究条件还不够成熟。随着计算能力的提高，现在已经是时候了。”维尔切克说。

具体说来，未来神经网络能在外界作用下自我调节并作出反应，晶体管之间能自发形成新链接或改变链接方向，这与人类大脑中的神经元在受到外界刺激后形成自己的链路是一样的。

维尔切克说，让晶体管模拟神经元学习并与外界互动，这是当今物理学发展相当快的一个分支。

历练一批属于中国自己的顶级科学家

除了量子科学与大脑物理学，李政道研究所还将在粒子科学、宇宙学、新材料、物质的计算属性等方面开展研究。

据悉，筹建中的李政道研究所将于三到五年内在张江建成，规划建筑面积8万平方米，包括4万平方米的科研实验楼，届时将吸引六七百名科学家、博士后和博士生在这里工作、学习和生活。

“我们有一个雄心勃勃的计划：招募到世界上最高水平的科学家，形成自由探索的学术氛围，历练一批属于中国自己的顶级科学家，产生具有划时代意义的学术思想和研究成果。”维尔切克表示，李政道研究所的工作正在有条不紊地开展，已经邀请到了一些诺贝尔奖得主参与其中，比如在顾问委员会任职，或受邀参加由研究所发起主办的高规格学术会议等。