人类文明进步史的每个阶段都对应一种材料——石器时代的石头、工业时代的钢铁,和信息时代的硅。任何一个时代的发展都和新材料密切相关;谁掌握材料,谁就把握了未来。
"年6月18日,沃顿商学院中国企业家全球高级管理课程(WCHGMP),作为沃顿在美国本土以外首批推出的享有全球校友资格的高级管理课程之一,在宾大沃顿中国中心成功举办级启动仪式。中国科学院院士、北京大学原校长、中国科学院原副院长王恩哥教授参与启动仪式,并为新老学员带来主旨演讲。
关于讲者
王恩哥
中国科学院院士
北京大学教授
王院士也是中国科学院物理研究所学术委员会主任、广东省松山湖材料实验室理事长,兼任国家科学中心国际联盟主席等;他还曾担任北京大学校长、中国科学院副院长、中科院物理所所长等重要职务。
正文
对自然界存在规律和运作模式的探索,是把人和其它物种区别开的关键。
动物都有获取事物使自己生存的本能,但人类总是在追求变化和发展,寻求比继续生存更多的东西。虽然没有其它动物一样发展出有力的翅膀、爪子、牙齿,而大脑给我们的力量比单纯的本能要大得多。
“永恒问题”的答案
多少世纪以来,哲学与科学是人类一直依靠的两大“工具”。二者的“分家”是最近两三百年才发生的事,而在哲学和科学尚未分家的时候,它们统称为“自然哲学”。
最早研究自然哲学的人主要出现在希腊。这些人不在乎金钱和官位,完全出于对某种好奇心的追求;他们把自己叫做物理学家。那时的人们对周围很多事情都非常感兴趣;比如,宇宙由什么东西构成?为什么夜空中有很多星星?为什么会有不同的物种?甚至为何会有生与死。
我们发现,越大的科学问题越不是今天才提出来的,甚至不清楚是哪一个人提出来的。相比之下,人们似乎在大部分时间中都在忙一些很小的问题,无论是日常工作中碰到的还是科学研究上遇到的;而那些“永恒”的问题,我们甚至不确定能不能得到回答。
石头、铁和硅:材料中的人类文明史如果把今天的科学技术描述为一颗树,那么这棵树的根基是物理、化学等基础研究。树的主干是材料科学,从树干上不断延伸的枝杈,就是当前最“时髦”的一些领域;例如大数据就可以看做某个分杈中的一些树叶或者果实。
语文是一种描述社会科学的文字,数学是描述自然科学的文字。物理学研究宇宙物质存在的形式、性质,及其运动、转化、相互作用的规律,可认为是自然科学中最基本的学科。材料学则是在物理发现的基础上,研究具体的应用。
人类文明进步史的每个阶段都对应一种材料——石器时代的石头、工业时代的钢铁,和信息时代的硅。人类的任何一个时代都和新材料密切相关;谁掌握材料,谁就把握了未来。
原子到量子:窥探物质的构成宇宙究竟由什么组成?最早有人认为是水,有人认为是火,有的人认为这些想法都太简单,应该还有其它更多的元素——总而言之,他们都在用已知的东西来想象世界的构成。
然而,有一个人同他们所有人的想法都不一样,这个人就是德谟克利特(Democritus)。
他认为,所有物质都是由极小的、不能再分的物质粒子组成,他称之为“原子”,意为“不可分”。原子理论已经存在多年,虽然我们没有看到原子,但是原子确实在那。20世纪前后的30年中,关于电子、X射线和放射性的一系列发现让我们进一步了解了物质的构成。
电子的发现让我们首次窥探到原子内部。汤姆森(JosephJohnTHOMSON)通过对阴极射线的研究发现了这种带负电的小颗粒,并且估算出了荷质比。
卢瑟福(ErnestRUTHERFORD)让α粒子打在很薄的金箔上,观察到大部分粒子穿了过去,但一部分发生了偏转,少数甚至被弹回。他认为,这些粒子撞到了大质量的物体才能被弹回——即带正电的原子核;也由此提出了我们所熟悉的经典原子模型。
伦琴(WilhelmConradR?NTGEN)进行阴极射线管的试验时发现一种奇怪的射线;这种射线不随磁场偏转,打在镜子上不折射也不反射,甚至能穿过人体组织。他因此获得了首个诺贝尔奖,并用数学中表示未知数的“X”来命名这种射线。
居里夫人(MarieCURIE)在天然放射性理论的基础上,进一步发现多种元素都和铀一样,并非一成不变,而是从一种金属变成了另外一种金属。
伴随以上这些伟大发现,学者们似乎认为经典物理体系已经堪称完美。然而,“紫外发散”和“以太”这两朵“令人不安的乌云”开始让我们怀疑经典物理的正确与否。
这个时候,普朗克(MaxKarlErnstLudwigPLANCK)提出能量的非连续性。他认为,物质在辐射/吸收能量时是一份一份地断续进行,且为某个最小数值的整数倍。这篇文章于年12月发表,让普朗克成为真正当之无愧的“量子之父”。这个常数“h”也被称为普朗克常数;数量级为10的负34次方,是物理学中最小的单位。
量子力学的提出,引发了爱因斯坦(AlbertEINSTEIN)和玻尔(NielsBOHR)两位伟大物理学家的论战。随后,薛定谔(ErwinSCHR?DINGER)在年提出了著名的波动方程——薛定谔方程,成为量子力学体系中的基本方程。
硅谷传奇:从方程到产业的历程当量子理论被用于固体材料,我们发现了固体内部电子运动的特点,理解了导体、绝缘体、半导体等不同材料的性质;同时,这些材料也将物理学和材料学融合起来——用不同的掺杂工艺将P型(空穴“正电荷”)与N型(负电荷)半导体制作在同一块基片上,就形成了PN结。PN结具有单向导电性,基于该原理制造的晶体管实际上就是一个开关;把这些开关做得很小,并实现控制,就形成了集成电路。
50年代,“晶体管之父”威廉·肖克利(WilliamSHOCKLEY)旗下“肖克利半导体实验室”的8位初创成员集体辞职,成为著名的8个“叛逆者”。他们打造了仙童公司(Fairchild);这一公司在随后的几十年中直接或间接衍生出总市值达21万亿美元的近百家半导体企业。年左右,人们突然发现全世界的集成电路和半导体技术都源自旧金山附近的一个小“村庄”。于是一位新闻记者在一篇报道中称此地为“硅谷”;这个名词也沿用至今。
从信息产业和硅谷的发展历程我们看到,30年的量子力学基础物理理论研究解决了“可不可能”的问题;随后30年的科学应用研究让这种可能变得高效和便宜;再接下来的30年则是资本的介入与政策的服务——信息化社会的形成,经历了差不多年。
快鱼吃慢鱼:量子时代的信息化今天的信息化正在向着量子信息化迈进。量子计算和量子信息是当前的研究重点,国际竞争激烈。然而,量子理论早在一百多年前便已形成,没有太多神秘可言。
回到薛定谔方程去看,量子信息化最重要的是以下几点:首先,波函数是非定域的,它导致信息存储的非定域性;其次,多体波函数是可以纠缠的;第三,波函数可以叠加。其中,第一和第二点实现了远程传输,第二点和第三点实现了并行计算。
年,学者提出未来通用量子计算原型机的可能性。目前看,量子计算机还不会做成笔记本电脑这样,而只能在若干有优势的单一方向上发展。相关的企业都在赌其中的一个方向。在信息领域,有时候不是大鱼吃小鱼,而是快鱼吃慢鱼;快一步,这个时代就会被占领。
两条腿走路:基础研究+成果转化我认为,科技可分为硬科技和软科技。
软科技可以拥有很多机会,从很早期就开始盈利;但因为聪明的人太多,它的利润空间一定是有限的。例如很多互联网企业的成功,基于当时的社会、产业形态,利用了中国的政策红利和人口红利得到快速发展。但我也常常在想,如果中国的人口不是14亿,而是1.4亿,甚至万,那么互联网企业又是什么样?
硬科技则完全不同,起始阶段很可能赔钱,但如果它能“挣扎”出来,寿命会很长。
在当前的“科技树”中,材料是所有的根本,新材料也可能会改变我们所有的思维和生活方式。然而,我国在材料领域面临的问题还很多:高端核心材料仍主要依靠进口,新材料进口率达86%,自给率仅14%,且多为低端材料。
高端化工材料国内的保障能力仅有一半;半导体材料中,超过8英寸的高质量、大尺寸硅片要进口,光刻胶90%为进口;器械设备更要大面积依靠进口——医院换一颗牙,最后医生一定问我们一句话:这个牙是要进口还是国产的?
那么,所谓“硅谷传奇”为什么会出现?因为那里有最好的研究机构、国家实验室和大学,充足的风险资本,真正实现了人才、科技、资本、经营、服务等方方面面的结合,因此推动了信息革命。
中国其实最缺乏的,是金融资本界、产业界、学界间的对话。因此,我提出“两条腿”走路:一条腿是基础研究,另一条是成果转化。企业家要清楚自己的业务在科学技术领域中的位置,才能比较准确地规划你要实现的想法,并努力去做。
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-沃顿WCHGMP-
沃顿商学院中国企业家全球高级管理课程(WCHGMP)是沃顿商学院在美国本土以外首批推出的享有全球校友资格的高级管理课程。该项目与中国顶尖财经类高校之一的中央财经大学合作,依托其在财税、金融方面的超强实力,为中国企业家提供一次跨学科浸入式学习体验。
课程设置方面,项目遴选出沃顿商学院最经典的商业管理课程,并由沃顿商学院顶尖的师资团队执教,同时贴合中国商业现状补充设置了中央财经大学最强财经类课程,将全球金融、前沿科技、管理智慧、商业洞察等内容融合到一起,为项目参与者厘清现代商业世界的脉络,奠定成功的基石。学员完成沃顿商学院必修课程模块后,将被授予沃顿全球校友资格,共享全球资源。
TheWharton/CUFEChinaGeneralManagementProgram(WCHGMP)isanunparalleledprofessionaldevelopmentexperienceforChineseentrepreneursandexecutivestoadvancetheirleadershipskillsandenhancetheirbusinessacumen.Theprogram,offeredinpartnershipwithCentralUniversityofFinanceandEconomicsinChina,isamulti-disciplinaryeducationalimmersionforexperiencedexecutiveswhodesirea
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