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院士大咖做客"科学面对面"节目:畅谈引力波及人工智能热门话题

2016/5/10 本文被阅读过4062次

4月22日,由新疆科协主办的访谈节目《科学面对面》特邀天体物理学博士、中国科学院院士武向平,西安交通大学人工智能与机器人研究所教授、中国工程学院院士郑南宁,新疆天文台研究员宋华刚做客节目现场。与参加第六届新疆青少年科技节的同学和各校科技辅导员畅谈引力波、暗物质、人工智能发展等热门话题。

节目伊始,主持人就引力波的发现、暗物质、人机对弈等提出问题,院士们结合问题,深入浅出地解释了相关问题的专业术语,他们的娓娓道来,就像是讲故事一样通俗易懂。

武向平院士

“暗物质就像这位摄像师,在最终剪辑好的视频里,大家都看不到他,但如果没有他,这个视频就形成不了。”武向平院士的话音刚落,就引起在场的青少年和科技辅导员的笑声。

访谈中,武向平院士与现场的同学及科技辅导员进行了互动,在回答同学们有关暗物质的作用提问时,他提出要让科研专家走出实验室、办公室,走向山区、西部,让更多的孩子们共享科学及教育资源,为更多的孩子开辟通往科学世界的道路。

郑南宁院士

郑南宁院士以Google Alpha Go机器人战胜韩国围棋选手李世石为引子,为在场的青少年和科技辅导老师们深入浅出地解释了量子计算机、人工智能等知识,他非常风趣、精彩的讲述引起学生们的热烈掌声。

他对现场的同学们说:科学不仅是严肃、缜密的,也是浪漫、充满幻想的,祝愿新疆的青少年儿童们都能够快乐学习,发展自我,迎接变化无穷的未来。他还强调,特别在新疆,通过专家与孩子们的近距离接触,做好科学普及的工作,让他们正确认识客观环境、提高明辨是非的能力,尤其重要。

“天堂在地球”

在访谈中,新疆天文台副研究员宋华刚还谈到天文专家讲师团下基层的事情,他说:“我们讲师团的一位少数民族天文学女博士哈里旦木,在喀什疏附县进行天文知识讲座,听完后,当地的少数民族群众完全没有大家想象中的所谓逆反的表现,而是握着专家的手说,我们以前的想法都错了,真正的天堂在哪里,其实就在我们的地球上。”

 

以下是访谈实录

 

科学面对面(武向平)

主持人:现场及电视机前的观众朋友们!大家好!今天非常荣幸能够借着第六届科技节的契机请来武向平院士这样的大家,来给我们普及天文学知识。首先我们邀请到咱们天文物理学博士,中国科学院院士武向平先生,欢迎!还有我们本土的天文学的大咖,来自于新疆天文台副研究员宋华刚先生,欢迎!说到天文啊!我想起有一个名人说过这么一句话:形容我们人生,说我们经常要脚踏实地的走路,但是别忘了仰望星空,在新疆其实是一个仰望星空的好地方,这里观测天文好像是具备更多的这样好的条件,而且我知道二十一世纪首次日全食,新疆就是最好的观测点。我们新疆人在经常仰望星空的时候能够看到大颗大颗璀璨的星星,但是我们经常仰望星空时会想,引力波是什么?首先想请武院士给我们做一个名词解释。

武向平:好。

主持人:用最通俗的话告诉我们什么是引力波。

武向平:引力波预测到是一百年前,正好是1916年预测到的,2016年发现,正好是一百年了。和牛顿说的那个引力是不一样的,在牛顿的那个引力是水的作用,就是两个力要作用,是水蚀的,它是万由引力,但它是水蚀作用,就是不需要时间就可以发生作用,所以它不存在波的概念。爱因斯坦提出引力它是有传播时间作用的,就是光速,引力要靠光速来传播,这样才会有波的概念,所以一个空间进行绕动要有个变化的化就相当于一个波,一个石头扔到水里,这个波就可以传出去一样,就非常形象的就是引力产生的波。

主持人:宋老师能不能用一个更通俗的例子告诉我们,给我们举个例子。

宋华刚:我想比较好的例子就是对比的来说,电磁波产生是带电粒子做电加丝运动产生电磁波,那如果是一个中性的物质,就是不带电核,它做变加速运动的时候因为它对周围物质也有吸引力,它这种引力作用传播出去可能以波的形式传播出去,叫引力波,它产生的原理可以是这样。

武向平:我补充一点,引力波和电磁波有一个最大的不一样在哪?比如说咱们的电荷有正电荷和负电荷,这样就有一个偶极聚,在引力波里面你找到个引力,咱们都有质量,你有质量我有质量,咱们找不到一个负质量,所以这个引力波和电磁波还有一个最大的区别就是引力波有一个偶极,我一个正电核和一个负电核,比如说吸引有吸引力,咱们的引力里面有一个最大的不同是咱们俩都是吸引力,咱们俩都是虽然都带有正质量,可你没有找到那个排斥点。你要找到一个负质量,你就会找到一个排斥。所以它的电磁波有一个最大的不一样。一个球形的东西,一个正电核一个负电核,它只要作用就可以产生电磁波。可是在引力波里面有一个球形的东西,它不会产生引力波,所以它产生的那个波强度就非常的弱,你要找它不对称的东西,一定要找到不对称,你才能产生引力波。

主持人:我举一个可能不太恰当的例子,两位老师看对不对,象您刚才举例子可能就是两个人谈恋爱,又有一个第三者,具备我不对称的这样的竞争优势,它就有引力波。

武向平:其实不是,就咱俩之间,咱俩只要动,大概就会产生引力波,这个波只是特别微弱,波长还特别的长,大概检测不到,我举一个形象的例子,比如说咱们俩之间一米的距离,你一吨,我也一吨重,重量都一样重,为了引力波强一点,咱俩转起来,每秒转上一千转,这个频率不就是一千了嘛,一千赫兹了嘛,这时候波长有多长呢?这个时候波长大概是一万多公里,所以这个波长是相当相当强的。强度有多强呢?你想看到它,如果你有一米一个东西,你必须能检测到10的负35次方的变化,相当于一米的东西,你才能看到它,所以检测就特别的困难,强度特别的低,它引起这个物质变化的量特别的小,所以难以检测。

主持人:但是我知道如果我现在同学给点掌声我们应该能感觉到引力波。

武向平:是的你两个手一拍手就会有引力波,只是这个波强度太低了,爱因斯坦在一百年前预测到的时候,他就说了一句话:引力波虽然存在,但是是不可检测的,他说过这句话。

主持人:武院士还有一个意思就是说大家鼓掌这个掌声不够响亮,所以很难检测到。

武向平:现在听到的是声波。

主持人:我就想问这个问题,如果说都没有办法检测到,那么我们人类怎么发现的?

武向平:所以探测的路经历了非常长的曲折的过程,开始的时候引力波预测到以后,我们想找到一个什么系统会发生引力波,首先要重,第二要转得快,你这个快了以后,频率就会高,质量大了以后,引力波就会强,我们找到了很多的系统,比如说,地球绕着太阳转,也是太阳在吸引地球,这有引力波,可以举个例子,这种地球绕着太阳转,公转的引力波等嫁于多少呢?等嫁于一年才走完一个周期,它辐射的能量等于两百瓦的一个灯泡,在一年的时间内散布到整个宇宙空间里去,你想是非常非常微弱,不好测,所以第一次发明的办法是一个科学家叫韦博,他发明了什么办法,说好了,我找一个铝的滚桶,这个滚桶一吨,把它吊起来,如果引力波来了以后,它就把它压缩一下, 就象我推你一下一样,这个圆的滚桶有一个变形,他放了很多的探测器,围绕着这个一圈,引力波希望看到这个变形,但是要看到这个东西要灵敏度非常高,引力波离我们还要比较近,你才能推动这个东西,结果是他1961年提出这个想法,到68年他说他看到了,全世界进了很多类似引力波的探测器,拿铝的滚桶,包括我们国家在中山大学,在广州还建了这么一个大的滚桶,结果很遗憾的是,这种方法就失效了,所以说我们请宋老师介绍新的原理,用激光干涉仪的办法。

宋华刚:用激光干涉仪,美国他是这样一个L型的一个阵,其中有一臂它发射激光,激光通过中间的一个半反射膜,它把其中的一部分膜一部分的能量反射到另外一个L的镜子上,通过另外一端的镜子再反射回来,因为激光有非常强的相干性,就是同样频率的,基本上频率都是相同的,在一起就会存在很容易发生相干性,相干就是它们波峰在一起的时候,它们就会相加,波谷在一起就会相减,波谷在一起也会相加,波峰在一起就会更高,波谷在一起就会更低,然后就会把我们的微观的这种非常微小的变化就可以放大。它检测的灵敏度也可以是到10的负18次方。

武向平:干涉仪的原理改进了过去的想法,过去说圆的滚桶,始终比较小,只有1微米,在60年代的时候,提出了另一个想法,叫迈克尔逊干涉仪,就是这个直角形的东西,如果引用过来,会改变这个臂长,就会变一下,你微波来了改变这边,压缩那边,我这边压缩的时候,它那边就拉伸,我有一个直角的干涉仪,我这边压一下,那边就会拉伸一下,所以说这是非常传统精典的干涉仪,这个干涉仪曾经做出过重大贡献。当年人们想象光要传播、电磁波要传播必须要有一个介质,人们想的要有一个介质,叫以太,人们就是拿干涉仪检测了以太的不存在,就是如果干涉仪这样的臂,地球在转动,地球就会带着以太跑对吧?光速这边和那边不一样,结果发现两个是一样的,导致广向率的诞生。现在这个干涉仪用在哪里呢?用在引力波的检测,这样一个臂,那样一个臂,这边压缩,这边拉伸。这样可以看到差别,这个差别是非常非常小的。这次探测到引力波的变化,是10的负18次方米。

主持人:10的负18次方是什么概念?

武向平:大家知道原子核是由质子、中子、电子组成,最核心部分是质子和中子,这是最基本的单元。一个质子的大小就是10的负15次方米,现在是10的负18次方,就是千分之一个质子的变化。它采用了非常的技术,激光打进来之后,它的臂长4公里。这个波长在里面反射了400次,等于加强了臂 长的1600公里。所以就等于把臂长放的非常长,相对这个变化就容易测出来。这样就等于放大1000倍,来测这个变化率,是用了很多尖端的技术。

主持人:好的,问题来了,既然引力波这么难以探测,我们为什么要去探测它?掌握它之后对我们人类会带来什么样的影响和变化?

武向平:广义相对论有很多的预言,两个重要的预言,广义相对论1915年提出之后,很多的预言都被证实了,比如说水星进洞(同音),比如说光线偏折都测到了。只有两件事情预言,一直到他去世都没有被证实。第一个是黑洞有没有,第二是引力波没探到。所以探测引力波是人们100年来的一个梦想,这不仅是对广义相对论的支持,而且是人们始终想理解这个自然规律,说自然界现在有4种基本的力,弱相互作用,强相互作用,电磁力、引力,这四种相互作用都可以探测到,都有一个基本粒子在传递这种力,比如说电磁波,我们最清楚光子在传递。引力波就有一个引力子在传递这种力,它是光速传播的。

所以引力波的发现,有一个最大的作用是哪?第一,加深了我们对自然的认识,同时开辟了人们认识宇宙的窗口,这个窗口是除了电磁波、中微子、宇宙射线,第四种窗口就是引力波。比如说我们看到了两个黑洞撞在一起最后变成了一个大黑洞,这种过程大概只有通过引力波也能做这件事情,它开辟了人类认识宇宙的一个窗口。至于说有什么经济效益,我想是零。因为引力波非常长,它的波长特别长,比如第一次看到引力波最短是几百公里,最长是8000公里的东西,这么长的波,单位时间过来的时候不携带什么能量,把它拿来具有通讯基本上做不到。所以经济效益不会有,但人们梦想把它找到,主要是一种好奇心,同时想证实广义相对论是对还是不对,得有一个判据。在引力波发现以后,我认识宇宙,多了一个窗口。

主持人:现在看经济效益是零,未来的一天也说不定会有什么。

武向平:希望如此。

主持人:就像地球刚开始发现引力的时候,可能也觉得没什么用,也许后来会有用了。那我们国家现在对引力波的研究处于什么样的水平呢?

武向平:2月11日美国公布引力波发现以后,美国总统很重视,当天就有一个讲话。我们国家领导人也很重视这件事情,要求科学院、科技部来研讨引力波发现会带来什么样的影响,要求中国科学家走国际合作的道路,在重大的基础问题上有所突破。科学院和科技部就组织过很多次的研讨,对引力波有一些部署。LIGO发现引力波毕竟是两个小的黑洞,不大,像30个太阳质量的黑洞撞在一起变成了60个质量的黑洞。现在还有更多的黑洞,比如说我们银河系中心就有400万个太阳质量的黑洞,特别大,在宇宙中发现最大的黑洞到了200亿个太阳质量的黑洞这么大,宇宙爆炸的时候还有一个引力波留在空间。所以还有三个方向能够探测引力波,叫中等质量黑洞,超大质量黑洞,宇宙原初(同音)引力波,所以我们国家在三个方面立即进行了部署。

新疆有一个重要的引力波项目,大家只是不知道而已。在新疆天文台南山有一个基地,这个基地有25米的望远镜,新疆目前正在推动一个项目是110米望远镜放在奇台,叫QTT。这个望远镜建成以后,将会把我们国家脉冲星探测能力提高非常多倍,联合500米口径的望远镜会组成非常大的网,这个网在探测引力波上有重大的作用,它看什么呢?它看脉冲星的脉冲一个一个的规则,如果空间发生了变化,这个脉冲在里面传播的时候,这个时间就会发生变化,时间嘀嗒嘀嗒的声就会改变。特别大质量的黑洞形成或者是旋转的时候产生引力波改变空间性质,我们叫涟漪,脉冲星在里面会受到什么影响,引力波会测到。如果新疆110米如果能起来的话,就会巨大的提高灵敏度,把我们国家组成一个大的网,新疆的110米加贵州500米的,上海的65米,昆明有50米,整个组成中国巨大的引力波探测网,会提高灵敏度,开辟一个研究引力波新的窗口,因为我们研究这个引力波是10亿个太阳质量,不再是几十个太阳质量的引力波。如果新疆110米能建成,将会在引力波探测上作出重大的贡献。

主持人:那孙老师给我们介绍一下新疆的情况。

宋老师:我们现有的25米射电望远镜从1994年建成以后,1998年开始投入进行脉冲星观测,脉冲星观测的时间积累上有将近20年了。武院士说的时间上我们有这么长的数据,是有一定的作用。在这个空间上,如果再加上500米的望远镜和上海65米,以及昆明的50名射电望远镜的话,我相信会形成非常庞大的脉冲星观测阵,对超大质量黑洞产生的引力波会提高巨大的灵敏度。

武向平:将会把目前探测的灵敏度提高十倍。所以新疆的110米就非常的重要,我们也希望积极推动这个项目在新疆的建设。因为我们的地理位置很重要,如果有了这个点,我们的极限就是3000公里。新疆25米曾经做过重大的贡献,什么贡献?在探月的时候因为有了新疆这个点,我们的极限就变成了3000公里,上海、昆明、北京、新疆四个点组成一个网,所以探月的时候发生过重大的作用。

主持人:现在新疆天时地利人和,但是我们更需要有后备力量,今天现场就来了很多的小小天文人,将来就靠你们了。

武向平:好。

主持人:小小天文人他们有问题了,刚刚听了二位老师给我们介绍了引力波的情况。他们在仰望星空的时候,在观察的时候,看到大颗大颗的星星,除了看不到引力波,他们还知道有一个东西叫暗物质。

武向平:是的。

主持人:是大家也看不到的,引力波我们很难探测,暗物质似乎也是一样,还是请二位介绍一下什么叫做暗物质?

 

武向平:1937年的时候瑞士有一位天文学家他做了一个观测,他是第一次提出暗物质的人。他的想法很简单,一个星星要发光,你看见了一个星星。可是我们还有另外一种办法能够测到不发光的东西,如果一个东西不发光,如果仅仅靠星星发光就看不见它,所以我们必须发明一种新的办法来测这个质量。

主持人:什么办法呢?

武向平:比如说地球围着太阳转,我们靠这个转动的速度和周期距离来测出太阳多重。1937年的时候他想出了一个办法,我有一个巨大的体系,这个体系我们叫星系团,里面含有几百个银河系这样的成员,它里面也在转,也在运动,如果不运动的话体系就不稳定。他根据这个运动算了质量,就像地球围着太阳转一样算一个质量出来,它比较恒星发光给了多少质量,最后发现用动力学的运动办法算出来的质量大于发光的恒星算出来的质量的400倍。

主持人:这是什么概念?

武向平:我们丢掉了400倍的物质,是运动能反映出来的,结果靠发光是反映不出来的。所以这个概念是1937年就知道了。后面发展的特别快,我们说的爱因斯坦相对论,刚才说到验证,这个时候有一个好处,弯曲的东西可以是黑洞,至于发光不发光没有关系,星星过来光这么弯一下,测一下弯了多少,马上就知道这个东西有多重,这种办法就在1979年第一次被天文上发现,然后广泛的应用于天文学的观测,就可以测出各个系统的引力质量是多少,管你发光不发光。引力质量,偏转质量远远大于发光的质量,也是大几百倍。这样就提出了暗物质的概念,我们仰望星空的时候就有,比如说你看到美丽的银河系,就能想到其实这里就有暗物质的成分,为什么会有?银河系有多少恒星呢?它有2000亿颗恒星,是非常非常大的一个成员,它还在里面运动。比如说太阳就在运动,太阳也围着银河系中心在转,它转的速度还挺快,它每小时转87万公里,每2.73亿年转这么一圈,速度很快。它为什么会转呢?就相当于地球围绕着太阳转一样,它不转就掉进去了。所以这么多的成员在银河系里,每个恒星都是动的,把这么大家庭的成员在宇宙有限的年龄时间内集中起来变成这么大的银河系是非常困难的,因为你也动,我也动,要把它拉起来很难,所以说137年的时间是有限。137年要把2000亿颗恒星都拉在一起,没有别人帮忙是根本不可能的,所以就需要一个比它质量更大的人来拉着,那就是暗物质。暗物质造成一个巨大的引力室,把大家团结在一起,这才能在137年的时间内把银河系稳定的拉在一起,变成一个大的家庭。

主持人:像交警一样。

武向平:是的,这样它有巨大的吸引力,把所有人团结在一起,所有的恒星都团结在这里。所以说,银河系就有很多暗物质,有很多交警。

主持人:就像我们的摄像老师一样,此时此刻就像暗物质,我们都看不见他,他围着我们转。

武向平:是的。

主持人:但是没他不行。

武向平:是的,完全对。

主持人:现在怎么探测这个暗物质呢?

武向平:探测暗物质有三种办法,一种办法是直接探测,一个是间接探测,另外一个是利用对撞机把它撞出来。去年12月份,天文界发了一颗卫星——暗物质探测卫星,名字是“悟空”,这是我们的兄弟单位发上取得,它的首席科学家也是我很好的朋友。这个暗物质怎么探测呢?暗物质在宇宙中那么多,银河系里也有这么多,这都是粒子,它会不会撞在一起,两个一撞就湮灭了,就变成了一个正电子、一个负电子,这种现象在普通物质里发生,物质一湮灭可以变成光子,也可以变成正负电子对。如果说宇宙中的暗物质会撞在一起,密度那么高,运动的速度又那么大,就出一个正电子和负电子,如果我能看到天上这种电子谱,把谱线分析分析,也许能看到暗物质的信号。所以我们把它叫做间接探测。就是把卫星送上天,它探测的是高能的粒子。

直接探测,如果暗物粒子每天穿过我们,穿过这个房子,穿过你我的身体,穿过地球很容易,它是粒子,他和我们物质基本不作用。所以我们必须造一个非常大的探测器,等暗粒子撞这个东西,看能不能把原子核撞动了,如果撞动了,就可以看见它。既然为了探测这个东西,就要在地下做试验,为了避免宇宙射线,周围的干扰,甚至岩石的放射性等,所以要在地下做这个试验。好处是我们国家有一个非常大的暗物质探测实验室,在四川景平山(同音),它的高度是2850米,底下有18公里长的隧道,在岩石下面放着清华大学和上海交通大学的探测器,现在在做暗物质的探测。在国外已经进行了好多好多年了,比如意大利就弄了移动的液氙,这是一种气体,等着暗物质打它,想看到这个东西。

主持人:他们等到了没有?

武向平:移动的东西刚刚升级完,刚刚放进去,原来从10公斤、100公斤、1吨,不断把这个靶体变的非常大,大了以后可能性就大了,暗物质打它的可能性就大了,到现在还是零结果。昨天还有很多的网上文章说科学家找暗物质大概找到了极限,方法是不是错了。它有一个基本原理,暗物质一定和普通物质发生作用,如果我打你一拳就穿过去了,你就根本感觉不到,这是它的基本原理,就是一定要和普通物质作用。

第三个方法是等加速器打出来一个新粒子,比如说欧洲核子中心有一个大的加速器,当速度很大的时候,看能不能撞出一个新粒子出来,如果能撞出来的话,不是已知类的,那大概就是暗物质粒子。

大概三是种办法。

主持人:不管是等着它撞出新的粒子,还是费尽这么大的力气去找暗物质,它对我们的人类和生活会带来什么样的影响?

宋老师:我认为没有任何影响。

武向平:其实这个只是宇宙中主要的物质成分,我们现在还不知道,我们知道的物质成分非常少,所以86%的物质是暗物质,剩下的那一部分才是发光的物质。这么多的物质成分是暗物质,我们连宇宙物质的基本组成都不知道。所以就促使我们去想,我们想知道它是什么。第二,这个物质成分一定不是标准粒子物理模型下的一个成分,它一定是新的,如果找到这个粒子,我们就可以理解这个基本物质的构成是什么,它会突破现有的标准粒子的模型。比如说现在找到了所有的粒子,据说质子具有三种组成等等,我们找到了给大家贡献质量的粒子都找到了,所有宇宙中标准模型的粒子全部找齐了,那现在我们找的暗物质粒子是什么呢,一定是超出标准模型以外的东西,我们想找到它,这个找到以后会改写我们物理学,它一定是一个非常新颖的,是一个新的概念,会把我们新的物理学作一个彻底的改变。

主持人:对于二位这样的科学家来说,浩瀚的宇宙有那么的未知,对于我们普通人来说,更是有太多的不知道。在新疆因为种种的原因,可能有更多的人不了解天体,不了解这个事情。这就给一些别有用心的坏人给他们一些机会,在我们的一些比较偏僻的地方,去宣传一些宗教极端思想,让可爱的孩子做一些坏事情,甚至去给他们传播一些圣教殉战上天堂,告诉孩子们天堂应该是什么样,抬头看到的星星应该是什么样的。所以我觉得,在新疆对青少年来说普及天文知识应该更重要。

武向平:非常重要。

主持人:所以对于我们新疆的青少年来说,请二位专家给我们说两句。

宋老师:新疆天文台也一直致力于将天文学普及推广,每年都开展天文科普讲座,我们制作的天文展板到学校进行巡展,利用南山观测基地进行冬令营的活动,特别是重大天象的时候也会组织相应的观测活动,当然观测之前也会进行前期的知识普及。像您刚才提到2008年本世纪初的日全食的观测点,我们也做了很多相关的工作。

我们之前的很多工作都是面向北疆地区,而南疆比较少。前两年我们到南疆去的多一些,去年新疆天文台组织了专家讲师团,由艾力沙木丁研究员,他是维吾尔族的天文学博士,还有新疆第一个维吾尔族天文学女博士帕里旦木,还有我三个人去喀什疏附县进行了宣讲。

主持人:讲什么呢?

宋老师:讲天文知识,面对的就是农民和青少年。我们之前都有很多的一些想法,认为这些农民和宗教人事可能对我们宣讲的内容有很大反对的意见,有很逆反的心理,没想到我们讲完以后,那些村民们还站在那里不走,等维吾尔族的专家下来以后跟他们握手说,我们以前的想法全是错的,今天我知道了什么是正确的。

主持人:崇尚科学是人类的天性。那你们具体讲什么内容?

宋老师:我们让他介绍一下真的天堂在哪里。我们给他介绍宇宙中的环境,先介绍太阳系里的环境,会告诉他们我们真正的天堂是在地球上,而不是在他所谓的宇宙中其他的某个地方。我们现在在宇宙中还没有找到这样一个像地球能够居住的星球。

武向平:科学家除了做好自己的本职工作之外,应该有科普的义务,我特别推崇走向西部,走向山区。所以我们在中国科协推动着一个计划,把科技资源、教育资源向西部山区倾斜。

第二,多次呼吁让科学家走出自己的办公室,到偏远山区给大家普及科学知识。我们要组织很多山区的孩子走出来会比较困难,但一个科学家走出自己办公室到山区去却很容易。最近这几年一直做一件事情,就是做科普。上周我刚从贵州回来,给那里的小孩讲科学知识,讲宇宙的所有科学知识,孩子们是非常感兴趣的。我走过黔南民族地区,也到过遵义,每次做报告的时候,学生非常多,最多的时候2600人听报告。把我们最前沿的宇宙学的知识,用通俗的语言告诉大家宇宙是什么,这里还有什么问题不能解决,让他怀有好奇心,这种好奇心促使他有求知欲望,也许哪一天他就会解决这个问题。

所以科学家真的是有义务走出去,新疆那么大,其实新疆是一个好地方。我在新疆很多年了,我在天山里放了一个非常大的设备,只是很少宣传而已。我们国家有最多的天线在天山里面,我放了10287个天线,在新疆天山里放着。

主持人:怎么看不见呢。

武向平:我们没有宣传过,在十公里长的基线上放了那么多天线,观测宇宙的第一缕曙光。那是国家科技部和中国科学院支持的重大项目

主持人:是在我们新疆吗?

武向平:在。

主持人:现在还在吗?

武向平:欢迎大家去看,尽管那里不太容易去。这个事情在我们新疆没有宣传过,如果我们有机会,电视台拍一个宣传片也挺好的。其实在新疆这块地方,最适合做的大概不是光学天文学,是射电,就是拿无线电波看宇宙,新疆有独特的地理优势,还有重要的地理位置。第一,人口少,地大,新疆的面积占到全国的六分之一,这时候电波干扰最小,把射电望远镜放在新疆的时候干扰是最少的,我们天文学家找山高的地方放光学望远镜,人少的地方放射电望远镜,所以新疆是最好的放射电望远镜的地方。

巴音布鲁克那么大的地方,天山的一个山沟里那个射电环境都非常好,没有干扰,是非常好的地方。所以像110米放在奇台,都是非常好的地方,将来这个电波环境都很好,所以新疆作为一个重要的支点,它的支点重要在哪里?这个点没有,中国的望远镜工作的极限一下短了很多,有了它,探月的时候才知道我们有3000公里的分辨率极限,看月球车每走一米都看得见。如果没有这个点,就完了。而且这个点还有一个重要作用,这个点可以跨到欧洲,这个点一放以后,往东有上海和北京,南有昆明,在往西就接上了欧洲,所以我们这个点极其重要,推110米从战略角度考虑,它是非常重要的一个支点,所以新疆有一个独特的优势发展射电天文学。

主持人:新疆欢迎您,欢迎您这样的科学家。

武向平:新疆是我的第二故乡,我在这里已经干了十年了。

主持人:孩子们也特别欢迎您,欢迎像您这样更多的科学家能够来到新疆,为我们科普起到引力波的作用。

武向平:谢谢。

主持人:让新疆很多偏远地区的孩子不要变成暗物质。

武向平:即使暗物质也有作用。

主持人:听了这么多,在场有很多小小天文家,还有未来的天文学家,你们有什么问题请问二位科学家。

提问:我想请问武院士,您刚才说到在广义相对论中,爱因斯坦有两预言分别是黑洞的引力,还有一个是引力波,两个还没有被证实,我想请问在这两个方面有没有什么关联呢?

武向平:这是两个独立的预言,一个是黑洞是否存在,第二个引力波是否有。黑洞现在已经发现了,在很多年前就证实了,包括银河系里有很多黑洞,像太阳大小的,比太阳大几倍、十倍的黑洞。包括这次引力波看到,三十个太阳这么大的黑洞都发现了。银河系中心有400万个太阳质量的黑洞,这也看到了,我们看的很清楚,这都不会有问题。所以黑洞的预言已经被证实。

下一个是引力波,引力波现在也被证实了。所以广义相对论留下的两个问题都已经解决了。唯一一个问题就是,如果还能找到引力子,那我们就彻底的把广义相对论的理解大大的往前迈进了一步,因为所有相互作用力都有一个传递的粒子,我们就没找到引力子。在在大统一(同音)的理论下,我们希望弱相互作用、强相互作用、电磁力、引力能够统一起来,现在就差引力没统一了。所以引力波的发现对我们非常重要,将来给大统一找到一个很好的方向,如果找到引力子,找到更高的能量,也许我们能统一四种力。

 

主持人:我以为第一个提问的同学会问专家,宇宙中到底有没有外星人。刚才有一位学递了一张纸条,他说我想问引力波既然是个波,它是否像光一样具有波性的同时具有粒子性呢?

武向平:这是一个非常好的问题,现在科学家完全不理解,这是我们要解决的问题。从引力波的传递来讲,我们需要一种传递的粒子,在其他三种相互作用上看到的都是粒子。现在唯独引力波这么长,我们又想理解它的粒子特性,非常困难。现在还没有一个理论,还没有一种试验能够说找一些引力子,它是什么特性呢?我想更偏重于波,那怎么从波的特性理解它是引力子呢,没有人理解这件事情。这是未来要突破的方向。

主持人:期待在座的同学们。

 

提问:武院长,如果我们这个世界没有了引力波,或者是有一天它突然没有了,会对我们这个世界造成什么影响?

武向平:什么影响都没有。

提问:那如果是暗物质呢?

武向平:暗物质不一样。如果没有暗物质,情况就不对了。第一,没有暗物质银河系就不是这样的,银河系就变成松散一团,很多体系都会瓦解。我刚才讲过,暗物质可以造成巨大的引力是团结大家在一起,如果没有引力波的束缚,没有暗物质的束缚,我们的所有东西会解体。所以暗物质的作用远大于引力波的作用。

主持人:会不会有这么一天呢?会不会消失呢?

武向平:不会消失。

主持人:所以你放心的好好学习吧。

 

 

提问:武院士您好,我是一位科技辅导员,我想问一下您刚才提到大统一理论,如果认识到引力它既有波又是粒子,那在大统一理论学到哪些知识呢?

武向平:大统一的方向没有错,大家知道它肯定要统一起来,因为四种基本力,三种统一起来了,是1984年就获得了诺贝尔奖。现在剩下这一种为什么统一不起来?它需要非常高的一个能标才能统一起来,可是这种能标在地球上加速器里实现不了,我们无法实现这个东西。而宇宙大爆炸这种框架下,过去是高能量,能量变的越来越低,温度越来越低,这种框架下宇宙温度降到某个时候,它会分离出引力,第一分离的引力,后面才有三种作用力,这个思路是不错的。可是这个能量必须是非常非常之高的,可这个高是现在地球上没法达到,我们也不理解。方向没有错。

 

提问:需要的数学知识呢?

武向平:过去人们讲量子常论,现在发现还是不够的,因为现在有一个基本问题没解决,量子力学、广义相对论没有结合起来,虽然叫量子引力,可这个量子引力是不完备的,所以对这个东西我们没有理解。大概把量子常论和广义相对论结合起来,知识都具备的情况下,大统一会往前走了大大一步。

 

提问:通过今天宋博士的介绍,对我们认识天文有很多的帮助,我想问宋博士,您对我们中学生学习天文方面的知识有什么希望?

宋老师:我们希望中学里最好能开设选修课,武院士曾经在中国政协的座谈上也提到过,每个学校里把咱们的天文学变成通识课,就和历史课、地理课一样,是必须上的一门学科的话,我相信天文学它的普及力度、普及的广度不是今天能比的。

主持人:古人说要上知天文,下知地理。现在我们只知地理,不知天文。

武向平:而且小孩子对天文是很有兴趣的,从小想知道星星是怎么样的,总想找到外星人等等,他有很多好奇心,这个好奇心能驱动他,其实人们是愿意学的,责任不在于孩子们,在于我们,我们没有写出一本非常好的书给中学生和小学生看的。所以我一直试图在推,在大学里能不能有一种人文和宇宙结合产生起来的一种学科,首先文科生能接受的课程,再把它变成通俗话,再变成中学生能接受的,再变成小学生一级,其实是我们没做好,和学生们没关系。

我们应该有责任去把这门课做好,而且应该有责任到中学、小学去做科普宣传。应该在暑假办很多的夏令营,是我们应该做的。比如新疆天文台就承担着这样的任务,大家应该走出去。其实科普作用有的时候大于研究员做他自己的研究,现在我觉着要做好科普,带动的是一批人,做好自己的科研只是带动他自己。可是要做科普,带动的是很多的人去作它,那他就有兴趣了,将来出来的科学家就会更多。所以到了一定的时间,我们应该做人梯,而不是再在自己的小方向钻的很深很深,大家应该有不同的作用。

 

主持人:我们竖起大拇指给科学家点赞好不好。

武向平:谢谢。

主持人:我们也期待着这一天能够早日到来。

 

提问:武院士,在现有的情况下是否有比较好的书来供我们中学生学习?以至于我们在这方面的知识不会很空白。

武向平:很遗憾,这是非常遗憾的事情,我们国内没有非常好的天文通识科普的书出来。在国外反而是有的,翻译的书大概有一些。

主持人:请您推荐几本翻译的书。

武向平:你留下联系方式,我现在一下子想不起来,我会给你推荐几本书。大家记一下我的邮箱,我推荐一两本书,关键是这个图很重要,解释的还比较通俗,我们不能弄很悬殊的名词去解释,大家也听不懂。国外做的比我们好,我们国内的科普没有做好。

主持人:所以一开始我就在问什么是引力波,什么是暗物质,我们需要一些通俗的科普读物。

武向平:我的邮箱:wxp@bao.ac.cn

 

 

提问:我想请问一下两位博士,光与时间有什么关系?

宋老师:时间的概念是源自于古人对天象的观测,最明显的概念是发现太阳总是有一次要升起来,总是有一段时间要落下去,而且很有规律,所以就形成了一天的概念。渐渐的我们再进一步观测天象时发现有一年四季,一年有365天的概念。

而光和时间具体有什么必然的联系,我在这里觉得他们之间没有什么太多联系。

武向平:首先光速是一个绝对量,它是永远不会改变的,不论在任何情况下都不变。这是我们接受的事实,这是绝对的东西。我们现在还没有发现违背光速不变的事情。

时间概念是非常灵活的概念,时间是我们定义出来的,时间可快可慢。在地球上的时间是均匀流逝,其实要做一个非常简单的实验,现在科学家做出来了,第一次验证广义相对论的时候有一个实验,25米高的一个楼就可以看到时钟走的不一样,放在上面走的快,放在下面走的慢。放在下面引力比较强,时钟走的慢,放在上面就走的快了。25米的楼高就可以测出两个时钟走的不一样。

所以时间是一个相对量,我们常说黑洞,要穿越黑洞的话,花了无穷长的时间怎么也落不进去,其实你一下子就过去了。所以时间是相对的,它也是可以变化的,取决于引力强弱,还取决于运动速度的快慢,都是有关系的。这是一个相对量。所以和光速有本质的区别,光速就是不可超越,而且恒定不变。

 

主持人:大家可以做一个实验,从25层楼和1层楼看一下时钟的变化。

 

提问:武院士您好,您如此热爱天文,是因为怎样的一件事情您会喜爱上天文?

武向平:这的确是因为一件事情,这是一个小故事。我原来在大学学的是物理,但我研究生学的是微波技术是通讯,就是有一件事情改变了我让我学天文。我从博士开始才学的天文。

我看科普杂志,科普杂志有一个天文爱好者,图书馆随便翻了以后,里面有一个问题没解决,当时人们发现天上有一个星星是类星体,特别的亮,但是这个斑点是怎么都看不透是什么东西。当它来了之后,这个光的波长被拉的特别长,人们就解释它是宇宙膨胀造成的,宇宙膨胀的速度越快,波就拉的越长。我就坚决相信这是不对的,我相信应该造出一种什么样的宇宙学的解出来、广义相对论的解,然后引力非常强,把这个时钟变慢,时钟变慢了以后,这个波就拉的很长了,嘀嗒嘀嗒的就慢慢过来了。结果我始终没解决这个问题,我始终相信我是对的,我应该找一个理论来解释它。结果发现到现在我是错的,但没关系,这个错改变了我自己,硕士毕业我考博士就学了天文,始终想解决一个问题,最后发现这个问题是我想错了。这件事情倒导致我改变学了天文学。

 

主持人:遇到问题就去探索和钻研。这个同学问的也非常好,问了非常有人情味的问题。因为时间的关系,今天的科学面对面到这里就暂时告一个段落了,我们再次把热烈的掌声送给二位老师。

武向平、宋老师:谢谢。

主持人:最后想请二位老师给新疆所有的各族父老乡亲,所有的天文爱好者一点寄语。

宋老师:我希望我们的天文在新疆能发更多的光,我们中国的天文也因为新疆的射电望远镜,因为110米而在世界上能占有更重要的地位。我更希望因为我们新疆的天文,能让更多的青少年正确的认识这个宇宙,正确的树立自己的人生观、宇宙观。

武向平:新疆是一个美丽的地方,人们非常的友善,也好学勤劳,所以我在新疆工作了十年,是非常喜欢新疆的。因为我工作的关系,主要是集中在天山里做实验,没有走出来,我连天池还没看过。我希望能走更多的地方,给大家传播科学知识,带领更多的小孩子去学天文。其实新疆出了很多很重要的天文学家,希望我们将来新疆出更多的科学家,不仅学天文,也学其他的生物、机器人等一切高科技的,和自然科学有关的、社会科学有关的都可以,我们新疆是个人才辈出的地方,也是个非常好的地方,所以大家要珍惜这块宝地,将来都成才。

主持人:大家有信心吗?

同学们:有。

主持人:感谢二位,感谢同学们,科学面对面到这里跟大家说再见了。再见!

老师、同学们:再见!

 

 

科学面对面(郑南宁)

 

 

主持人:现场及电视机前的观众朋友们,大家好,欢迎来到《科学面对面》的节目现场。今天借着第六届科技节的契机,我们非常荣幸的其来了我们国家人工智能学的泰斗,也可以说是大家,我来为大家介绍一下,来自于西安交通大学人工智能与机器人研究所教授、工学博士,中国工程院院士郑南宁,掌声欢迎。特别欢迎郑教授来到新疆,请问您是第几次来新疆?

郑南宁:应该是第四次来到新疆。

主持人:也算是我们的熟客了。来新疆这么多次,有没有吃过新疆的拌面?

郑南宁:吃过,味道很好。

郑南宁:还有馕。

主持人:不知道您吃的拌面是人工做出来的还是机器做出来的?

郑南宁:当然是人工做的。

主持人:但现在随着科技的进步,我们新疆很多拌面(拉条子)可能就让机器人去拉,包括馕是让机器人去和面。

郑南宁:是。

主持人:这应该说是一个非常非常简单的人工智能了。人工智能发展的非常快,大家最熟悉的就是机器人和人来下棋,人工博弈。机器人和人来PK到底谁更厉害一些?

郑南宁:人工智能技术的发展使得机器比人给聪明了。

主持人:战况是什么样的?

郑南宁:今年3月份Alpha GO以10:1战胜了人类最优秀的棋手李世石。

主持人:这次比赛之后,好像更多的人开始对人工智能更加关心了。

郑南宁:对。

主持人:大家在关心什么呢?

郑南宁:机器一下子把棋类最复杂的围棋学会了,并且战胜了人类,当然使得无论是 学术界还是围棋还是社会公众都觉得机器了不起。

主持人:觉得不可思议。

郑南宁:机器有了围棋高手的智能。当然长期以来让计算机学会下棋,国际象棋,国际跳棋,现在到了围棋,它一直把下棋作为判断机器的智能水平。

主持人:它是一个标准,为什么拿这个当标准呢?

郑南宁:因为下棋是一种智慧的游戏,最初计算机实现了把国际跳棋冠军赢了,那是1994年。1997年IBM的深蓝计算机战胜了国际象棋冠军,从那个时候开始,人们就把目光转移到最复杂的棋类游戏围棋上。这次谷歌Alpha GO取得这样的战绩,让人们对人工智能技术的发展有了一种新的认识。我们从另外一个角度来看,围棋复杂,但是这次谷歌其实它还是一个非常成功的一次市场营销。

主持人:广告营销。

郑南宁:现在社会观众关注它,恰好体现了广告所带来的一种轰动效应,当然这个广告不是简单的宣传他的产品,而是通过一个机器的智能,通过机器战胜了最优秀的棋手。为什么说它是很成功的市场营销呢?因为通过这种方式,向人们表现谷歌现在已经在人工智能发展的新的起点上,到达了一个新的高度。

主持人:站稳脚跟了。

郑南宁:站稳脚跟。这次跟李世石比赛之前,实际上去年已经战胜了欧洲的围棋冠军。战胜了欧洲的围棋冠军以后,同时有一篇文章在《自然》杂志上发表,《自然》杂志是英国办的,《科学》杂志是美国办的,《自然》和《科学》两个杂志在学术界顶尖的学术刊物。在最顶尖的学术刊物上攀登了它战胜围棋冠军,也介绍了这个机器的程序是怎么来实现的。所以它既用人机大战的形式向公众展现了人工智能的技术,同时又在最顶尖的学术刊物上发表了他的研究成果,所以双管齐下来证明谷歌它成了当前引领人工智能技术发展的领导者。

主持人:很厉害,人工智能在棋界基本上是打败天下无敌手了。

郑南宁:从目前来看是这样,因为它还没有跟中国棋手比赛,通过这次Alpha GO的人机大战,围棋界也在总结,通过公开的五局的比赛结果,通过棋谱也在分析,看看Alpha GO还有哪些弱点。

主持人:还在分析,还会变的更强。

郑南宁:一些围棋爱好者也是饶有兴趣的来看看它的比赛的过程,来看看棋是怎么下的,从中学习。为什么说围棋是非常复杂的呢?围棋有361个落子的点,也就是19条横线+19条竖线,周边算下来有361个点。它的复杂程度简单的用一个数学方式做一个比喻,363个点,当围棋手落下这个点的时候,有361个位置可供选择。落下第一步的时候,361就要减1,到第二步的时候就是360个点,第二步下完以后就剩359了,这个状态是多少?361×360×359,然后不断的阶乘下去,到最后乘2乘1。

主持人:有没有数学特别好的,能不能算出来答案。

郑南宁:我们用近似数来表达,它有10的786次方。还有一种算法,每一个子是三个状态,放一个白子或者是一个黑子或者是不放子,有这三个状态。360个点是多少状态?应该是3的361次方,大约是10的172次方,这是什么概念呢?我们把世界所有的物质的原子加起来大约是10的80次方。所以它很复杂,它的状态是变幻无穷的。

这是一个理论上表示围棋它的复杂,实际上没有那么多状态,因为有的点是不能落子的。从前面这个分析足见围棋是非常复杂的,所以有一句古人的话“围棋独一只,千古无同局”。我们找不到哪一局跟谁下的是完全一样的,这是说它的变化是非常大的。

主持人:人工智能现在都已经可以轻松的战胜人类的顶尖选手了,人工智能下一步还会挑战什么?

郑南宁:围棋实际上是一种推理的,是机器在计算上的推理,它还需要人给它设计程序。谷歌就是通过机器学习的方法,如果把它讲的稍微再深一些,它是一种策略网络和价值网络,两个网络并行。

主持人:什么意思呢?

郑南宁:策略网络就是对方下的子,围棋有这么一个状态了,我应该把这个子往哪里放?它要从大局来判断,我应该落哪个子。落到这个子以后,它的盈率是多少,它这时候用价值网络来做决定的。我前面所谈到的围棋状态数是非常大的,所以它还需要有一个状态搜索的方法,这种方法学术上的名字叫蒙特卡罗搜索,就是要把这个状态的空间进一步减少,在有限的时间内给出一个最有利于自己的落子的点的位置。它依然是一个计算,从计算的角度而言,机器胜过人了。

但是人的特点是什么?人的特点首先是知觉,比如说围棋在下的时候,并不是靠计算出来的,他是判断整个棋盘上的战局整体来把握落这个子,有的时候他判断的很快,还有下快棋的,有的时候下的慢,有的时候时间超过也就输了。但是人在这个过程中,它的计算是在一个知觉对整体的判断下对局部的落子位置,我下了这个子要考虑后面几步怎么下,我下的这一步不是孤立的,既要对前面布局的整体思考,同时要考虑到下的这个子以后应对对方的几个变化,再下一步要怎么走,要连续考虑三四步,甚至四五步,人有这个能力来考虑。

主持人:那人工智能呢?

郑南宁:人工智能也类似于学习人类的知识。人类它有一种隐性的学习过程。

主持人:隐性的学习过程是什么样的?

郑南宁:我们可以在没有教师的情况下,或者是教师指导很少的情况下我可以掌握知识。

主持人:可以自学。

郑南宁:他可以自学,人类触类旁通,举一反三。我可以先学一些基本的概念,在基本的概念上根据我已经掌握的知识可以推理和学习新的知识。也就是说,可能一开始我学一些基本概念花了比较长的时间,但是我掌握了它以后,可以再进一步的归纳和推理,学习新的知识的时间还可以缩短,而且有的时候总结不需要老师时时刻刻教我。这里边就有一个所谓的无监督学习,这是人工智能下一步进一步发展的。就是在没有教师指导的情况下,它能够自主的学习。

主持人:这让我们想起一些科幻片,人工智能自己会学习了,然后占领了世界,统治了宇宙,会不会有这样的情况发生呢?

郑南宁:我觉得人工智能还是人来实现的,当然现在很多科幻大片有一些对于科技想象的色彩,为了使得大片更加令人心悬或者是激动人心,它会营造一种意想不到的场景。但是人工智能的发展总是在人控制之下的。

主持人:是可控的吗?

郑南宁:应该是可控的,我觉得。

主持人:还是需要人来编程?

郑南宁:当然,我们今后可以实现机器自主的学习,是可以做到的。

主持人:您说到自主的学习,又让我们学到恐怖的科幻电影。如果自己学会了,比如我是机器人,我会编程了,我再造一个机器人,他们进行这样的繁殖,有没有可能?

郑南宁:机器的自我繁殖也需要人类在设计它的时候给它一种可能性,就是我需要这个机器自我繁殖,需要在整个的设计过程中提供它能够自我繁殖的可能性。如果不给它提供这种可能性,它是繁殖不了的。

主持人:总开关在人类手里。

郑南宁:他当然了。但是人工智能的发展实际上是一把双刃剑,在展开这个问题之前,我先把人工智能面临的挑战再补充两点。前面我讲了怎么能够让机器在没有教师的情况下能够自主学习,这是一个问题。

第二,需要让机器像人类一样的感知世界,感知周围的环境。比如今天我到这个演播室,我看到前面坐着小朋友们,有小学生,也有中学生,后面还有工作人员,我进来之后我马上能感觉到,我能够分类,我的分类是怎么来的?是我有先前的知识。简而言之,我看到这些小朋友整体的打扮和他们面部的表情以及外形,我很自然的看出他是一个小学生。我再看另外一位穿着夹克衫,行为打扮和表情一看就知道是中学生。机器进来以后他要仔细的辨认,他辨认的时间不是靠知觉来的,它感知这个世界怎么来表真这个世界,这也是很大的挑战。

主持人:它更多的是靠符号化,看到红领巾就知道是小学生,如果这个孩子不穿校服,不系红领巾,它也许没法判别。

郑南宁:比如司机开车,突然旁边滚来一个皮球,这时候司机的判断会本能的把 方向盘打过去,这时候他不是计算的。但是如果让机器来判断这个过程,就和人的判断不一样了,它需要计算。

主持人:会怎么计算呢?

郑南宁:它要不断的判断场景,进来一个物体它的灰度是什么样的,它是怎么运动的,然后来判断这是一个障碍物,这个障碍物是运动的,它的运动速度是多少。前面谈到围棋是很复杂的,如果说用计算的方式来描述围棋对应的状态,前面已经谈到这个,这是非常复杂的。但是和机器像人类来表真自然世界相比,后者更困难。

主持人:为什么?

郑南宁:因为你要感知周围的环境,比如人有视觉、听觉、触觉、嗅觉,人类正是通过五观来感觉他的存在。作为生物而言,感知是他生存的基本条件,人类也同样如此,如果人类没有触觉,没有视觉,那人类怎么生存在这个世界呢。

主持人:您的描述是人类生物具有感知,这是我们的优势。但有人可能不这么说了,说这不一定是优势,比如说我们在同等的竞技条件下,机器人没有感知,没有感知意味着他不会紧张,他不会受外界的干扰,别人怎么说他都不会紧张。

郑南宁:如果机器没有感知,他就不知道怎么行动了。

主持人:它不会紧张。

郑南宁:不会紧张是对的,但是它也不会行动了,就孤立的停在那里了。比如一个机器人要移动,作为环境要进行感知,他没有感知是不行的。你谈的这个问题也是很有意思的,人是有感知有情感的,这又引出另外一个话题,人是有情感的,人是有自我意识的,人也有自我反思的能力和认识自己所的环境,这是人类区别于所有生物最根本的本质所在,有自我意识和反思。

这就是人工智能面临的最艰难的挑战,如果说让机器具有自我意识,就跟你前面谈到的科幻大片。这个问题很有意思,这个问题已经超出了科学研究的领域,跟哲学相关了。

主持人:包括伦理。

郑南宁:对,包括伦理相关了。我们再来看看人是怎么组成的?人是有机物,而机器是什么组成的?机器是无机物,如果让一个无机物具有了自我意识,它又在很大程度上比如说70%的程度上跟我们人类很相似了,这就是通常在人工智能研究领域有一个死亡谷的概念,一个有机物的生命看见了无机物,它依然有我们生命的特性,它有一种恐惧,就是死亡谷。但是当机器进一步的去进化,人类跟它又能够相处了,那人和人工智能之间的关系会从死亡谷慢慢能够和谐相处了。

让机器具有自我意识,让机器具有反思的能力和认识自己的处境,的确对人工智能研究来讲是艰难的一种挑战。

主持人:也是大家努力的方向。

郑南宁:人工智能技术是一个双刃剑,任何科学技术的发展实际上都有一个为人类造福,还是被别有用心的人利用它来毁灭我们人类。核武器就是这样的,如果别有用心的人掌握了核武器,就会对我们人类带来毁灭性的打击。

主持人:这是一个双刃剑,这也是一个矛盾,我估计很多的科学家既想让人工智能往前大大的走一步,但估计又有一部分人担心,死亡谷会到来。在科学界是不是应该分成两派,大家是什么样的观点?

郑南宁:你谈的这个也是很有意思的问题,实际上在人工智能早期的发展中就有两种不同的观点,一种人认为人工智能可以取代人,另外一种人认为人工智能的发展是为了帮助人。但是现在的发展实际上在一定程度上使得两种观点要融合。

主持人:可以融合吗?

郑南宁:可以融合。就取代人来讲,比如一些恶劣的环境,危险的环境,我们还需要机器人。比如空间,我们人不可能到空间上去,因为没有氧气,人生存不了。但是无机物可以不需要氧气,到空间去做机器人,到火星上和月球上

搭建人类能居住的场地,人可以在生存的环境中去进行生产活动。机器人可以在月球表面上行走,包括在空间中也可以行走,它可以代替人去做这样的工作。另外一种还可以帮助人,我们现在有强调人机共融,比如护理机器人用人工智能技术,比如我们身体骨折了或者是卧床不起了,通常是几个护士一起去护理这个病人,现在机器人可以轻松的把病人扶起来,而且护理机器人帮助身体不便的病人进行康复的训练等等。它可以帮助人,在其他场合也可以帮助人。

主持人:放眼全世界,人工智能做的比较好的、比较强的国家是哪个国家呢?

郑南宁:整体水平来看,发达国家在这方面走的还是更快一些,他们一些应用技术也做的很好。

主持人:最强的是什么国家?

郑南宁:但是我们不能讲整个这个领域哪个国家很强,因为这些发达工业国家在人工智能技术以及机器人技术上各有自己的长处,总体来看人工智能研究领域活跃的,特别是在当前的互联网+的大的发展趋势下,美国的企业是非常活跃的,像谷歌、facebook、微软等其他的大的计算机公司,但是欧洲做的也不错。中国最近十来年也正在迎头赶上。比如我们的科大讯飞,语音软件做的很好。

主持人:就是大家用的讯飞输入法。

郑南宁:讯飞的语音。比如新疆大学信息学院的吾守尔院士做的二十几种少数民族语言和汉语之间的互译,这方面做的都挺不错的。在这些领域中,中国有中国的特色。我们在无人驾驶车技术方面起步也不晚,当然中国的交通状况和美国还不一样。美国的整体交通状况比较好,整个智能交通的基础设施做的也不错,中国现在也有很多高校比如说西安交通大学、国防科大十几年前在无人车领域开始研究了,在一些单项技术上这些工作做的还是很好的。

主持人:还不错。刚才您提到了互联网+,在这样的一个时代背景下,人工智能可能有所发展。除了互联网+,可能还有几个背景,比如工业革命4.0,还有供给侧改革。您觉得作为我们国家,怎么样在这样的时代背景下能够抓住机遇,让我们的人工智能能够迎头赶上?

郑南宁:就整体来讲,无论是互联网+还是工业4.0,还有供给侧改革,无论是从政府还是企业,还是在高校学术界,大家对创新提到了很高的层面上来认识它。当前对人工智能技术的发展更要重视已有的科研成果和技术在实际生活生产和经济活动中的应用。我们只能用应用驱动来进一步的推动人工智能技术的发展,因为不能把人工智能技术像过去三十年前,当时我刚刚从国外回来,人工智能技术还是深墙高院的阳春白雪,研究经费也不太多,计算机的计算能力也很低,我们在实验室里做基础的应用研究。随着整体计算机科学的不断发展,今天的一台小小的笔记本( 计算机)或者是一部手机已经远远超过三十年前的一个小型计算机了。计算能力的腾飞,为过去只能在实验室里做一些探索性的研究,而今天可以很快的转化为一个实际生产应用的技术。

还是要抓住应用来带动我们的研究。过去谈到科学研究是一种实践,我提出一个新的方法,我在实验室里来验证它,现在我们在寻求推动产业发展的过程中,在实践中来体验出科学问题也就是说把人工智能的技术作为产业发展或者是技术进步的雪中送炭,而不是深墙大院的阳春白雪的研究。

主持人:举一个例子,现在很多家庭已经买了扫地机,应该算是人工智能吧,大家都开使用,在这样用的过程中,科学家在寻找怎么能够把它做的更好,甚至将来机器人怎么行走的更好,就会做出这样一个基础。

郑南宁:是的。

主持人:关于人工智能的问题,我问完了,现场有很多的老师和同学们,你们有什么样的问题呢?

 

提问:郑院士您好,我是小学的科技辅导员,目前是否有这样的智能仪器,将人脑里边的思绪,想的问题或者是想的事情以文字的形式记录下来,有没有这样的仪器呢?

郑南宁:她的问题很有意思。现在科学家正在做这方面的研究。

主持人:霍金用的是不是这个东西呢?

郑南宁:霍金用的还不是这样的,霍金他没有办法行动,连动脖子都很困难。他的思想怎么表现出来呢?他不是通过机器来判断他的大脑,他的前面有一个键盘,这个键盘是屏幕上的,他在思考问题的时候,他的眼睛在看这个字母,看到这个字母就把它拼出来了,拼出来再用语音合成的方式把声音再发出来。

他有一个特殊的轮椅,坐在轮椅上,前面有一个屏幕,因为他手也不能动。

这位老师提的这个问题,现在有这方面的研究,因为人的大脑是非常复杂的,我们的大脑有860亿左右的神经原,这些神经原构成了非常复杂的网络,我前面谈到我们有视觉、听觉、嗅觉,人跟外界交互的基本感知在大脑中是在不同区域来实现的,比如我现在跟你对话,大脑中间就有一部分的网络在承担着和你对话的过程,其他的网络没有工作。如果我们用核磁共振或者是光学的方法来探讨我跟你对话的大脑中网络的活跃程度,把这个信息取出来,然后再记录下我跟你谈话的过程,把跟你谈话的过程和记录下大脑的对应状况作一个对比,然后再跟这位主持人对话,我的大脑也在活动,但是我跟主持人对话的内容不一样,这两个 大脑活动的区域一比较,它会找出差异的。如果我们分析许许多多这样的例子,就会逐步的总结出一条规律,判断我在思考什么,我的意识是什么。简单讲就是读脑术,但是这项工作也是一个非常艰难的科学挑战。

我前面谈到860亿神经原构成的网络,大脑的活动是极其复杂的,现在科学家在探讨意识,然后控制意识,就是在大脑皮层中接入芯片,这个也在做。就是把人和机器可以联系起来。

主持人:机器善于找到规则,计算的基础是1和0。

郑南宁:对。

 

 

提问:如果想在这方面发展的话,那我们的初中和高中的学生在哪方面的基础理论要更扎实一些?

郑南宁:中学都有生物学,同学们在学生物学的时候补充一些最新的科技发展,而且把最新的科技发展以故事的形式告诉同学们,而不要去讲学术性的东西。的的确确把一个深奥的科学道理用很短的故事表达出来,这的的确确也是我们教育中需要培养的能力。今天我们讨论的人工智能,其实人工智能的发展给我们的教育体系也提出了反思,怎么样来培养创新性人才,怎么能够让我们的教育体系和当前的科技发展同步起来,把教育体系的知识结构更适应信息的时代。确实也很有必要,我觉得你的工作任务很重。

提问:在人工智能方面,我们国家哪一所大学来研究的比较成熟和更前沿一些?

郑南宁:人工智能领域的研究涉及的范围非常多,有计算机下棋,有农业的,也工业的,也有商业的,还有互联网+等等,没有一所学校说我能在整个人工职工领域里我就是老大。好的大学做的好,不是重点大学我们也有很优秀的教授也在从事这方面的研究。我觉得现在中国的高等教育的发展呈现出一个百花齐放,所以也不要迷信名大学。

 

 

提问:郑院士讲了这么多人工智能方面的知识,我想问一下现在世界上到底哪个国家的人工智能做的是比较全面的,到底强到什么程度?

主持人:刚才已经说了,美国和欧洲比较领先,但您第二个问题比较好,强到什么程度?

提问:那日本在人工智能领域的研究算不算强呢?

主持人:这代孩子都是打游戏机,看日本动漫长大的,感觉日本的机器人好像很厉害,那到底厉害不厉害呢?

郑南宁:你们也看过阿童木,能够飞起来,日本的孙田堂的游戏有很多科幻的东西在里面。日本是以技术立国或者是技术强国,怎么来进行大规模的精细化的生产组织,包括它的很多产品能够畅销世界,实际上跟它的技术含量高有密切的关系。日本在人工智能研究领域中曾经也一度让美国感到震惊,1981年日本政府宣布投入8亿5千万美金研制第五代计算机。第五代计算机的目的跟我们今天人工智能的期望是一样的,要让计算机会思考,会听懂人讲的话,会看懂人写的文本,能够进行交流。那个计划目标是很宏伟的,但是由于计算机的计算能力以及我们对人自身的了解还没有像现在这样深刻,再加上研究经费也没有强大到能够设计制造出计算能力非常强大的计算机,过于乐观。

到1992年,这个计划就流产了,日本政府宣布终止了。第五代计算机计划的十年左右,虽然第五代计算机没有实现,但是他们在研制第五代计算机中一些理论研究,一些技术慢慢的在其他领域得到一些应用。后来日本机器人就做的非常好,现在服务机器人日本做的是最好的,人型机器人也做的很好。它跟美国的一些人工智能的发展侧重点不太一样,美国在一定程度上是一个全方位的对人工智能领域的开拓,因为美国的创新,美国的硅谷文化汇聚了世界非常优秀的科技人员以及企业家,它的风险投资也做的很好。所以它无论是在民用还是在国防,还是对于未来,包括最近美国有一个计划,让芯片植入到大脑的皮层上,来扩展人的能力。我们人的大脑有一个皮层,这个皮层的能力是有限的,计算机的计算能力是非常强大的,如果把一个芯片能够进行非常强大的数字计算和人脑知觉的判断结合起来,可想而知这个人就成为超人了。

现在美国有很多机器人,穿到人身上,人就可以负重几百公斤,这在国防上都有很大的作用。

主持人:这是美国比较全面,那日本呢?

郑南宁:日本在机器人方面发展的非常好。

 

提问:美国侧重于人的能力的提高,日本侧重于服务,是这样吗?

郑南宁:你这样总结也可以,美国注重于能力的延伸,而日本侧重于怎么让人工智能技术更好的服务,这样解释从成功的例子来讲和最近发展的一些 成果来讲也是对的。

 

主持人:谢谢这位同学。

郑南宁:这些同学是初中生还是高中生呢?

同学:高一的。

郑南宁:哪个中学的?

同学:昌吉呼图壁县一中。

郑南宁:欢迎你以后考西安交大。

主持人:郑教授看上这位同学了。期望同学们未来有一天举手提问题时说,我想请问我们国家的人工智能为什么会这么强大,为什么会比别的国家都强大那么多,希望有一天我们的问题会变成这样。

郑南宁:就看在座的希望了,在座就是希望。

 

提问:郑教授您好,我前面看过超能战队, 虽然它是一部动漫,但是我对它期望还是很大。我觉得我都已经是个高中生了,对人工智能方面还是有一些欠缺,我认为人工智能机器人我们是否应该从小学开始,就开始给孩子们传输一种意识,让他们对这个更加有创新,然后我国的教育是不是应该向这方面更加努力发展,请问您怎么看?

郑南宁:我觉得你的建议很好,我前面谈到当前人工智能技术,包括信息技术,互联网的发展的的确确需要对 当前的教育体系进行改革,特别是课程的体系,让孩子们从小要培养一种兴趣,对科学要有一种热情,还要有一种幻想。其实我们要把不可能变成可能,我们要把生活中的不可能变成可能,若干年后我们的希望可能就变成了现实。实际上科学也是浪漫的,包括对宇宙的遐想,穿越时空,或者是同学之间的交往都充满着一种科学的遐想,一种浪漫。在这样的环境中,我们就有很多好的思考。为什么要营造一种创新的氛围?它不是一种抽象的,不是我们喊创新就一定能创新的,我们一定要有一种让同学们展开双臂来迎接变化无穷的世界,投入到中间去幻想。

主持人:既要敢做梦,还得有能力实现梦。

郑南宁:这个同学提的建议很好的,应该对当前的教学做一些改革。

主持人:欢迎您报考西安交大。

 

提问:随着时代的发展,人工智能在不断的进步,对于我们现在知识还比较缺乏的阶段,有什么好的途径或者方法来学习人工智能的基本信息,请郑教授给我们一些好的方法和途径?

郑南宁:作为你们来讲要去掌握一门人工智能技术可能还缺乏一些基础。

主持人:有点难度。

郑南宁:但是了解它的发展还是需要的。所以在课余时间多看一些书。

主持人:哪些书呢?

郑南宁:现在有写人工智能的科普读物,网站上也有一些面向青少年的科技成果,各地的一些科技馆都可以去体验,当然还有一些科幻的电影可以看看。少年儿童可能没有一定的基础,学校来组织你们也非常重要,课外的进行简单的科技活动。现在中小学生的机器人大赛也很多。

通过亲手的实践,来体会人工智能技术怎么在自己小小的课题中得到验证。通过这种体验,也让大家体会科学研究是怎样的过程,对于你们今后进入大学进行深造打下一个很好的基础。

 

提问:郑教授我想问,在网上有很多文章讨论人工智能的问题,其中很多博客会误解我们青少年的思维,怎样才能辨别呢?

主持人:就是怎么误解青少年的思维了?

提问:在网络当中有很多博客或者是微博有关于人工智能的消息,我们如何才能辨别哪些是有利于我们的,哪些是真科学,哪些是伪科学?

郑南宁:你这个问题提的很好,给我们专业工作者提出了一个新的问题。当我们从事一些高深科学研究的时候,特别是高校的教授有一个责任,怎么样把自己的研究作为科学普及传达到社会。你提的这个问题,少年儿童确确实实没有科学知识的基础来作判断,小学、中学科技辅导员,上计算机课的老师有责任来引导你们。第二,同学们也可以建立一个QQ群或者是微信群进行一些交流,老师们也介入到这个微信群当中和大家一起讨论交谈指导,我觉得可以通过这种方式来避免你刚才谈的这个问题。

主持人:我再给你介绍一种方式,这届科技节就有很多相关的活动,你可以来参与,这样就对人工智能有一些基础性的了解,而且将来说不定还大有作为,欢迎你参与科技节的一系列活动。

 

提问:谢谢。

 

提问:郑教授您好,如果有一天人工智能和量子计算机结合在一起,它是否会变的无敌?

郑南宁:你这个问题很有意思,量子计算机的确是一种新的计算形态,结合在一起当然会产生更大的、更强有力的智能机器。但是现在还讲不清楚,量子计算机除了通讯的加密,作为通讯中的应用怎么能够替代现在计算机所完成的计算任务,现在还没有弄清楚。计算机首先要编程,0101代码情况下编成一个程序,让计算机按照这个程序来进行。而这个编程0101是把现实中的计算任务形式化了,比如让机器人从我坐的这个位置走到门口,中间要过三脚架,同时要绕过女同学的椅子走到门口去, 我们要把这个路径的规划作为形式化来告诉机器人,而机器人通过他的传感器来判断前面有一个三脚架,遇到三脚架该怎么来绕,把这样一句语言编成一个01代码实现的。这是我们现在计算机完成的工作。

量子计算机能不能够做到简单的编程来实现呢?比如大家提一个笔记本计算机,到时候都提一个量子计算机来用,现在科学家还没有想到能够把量子计算机做成小小的,但是还做不到,但是量子计算机的发展也是当前计算机科学的一个很重要的方向,比如说解密、加密等非常复杂的计算。现在我们的计算机它能力所达不到的,量子计算机可以在方面发挥作用。现在的计算机有移动智能机器人,那量子计算机能不能完成呢?科学家还没有给出答案。

提问:谢谢教授。

 

主持人:离阿凡达的世界还有一段距离。

郑南宁:对。

 

提问:郑教授好,人工智能会普及到千家万户吗?如果能的话,大致的时间是什么时候?它给人类生活带来方便的时候,会不会带来一些弊端?

郑南宁:你讲的人工智能能不能普及到老百姓家,你指的是那种非常强大的机器人。现在扫地机器人已经普及一部分了,我们的洗衣机、冰箱现在都是智能的。比如像类似于人类一样的一个机器人,你早晨睡懒觉了,机器人去叫醒你,然后他到厨房把牛奶倒好,鸡蛋煮好,并且叫你:“小明,起来吃饭了,不要迟到了。”要做到这个程度,我们还有一段距离,还需要一段时间,我们才能够达到。

主持人:还是那句老话,还是要靠在座的各位同学们努力。

主持人:谢谢这位同学。因为时间的关系,今天的提问环节到这里告一个段落,郑院长来到新疆,来到丝绸之路经济带的核心区,我觉得您应该给我们留几句话,给同学们一点希望。

郑南宁:新疆是一个非常美丽的地方,我像你们这么大的时候我都听过《达坂城的姑娘》。

主持人:会唱吗?

郑南宁:唱不了。这是王洛宾老先生的歌曲。( 现场唱《达坂城姑娘》)

郑南宁:我希望同学们能够快乐的学习,不要受学习的压力而影响你们对科学的向往,培养自己的兴趣,这点很重要。

主持人:再一次把热烈的掌声送给郑教授。今天的科学面对面到这里就要跟您说再见了,期待您继续收看我们下一期的科学面对面!再见!

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