光子信息--關於光子是物質組裝信息傳遞載體的推想

001第一章自組裝
003從雪花說起
008雙層玻璃窗內表面的自組裝
010布朗運動
012水的答案
016自組裝的定義
018元素週期表
024元素是從哪裡來的
026宇宙大爆炸與微波背景輻射
029得天獨厚的地球和人類

033第二章物質是有意識的嗎
035人類的意識
037動物有意識嗎
042植物的意識
046基本粒子的組裝意識：意識的新定義
049意識與意志

053第三章生物資訊的傳遞
055讀夢機
056認識大腦
060腦電波與腦電圖儀
063腦電圖的臨床價值
064測到的真是腦電波嗎
066無需介質的電磁波
072兩條新聞引起的思考
076電磁波的傳輸
078生物電

083第四章光與光子
085太陽與光
089光的解析
091光譜學
095光的波粒二象性探索
099認識光子
102光敏分子
108眼睛解析
110光遺傳學
113光使者

115第五章需要解開的謎團
117逆行的螞蟻和自殺的旅鼠
121鯨類集體自殺之謎
123昆蟲種群數量的自調節
125生物無線電學的誕生
128當代的生物無線電學
131“遙控”體內細胞的電磁場
133細胞自身或許就擁有無線機制
135DNA分子如何“使用無線電波”傳遞資訊
138光子是解開謎團的鑰匙

143第六章關於光子是物質資訊傳遞載體的推想
145光子——物質意識的載體
148量子糾纏
150玻姆教授的量子力學理論
152“上帝不擲骰子”
155光子取代電子擔任重要角色
157光子通信與超距傳送
161為什麼取名“墨子號”

163第七章光子新推想理論的應用
165物質結構
166宇宙觀
166超光速
167腦電波
168生物電化學
169光子生物學
171智慧型機器人
172光子通信
174光敏感新材料

177第八章光子與暗物質關係的科學遐想
179暗物質與暗能量
181科學遐想之一：光子有反物質——暗子
182科學遐想之二：暗子是暗物質組裝資訊傳遞的載體
184科學遐想之三：宇宙物質的新圖景
187參考文獻
189後記

擺在讀者面前的這本談論光量子的小書，初稿是於2016年8月15日15時09分完稿的。第二天淩晨，即2016年8月16日1時40分，在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭，成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。此次發射任務的成功，標誌著空間科學研究又邁出重要一步。

量子衛星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一，其主要科學目標是借助衛星平臺，進行星地高速量子金鑰分發實驗，並在此基礎上進行廣域量子金鑰網路實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。這些研究的理論意義比實用價值更為重要，因為這些研究有可能解開人類一直心存的困惑。

在科學技術高度發達的今天，人類的自信有增無減。許多以往被認為只能是“神跡”的事情，現代人已經都能夠做到。但是，如此高度發達的科技，並沒有能完滿地回答人類一直心存的困惑：我們是誰？我們從哪裡來？我們到哪裡去？

很多人曾經從不同角度解答過這個問題，從哲學、社會學、歷史學、生物學等諸多領域給出了答案。但是，在一些關鍵的節點上，很難自圓其說。這些節點無一例外地給了“神”以很大想像空間。無論是“第一推動力”還是“擲骰子”，再高明的科學家，有時都不得不借助“上帝之手”。

當然，除了自信，人類還有強烈的好奇心。對於喜歡刨根問底的當代人，再用“神”來搪塞，恐怕是難以過關的。面對任何一種解答，人們既要有合理的邏輯，又要有科學的實證。對於任何一款“魔匣子”，說裡邊裝有晶片，比說裡邊藏有小仙女更令人信服。就拿我們的智慧手機來說，無論它給您帶來了多大的方便、快樂或煩惱，也不管它能讓你與地球另一端的親朋好友視頻聊天還是讓你能支付訂房、用餐、購物的費用，單是它能給你在完全陌生的城市導航指路和拍攝眼前的美景，就已經足夠令人吃驚了。但是，這個小小的掌上之物，只不過是當代科技的一個縮影。智慧手機是凝聚了一系列關於積體電路、晶片、電子通信、材料、現代製造工藝等各種理論知識和技術的產品。對這些技術，大家心悅誠服，沒有任何懷疑。手機很“神奇”，那是因為它是科學技術的結晶。現在，對任何令人感到“神奇”的事物的解析，最好的語言就是科學。

因此，當我們企圖滿足讀者的好奇心的時候，需要特別小心，只能堅持沿著科學的路徑去攀登，即使是崎嶇小路，也不要放棄。這樣，當我們掩卷靜思的時候，才會對所關注的問題有所領悟。即使沒有得到滿意的答案，也能看到再去求解的方向，那就是，始終堅持從科學中尋求答案。

確實，當我們用手機隨時隨地收發電子郵件、微信，發博客、微博，進行QQ聊天，用手機導航、上網、劃撥資金等等，你覺得這是很自然的事。你還可以將你的資訊“群發”，建立起個體與群體之間的超時空的連接。你會感到這種“超距離”的無線連接和交流是多麼的奇妙。是的，資訊可以這樣在空間飛速往來、散佈，卻很少有人會問“為什麼？”這是因為大家都知道，這是電子技術迅猛發展的結果，是人類進入資訊化和智慧化時代的技術基礎，有強大的科學技術為其背景。

使用手機的人最希望的是不要掉“線”和不要延遲。更希望手機資訊安全，希望手機有更強大的功能和更高明的保密技巧。是的，大家都希望“更快更高更強”。那麼，發射量子衛星進行量子通信實驗，正是為了滿足人類的這種願望。真可謂“思想有多遠，我們就能走多遠”。

不過，要想實現這種願望，只靠電子已經做不到了。人們得請出光子來幫忙。

光子能夠做到？是的，光子不只是能夠做到，而且它早已經做到了。它所能做到的，可能大大超出我們所學的物理常識和傳統知識結構。它的普惠性可以用一個簡單的例子說明，當你在一間暗屋子打開一盞燈，立馬滿屋充滿光明。凡是光所能照射到的地方，就受惠於光。

而光子，就是組成光的基本粒子，也被科學家稱為光量子。量子現象，很大程度上說的就是光子現象，或者說是通過研究光子得出的粒子量子化理論。光子是非常獨特的，是宇宙物質中“獨一無二”的（任何其他基本粒子都至少有3種以上，光子只有一種）。

光子是宇宙大爆炸時最先產生出來、最大量的基本粒子。

早在人類發現電子並操控電子以前很久很久，還在宇宙的“洪荒時代”，光子就已經在宇宙做到物質個體與個體之間、個體與群體之間的資訊交流，喚醒物質的自組裝，推進著宇宙的進化。這就是光子的神奇，是宇宙創造的神奇，這就是這本書要告訴讀者的。

令人欣喜的是，在這本書歷經推敲，將交付出版之際，傳來了“墨子號”量子衛星取得重大科研成果的好消息。

2017年6月15日發佈的美國《科學》雜誌封面上，“墨子號”從星空向地面發出兩道光，宛如兩條長腿跨出一大步，也象徵量子通信向實用邁進一大步。雜誌刊發了中國科學技術大學教授、量子衛星專案首席科學家潘建偉等人的論文。

隨後，中國科學院宣佈，“墨子號”量子衛星完成預先設定的三大科學目標，這一人類科學領域的重大成果於2017年8月10日發表在國際權威學術期刊《自然》上。

在量子科技上的這個重要進展具有劃時代的意義，無論是在改變當代通信模式的應用還是在量子物理的基礎理論方面，其影響都是深遠的。隨著人們對量子現象關注度的增長，這本關於光子資訊的科普小書也許有抛磚引玉的作用。誠如是，則正是作者所願。

劉仁志