在第二屆“空間、大氣、海洋與(yu) 環境光學”學術會(hui) 議（SAME 2024）中，一場題為(wei) “未來已來，唯光不變”的報告引發了廣大參會(hui) 學者的廣泛討論。光學作為(wei) 一門發展曆史悠久的“古老學科”，已逐漸深入到各行各業(ye) 的發展當中，成為(wei) 聯係多門學科交叉的“紐帶”。

在科技飛速發展的現代社會(hui) ，我們(men) 該如何認識光學？如何看待“光”在學科交叉中發揮的作用？“海上有光”大咖訪談欄目特別邀請到了中國科學院院士、中國科學院上海技術物理研究所研究員孫勝利，由中國科學院上海光學精密機械研究所研究員陳衛標擔任主持人，圍繞學科交叉以及對“光學”的選擇和認知進行深入交流。

以下為(wei) 文字實錄（根據訪談內(nei) 容有所刪減）：

“唯光不變”，光學成為(wei) 學科交叉的紐帶

陳衛標：孫院士您好，感謝您能在百忙之中抽出時間接受 “海上有光”專(zhuan) 欄的專(zhuan) 訪，您的工作符合重大科技前沿，獲得了同行們(men) 的高度認可；您的研究經曆能夠勉勵我們(men) 青年科研工作者攻堅克難，不斷向前。作為(wei) 傳(chuan) 感探測領域的重要技術，光學技術在空間、大氣、海洋、環境（Space, Atmosphere, Marine and Environment, SAME）等遙感領域發揮了重要的作用，也使得我們(men) 國家在這個(ge) 領域走進了國際的第一方陣，我們(men) 也想借SAME 2024會(hui) 議的契機，針對SAME學科的問題請教您。

我們(men) 知道物質與(yu) 能量相互作用的過程中蘊含了豐(feng) 富的物理信息，而很多的信息都擁有對應的紅外輻射特征，因此紅外的探測是非常重要的研究領域。但是對高空遙感來說，地麵的紅外信號非常微弱，如何實現對這種極弱信號實時探測，是目前科技界一個(ge) 非常重要的難題。

您作為(wei) 紅外探測領域的重要的領軍(jun) 人物，可否向廣大科技工作者簡要介紹一下，針對這種複雜環境下的極微弱紅外信號的探測，它的意義(yi) 以及關(guan) 鍵難題。

孫勝利：紅外這個(ge) 領域應該說是非常神奇，它有許多值得探討和研究的問題。剛才您提到的“微弱紅外信號的探測”，其本身就是裏麵最核心的前沿問題。

事實上，對“信息獲取”這件事包含兩(liang) 方麵的意義(yi) ：一方麵是做記錄，另一方麵是用來做規律或信息的推演，我從(cong) 事的工作主要與(yu) 信息的推演相關(guan) 。

在做信息推演的過程中，我們(men) 最極致的一個(ge) 追求就是實現“早發現”。當一個(ge) 事物在它演化的早期時，其釋放的信號通常非常微弱，越早期的信號越微弱，但也越有價(jia) 值，能夠為(wei) 後續的應用提供更長的預測預報的時間。這也是發現和捕獲早期微弱信號的價(jia) 值和意義(yi) 。

但想要捕獲這樣一個(ge) 早期微弱信號還存在很多難點。比如在氣象領域，如果在台風形成初期就捕捉到相應的大氣特征信號，這對於(yu) 後續減災防災意義(yi) 非常大；對於(yu) 已形成的台風，雖然能夠記錄其完整信息，但已不具備信息推演的意義(yi) 了。

如今，在微弱光學信號探測領域，人們(men) 已經可以實現對上百個(ge) 乃至數十個(ge) 光子的探測。但當這些微弱信號與(yu) 複雜的背景環境混在一起時，我們(men) 對這些微弱信號的觀測就會(hui) 麵臨(lin) 更多的問題。其中最關(guan) 鍵的問題就是：如何把微弱信號從(cong) 複雜的雜波中把它區分開來。

陳衛標：的確，如果對災難性的天氣能夠早預報一天，就能極大降低整個(ge) 國民經濟社會(hui) 的損失，這也是紅外探測領域必須關(guan) 注的問題。您在第二屆SAME大會(hui) 上為(wei) 我們(men) 帶來了題為(wei) “未來以來，唯光不變”的報告。這一報告具有豐(feng) 富深遠的意義(yi) ，我們(men) 不難發現：從(cong) 可見光到不可見光，從(cong) 超強的激光到超快的光學，實際上人類科技的進步一直伴隨著對各種光場的調控能力的提升。希望您就“唯光不變”給我們(men) 一些深入的見解。

孫勝利：光學如今在空間、大氣、海洋、環境多個(ge) 學科領域都已生根發芽，無數的光學同行通過前赴後繼的努力，將“光”的種子播向了更多的行業(ye) ，因此我希望能夠在SAME2024這一盛會(hui) 上做一個(ge) 承前啟後的報告。

這個(ge) 主題的第一層含義(yi) 是指“光速”是一切物理推演模型中的不變量，“光”或許是我們(men) 所在物理世界的根本和基礎，“唯光不變”指的就是這樣的基礎不會(hui) 變。

那麽(me) 我的報告主題中“唯光不變”表達的第二層含義(yi) 就是指：光與(yu) 物質相互作用是人類獲取信息的基礎，光學探測是人類推演規律、發現新事物的終極手段。我們(men) 回想一下：比如光的微弱信號探測，包括主動被動遙感相結合，在若幹年以前真的都像科幻一樣，但是現在都來到了我們(men) 的麵前。那麽(me) 我們(men) 再將目光投向未來，我們(men) 該如何從(cong) 蛛絲(si) 馬跡中發現極端天氣或極端事件的端倪，進行這些探測的終極手段依然無法離開光學技術。

“唯光不變”的第三層含義(yi) 是指幾百年來科學界一個(ge) 長盛不衰的議題就是對“光的本質”的研究。愛因斯坦就曾提出一個(ge) 問題，光是波還是粒子，它究竟是什麽(me) ？如今，我們(men) 常常用“波粒二象性”來描述光子，但這樣的描述似乎還是不完備的。還有人提出光子是否具有智能？直覺上回答，光子就是一種能量形態，肯定是不具備智能的，但大量光子又會(hui) 湧現出一些新的特征，這或許暗示著其背後還有更深層次的秘密。總之，人類對光的探索是無止境的。

我在大會(hui) 上以“唯光不變”為(wei) 主題做報告，也是希望能拋磚引玉，讓大家形成一種探討，讓參會(hui) 專(zhuan) 家學者們(men) 能夠百花齊放。

陳衛標：我們(men) 知道光學本身是一個(ge) 很古老的學科，我們(men) 舉(ju) 辦SAME大會(hui) 也同樣是希望將這樣一個(ge) 古老的學科交叉融入到新的領域裏、發出新芽。SAME大會(hui) 更加注重光學在空間、大氣、海洋、環境等領域的交叉探索，您能給我們(men) 講講除了這4個(ge) 領域，我們(men) 還可以在哪些交叉科學領域，利用光學技術開展一些新的前沿探索。

孫勝利：這是一個(ge) 大問題，也是一個(ge) 我心目中的終極性問題。

從(cong) 傳(chuan) 統視角上看，光學可以直接用於(yu) 獲取信息，而僅(jin) 僅(jin) 關(guan) 於(yu) 獲取信息，光學可交叉的領域就是無窮無盡的。但反過來思考，“光”同樣可以用來改變物質和能量的結構，比如說用於(yu) 先進製造，用於(yu) 改變大氣的某一個(ge) 臨(lin) 界態，用光觸發能量（激光聚變）等等。我十分欣賞上海光機所在強激光領域的工作，如今高功率激光器已經在工業(ye) 生產(chan) 中得到廣泛的應用，未來強激光或許還可以用於(yu) 誘導更大尺度上物質的變化，這將為(wei) 人類帶來一個(ge) 無盡的寶藏。

陳衛標：近期科技界大家都高度關(guan) 注人工智能，說人工智能在各行各業(ye) 都發揮了很重要的作用。在我們(men) 遙感領域裏，也蘊藏著一個(ge) 全球尺度的大數據，或許也能引爆人工智能的應用。站在您的學科領域，你怎麽(me) 來看待人工智能和遙感光學的結合？

孫勝利：人工智能最近非常之熱，我們(men) 也都享受到了它的便利，無論是對我們(men) 科研範式的改變，還是對生活帶來的一些方便，都比較實在的能感受到。我們(men) 不可否認人工智能是促進科技進步的一個(ge) 動能點。

但是作為(wei) 一個(ge) 研究人員，我習(xi) 慣用演化的思維去思考人工智能的盡頭在哪，如今的人工智能算法其實還沒有打破圖靈機的範式，那麽(me) 人工智能要達到的終極是什麽(me) ？有人做過一個(ge) 基本的計算，比如要實現準確的天氣預報，就要獲得大量的數據，那麽(me) 就必須配套大量的計算和能源供給。最終的結果就是：在不突破圖靈機這種計算範式的條件下，所耗費的能量恐怕要把地球燒起來，是根本無法實現的。

從(cong) 光學的角度看，“光”在這裏麵所起的作用其實在運算能力上，“光”的超快和超低功耗特性還沒有得到有效的發揮。

不過從(cong) 更本質上說，圖靈機的終極計算範式也是存在爭(zheng) 議的：人類是沿著現在數字信號的範式走向勝利或是滅亡，還是改變範式回歸自然，用自然的計算（即模擬信號）來實現圖靈機？盡管爭(zheng) 論一直存在，但是我覺得正是這些爭(zheng) 論讓我們(men) 科技界保有生機，讓我們(men) 的光學和光子學能夠更加蓬勃地發展。

不負初心，堅持深耕自己熱愛的事業(ye)

陳衛標：科技一直是一個(ge) 不斷發展，不斷探索，否定和再否定的過程。

您在科技界也做了很多的工作，也獲得了很多獎項。您曾在2018年獲得中國航天基金會(hui) 頒發的錢學森傑出貢獻獎，這一獎項正是對您甘坐冷板凳，一心隻為(wei) 攻克重大難題的表彰。您能否分享一些小故事激勵和啟發一下青年科研工作者該如何麵對今後科技攻關(guan) 中遇到的難題和“硬骨頭”。

孫勝利：其實對這個(ge) 問題我始終是一個(ge) 觀點：就是一代人有一代人的使命，每個(ge) 人的最終使命都是無法預知的。對於(yu) 每一個(ge) 青年科研人員所選擇的研究方向，既有必然性，也有偶然性。無論是選擇了哪一個(ge) 方向，隻要深入的把它做好，做到問心無愧，那麽(me) 最終就一定能有所貢獻，也能讓自己樂(le) 在其中。

最近的一個(ge) 例子是最近國家科技發明獎的初評公布了，其中有一個(ge) 是“集成電路化學機械拋光關(guan) 鍵技術與(yu) 裝備”。事實上，“拋光”是光學領域裏一個(ge) 古老的工藝，很多高校都把這項技術從(cong) 光學學科裏拆掉了，而清華的幾位教授就持續地在做這方麵研究，他們(men) 立足於(yu) 半導體(ti) 集成電路這一國家急需的關(guan) 鍵領域，把拋光做到了極致，這一成果目前也通過了國家科技發明一等獎的初評。

我雖然和這幾位教授不認識，但我對他們(men) 的工作非常敬佩，覺得在遙遠的空間中產(chan) 生共鳴。其實一個(ge) 學科不存在古老與(yu) 先進這樣片麵的劃分，每一門技術或是學問都值得深入的探討和研究，通過大量的努力和積累嚐試揭開它們(men) 一層層的麵紗。從(cong) 這個(ge) 角度看，因為(wei) 科學是沒有止境的，所以我們(men) 每一代人其實都可以找到值得挑戰的問題。

比如我認識幾位上海交通大學做材料學研究的教授，他們(men) 麵對鋁合金這樣一個(ge) 非常古老的材料，也能夠把它做到極致，從(cong) 裏麵挖掘出無窮無盡的發明和創造。再比如說沈陽金屬所的李殿中院士專(zhuan) 門研究對不鏽鋼等金屬材料的各種調製，這也是一個(ge) 非常成熟的行業(ye) ，但是由於(yu) 他能持續的深挖裏麵的科學問題，就可以在麵對一些重大應用問題時找到一線生機。

對於(yu) 我自己來說，如果能再給我30年，那麽(me) 我可能希望能再多坐一會(hui) 冷板凳，再思考一些更深入的問題，比如說光究竟是什麽(me) ，怎麽(me) 提高靈敏度、噪聲與(yu) 信號的相互作用。

得益於(yu) 國家科研事業(ye) 的蓬勃發展，我最大的幸運是在坐冷板凳的過程中從(cong) 來沒有缺過科研課題，即使在最低穀的時候仍然能夠有比較豐(feng) 富的支持，這些支持都是非常寶貴的。當然，我也有很長一段時間疲於(yu) 應對各種項目的申請，這在一定程度上也會(hui) 對基礎問題的思考產(chan) 生一些負麵的作用。

陳衛標：俗言道：“幹一行，愛一行。”就如您所說，光學雖然是一個(ge) 古老的學科門類，但是你隻要深耕在這個(ge) 領域裏，肯定還能找到一些新的發展點。但是對現今的科技工作者來說，有時候也很難做出抉擇，因為(wei) 越是深入和精細的研究可能越需要長期的摸索和探索，這樣“難而苦的獨行”可能會(hui) 消磨掉很多人的熱情。

假設您再年輕30歲，你是否會(hui) 選擇一個(ge) 不一樣的事業(ye) ，還是會(hui) 繼續選擇高難度的高科技事業(ye) ？

孫勝利：如果時光能倒流，並且能夠自由選擇，那麽(me) 我還是會(hui) 選擇光學作為(wei) 我的事業(ye) 。主要有兩(liang) 個(ge) 原因，一是我覺得光學確實是非常有意思的，我很熱愛這門學科；另一方麵，我認為(wei) 光學能夠為(wei) 社會(hui) 創造價(jia) 值，並得到社會(hui) 認可。

事實上，對個(ge) 人職業(ye) 生涯或者研究方向的抉擇，可能需要一個(ge) 學生在大學甚至高中就有所思考。對於(yu) 我們(men) 這代人，我覺得當時能擁有的選擇就很少，但思考人生方向的時間並不少，另外我們(men) 的家長也不太幹涉我們(men) ，不會(hui) 要求我們(men) 上各種補習(xi) 班，也不會(hui) 經常談要考什麽(me) 好的大學，這樣的成長環境又給了我們(men) 更多自由思考的時間。就我自己來說，我的學生時代選擇餘(yu) 地不是太大，但是受約束的也不是太大，這和現代年輕人的成長環境是有本質差別的。

陳衛標：每個(ge) 時代都有獨特的機遇和時代需求，我們(men) 國家在當前這個(ge) 時代，對科技創新有迫切的需求，您作為(wei) 一個(ge) 卓越的科學家，能否向我們(men) 的年輕人分享一下您是如何保持對科學探索矢誌不渝的熱情，是如何保持如此旺盛的求知心的？

孫勝利：我覺得比較關(guan) 鍵的是從(cong) 自己身處的環境中汲取力量。首先我極其幸運，周圍工作的同事和學生都是一些持續的有探索精神的人，我和我周圍的人相互影響，產(chan) 生良好的互動。“相互激勵”大概是一個(ge) 複雜生物體(ti) 所組成的智能社會(hui) 的一個(ge) 自然現象。

就在前兩(liang) 天研究生的錄取季，一位同學就激勵了我：按照現在遴選標準來說，這位同學的本科院校其實比較普通，並且考分也比較普通，但是他競賽成績很好，實踐能力很強。他很想來我這讀研究生，並且在麵試前，他就對我所做的工作做了調研，考慮了報考研究生會(hui) 遇到的問題，他具有一種一般學生身上不多見的主動。事實上，科研工作非常需要對這種“主動性”，正是他的積極主動感動了研究生部老師，在政策允許的條件下爭(zheng) 取到了錄取名額。從(cong) 與(yu) 這位學生的接觸就讓我得到了一種反饋：我們(men) 要積極地麵對每一次可能的不順，用自己的努力去抵禦人生道路中的不確定性。

我的人生經曆中充滿了這樣的反饋以至於(yu) 形成了自己的一種自然反應：生命總歸是不確定的，那麽(me) 坦然接受每一種結果，通過不斷的努力削弱不確定性，並向自己的目標前進。所以從(cong) 這方麵看，我對科學探索的熱情更多的來源於(yu) 自己身處的環境。

在每一個(ge) 大環境中，個(ge) 人是很渺小的，很容易被環境所影響，學會(hui) 從(cong) 環境中汲取力量就是我的經驗和認識。

“海上有光”係列訪談

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