在第二屆“空間、大氣、海洋與環(huán)境光學(xué)”學(xué)術(shù)會(huì)議（SAME 2024）中，一場(chǎng)題為“未來(lái)已來(lái)，唯光不變”的報(bào)告引發(fā)了廣大參會(huì)學(xué)者的廣泛討論。光學(xué)作為一門(mén)發(fā)展歷史悠久的“古老學(xué)科”，已逐漸深入到各行各業(yè)的發(fā)展當(dāng)中，成為聯(lián)系多門(mén)學(xué)科交叉的“紐帶”。

在科技飛速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，我們?cè)撊绾握J(rèn)識(shí)光學(xué)？如何看待“光”在學(xué)科交叉中發(fā)揮的作用？“海上有光”大咖訪談欄目特別邀請(qǐng)到了中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員孫勝利，由中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員陳衛(wèi)標(biāo)擔(dān)任主持人，圍繞學(xué)科交叉以及對(duì)“光學(xué)”的選擇和認(rèn)知進(jìn)行深入交流。

以下為文字實(shí)錄（根據(jù)訪談內(nèi)容有所刪減）：

“唯光不變”，光學(xué)成為學(xué)科交叉的紐帶

陳衛(wèi)標(biāo)：孫院士您好，感謝您能在百忙之中抽出時(shí)間接受 “海上有光”專欄的專訪，您的工作符合重大科技前沿，獲得了同行們的高度認(rèn)可；您的研究經(jīng)歷能夠勉勵(lì)我們青年科研工作者攻堅(jiān)克難，不斷向前。作為傳感探測(cè)領(lǐng)域的重要技術(shù)，光學(xué)技術(shù)在空間、大氣、海洋、環(huán)境（Space, Atmosphere, Marine and Environment, SAME）等遙感領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，也使得我們國(guó)家在這個(gè)領(lǐng)域走進(jìn)了國(guó)際的第一方陣，我們也想借SAME 2024會(huì)議的契機(jī)，針對(duì)SAME學(xué)科的問(wèn)題請(qǐng)教您。

我們知道物質(zhì)與能量相互作用的過(guò)程中蘊(yùn)含了豐富的物理信息，而很多的信息都擁有對(duì)應(yīng)的紅外輻射特征，因此紅外的探測(cè)是非常重要的研究領(lǐng)域。但是對(duì)高空遙感來(lái)說(shuō)，地面的紅外信號(hào)非常微弱，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)這種極弱信號(hào)實(shí)時(shí)探測(cè)，是目前科技界一個(gè)非常重要的難題。

您作為紅外探測(cè)領(lǐng)域的重要的領(lǐng)軍人物，可否向廣大科技工作者簡(jiǎn)要介紹一下，針對(duì)這種復(fù)雜環(huán)境下的極微弱紅外信號(hào)的探測(cè)，它的意義以及關(guān)鍵難題。

孫勝利：紅外這個(gè)領(lǐng)域應(yīng)該說(shuō)是非常神奇，它有許多值得探討和研究的問(wèn)題。剛才您提到的“微弱紅外信號(hào)的探測(cè)”，其本身就是里面最核心的前沿問(wèn)題。

事實(shí)上，對(duì)“信息獲取”這件事包含兩方面的意義：一方面是做記錄，另一方面是用來(lái)做規(guī)律或信息的推演，我從事的工作主要與信息的推演相關(guān)。

在做信息推演的過(guò)程中，我們最極致的一個(gè)追求就是實(shí)現(xiàn)“早發(fā)現(xiàn)”。當(dāng)一個(gè)事物在它演化的早期時(shí)，其釋放的信號(hào)通常非常微弱，越早期的信號(hào)越微弱，但也越有價(jià)值，能夠?yàn)楹罄m(xù)的應(yīng)用提供更長(zhǎng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的時(shí)間。這也是發(fā)現(xiàn)和捕獲早期微弱信號(hào)的價(jià)值和意義。

但想要捕獲這樣一個(gè)早期微弱信號(hào)還存在很多難點(diǎn)。比如在氣象領(lǐng)域，如果在臺(tái)風(fēng)形成初期就捕捉到相應(yīng)的大氣特征信號(hào)，這對(duì)于后續(xù)減災(zāi)防災(zāi)意義非常大；對(duì)于已形成的臺(tái)風(fēng)，雖然能夠記錄其完整信息，但已不具備信息推演的意義了。

如今，在微弱光學(xué)信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域，人們已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上百個(gè)乃至數(shù)十個(gè)光子的探測(cè)。但當(dāng)這些微弱信號(hào)與復(fù)雜的背景環(huán)境混在一起時(shí)，我們對(duì)這些微弱信號(hào)的觀測(cè)就會(huì)面臨更多的問(wèn)題。其中最關(guān)鍵的問(wèn)題就是：如何把微弱信號(hào)從復(fù)雜的雜波中把它區(qū)分開(kāi)來(lái)。

陳衛(wèi)標(biāo)：的確，如果對(duì)災(zāi)難性的天氣能夠早預(yù)報(bào)一天，就能極大降低整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)的損失，這也是紅外探測(cè)領(lǐng)域必須關(guān)注的問(wèn)題。您在第二屆SAME大會(huì)上為我們帶來(lái)了題為“未來(lái)以來(lái)，唯光不變”的報(bào)告。這一報(bào)告具有豐富深遠(yuǎn)的意義，我們不難發(fā)現(xiàn)：從可見(jiàn)光到不可見(jiàn)光，從超強(qiáng)的激光到超快的光學(xué)，實(shí)際上人類科技的進(jìn)步一直伴隨著對(duì)各種光場(chǎng)的調(diào)控能力的提升。希望您就“唯光不變”給我們一些深入的見(jiàn)解。

孫勝利：光學(xué)如今在空間、大氣、海洋、環(huán)境多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都已生根發(fā)芽，無(wú)數(shù)的光學(xué)同行通過(guò)前赴后繼的努力，將“光”的種子播向了更多的行業(yè)，因此我希望能夠在SAME2024這一盛會(huì)上做一個(gè)承前啟后的報(bào)告。

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

那么我的報(bào)告主題中“唯光不變”表達(dá)的第二層含義就是指：光與物質(zhì)相互作用是人類獲取信息的基礎(chǔ)，光學(xué)探測(cè)是人類推演規(guī)律、發(fā)現(xiàn)新事物的終極手段。我們回想一下：比如光的微弱信號(hào)探測(cè)，包括主動(dòng)被動(dòng)遙感相結(jié)合，在若干年以前真的都像科幻一樣，但是現(xiàn)在都來(lái)到了我們的面前。那么我們?cè)賹⒛抗馔断蛭磥?lái)，我們?cè)撊绾螐闹虢z馬跡中發(fā)現(xiàn)極端天氣或極端事件的端倪，進(jìn)行這些探測(cè)的終極手段依然無(wú)法離開(kāi)光學(xué)技術(shù)。

“唯光不變”的第三層含義是指幾百年來(lái)科學(xué)界一個(gè)長(zhǎng)盛不衰的議題就是對(duì)“光的本質(zhì)”的研究。愛(ài)因斯坦就曾提出一個(gè)問(wèn)題，光是波還是粒子，它究竟是什么？如今，我們常常用“波粒二象性”來(lái)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(jué)上回答，光子就是一種能量形態(tài)，肯定是不具備智能的，但大量光子又會(huì)涌現(xiàn)出一些新的特征，這或許暗示著其背后還有更深層次的秘密?？傊?，人類對(duì)光的探索是無(wú)止境的。

我在大會(huì)上以“唯光不變”為主題做報(bào)告，也是希望能拋磚引玉，讓大家形成一種探討，讓參會(huì)專家學(xué)者們能夠百花齊放。

陳衛(wèi)標(biāo)：我們知道光學(xué)本身是一個(gè)很古老的學(xué)科，我們舉辦SAME大會(huì)也同樣是希望將這樣一個(gè)古老的學(xué)科交叉融入到新的領(lǐng)域里、發(fā)出新芽。SAME大會(huì)更加注重光學(xué)在空間、大氣、海洋、環(huán)境等領(lǐng)域的交叉探索，您能給我們講講除了這4個(gè)領(lǐng)域，我們還可以在哪些交叉科學(xué)領(lǐng)域，利用光學(xué)技術(shù)開(kāi)展一些新的前沿探索。

孫勝利：這是一個(gè)大問(wèn)題，也是一個(gè)我心目中的終極性問(wèn)題。

從傳統(tǒng)視角上看，光學(xué)可以直接用于獲取信息，而僅僅關(guān)于獲取信息，光學(xué)可交叉的領(lǐng)域就是無(wú)窮無(wú)盡的。但反過(guò)來(lái)思考，“光”同樣可以用來(lái)改變物質(zhì)和能量的結(jié)構(gòu)，比如說(shuō)用于先進(jìn)制造，用于改變大氣的某一個(gè)臨界態(tài)，用光觸發(fā)能量（激光聚變）等等。我十分欣賞上海光機(jī)所在強(qiáng)激光領(lǐng)域的工作，如今高功率激光器已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，未來(lái)強(qiáng)激光或許還可以用于誘導(dǎo)更大尺度上物質(zhì)的變化，這將為人類帶來(lái)一個(gè)無(wú)盡的寶藏。

陳衛(wèi)標(biāo)：近期科技界大家都高度關(guān)注人工智能，說(shuō)人工智能在各行各業(yè)都發(fā)揮了很重要的作用。在我們遙感領(lǐng)域里，也蘊(yùn)藏著一個(gè)全球尺度的大數(shù)據(jù)，或許也能引爆人工智能的應(yīng)用。站在您的學(xué)科領(lǐng)域，你怎么來(lái)看待人工智能和遙感光學(xué)的結(jié)合？

孫勝利：人工智能最近非常之熱，我們也都享受到了它的便利，無(wú)論是對(duì)我們科研范式的改變，還是對(duì)生活帶來(lái)的一些方便，都比較實(shí)在的能感受到。我們不可否認(rèn)人工智能是促進(jìn)科技進(jìn)步的一個(gè)動(dòng)能點(diǎn)。

但是作為一個(gè)研究人員，我習(xí)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(shí)還沒(méi)有打破圖靈機(jī)的范式，那么人工智能要達(dá)到的終極是什么？有人做過(guò)一個(gè)基本的計(jì)算，比如要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)，就要獲得大量的數(shù)據(jù)，那么就必須配套大量的計(jì)算和能源供給。最終的結(jié)果就是：在不突破圖靈機(jī)這種計(jì)算范式的條件下，所耗費(fèi)的能量恐怕要把地球燒起來(lái)，是根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

從光學(xué)的角度看，“光”在這里面所起的作用其實(shí)在運(yùn)算能力上，“光”的超快和超低功耗特性還沒(méi)有得到有效的發(fā)揮。

不過(guò)從更本質(zhì)上說(shuō)，圖靈機(jī)的終極計(jì)算范式也是存在爭(zhēng)議的：人類是沿著現(xiàn)在數(shù)字信號(hào)的范式走向勝利或是滅亡，還是改變范式回歸自然，用自然的計(jì)算（即模擬信號(hào)）來(lái)實(shí)現(xiàn)圖靈機(jī)？盡管爭(zhēng)論一直存在，但是我覺(jué)得正是這些爭(zhēng)論讓我們科技界保有生機(jī)，讓我們的光學(xué)和光子學(xué)能夠更加蓬勃地發(fā)展。

不負(fù)初心，堅(jiān)持深耕自己熱愛(ài)的事業(yè)

陳衛(wèi)標(biāo)：科技一直是一個(gè)不斷發(fā)展，不斷探索，否定和再否定的過(guò)程。

您在科技界也做了很多的工作，也獲得了很多獎(jiǎng)項(xiàng)。您曾在2018年獲得中國(guó)航天基金會(huì)頒發(fā)的錢(qián)學(xué)森杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，這一獎(jiǎng)項(xiàng)正是對(duì)您甘坐冷板凳，一心只為攻克重大難題的表彰。您能否分享一些小故事激勵(lì)和啟發(fā)一下青年科研工作者該如何面對(duì)今后科技攻關(guān)中遇到的難題和“硬骨頭”。

孫勝利：其實(shí)對(duì)這個(gè)問(wèn)題我始終是一個(gè)觀點(diǎn)：就是一代人有一代人的使命，每個(gè)人的最終使命都是無(wú)法預(yù)知的。對(duì)于每一個(gè)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(wú)論是選擇了哪一個(gè)方向，只要深入的把它做好，做到問(wèn)心無(wú)愧，那么最終就一定能有所貢獻(xiàn)，也能讓自己樂(lè)在其中。

最近的一個(gè)例子是最近國(guó)家科技發(fā)明獎(jiǎng)的初評(píng)公布了，其中有一個(gè)是“集成電路化學(xué)機(jī)械拋光關(guān)鍵技術(shù)與裝備”。事實(shí)上，“拋光”是光學(xué)領(lǐng)域里一個(gè)古老的工藝，很多高校都把這項(xiàng)技術(shù)從光學(xué)學(xué)科里拆掉了，而清華的幾位教授就持續(xù)地在做這方面研究，他們立足于半導(dǎo)體集成電路這一國(guó)家急需的關(guān)鍵領(lǐng)域，把拋光做到了極致，這一成果目前也通過(guò)了國(guó)家科技發(fā)明一等獎(jiǎng)的初評(píng)。

我雖然和這幾位教授不認(rèn)識(shí)，但我對(duì)他們的工作非常敬佩，覺(jué)得在遙遠(yuǎn)的空間中產(chǎn)生共鳴。其實(shí)一個(gè)學(xué)科不存在古老與先進(jìn)這樣片面的劃分，每一門(mén)技術(shù)或是學(xué)問(wèn)都值得深入的探討和研究，通過(guò)大量的努力和積累嘗試揭開(kāi)它們一層層的面紗。從這個(gè)角度看，因?yàn)榭茖W(xué)是沒(méi)有止境的，所以我們每一代人其實(shí)都可以找到值得挑戰(zhàn)的問(wèn)題。

比如我認(rèn)識(shí)幾位上海交通大學(xué)做材料學(xué)研究的教授，他們面對(duì)鋁合金這樣一個(gè)非常古老的材料，也能夠把它做到極致，從里面挖掘出無(wú)窮無(wú)盡的發(fā)明和創(chuàng)造。再比如說(shuō)沈陽(yáng)金屬所的李殿中院士專門(mén)研究對(duì)不銹鋼等金屬材料的各種調(diào)制，這也是一個(gè)非常成熟的行業(yè)，但是由于他能持續(xù)的深挖里面的科學(xué)問(wèn)題，就可以在面對(duì)一些重大應(yīng)用問(wèn)題時(shí)找到一線生機(jī)。

對(duì)于我自己來(lái)說(shuō)，如果能再給我30年，那么我可能希望能再多坐一會(huì)冷板凳，再思考一些更深入的問(wèn)題，比如說(shuō)光究竟是什么，怎么提高靈敏度、噪聲與信號(hào)的相互作用。

得益于國(guó)家科研事業(yè)的蓬勃發(fā)展，我最大的幸運(yùn)是在坐冷板凳的過(guò)程中從來(lái)沒(méi)有缺過(guò)科研課題，即使在最低谷的時(shí)候仍然能夠有比較豐富的支持，這些支持都是非常寶貴的。當(dāng)然，我也有很長(zhǎng)一段時(shí)間疲于應(yīng)對(duì)各種項(xiàng)目的申請(qǐng)，這在一定程度上也會(huì)對(duì)基礎(chǔ)問(wèn)題的思考產(chǎn)生一些負(fù)面的作用。

陳衛(wèi)標(biāo)：俗言道：“干一行，愛(ài)一行。”就如您所說(shuō)，光學(xué)雖然是一個(gè)古老的學(xué)科門(mén)類，但是你只要深耕在這個(gè)領(lǐng)域里，肯定還能找到一些新的發(fā)展點(diǎn)。但是對(duì)現(xiàn)今的科技工作者來(lái)說(shuō)，有時(shí)候也很難做出抉擇，因?yàn)樵绞巧钊牒途?xì)的研究可能越需要長(zhǎng)期的摸索和探索，這樣“難而苦的獨(dú)行”可能會(huì)消磨掉很多人的熱情。

假設(shè)您再年輕30歲，你是否會(huì)選擇一個(gè)不一樣的事業(yè)，還是會(huì)繼續(xù)選擇高難度的高科技事業(yè)？

孫勝利：如果時(shí)光能倒流，并且能夠自由選擇，那么我還是會(huì)選擇光學(xué)作為我的事業(yè)。主要有兩個(gè)原因，一是我覺(jué)得光學(xué)確實(shí)是非常有意思的，我很熱愛(ài)這門(mén)學(xué)科；另一方面，我認(rèn)為光學(xué)能夠?yàn)樯鐣?huì)創(chuàng)造價(jià)值，并得到社會(huì)認(rèn)可。

事實(shí)上，對(duì)個(gè)人職業(yè)生涯或者研究方向的抉擇，可能需要一個(gè)學(xué)生在大學(xué)甚至高中就有所思考。對(duì)于我們這代人，我覺(jué)得當(dāng)時(shí)能擁有的選擇就很少，但思考人生方向的時(shí)間并不少，另外我們的家長(zhǎng)也不太干涉我們，不會(huì)要求我們上各種補(bǔ)習(xí)班，也不會(huì)經(jīng)常談要考什么好的大學(xué)，這樣的成長(zhǎng)環(huán)境又給了我們更多自由思考的時(shí)間。就我自己來(lái)說(shuō)，我的學(xué)生時(shí)代選擇余地不是太大，但是受約束的也不是太大，這和現(xiàn)代年輕人的成長(zhǎng)環(huán)境是有本質(zhì)差別的。

陳衛(wèi)標(biāo)：每個(gè)時(shí)代都有獨(dú)特的機(jī)遇和時(shí)代需求，我們國(guó)家在當(dāng)前這個(gè)時(shí)代，對(duì)科技創(chuàng)新有迫切的需求，您作為一個(gè)卓越的科學(xué)家，能否向我們的年輕人分享一下您是如何保持對(duì)科學(xué)探索矢志不渝的熱情，是如何保持如此旺盛的求知心的？

孫勝利：我覺(jué)得比較關(guān)鍵的是從自己身處的環(huán)境中汲取力量。首先我極其幸運(yùn)，周圍工作的同事和學(xué)生都是一些持續(xù)的有探索精神的人，我和我周圍的人相互影響，產(chǎn)生良好的互動(dòng)。“相互激勵(lì)”大概是一個(gè)復(fù)雜生物體所組成的智能社會(huì)的一個(gè)自然現(xiàn)象。

就在前兩天研究生的錄取季，一位同學(xué)就激勵(lì)了我：按照現(xiàn)在遴選標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，這位同學(xué)的本科院校其實(shí)比較普通，并且考分也比較普通，但是他競(jìng)賽成績(jī)很好，實(shí)踐能力很強(qiáng)。他很想來(lái)我這讀研究生，并且在面試前，他就對(duì)我所做的工作做了調(diào)研，考慮了報(bào)考研究生會(huì)遇到的問(wèn)題，他具有一種一般學(xué)生身上不多見(jiàn)的主動(dòng)。事實(shí)上，科研工作非常需要對(duì)這種“主動(dòng)性”，正是他的積極主動(dòng)感動(dòng)了研究生部老師，在政策允許的條件下?tīng)?zhēng)取到了錄取名額。從與這位學(xué)生的接觸就讓我得到了一種反饋：我們要積極地面對(duì)每一次可能的不順，用自己的努力去抵御人生道路中的不確定性。

我的人生經(jīng)歷中充滿了這樣的反饋以至于形成了自己的一種自然反應(yīng)：生命總歸是不確定的，那么坦然接受每一種結(jié)果，通過(guò)不斷的努力削弱不確定性，并向自己的目標(biāo)前進(jìn)。所以從這方面看，我對(duì)科學(xué)探索的熱情更多的來(lái)源于自己身處的環(huán)境。

在每一個(gè)大環(huán)境中，個(gè)人是很渺小的，很容易被環(huán)境所影響，學(xué)會(huì)從環(huán)境中汲取力量就是我的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)。

“海上有光”系列訪談

“海上有光”是中國(guó)激光雜志社微信號(hào)10周年之際創(chuàng)辦的特色談話節(jié)目，每期邀請(qǐng)行業(yè)專家，匯聚光學(xué)與交叉學(xué)科的領(lǐng)軍科學(xué)家力量；圍繞光學(xué)熱點(diǎn)話題進(jìn)行討論，注國(guó)家重大需求與舉措，交流科學(xué)議題與觀點(diǎn)，傳遞科學(xué)理性與智慧，是集中展現(xiàn)光科學(xué)影響力的高端交流平臺(tái)。