刚刚去世的“量子物理”大牛张首晟！也是用AR技术科普的先驱

在很久很久以前，以玻尔为首的哥本哈根学派认为，在量子的微观世界里，“看”不见的东西是不存在的，也就是说，不存在一个完全客观的世界，观测不到的东西就是不存在的。

另一位伟大的物理学家表示无法接受，于是他提出了这样一个思想实验：

现在把一只猫放进一个封闭的盒子里,，这个封闭的盒子内放置一个放射性原子、盖革计数器和毒气释放装置。

假定这个放射性原子在一小时内有50%的可能性发生衰变，衰变时发射出一个粒子,，这个粒子将会被盖革计数器探测到,，进而触发毒气装置释放毒气，将猫杀死。那么，一小时之后,，这只猫是死是活呢？

可以说，在我们打开盒子看之前，猫处于又死又活的状态。

这就是著名的“薛定谔的猫”。薛定谔用我们宏观世界的具体例子，形象的形容了微观世界的现象。虽然他本人认为这个理论很荒谬，但这不影响他设计的实验方便我们理解“叠加态”。

我们大部分人都可以理解、记住薛定谔的猫，甚至常常拿来造梗发弹幕，但也不会有人拿叠加态、坍缩、波函数等专业词汇发弹幕。这说明了对于普通人来说，科学是可以理解的，但需要更好的表达。对科学来说，是可以被大部分人欣赏的，同时也需要更好的被表达。

其实在世界顶尖的物理学家身上，早就有了用好的 科技 表达好的物理的例子。

张首晟和他的“天使粒子”

前阵子一位物理学家离世的消息刷屏了，他是杨振宁口中指日可待的诺贝尔奖获得者，他是华人物理学界的骄傲，他是斯坦福大学物理系终身教授 张首晟 。

他的离去我们表示遗憾，但同时我们还会继续关注他留给这个世界的东西： 天使粒子。

根据粒子物理的定义，物质由费米子和玻色子两种基本粒子组成，费米子是构成物质的原材料（如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子）；玻色子是传递作用力的粒子（光子、介子、胶子、W和Z玻色子）。

马约拉纳（Majorana）费米子是费米子的一种，其独特之处在于，它是一个没有反粒子，或者说反粒子就是其自身的粒子。它与希格斯波色子、引力子、磁单极、暗物质等一起被视为人类最为梦寐以求的神秘粒子。

在张首晟看来，天使粒子的发现“非常非常神奇，这意味着一个量子比特可以拆成两个，对整个量子物理有根本的改变。”

这样可能很难理解，可能要上节目的物理学家张首晟也这么觉得，所以他2017年就在《我是未来》节目上用AR来为大家科普他的研究成果。

在节目中，张首晟戴着Meta 2 MR头显，从桌面上抓取了一块代表着 “拓扑绝缘体” 的蛋糕。

拓扑绝缘体的内部是绝缘体，然而表面却有被拓扑保护的电子态。这是因为其内部电子自旋与电子自身的运动相互耦合，迫使电子围绕一个点旋转而不能穿越整块材料，这样就无法导电。但在材料边缘，电子没有足够空间旋转运动，被迫沿着表面呈半圆形跳跃，由此变得能够导电。

蛋糕周围有两个光球在旋转，叫“量子自旋霍尔效应”。

在特定的量子阱中，在无外磁场的条件下（即保持时间反演对称性的条件下），特定材料制成的绝缘体的表面会产生特殊的边缘态，使得该绝缘体的边缘可以导电，并且这种边缘态电流的方向与电子的自旋方向完全相关，即量子自旋霍尔效应。

接着他从旁边抓了草莓，加在蛋糕上，他用草莓来代表“磁性原子”。 草莓尖头向上按顺序排列。

周围的两个光球旋转，一个是粒子，另外一个是“反粒子”，草莓在蛋糕一圈以向上的姿态排列，此时的状态叫做“量子反常霍尔效应”。

我们知道，霍尔效应的形成是必须要加外部磁场的，而张首晟及其团队发现，只需要在拓扑绝缘体上加入磁性原子，这样就不需要外加磁场就可以形成稳定、基本没有耗散的量子反常霍尔效应，这让它为半导体的发展打开了新的大门。

在这个状态下，张首晟抓起旁边的奶油加在蛋糕上，奶油则代表着“量子反常霍尔绝缘体薄膜”。

有了奶油的草莓蛋糕周围两个旋转的光球只剩下了一个，而剩下的这个光球就叫做天使粒子，也就是说，它自己是它本身的反粒子。

而这一个草莓蛋糕的制作过程也代表这张首晟团队人工发现“天使粒子”， 也就是手性马约拉纳费米子。

也就是说，虽然科学家尚未发现马约拉纳费米子，但他们已经可以通过一些方法“造”出马约拉纳费米子，“天使粒子”论文的第一作者、加州大学洛杉矶分校的潘磊在采访中表示： “虽然没有发现马约拉纳费米子，但是只要符合马约拉纳费米子的性质，就有可能用来实现拓扑量子计算。”

从一条一条计算，到多条并行的计算，这对计算机，对人类都是极大的飞跃。

我们不在科学界，不便从科学圈去分析到底是谁第一个发现了天使粒子 ，但第一个用AR让大众理解高端物理、世界上最前沿的科研成果是什么样的人，是张首晟。 这让我们明白，高端的物理学并不是遥不可及，高端科学普通人是看得懂的。

科学不应该被锁在科技馆里

我们前面说到， 大众对高端科学是感兴趣的，也是能够理解的。

同为 互联网 时代的产物，除了AR/ VR 之外的其他领域，比如短视频，就有很好的科普案例。

快手上有一个老外很火，他是来自牛津大学的戴伟博士。他的视频就是做各种各样的化学实验，包括给大象做绿色的“牙膏”，从盆子里捞出来红色的“面条”。

有人可能会觉得这是有趣的简单理论，并不算高端科学，那我们看点难的。

在B站上可以看到名为“李永乐老师官方”的账号中，简到双十一规则科普，繁到物理学的200道难题，生活中所到之处的物理学、数学的规则、理论、现象，都像高中课堂一样，拆解在我们面前。这些视频播放量少的有五六万，最多有30多万。

李永乐当然不止这一个账号，快手、微博、抖音，流行的平台都有，这些平台的播放量加起来也能比肩办公室小野等娱乐账号。

这些账号实现了把科技馆的知识搬进了普罗大众家里，把看不懂的科学变成了大家都感兴趣的科学。

跟AR/VR有什么关系？

我们惯性的认为无独有偶，我们惯性的以为张首晟不是唯一一个用AR科普的科学家，但翻看了过去几年的新闻， 关于科学家如何应用AR/VR的很多，但用它们来科普科学成果的却少之又少——即使我们都明白AR/VR对科普有多大的作用。

首先是将抽象理论具象化。

我们要理解， 前沿科学很多都很“毁三观”。 哥白尼提出的日心说，这个毋庸置疑，在当时哥白尼为此付出了惨痛的代价。

普朗克提出量子论，别说我们普通人了，连爱因斯坦这样名垂青史的大科学家都不信。

可这些如今都得到了证实。

如果要了解科学，就是要去理解这些“毁三观”的理论，而这些往往来自于位于科研金字塔顶端的那几个人的脑子里。

就拿物理来说，他们常常会用小球来比喻一个个的电子，为什么，电子=小球吗？也许并不，但这样更方便人去具象化理解。

而AR/VR就能够让人们360度无死角观察科学家建立的模型，见证结论得出的经过，让人们更好的理解那些“毁三观”的科学理论。

其次，大大降低了实验成本。

我们前面提到快手上的戴伟博士，他已经是一个头发胡子都花白的老人，却常常要搬着很重的大箱子到处给学生们做实验。这也已经是科学里比较好实现的部分了。

在微博上看到一个小故事，一个女博士做实验试剂都是自己买，追她的男生以为要不了几个钱。但女博士微微一笑说，1克三四十万吧。下面的评论也证实了这件事， 2微克纯化蛋白3000元左右，乘以500倍是1克，也就是1克纯化蛋白需要150万。

这种科普臣妾真的做不起啊！！！

而这样昂贵的实验在有了结论之后， 可以利用AR建立完整的实验过程用来科普，无需搭建高价的专门实验室，也不需要一步一步繁琐的条件设定，更关键的是，无限次展示，不用担心材料费用问题。

我们总在想，科学的进步如何促进AR/VR的发展，会有一天像《头号玩家》里那样实现虚拟和现实的无障碍互动吗？ 87君觉得，AR/VR其实早就可以反哺科学了。

虽然科学只能被小部分人研究，但可以被大部分人欣赏。不能被大部分人欣赏的科学应该被认为是研究得不够好的科学。

来源：87870