7月31日签约仪式顾教授发言整理稿

7月31日签约仪式顾教授发言整理稿

各位领导、专家：下面请允许我对奥域科学共同体项目提点自己的想法。

我们整个项目是围绕着水来进行，我搭了许多小的分子链，用于表达水的结构模型，是氧化二氢，即一个氧和两个氢，我们把它剪出去，那么中间这个大球就是氧，两边都是小球氢，大家看这个模型是很逼真的，氢和氧的位置是可以自由变换的，不是大家想象的位置是不变的。也就是说一个氧，带着两个氢标准角度（H—O—H键角）是104.5度，两个氢之间的键角（两个氢原子夹氧分子）为105度，但这个是标准状态下，是在0度的时候，它是一个状态，但实际上这个状态是不断在变化。

我们举个例子4℃的水最重，它的密度是多少？（备注：是0.99987克/毫升）0度的水密度是0.99984，等到0.99密度的水成为冰，最后是冰浮在水面上，水潜到冰下面。所以说随着温度的变化，大家看到水在液体、固体之间不停的变化，比重也在不停的变化。它为什么变化？大家手里的这个小模型，它整个都是活的（可以不断转变状态）。

大家（对水状态）最基本的了解就是气体，液体和固体。

什么是气体？整个的水分子飘起来了；什么是液体？就是个水分子，他们互相可以粘在一起，就是液体了；固体是什么？它形成了一个特定的几何结构，形成了晶体结构，就形成固体了。

所以说这里面你看这个水具有一个什么特性呢？我把它描述在这里叫自组装个性，它自己可以组装，随着温度的变化状态的变化，自行组装。那么这种自组装特性就决定了它是气态、液态或固态，它自己组装，要么单独出来就是气态的，连在一起的就是液态，形成一个几何结构就是固态的，这种自组装状态听起来很简单的，实际上是让人费解了。

就是说我们做一个实验的时候，如果我把一杯水摆在这里，这时候温度设在零上0.09度，就略为高一点点零上0.09度这时候水是液体的。然后我拿一块在液态里面动的金属，只要向它一点，你会看到在那一瞬间就是没有办法描述的，这个液体一瞬间变成固体，中间没有过程，砰一下子就整个水就变成冰了，中间没有想象的时间，没有慢慢冻结，一下子就变成冰。

那么什么力量能让水自组装这么快，从液体一下就变为固体？这种排序是是不可思议的。这时候我们对水整个状态就要进行区分，这是我们整个科研工作最起始的一部分，就是对水的状态进行计算。水质状态，我们认为除了气体、液体、固体之外，一定有其他状态，如果没有其他状态，水就不能实现这么快的转变。

这时候我们首先想到的第一种状态就是等离子态。等离子态就在我们生活中，大气层的等离子层就是和水密切相关的，在等离子层的时候温度是很低的，在这种极低温度下，水的氧和氢氢分离了，没有这个条件就不起作用了。

由于氢和氧的电荷数正好相等，漂浮在整个地球的表面，形成电离层。这时候我们的无线电波遇到电离层的时候就可以折射，就像一块钢板一样在地球上面倒着，这样的话这是一个等离子态的，等离子态本身的形成也是不可琢磨的，为什么能在我们地球的外表面，水分子形成等离子态也是不可捉摸的。我们现在研究水有一种状态是超固态。超固态水，我一说超固态水，大家以为是一个很深奥的物理问题，实际不是的，超固态水的具有重大的经济价值。

日本现在正在向我们出口一套技术叫CAS(CellsAliveSystem细胞存活系统,是根据动磁场、静磁场能量的给予，使水分子变得微小，抑制膨胀，不破坏组织)，假设我卖不出去湛江的橙子，就把这些橙子用CAS不动，这橙子变成个冰块了。变成冰块之后放了一年多，解冻后还是和新鲜的是一样。也就是说橙子经过冰冻在解冻之后，并没有像我们原来想象的橙子会烂掉，相反还是和原来是一样的。

日本这套系统用的就是水的性质--超固态，超固态的意思是在固态里面含有液态，那也就说在冻成冰的一瞬间冰要形成冰晶，冰要把细胞壁细胞膜扎破。在那一瞬间那些冰晶的尖端都变成了液态，这就是超固态。不是说变成了纯固态，而是在固态里面存在的液态，所以说在冻成冰的一瞬间，那么这个冰不把细胞膜打破，好比说我们湛江海鲜，不会把细胞膜打破，冻10年，这个结构还是新鲜的。

那么这个问题就是说在整个状态变化的时候，本来形成冰了成为固态了，冰晶就要刺出来，而在刺出来的冰晶形成了液态，那就是固态和液态就混合到所以说我们把它叫超固态。那么接下来要出现超流体态，水还存在超流体态。超流体态的水，没有任何凝聚系统，在水里游动的时候没有任何阻力，就可以流过很细的毛细管，再细的毛细管，也可以把这水流出来，这个东西太有意义了。

当水从一个极细的管子喷出来的时候，就会强形成强大的冲击力，可以把钢材切成两部分。管道越小（实际上管道小到一个程度水就喷不出来了），那么当你能把这水在很细的管道里喷出来的时候，那一束水就能把任何坚硬的材料一起切开，所以这个意义是很大的。

为什么存在这种超流体态？原态，如果没有其他状态，水就不能实现这么快的转变。这时候我们首先想到的第一种状态就是等离子态。等离子态就在我们生活中，大气层的等离子层就是和水密切相关的，在等离子层的时候温度是很低的，在这种极低温度下，水的氧和氢氢分离了，没有这个条件就不起作用了。由于氢和氧的电荷数正好相等，漂浮在整个地球的表面，形成电离层。这时候我们的无线电波遇到电离层的时候就可以折射，就像一块钢板一样在地球上面倒着，这样的话这是一个等离子态的，等离子态本身的形成也是不可琢磨的，为什么能在我们地球的外表面，水分子形成等离子态也是不可捉摸的。我们现在研究水有一种状态是超固态。

超固态水，我一说超固态水，大家以为是一个很深奥的物理问题，实际不是的，超固态水的具有重大的经济价值。日本现在正在向我们出口一套技术叫CAS(CellsAliveSystem细胞存活系统,是根据动磁场、静磁场能量的给予，使水分子变得微小，抑制膨胀，不破坏组织)，假设我卖不出去湛江的橙子，就把这些橙子用CAS不动，这橙子变成个冰块了。变成冰块之后放了一年多，解冻后还是和新鲜的是一样。

也就是说橙子经过冰冻在解冻之后，并没有像我们原来想象的橙子会烂掉，相反还是和原来是一样的。日本这套系统用的就是水的性质--超固态，超固态的意思是在固态里面含有液态，那也就说在冻成冰的一瞬间冰要形成冰晶，冰要把细胞壁细胞膜扎破。在那一瞬间那些冰晶的尖端都变成了液态，这就是超固态。

不是说变成了纯固态，而是在固态里面存在的液态，所以说在冻成冰的一瞬间，那么这个冰不把细胞膜打破，好比说我们湛江海鲜，不会把细胞膜打破，冻10年，这个结构还是新鲜的。那么这个问题就是说在整个状态变化的时候，本来形成冰了成为固态了，冰晶就要刺出来，而在刺出来的冰晶形成了液态，那就是固态和液态就混合到所以说我们把它叫超固态。那么接下来要出现超流体态，水还存在超流体态。

超流体态的水，没有任何凝聚系统，在水里游动的时候没有任何阻力，就可以流过很细的毛细管，再细的毛细管，也可以把这水流出来，这个东西太有意义了。当水从一个极细的管子喷出来的时候，就会强形成强大的冲击力，可以把钢材切成两部分。

管道越小（实际上管道小到一个程度水就喷不出来了），那么当你能把这水在很细的管道里喷出来的时候，那一束水就能把任何坚硬的材料一起切开，所以这个意义是很大的。为什么存在这种超流体态？

原因是在液态里面出现的固态，也就是说在液态的水里面出现了无数滚珠，液晶的滚珠能让液态的水里面出现无数的滚柱，这样整个液体流的时候，里面有无数的滚动的晶体，抵消了全部的摩擦力和？。这样的话让它可以穿越很小的毛细管，这就是超流体态。

刚才给大家介绍水的三个状态：等离子态，超固态、超流体态，为什么会出现这三种奇异的状态？这就要回到两位著名的物理学家，也是大数学家：一位是意大利的费米，一位是印度的玻色，两个人都是我们近代著名的物理学家和数学家。

费米发现了水存在一种状态叫费米子凝聚态，后人根据玻色理论发现了存在一个玻色-爱因斯坦凝聚态，就说水分别存在着这两种中间态，一种是费米子中间态，另外一种是波色中间态，它们是测不出来的。科学家根据它们的状态测出来它们的短暂存在。我们著名华人教授朱棣文也参与了研究，并获得诺贝尔奖。这个状态是可以感觉到，但是没法证实。这两种状态波色态和费米子态就称为量子态。也就是说整个水分子在进行任何状态转换的时候，一定存在着这种量子的中间态，波色子中间态可以让整个水量子状态处于一个集合的状态。

费米子状态实际上整个水的凝聚状态，整个量子状态处于分散状态，这两个是正好相反的。由于这两种相反的量子中间态，导致我们能让水形成超固体，超液体，形成等离子，那也就是说我们现在研究的水，实际上在研究水除了固、液、气三态之外的状态，是我们整个研究主线，也就是说寻找目前最先进的设备、最先进的仪器来观测，除了固、液、气三态之外，水在这些状态出现的规律，以及如何运用这些规律来指导我们的养殖，冻结（保鲜）。

影响我们的整个的生产和加工，因为不是一个纯基础的研究，我们是要用这个研究来直接变成现实的，好比说由于这个研究我们就能把鱼冻住，放10年还是鲜鱼，水果冻住放10年还是鲜水果，虾在生产过程中，通过这种水状态的改变，就能控制微生物，控制这些常数的变量，减少或者不用农药或者是残留。那么这些状态的实现都是通过数学来实现的（今天我们的首席科学家陈涛教授没有来）。

那么通过数学来实现之后，我们搞生命科学的、搞机械工程的，要把数学的算法把它实现的话，实际上也就是在水里面，捕捉这种状态不断改变的动态规律，也就是说做这个模型，大家看到模型整个都是可以变的，键脚都是可以变的。所以水分子它作为这么一个典型的小结构，我们通过理论上是通过控制它的费米子态和玻色爱因斯坦凝聚态，也就是控制量子态来间接的达到我们形成超固体和超流体态，然后突破原有我们对水的固、液、气三态的原始概念，实现一系列非常实用性的成果。

总之，刚才跟大家汇报了整个项目的大方向和思路，钱涛教授和欧伟雄先生在数学上会将其确定好，我们所说的这些核磁共振耦合，包括我们？耦合，其的实质是在水的分子之间产生极热的状态（可能产生几千度），也可能在产生极冷的状态（产生到零下273度--绝对0度）。

但是这些温度是测不到的，因为外表的水还是还是室温25度，但里面发生了剧烈的变化，这种剧烈变化的时候，水的状态不断发生变化的时候，就赋予了一种新的能力，这种新能力是我们整个团队追求的目标，也是我们解决国家在工业、农业生产过程中遇到种种的瓶颈问题的办法。

备注：

1.费米子凝聚态费米子凝聚态是物质存在的第六态。根据“费米子凝聚态”研究小组负责人德博拉·金的介绍，“费米子凝聚态”与“玻色一爱因斯坦凝聚态”都是物质在量子状态下的形态，但处于“费米子凝聚态”的物质不是超导体。人类生存的世界，是一个物质的世界。

然而，这个世界还有许多人们肉眼看不到的物质。过去，人们只知道物质有三态，即气态、液态和固态。20世纪中期，科学家确认物质第四态，即“等离子体态”。

1995年，美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学的科学家组成的联合研究小组，首次创造出物质的第五态，即“玻色一爱因斯坦凝聚态”。

2004年，这个联合研究小组又宣布，他们创造出物质的第六种形态，即“费米子凝聚态”。

量子力学认为，粒子按其在高密度或低温度时集体行为可以分成两大类：一类是费米子，得名于意大利物理学家费米；另一类是玻色子，得名于印度物理学家玻色。这两类粒子特性的区别，在极低温时表现得最为明显：玻色子全部聚集在同一量子态上，费米子则与之相反，更像是“个人主义者”，各自占据着不同的量子态。“

玻色一爱因斯坦凝聚态”物质由玻色子构成，其行为像一个大超级原子，而“费米子凝聚态”物质采用的是费米子。当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态上，就像人群涌向一段狭窄的楼梯，这种状态称作“费米子凝聚态”。

2.玻色-爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态（物态）。

1995年，麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学博尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在170nK的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下，几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态，形成一个宏观的量子状态。所有原子的量子态都束聚于一个单一的量子态的状态被称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝聚。

1920年，萨特延德拉·纳特·玻色和阿尔伯特·爱因斯坦以玻色关于光子的统计力学研究为基础，对这个状态做了预言。

2005年7月22日，乌得勒支大学的学生罗迪·玻因克在保罗·埃伦费斯特的个人档案中发现了1924年12月爱因斯坦手写的原文的草稿。玻色和爱因斯坦的研究的结果是遵守玻色-爱因斯坦统计的玻色气体。玻色-爱因斯坦统计是描写玻色子的统计分布的理论。玻色子，其中包括光子和氦-4之类的原子，可以分享同一量子态。爱因斯坦推测将玻色子冷却到非常低的温度后它们会“落入”（“凝聚”）到能量最低的可能量子态中，导致一种全新的相态。（文字由李国栋于2020年8月1日整理）