科学实验量子卫星～墨子号

老闫

一 墨子

二 墨家

三 量子论

四 墨子号（量子卫星）

一 墨子

1、简介（公元前476或480年—公元前390或420年），名翟（dí），东周春秋末期战国初期宋国人，一说鲁阳人，一说滕国人。是宋国贵族目夷的后代，生前担任宋国大夫。是墨家学派的创始人，也是战国时期著名的思想家、教育家、科学家、军事家。

2、经历

在少年时代他做过牧童，学过木工。据说他制作守城器械的本领比公输班还要高明。《史记》记载墨子曾做过宋国大夫。是一个有相当文化知识，又比较接近工农小生产者的士人。自诩说“上无君上之事，下无耕农之难”，是一个同情“农与工肆之人”的士人。

师从儒者.墨子曾从师于儒者，学习《诗》《书》《春秋》等儒家典籍。但墨子批评儒者对待天帝、鬼神和命运的不正确态度，以及厚葬久丧和奢靡礼乐。墨子重新构建兼爱体系使用的术语或概念，基本上是儒者惯用的词汇，如孝、慈、仁、义等，表明墨子基本上接受儒家价值理念的，只是在具体走向上以不同的诠释构建起自己的理论体系。

创立墨学：他最终舍掉了儒学，以激烈的言辞抨击儒家和各诸侯国的暴政。大批的手工业者和下层士人开始追随墨子，逐步形成了自己的墨家学派，成为儒家的主要反对派。在当时的百家争鸣中，有“非儒即墨”之称说明儒墨都是显学。墨子为宣传自己的主张，广收门徒，多达到数百人之众，形成了声势浩大的墨家学派。广收门徒：墨子一生的活动主要在两方面：一是广收弟子，积极宣传自己的学说；二是不遗余力的反对兼并战争。

周游列国：墨子在宋昭公时曾做过宋国大夫。但以后地位下降，接近劳动者。他的行迹很广，东到齐，北到郑、卫，并打算到越国，但终未成行。墨子曾阻止鲁阳文君攻打郑国，说服鲁班而止楚攻宋。墨子多次访问楚国，献书给楚惠王。楚惠王打算以书社封墨子，但墨子最终没有接受。后来他又拒绝了楚王赐给他的封地，离开了楚国。越王邀请墨子作官，墨子晚年时来过齐国。

3、墨子的成就是巨大的

首先在物理学方面，墨子给出了力的定义，说：“力，刑（形）之所以奋也。”就是说，力是使物体运动的原因，即使物体运动的作用叫做力。墨子指出物体在受力之时，也产生了反作用力。例如，两质量相当的物体碰撞后，两物体就会朝相反的方向运动证明反作用力的存在。

他又给出了“动”与“止”的定义。他提出了“止，以久也，无久之不止，当牛非马也。”的观点，意思是物体运动的停止来自于阻力阻抗的作用，如果没有阻力的话，物体会永远运动下去。这样的观点，被认为是牛顿惯性定律的先驱，比同时代全世界的思想超出了1000多年，也是物理学诞生和发展的标志（亚理士多德认为力是使物体运动的原因，没有力物体就不会运动，而停止是物体的本性，这样的观点是符合常人观测的结果的，却是肤浅和错误的）。

关于杠杆定理，他也作出了精辟的表述。他指出，称重物时秤杆之所以会平衡，原因是“本”短“标”长。用现代的科学语言来说，“本”即为阻力臂，“标”即为动力臂，写成力学公式就是动力×动力臂（“标”）=阻力×阻力臂（“本”）。此外，墨子还对杠杆，斜面、重心、滚动摩擦等力学问题进行了一系列的研究。

在光学史上，墨子是第一个进行光学实验，并对几何光学进行系统研究的科学家。说他奠定了几何光学的基础，也不为过分。他首先探讨了光与影的关系，他细致地观察了运动物体影像的变化规律，提出了“景不徙”的命题。也就是说，运动着的物体从表观看它的影也是随着物体在运动着，其实这是一种错觉。他又进行了小孔成像的实验。他明确指出，光是直线传播的，物体通过小孔所形成的像是倒像。他还探讨了影像的大小与物体的斜正、光源关系。特别可贵的是，墨子对平面镜、凹面镜、凸面镜等进行了相当系统的研究，得出了几何光学的一系列基本原理。

其次是在数学方面：墨子是中国历史上第一个从理性高度对待数学问题的科学家，他给出了一系列数学概念的命题和定义，这些命题和定义都具有高度的抽象性和严密性。所给出的数学概念主要有：

关于“倍”的定义。墨子说：“倍，为二也。”亦即原数加一次，或原数乘以二称为“倍”。如二尺为一尺的“倍”。关于“平”的定义。他说：“平，同高也。”也就是同样的高度称为“平”。这与欧几里得几何学定理“平行线间的公垂线相等”意思相同。关于“同长”的定义。墨子说：“同长，以正相尽也。”（《墨经上》）也就是说两个物体的长度相互比较，正好一一对应，完全相等，称为“同长”。关于“中”的定义。墨子说：“中，同长也。”（《墨经上》）这里的“中”指物体的对称中心，也就是物体的中心为与物体表面距离都相等的点。

关于“圜”的定义。墨子说：“圜，一中同长也。”（《墨经上》）这里的“圜”即为圆，墨子指出圆可用圆规画出，也可用圆规进行检验。圆规在墨子之前早已得到广泛地应用，但给予圆以精确的定义，则是墨子的贡献。墨子关于圆的定义与欧几里得几何学中圆的定义完全一致。

关于正方形的定义。墨子说，四个角都为直角，四条边长度相等的四边形即为正方形，正方形可用直角曲尺“矩”来画图和检验。这与欧几里得几何学中的正方形定义也是一致的。

关于直线的定义。墨子说，三点共线即为直线。三点共线为直线的定义，在后世测量物体的高度和距离方面得到广泛的应用。晋代数学家刘徽在测量学专著《海岛算经》中，就是应用三点共线来测高和测远的。汉以后弩机上的瞄准器“望山”也是据此发明的。

，他还对十进位值制进行了论述。墨子是对位值制概念进行总结和阐述的第一个科学家。他明确指出，在不同位数上的数码，其数值不同。例如，在相同的数位上，一小于五，而在不同的数位上，一可多于五。这是因为在同一数位上（个位、十位、百位、千位……），五包含了一，而当一处于较高的数位上时，则反过来一包含了五．十进制的发明，是中国对于世界文明的一个重大贡献。

再次在机械制造方面

他对声音的传播进行过研究，发现井和罂有放大声音的作用，并加以巧妙地利用。他曾教导学生说，在守城时，为了预防敌人挖地道攻城，每隔三十尺挖一井，置大罂于井中，罂口绷上薄牛皮，让听力好的人伏在罂上进行侦听，以监知敌方是否在挖地道，地道挖于何方，而作好御敌的准备（原文是：令陶者为罂，容四十斗以上，……置井中，使聪耳者伏罂而听之，审知穴之所在，凿内迎之）。尽管当时墨子还不可能明白声音共振的机理，但这个防敌方法却蕴含有丰富的科学内涵。

他精通手工技艺，可与当时的巧匠公输班相比。墨子擅长防守城池，在止楚攻宋时与公输般进行的攻防演练中，已充分地体现了他在这方面的才能和造诣。

他曾花费了3年的时间，精心研制出一种能够飞行的木鸟（风筝、纸鸢），成为我国古代风筝的创始人。他又是一个制造车辆的能手，在不到一日的时间内造出载重30石的车子。他所造的车子运行迅速又省力，且经久耐用。值得指出的是，他几乎谙熟了当时各种兵器、机械和工程建筑的制造技术，并有不少创造。在《墨子》一书中的“备城门”、“备水”、“备穴”、“备蛾“、“迎敌祠”、“杂守”等篇中，他详细地介绍和阐述了城门的悬门结构，城门和城内外各种防御设施的构造，弩、桔槔和各种攻守器械的制造工艺，以及水道和地道的构筑技术。他所论及的这些器械和设施，对后世的军事活动有着很大的影响。

最后在逻辑学与教育学方面：

墨子是中国古代逻辑思想体系的重要开拓者之一。墨辩和因明学、古希腊逻辑学并称世界三大逻辑学。他比较自觉地、大量地运用了逻辑推论的方法，以建立或论证自己的政治、伦理思想。他还在中国逻辑史上第一次提出了辩、类、故等逻辑概念。并要求将辩作为一种专门知识来学习。墨子的“辩”虽然统指辩论技术，但却是建立在知类（事物之类）明故（根据、理由）基础上的，因而属于逻辑类推或论证的范畴。墨子所说的“三表”既是言谈的思想标准，也包含有推理论证的因素。墨子还善于运用类推的方法揭露论敌的自相矛盾。

墨子的教育思想是“艰苦实践、服从纪律”，并且提出“兴天下之利，除天下之害”的教育目的。

二 墨家

1、 墨家是我国东周时期的哲学派别，诸子百家之一，与孔子所代表的儒家、老子所代表的道家共同构成了中国古代三大哲学体系。墨家约产生于战国时期。创始人为墨翟（墨子）。墨家是一个纪律严密的学术团体，其首领称“巨子”，其成员到各国为官必须推行墨家主张，所得俸禄亦须向团体奉献。

　　2、 因为墨家思想独有的政治属性（难于实现），兼之墨者们在秦灭六国过程中纷纷亡于战争，加上西汉汉武帝“罢黜百家，独尊儒术”的官学勾结政策，墨家不断遭到打压，并逐渐失去了存身的现实基础，墨家思想在中国逐渐灭绝；直到清末民初，学者们才从故纸堆中重新挖出墨家，并发现其进步性。近年来经过一些新墨者的努力，墨家学说中的一些有益观点开始进入人们的视野。

3、《墨子》一书为战国百家中墨家的经典。由墨子自著和弟子记述墨子言论两部分组成，宋朝多散佚。至清代编《四库全书》时，仅存五十三篇。

《墨子》一书在六朝以后逐渐流失，因墨子中有道家之语，正统十年(1445年)，张宇初奉敕，将《墨子》刻入《道藏》。现代所传的《墨子》五十三篇是被道家著作《道藏》所收录，才得以留传下来。关于《墨子》的真伪一直是学界的大问题。

三 量子论

1、简介：量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论提供了新的关于自然界的观察、思考和表述方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律。早在1900年，德国柏林大学教授普朗克首先提出了“量子论”。这一理论如同5年后爱因斯坦发表的相对论一样，对物理学产生了深远的影响。

1924年夏天，萨地扬德拉·N·玻色（Satyendra N. Bose）提出了一种全新的方法来解释普朗克辐射定律。他把光看作一种无（静）质量的粒子（现称为光子）组成的气体，这种气体不遵循经典的玻耳兹曼统计规律，而遵循一种建立在粒子不可区分的性质（即全同性）上的一种新的统计理论。

2、内涵：不确定性

关于量子论的关键观点：“微观世界里，上帝也在玩骰子”（不确定性原理）。最初的不确定性原理是指出，不可能同时精确地测量出粒子的动量和位置，因为在测量过程中仪器会对测量过程产生干扰，测量其动量就会改变其位置，反之亦然。海森伯不确定性使人类对微观世界的认识受到了绝对的限制，并告诉我们要想丝毫不影响结果，就无法进行测量。

量子力学的奠基人之一薛定谔在1935年假设了一个著名的猫思维实验：“一只猫关在一钢盒内，盒中有下述极残忍的装置（必须保证此装置不受猫的直接干扰）：在盖革计数器中有一小块辐射物质，它非常小，或许在1小时中只有一个原子衰变。在相同的几率下或许没有一个原子衰变。如果发生衰变，计数管便放电并通过继电器释放一个锤，击碎一个小小的氰化物瓶。如果人们使这整个系统自在1个小时，那么人们会说，如果在此期间没有原子衰变，这猫就是活的。第一次原子衰变必定会毒杀了这只猫。”常识告诉我们那只猫非死即活，两者必居其一。可是按照量子力学的规则，盒内整个系统处于两种态的叠加之中，一态中有活猫，另一态中有死猫。但是有谁在现实生活中见过一个又活又死的猫呢？猫应该知道自己是活还是死。

量子理论告诉我们，这个不幸的动物处于一种悬而未决的死活状态中，直到某人窥视盒内看个究竟为止。此时，它要么变得生气勃勃，要么立刻死亡。如果把猫换成一个人，那么详谬变得更尖锐了，因为这样一来，监禁在盒内的那位朋友会自始至终地意识到他是健康与否。如果实验员打开盒子，发现他仍然是活的，那时他可以问他的朋友，在此观察前他感觉如何，显然这位朋友会回答在所有的时间中他绝对活着。可这跟量子力学是相矛盾的，因为量子理论认为在盒内的东西被观察之前那位朋友仍处在活－死叠加状态中。

薛定谔猫实验告诉我们，在原子领域中实在的佯谬性质，在20世纪中这个争论一直进行着。

四 中国量子通信技术实验卫星“墨子号”

1、 首星于2016年8月16日在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。此次发射任务圆满成功，将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系，标志着我国空间科学研究和量子通讯技术又迈出重要一步。

量子科学实验卫星是中国科学院空间科学战略性先导科技专项于2011年首批确定的五颗科学实验卫星之一。经过多年努力，中国正从实验室演示走向产业化，已走在了世界前列。在发射前夕，我国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟在酒泉卫星发射中心接受媒体采访时透露，量子科学实验卫星已正式命名为“墨子号”。这是量子卫星的名字首次公开。潘建伟说：“卫星之名取自于我国科学家先贤，体现了我们的文化自信。”

2、大事记（研发历史）

2009年，空间科学先导专项参加战略性先导科技专项实施方案评议会，并在16个建议专项中名列前三名。

2011年，量子科学实验卫星工程启动暨动员会在京召开，标志着量子科学实验卫星正式进入工程研制阶段。

2014年，量子科学实验卫星通过初样转正样阶段评审，正式转入正样研制阶段。量子科学实验卫星系统与科学应用系统完成星地光学对接试验，验证了天地一体化实验系统能够满足科学目标的指标要求。

2016年量子科学实验卫星工程完成大系统联试。我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。

2017年，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试任务后，正式交付中国科学技术大学使用。

2017年中国“墨子号”量子卫星在世界上首次实现千公里量级的量子纠缠，这意味着量子通信向实用迈出一大步。国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信，为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础，至此，“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部三大科学目标。

世界首条量子保密通信干线“京沪干线”与“墨子号”科学实验卫星进行天地链路，我国科学家成功实现了洲际量子保密通信。这标志着我国在全球已构建出首个天地一体化广域量子通信网络雏形，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。

2018年，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。

2020年中国科学技术大学潘建伟教授及其同事利用“墨子号”量子科学实验卫星实现安全时间传递。这是在国际上首次实现量子安全时间传递的原理性实验验证，为未来构建安全的卫星导航系统奠定了基础，将极大地推动量子精密测量相关领域的研究和应用。

3、量子卫星应用与前景

“一步千里”的世界跨越。“墨子号”的成功发射，将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

美国波士顿大学的量子物理学家亚历山大·谢尔吉延科说：“它是人类首次开展此类试验，因此对全球都有重要意义。量子通信的竞赛自1995年欧洲科研人员在日内瓦湖底进行量子密钥分发的最初演示时就开始了。英国、美国、日本和中国等国家都在探索城市间的量子通信网络。中国在发射量子卫星方面走在了前面。”

英国剑桥大学量子物理学教授阿德里安·肯特说：“我对中国发射量子卫星这事感到很兴奋。”他认为，这是为使用量子技术构建全球性安全通信网络迈出的“第一步”。

中国科学院院士潘建伟研究团队联合牛津大学等国内外团队，通过“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。未来目标是实现全球化的量子通信，这就要通过“量子星座”来完成。

得益于量子保密通信绝对安全性，量子通信不仅应用于百姓日常通信，也可用于水、电、煤气等能源供给和民生网络基础设施的通信保障，还可应用于国防、金融、商业等领域，势必对产业界和科技界产生巨大变革。

最后申明因个人智力所限，第三季量子论的量子纠缠与塌陷将停发！