楊振寧:物理學(xué)的前景與學(xué)習(xí)方法
發(fā)布時(shí)間:2020-05-23 來源: 幽默笑話 點(diǎn)擊:
各位同學(xué),我是1929年七歲的時(shí)候搬到清華園來居住的。我父親那時(shí)候在清華物理系當(dāng)教授。清華和北大那時(shí)候都比現(xiàn)在小得多。我估計(jì)清華園的面積只有現(xiàn)在的十分之一。兩校門南邊那條河,是當(dāng)時(shí)清華的界線。從西直門、動(dòng)物園一直到北大和清華中間,基本上都是一些農(nóng)田和農(nóng)民的房子,還有一些小鎮(zhèn)。那時(shí)候電影院都在城里,所以我還記得很清楚,每個(gè)禮拜清華都在這個(gè)大禮堂里演一次電影,所以對(duì)于這個(gè)大禮堂我當(dāng)時(shí)是很熟悉的。我在清華從七歲到十五歲一共居住了八年。方才我走進(jìn)這大禮堂,推開大門一進(jìn)來,我就聞到了大禮堂的味道,這個(gè)味道跟七十多年以前我所聞到的味道是一樣的。所以你們可以想到,我對(duì)清華很多地方有非常親切的感覺。
當(dāng)然,世界變化很大了。1938年到1942年我在西南聯(lián)大念物理系本科生的時(shí)候,全系加起來,連研究生在內(nèi),不到50個(gè)人。我想今天的規(guī)模應(yīng)該是當(dāng)時(shí)的十倍甚至二十倍。當(dāng)時(shí)正值抗戰(zhàn),我們居住的條件,教室的設(shè)備,圖書館的情形,都簡陋得不得了?墒且苍S跟今天你們最大的分別,還不是這些,而是整個(gè)氣氛不一樣了。那時(shí)正在抗戰(zhàn),常常有日本飛機(jī)來轟炸,前途是很不樂觀的,我們每個(gè)人的前途都籠罩著憂患意識(shí)。相比而言,你們今天生活的時(shí)代實(shí)在是一個(gè)大時(shí)代,我相信你們每一位對(duì)于這一點(diǎn)都有應(yīng)該有的認(rèn)識(shí)。
我后來去美國學(xué)物理,下面我給大家講講我去美國學(xué)的研究院的物理和你們今天所面臨的物理之間的重大分別。我是1945年去的美國,從物理學(xué)發(fā)展的觀點(diǎn)來看,20世紀(jì)頭三四十年,是歷史上的一個(gè)黃金時(shí)代。因?yàn)楫?dāng)時(shí)大家知道,19世紀(jì)Maxwell[1]、Boltzmann[2]和Gibbs[3]創(chuàng)建了電磁學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)以后,到了19世紀(jì)末20世紀(jì)初,出現(xiàn)了很多的不能解釋的事情,那個(gè)時(shí)候開爾文勛爵(Lord Kelvin)曾經(jīng)作過一個(gè)演講,說是物理學(xué)的天空里頭有幾朵烏云[4]。如果你看到過1904年在圣路易斯開的一個(gè)國際討論會(huì)的記錄,你就可以知道那個(gè)時(shí)候整個(gè)物理學(xué)有垮臺(tái)的危險(xiǎn)。因?yàn)樵?9世紀(jì)人們雖然了解了很多東西,尤其是電磁學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)方面的,但是仍然存在不能解釋的現(xiàn)象。最重要的兩個(gè)現(xiàn)象我想大家都知道,一個(gè)就是Michelson和Morley[5]的實(shí)驗(yàn)與以太的觀念有直接的沖突。另外就是一個(gè)電子在原子里繞著原子核轉(zhuǎn),它隨時(shí)都有加速,一個(gè)加速了的電體應(yīng)該隨時(shí)有輻射,所以能量就越來越減少。這樣的話,繞著原子核的電子就應(yīng)該越來越轉(zhuǎn)到里邊去,因?yàn)樗哪芰孔冃×耍詈缶鸵驳皆雍松先。而這種現(xiàn)象跟當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)是完全不符合的。人們當(dāng)時(shí)完全不懂這個(gè)問題。這在當(dāng)時(shí)是一種困擾,不過在今天看來是一個(gè)機(jī)會(huì)。是什么機(jī)會(huì)呢?就是人們可以根據(jù)這種現(xiàn)象創(chuàng)建出來新的、革命性的原則。大家知道在20世紀(jì)頭30年產(chǎn)生了“三大革命”:狹義相對(duì)論、廣義相對(duì)論和量子力學(xué)。這些都不僅是物理學(xué)上,而且也是人類歷史上的高峰。我到美國去的1945年可以說這個(gè)高峰已經(jīng)過了?墒沁@個(gè)高峰帶來的一些新的,從前不能想象的東西發(fā)展出來了,所以我在國內(nèi)外給一些學(xué)生演講時(shí)常常說從物理學(xué)的發(fā)展史來講,20世紀(jì)的前三十年是一個(gè)黃金時(shí)代;
我去美國以后,也就是第二次世界大戰(zhàn)以后的二三十年是一個(gè)白銀時(shí)代。白銀時(shí)代不能夠跟黃金時(shí)代比,就是沒有像產(chǎn)生黃金時(shí)代的那“三大”,那種觀念上的大革命。但是能夠做的事情也是很多的,比如核物理、原子、基本粒子的構(gòu)造、固體物理等領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn),以及激光的發(fā)明,都是1945年以后的二三十年里的輝煌成就。
了解了上面這些以后,我們可以問,今天在座的各位同學(xué)面臨的物理學(xué)的前景是什么樣的呢?以后的二三十年物理學(xué)將向什么方向上發(fā)展呢?我想這個(gè)問題對(duì)于你們是非常非常重要的,因?yàn)槟銈儗淼墓ぷ骶团c這個(gè)問題的回答有密切的關(guān)系。當(dāng)然對(duì)于前途沒有人能夠講出來百分之百準(zhǔn)確的語言。但是我想能看清楚的是,以后二三十年物理學(xué)發(fā)展的性質(zhì)和剛才講的黃金時(shí)代、白銀時(shí)代都不一樣了。為什么不一樣呢?因?yàn)槲锢韺W(xué)的學(xué)科前沿現(xiàn)在變得非常廣。之所以變廣了,就是因?yàn)閯偛潘v的黃金時(shí)代和白銀時(shí)代拓展了物理學(xué)的前沿。這種寬廣對(duì)于你們有壞處也有好處。壞處是什么呢?極寬廣的領(lǐng)域會(huì)使得你們無所適從,不知道該向什么方向上發(fā)展。好處是什么呢?如果你在眾多的方向中選擇了適合你的道路的話,你可以做很多事情。今天能做的事情,比起20世紀(jì)初,比起我在作博士后的時(shí)候,要多得多,而且今天學(xué)術(shù)和社會(huì)的關(guān)系更密切了。講得通俗一點(diǎn)的話,就是現(xiàn)在發(fā)財(cái)?shù)臋C(jī)會(huì)多了。黃金時(shí)代和白銀時(shí)代打開的新門路多得不得了。你如果找著了某一個(gè)門路,就可以做出很大成就,創(chuàng)造很多財(cái)富。這是一種困擾,但同時(shí)也會(huì)帶來機(jī)會(huì)。最重要的是每個(gè)人都必須對(duì)這一點(diǎn)有所了解,知道今天物理學(xué)前沿的發(fā)展跟20世紀(jì)前80年不一樣了。
如果你對(duì)這一點(diǎn)不了解的話,對(duì)于你將來選擇道路不利;
如果你接受我剛才所說的話,就會(huì)得出一個(gè)推論。這個(gè)推論就是,你必須要講究學(xué)習(xí)的方法,這也和傳統(tǒng)的方法不一樣。大家都知道,愛因斯坦1905年寫了幾篇革命性的文章。他那時(shí)候?qū)W⒂趲准虑,?duì)每一件事情他后來都作了革命性的貢獻(xiàn)。一個(gè)是光子;
一個(gè)是狹義相對(duì)論,F(xiàn)在我們知道愛因斯坦和他的第一個(gè)太太在1900年前后還處在戀愛時(shí)期,他們的來往信件,現(xiàn)在被人發(fā)現(xiàn)了,發(fā)表出來。如果你看過這些歷史材料的話,就會(huì)發(fā)現(xiàn),早在1899年的時(shí)候,愛因斯坦就已經(jīng)對(duì)電動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生興趣了。那個(gè)時(shí)候的前沿問題比較專一,比較少,加上他有能力,有見解,又選擇了這個(gè)題目,所以就有了大成就。今天不是這樣,今天講不出來物理學(xué)領(lǐng)域中在未來十年或者二十年內(nèi)會(huì)有巨大發(fā)展的某個(gè)方向。所以正如我剛才所講的一樣,這一點(diǎn)對(duì)你們選擇前途是一種困擾。不過認(rèn)識(shí)了這一點(diǎn)以后,你就會(huì)知道自己應(yīng)該采取什么樣的對(duì)策,那就是必須要把興趣放廣放寬。如果你還只是對(duì)著一兩個(gè)方向走的話,那你的機(jī)會(huì)就會(huì)很少。
在這一點(diǎn)上中國的學(xué)習(xí)方法跟西方的,尤其是美國的學(xué)習(xí)方法有著根本的分別。中國的學(xué)習(xí)方法受中國教育哲學(xué)的影響,一直是讓小孩子向?qū)I(yè)的方向發(fā)展。這跟美國的傳統(tǒng)是很不一樣的。美國比較放任,讓孩子自己去發(fā)展。這種分別到了大學(xué)時(shí)代以后就會(huì)看得很清楚。美國的大學(xué)生,一年級(jí)的大學(xué)生,他們的興趣平均起來很廣,所以他們什么東西都懂一點(diǎn)。他們的網(wǎng)散得比較廣,導(dǎo)致的結(jié)果就是他們不會(huì)考試,這是大家都知道的。而中國的學(xué)生非常會(huì)考試,為什么呢?比如說中國的同學(xué)在中學(xué)學(xué)習(xí)三角,會(huì)做很多習(xí)題。而美國的中學(xué)生雖然也都知道正弦和余弦的定義,但是他們不會(huì)做習(xí)題。他們接受的是一種比較寬泛的知識(shí),而沒有深度。你們必須要了解,這兩種方法的教育結(jié)果是各有短長的。從考試的角度講,那當(dāng)然中國的教育方法是非常好。大家都知道現(xiàn)在從中國到美國去念書的學(xué)生是非常之好的,比如我聽說伯克利有一個(gè)美國學(xué)生回家之后父母問他選了什么課,問他有沒有選一門很重要的課,他說沒選,父母問他為什么沒選,他說我在選課的地方看到有三個(gè)中國學(xué)生都選了這門課,我就知道我不宜于再選了。雖然如此,他們知道的東西卻非常多,知道很多領(lǐng)域的一些東西。對(duì)此我自己也有一些親身體會(huì),而且不是自今日始,我去美國念書的時(shí)候,就看到過這種現(xiàn)象。我還記得很清楚,我1946年初住在芝加哥一個(gè)叫International House(留學(xué)生公寓),當(dāng)時(shí)有很多研究生住在里邊。芝加哥大學(xué)的附近有一個(gè)溜冰場,冬天可以溜冰。我去溜冰的時(shí)候遇見了一個(gè)數(shù)學(xué)系的同學(xué),叫萊布尼克。溜完冰以后我們談得很投機(jī)。于是他就到我的屋子里去了,結(jié)果我們一直談到了第二天天亮。他走了以后,我覺得這個(gè)人簡直不得了,他知道很多我從來沒聽說過的數(shù)學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域里最新的東西。你到美國去的話,常常會(huì)看到這樣的同學(xué)?墒呛芸煳揖桶l(fā)現(xiàn),原來他對(duì)于自己所講的那些好像頭頭是道的東西,根本就不太懂,知道得比較膚淺,所以等到后來考試的時(shí)候,中國學(xué)生所接受的嚴(yán)格訓(xùn)練的好處就顯示出來了。那么是不是他們這種辦法就絕對(duì)不好呢?不然,這種辦法也有好處。而且這種好處在當(dāng)今狀況之下,就是像我剛才講的門開的很多,不同學(xué)科的交叉領(lǐng)域所能產(chǎn)生的重要結(jié)果多的不得了的情況之下,美國學(xué)生的學(xué)習(xí)方法就發(fā)生了優(yōu)勢(shì)。我給你們舉幾個(gè)例子,我想大家如果自己沒有做過CAT-scan(層狀掃描,俗稱“CT”)的話,那么你們的父母或者祖父母一定做過。CAT-scan的發(fā)明者有一個(gè)物理學(xué)教授,他對(duì)于計(jì)算機(jī)很感興趣,對(duì)于醫(yī)學(xué)也很感興趣,又研究過理論的X光效應(yīng),就把這幾種研究綜合起來,后來就發(fā)展出了CAT-scan,并且得到了諾貝爾獎(jiǎng)。再比如去年得到諾貝爾獎(jiǎng)金的是NMR(核磁共振Nuclear Magnetic Resonance,NMR),現(xiàn)在叫MRI(磁共振成像Magnetic Resonance Imaging,MRI),這個(gè)MRI得獎(jiǎng)的一個(gè)人叫做勞特伯(Lauterbur),他跟我在Stony Brook(紐約大學(xué)石溪分校)是同事。他比我年輕,是化學(xué)系一個(gè)年輕的助理教授。當(dāng)然因?yàn)樗腔瘜W(xué)家,所以對(duì)于MRI的技術(shù)知道得很清楚?墒撬矊(duì)計(jì)算很感興趣,而且他也吸收了CAT-scan的基本觀念,因此他就想我為什么不能夠也做一個(gè)scan,使MRI也可以scan癌細(xì)胞。于是他想了一個(gè)很聰明的辦法,就是使用了一個(gè)梯度磁場。這是一個(gè)很妙的見解,如果你不懂的話,你可以隨便找一位老師,五分鐘之內(nèi),對(duì)于梯度磁場為什么可以解決scan這個(gè)問題你就懂了。他只用了一個(gè)小試管和一個(gè)梯度磁場,結(jié)果今天的MRI 就誕生了。這個(gè)故事告訴你們,今天的方法多得很,如果你的興趣廣一點(diǎn),你就可以把好幾個(gè)東西綜合在一起,然后得出來從來沒有過的事物或者見解。所以在今天的情形之下,每一個(gè)人都值得向廣義的方向去發(fā)展,這一點(diǎn)對(duì)于中國教育體制下成長起來的年輕人尤其重要。
剛才朱教授講了一件事,我聽了以后覺得很驚訝。他說系里現(xiàn)在準(zhǔn)備開設(shè)學(xué)術(shù)報(bào)告課,希望每一個(gè)研究生都去聽,聽說有些研究生反對(duì),我認(rèn)為這簡直是不可思議的。因?yàn)榧偃缫粋(gè)學(xué)期有十次學(xué)術(shù)報(bào)告,就算你去聽十次,花了二十個(gè)鐘頭,而二十個(gè)鐘頭的投資是很少的。我知道在美國也有這樣的現(xiàn)象,很多同學(xué)不喜歡參加學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)。比如說在Stony Brook,每個(gè)禮拜都有一個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告,很多中國同學(xué)不去,我就問他們?yōu)槭裁床蝗ィ麄冋f我去了也聽不懂。我說我去了也常常聽不懂,可是這沒有關(guān)系,你這次沒聽懂,過了三個(gè)月再去聽另外一個(gè)講得稍微不一樣的,連續(xù)聽上幾次,就會(huì)有所收獲,而這種收獲是非常重要的。我給這種學(xué)習(xí)方式起了個(gè)名字,叫做滲透式的學(xué)習(xí)。中國傳統(tǒng)的教育方法不注重滲透式的學(xué)習(xí),而看重灌輸式的學(xué)習(xí),也就是猛攻,這當(dāng)然是有它的好處的,可是滲透式的學(xué)習(xí)也是非常重要的。你看一個(gè)小孩子,為什么學(xué)語言學(xué)得很快呢?不是因?yàn)樗牰嗣恳痪湓,而是因(yàn)樗犃艘痪湓,過了幾個(gè)鐘頭又聽了一句話,他逐漸把每句話都綜合起來,就懂了。這種學(xué)習(xí)方法到一個(gè)人年齡變大的時(shí)候就漸漸喪失了。而我認(rèn)為這是一種非常重要的學(xué)習(xí)方法。尤其是在需要的知識(shí)越來越廣的情況下,這種方法對(duì)研究生是很重要的。所以我覺得每一位研究生為了他們自己,應(yīng)該非常愿意地去聽每一節(jié)課,每一個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告。不懂沒有關(guān)系,聽多了之后就自然會(huì)有一些收獲,這是非常重要的。至于說你是不是要服從系里的規(guī)定去聽,我覺得一學(xué)期花二十個(gè)小時(shí)去聽并不是一個(gè)很大的投資。關(guān)于這一點(diǎn),在美國和在國內(nèi)各個(gè)地方演講的時(shí)候,我都再三講。我還覺得有許多值得看的科普書,我特別推薦的是Scientific American(《科學(xué)美國人》), Scientific American 現(xiàn)在逐期都有英文的翻譯,你們?nèi)タ纯催@個(gè)我覺得是非常有用的。讀這本書你們會(huì)遇到同樣的問題,因?yàn)槔锩娴膬?nèi)容不止包括物理,還有很多生物學(xué)方面的知識(shí)。某個(gè)領(lǐng)域的文章也許你今天看不懂,但是過半年之后你又看了另外一篇,連續(xù)看上一兩年,你就會(huì)對(duì)那個(gè)領(lǐng)域的東西多一些認(rèn)識(shí)?偠灾乙v的就是,今天學(xué)術(shù)的前沿就是向?qū)拸V方向走,向交叉學(xué)科的方向走。每個(gè)同學(xué)必須了解這個(gè)形勢(shì)而盡量地拓寬自己的興趣。
我知道清華學(xué)生的學(xué)習(xí)成績是很好的,所以我相信你們?cè)谶@里畢業(yè)以后,在得到學(xué)士學(xué)位、碩士學(xué)位或者博士學(xué)位以后,在幾十年以后當(dāng)你們回憶起來時(shí),會(huì)覺得清華的學(xué)生時(shí)代是很難忘的。
答同學(xué)問部分:
問:我是研究生,(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)
如何處理與導(dǎo)師的分歧呢?具體地說,自己的研究興趣得不到導(dǎo)師的支持,自己又覺得沒有能力單獨(dú)研究自己感興趣的問題,此時(shí)應(yīng)如何處理?
答:這位同學(xué)有一些困擾,他不是第一個(gè)遇到困擾的學(xué)生,我想所有研究生,或者說絕大多數(shù)研究生在做研究生的時(shí)候都會(huì)遇到一些困擾。剛才朱教授念了一部分黃昆給我寫的信。他之所以給我寫一封很長的信,是因?yàn)樵谀侵拔医o他寫了一封很長的信。我現(xiàn)在沒有副本,所以我記不太清楚自己那封信里寫了什么。不過從黃昆這封信的口氣上看,很顯然我當(dāng)時(shí)是不太高興的,覺得有點(diǎn)失望。那么我當(dāng)然還記得我那時(shí)候在做什么,那是1947年的事情。我在去美國的船上就曾想,我到美國要做什么方向的研究呢。我對(duì)自己說,我在國內(nèi)沒有學(xué)過實(shí)驗(yàn)物理,所以到美國以后我要去寫一篇有關(guān)實(shí)驗(yàn)物理的論文。到美國以后的幾個(gè)月,我就到了一個(gè)叫Allison教授的實(shí)驗(yàn)室,當(dāng)時(shí)他正在搞一個(gè)四十萬電子伏的加速器。我在那個(gè)實(shí)驗(yàn)室里呆了一年半左右。那一年半我做得不太成功,1947年給黃昆寫信的時(shí)候正是我有點(diǎn)彷徨的時(shí)候,F(xiàn)在我看黃昆的回信覺得他當(dāng)時(shí)也有一些彷徨的地方,F(xiàn)在得到黃昆的同意,我特別把它發(fā)表出來,是因?yàn)榫拖裎以谧詈笠痪湓捴袑懙囊粯,就是希望今天的研究生能夠從我和黃昆的信中得到一些鼓勵(lì)和啟發(fā)。什么啟發(fā)呢?原來研究生的時(shí)代有些失望的、不太愉快的、彷徨的感覺是很正常的,不必覺得是世界的末日到了。
如果和導(dǎo)師的關(guān)系不好,怎么解決呢?這個(gè)我想沒有固定的辦法。我不太清楚清華在這方面的規(guī)章,在美國,假如有學(xué)生跟導(dǎo)師關(guān)系不好的話,那么學(xué)生可以去選另外的導(dǎo)師,沒有導(dǎo)師可以拴住學(xué)生。沒有說,如果他原來的導(dǎo)師不同意,他就不可以改換導(dǎo)師。假如這個(gè)學(xué)生在平時(shí)做研究工作的時(shí)候已經(jīng)學(xué)習(xí)了一年的課程,而且學(xué)得還比較好,那么他去找別的導(dǎo)師,別的導(dǎo)師對(duì)他的印象也很好,那么就很可能有人愿意接受他,這樣的情形屢屢皆是。我知道國內(nèi)過去對(duì)于研究生換導(dǎo)師、換專業(yè)、甚至換系有很多很復(fù)雜的規(guī)章,對(duì)于這些規(guī)章我一向覺得宜于放寬。我在Stony Brook教了幾十年書,就看到有的同學(xué)做得不開心,但是換導(dǎo)師以后很成功。
我自己有一個(gè)研究生,叫余理華。他是1980年左右到Stony Brook的。他現(xiàn)在做得非常成功。他去了以后就做我的研究生,他的特點(diǎn)是自己有非常強(qiáng)的自我鉆研的習(xí)慣。很快我就發(fā)現(xiàn)他對(duì)我讓他做的工作不太感興趣,他想研究的問題是量子力學(xué)對(duì)于測量的解釋是不是對(duì)的。所以他就來和我談話,說他在國內(nèi)文革的時(shí)候被下放到農(nóng)村去,就一直在想這個(gè)問題,所以對(duì)此很感興趣。我跟他說你可以寫一篇關(guān)于這個(gè)問題的論文,但是這個(gè)領(lǐng)域太冷了。你如果做這個(gè)方向的研究,我可以將來同意你得到博士學(xué)位,但是最后可能找不到工作,我不贊成你研究這個(gè)。我還記得當(dāng)時(shí)他非常不高興,我們堅(jiān)持了很久。后來幸虧他對(duì)于另外一個(gè)東西又發(fā)生興趣了,是關(guān)于加速器的設(shè)計(jì),并且在那方面獲得了博士學(xué)位。這是我非常贊成的,而且他在那方面現(xiàn)在做出了非常重要的工作。他設(shè)計(jì)的自由電子激光,現(xiàn)在是最有可能真正達(dá)到X光的自由電子激光的兩種方法之一,而且我認(rèn)為他的方法更好。我想很可能再過五年或者八年,如果世界上第一個(gè)X光的自由電子激光出現(xiàn)的話,是余理華的所謂HGHG(高增益諧波產(chǎn)生自由電子激光器)的方法。今天我問他那時(shí)我不讓你做量子力學(xué)的測量是不是對(duì)的,他也承認(rèn)我的見解是對(duì)的。
我剛才講我自己在Allison的實(shí)驗(yàn)室做的一年半不成功。我倒并沒有和Allison有意見不一致的地方,而且那一年半的時(shí)間給我?guī)砹撕艽蠛锰帲紫茸屛抑懒宋也粦?yīng)該做實(shí)驗(yàn)物理,因?yàn)槲业暮芏嗤瑢W(xué)作起實(shí)驗(yàn)來得心應(yīng)手,但是我作起來很困難,但是我作起習(xí)題來要比他們好得多。最后是泰勒(Teller)幫我解決了問題,他當(dāng)時(shí)是物理系的一位教授。大家都知道他后來很有名,因?yàn)樗l(fā)明了美國氫氣彈的原理。他有一天來跟我說,聽說你做實(shí)驗(yàn)做得不太成功。那個(gè)時(shí)候物理系有兩百個(gè)研究生,大家都很熟悉,老師對(duì)于學(xué)生也很熟,我當(dāng)時(shí)在物理系是很有名的研究生,因?yàn)楹鋈粊砹藗(gè)中國學(xué)生,理論學(xué)得非常好,所以大家都注意到我。他問我聽說你做得不成功,我說對(duì)。他就說你何必非得做一篇有關(guān)實(shí)驗(yàn)的論文呢?你已經(jīng)選擇了一篇文章,就拿這篇文章做你的論文,你就可以得到博士學(xué)位。我說謝謝你,可是這和我的初衷不一樣,我得想想。結(jié)果想了兩天以后,我覺得應(yīng)該接受他的建議。而且做了這個(gè)決定以后,我如釋重負(fù)。為什么如釋重負(fù)呢?因?yàn)槲伊私獾轿业陌l(fā)展前途不是在實(shí)驗(yàn)物理方面。不過是不是我那一年半的時(shí)間就白花了呢?不然,因?yàn)槟且荒臧腚m然沒有使我成為一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,但是對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的價(jià)值觀,也就是他們整天想什么,他們面臨什么困難,我都有了親身感受。這對(duì)于我后來的工作有很大的幫助。我是1948年獲得博士學(xué)位的,50年代以后,我經(jīng)常到實(shí)驗(yàn)室里去和那些做實(shí)驗(yàn)物理的人談話,了解了解他們?cè)谧鍪裁磳?shí)驗(yàn),已經(jīng)得到了什么結(jié)果。這和我50年代所做的研究工作有很密切的關(guān)系。所以這位同學(xué)問我應(yīng)該怎么處理上面的問題,我想沒有一概的回答,如果能夠轉(zhuǎn)到一個(gè)和自己的想法比較接近的方向當(dāng)然是很好的。但是能不能和導(dǎo)師談一談呢?分析一下為什么會(huì)有爭執(zhí)也許是另外一種辦法。你問的這個(gè)問題很重要,可是我想沒有一個(gè)普遍的回答。
問:您認(rèn)為在今后二三十年里,物理學(xué)還將會(huì)有類似與相對(duì)論那樣的革命性突破嗎?如果有,你以為最可能會(huì)在什么地方出現(xiàn)?
答:這個(gè)問題很好,我有一個(gè)很直接的回答,我覺得這種可能性非常小,當(dāng)然不能講絕對(duì)不可能。
為什么這樣講呢?因?yàn)樵谙鄬?duì)論產(chǎn)生的時(shí)候,也就是100年前,有幾個(gè)重大的絕對(duì)不能了解的東西。假如那些東西總是不被了解,過去的整個(gè)物理學(xué)研究就要垮臺(tái)。而且事實(shí)上尤其是在量子力學(xué)到了1923-1924年的時(shí)候,Heisenberg[6]在70年代他老年時(shí)候曾有一些描述,他說那個(gè)時(shí)候我們都非常失望,以為人類已經(jīng)不可能了解原子的結(jié)構(gòu)。這說明當(dāng)時(shí)他們是非常失望的,可是從現(xiàn)在我們知道的結(jié)果來講呢,他們趕上了最好的機(jī)會(huì)。困難越厲害,機(jī)會(huì)就越大。那么今天我們有沒有這種困難呢?當(dāng)然也有,比如說dark matter(暗物質(zhì))就是非常困擾人類的一件事情。
今天跟那個(gè)時(shí)候不一樣的地方是很難做實(shí)驗(yàn),不是你花上幾萬美金,幾十萬美金就可以做一個(gè)新的光譜方面的實(shí)驗(yàn)。而在20年代德國所以能夠發(fā)展出來量子力學(xué),主要原因就是因?yàn)榈聡?dāng)時(shí)的光譜學(xué)非常先進(jìn)。他們做了一些新的實(shí)驗(yàn),這些新的實(shí)驗(yàn)在今天看來都只是幾千塊美金的實(shí)驗(yàn),是非常容易做的,一個(gè)教授帶一個(gè)研究生就可以做。而今天需要的實(shí)驗(yàn),比如剛才講的dark matter,不是一兩個(gè)人甚至不是一個(gè)國家所能夠做的。因此相比之下,今天能夠取得突破性發(fā)展的可能性非常小。你問我這種突破可能會(huì)在什么地方出現(xiàn),我覺得以后二三十年物理學(xué)領(lǐng)域中最可能取得重要貢獻(xiàn)的地方應(yīng)該是應(yīng)用方向,我很難相信有基礎(chǔ)原理性被發(fā)現(xiàn)出來。而應(yīng)用的方向現(xiàn)在多得不得了,比如最近這七八年來最熱的科目是BEC(玻色—愛因斯坦凝聚),BEC里頭發(fā)生的變化非常之多,它對(duì)于激光的研究有重大的推進(jìn)作用。因此我想在這種領(lǐng)域出現(xiàn)突破的可能性是比較大的。
問:對(duì)于物理系的學(xué)生尤其是學(xué)理論物理的學(xué)生首先應(yīng)該具備數(shù)學(xué)的思維還是數(shù)學(xué)的技巧? 答:這個(gè)問題是這樣的,數(shù)學(xué)的技巧和數(shù)學(xué)的思維是分不開的。如果一個(gè)學(xué)生想要做一位好的理論物理學(xué)家,學(xué)習(xí)很多數(shù)學(xué)知識(shí)是很自然的。比如今天物理學(xué)領(lǐng)域中很重要的一個(gè)問題是群論,所以我知道很多搞理論物理的研究生去學(xué)群論方面的知識(shí)。讀了很多群論之后,你就很容易被數(shù)學(xué)的思維所吸引,因?yàn)槿赫摾镞呌行┫敕ù_實(shí)是妙不可言的?墒侨绻愕脑竿亲隼碚撐锢韺W(xué)家,那么你讀很多的數(shù)學(xué)有一個(gè)危險(xiǎn),那就是你會(huì)漸漸地把你的價(jià)值觀轉(zhuǎn)移到數(shù)學(xué)的價(jià)值觀上去。轉(zhuǎn)移到數(shù)學(xué)的價(jià)值觀是有缺點(diǎn)的,這一點(diǎn)從幾十年來的數(shù)學(xué)物理方面的文獻(xiàn)就可以看出來。有許多人因?yàn)樗麄兲矏蹟?shù)學(xué)的價(jià)值觀,就有不能夠充分注意物理學(xué)價(jià)值觀的傾向。所以這是一個(gè)問題。當(dāng)然如果你被數(shù)學(xué)的價(jià)值觀吸引,能在數(shù)學(xué)方面做出重要貢獻(xiàn)也是很好的,不過這就和你原來希望在理論物理方面有所作為的想法有了不同。
問:我是一名大二的學(xué)生,現(xiàn)在非常困惑的是像我們這樣做基礎(chǔ)科學(xué)研究的人究竟怎樣才能鞏固自己的興趣,堅(jiān)定我們的志向呢?
答:我想這個(gè)大二的同學(xué)很顯然是非常努力的。一般來說,中國的大學(xué)生和同年級(jí)的美國大學(xué)生相比,可以說努力得多了。而且自己覺得受父母的壓力、學(xué)校的壓力和社會(huì)的壓力比一般的美國學(xué)生要多。所以我對(duì)于這位大二學(xué)生的回答就是:Maybe you should relax,太緊張了對(duì)你不見得是好事。我在芝加哥上學(xué)的時(shí)候我的導(dǎo)師是泰勒(Teller)。剛?cè)サ臅r(shí)候我和他做過幾個(gè)月的研究工作,他有五六個(gè)研究生,我們每個(gè)禮拜一塊出去吃一頓午飯,他就跟每個(gè)研究生談一談,問我們每個(gè)人的研究做得怎么樣。很快我就發(fā)現(xiàn)他常問的一句話是Are you having fun?這種觀念在中國的教育體制之下是沒有的,中國講究“苦學(xué)”。我覺得在這方面宜于吸取他的一些經(jīng)驗(yàn)。
他的另外一個(gè)特點(diǎn)就是他的想法非常多,并且愿意跟任何人討論。路上碰到你他就會(huì)抓住你跟你講,某一個(gè)分子的對(duì)稱,大家講得都不對(duì),于是他就給你講一通。他講的話常常是有道理的,可是常常也有錯(cuò)誤。如果你指出他的錯(cuò)誤來,他很愿意接受,他就會(huì)和你繼續(xù)討論下去,這樣你就可以寫一篇文章了。這種態(tài)度和中國人的觀念也是不一樣的,中國人常講對(duì)于沒想清楚的問題不要亂開口。他對(duì)學(xué)問的態(tài)度就是覺得做學(xué)問是一件很有意思的事情,是一件隨時(shí)跟任何人都可以討論的事情。我覺得今天的中國的大學(xué)應(yīng)該注重這種觀念的建立。
[1] 詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831-1879),英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家,電磁場理論的創(chuàng)立者。
[2] 路德維!げ柶澛(Ludwig Boltzmann,1844-1906), 奧地利物理學(xué)家,平衡態(tài)氣體分子的能量分布律的建立者。
[3] 吉布斯(Josiah Willard Gibbs,1839-1903),美國理論物理學(xué)家,統(tǒng)計(jì)系綜理論的首創(chuàng)者。
[4] 19世紀(jì)的最后一天,歐洲著名科學(xué)家匯聚一堂。會(huì)上,英國物理學(xué)家W.湯姆生(即開爾文勛爵)發(fā)表了新年祝詞。他在回顧物理學(xué)所取得的偉大成就時(shí)說,物理大廈已經(jīng)落成,所剩的只是一些修飾工作。同時(shí),他在展望20世紀(jì)物理學(xué)前景時(shí)講道:“動(dòng)力理論肯定了熱和光是運(yùn)動(dòng)的兩種方式,現(xiàn)在,它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩了,”“第一朵烏云出現(xiàn)在光的波動(dòng)理論上,”“第二朵烏云出現(xiàn)在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上!盬.湯姆生在1900年4月發(fā)表題為《19世紀(jì)熱和光的動(dòng)力學(xué)理論上空的烏云》的文章。他所說的第一朵烏云,主要是指A.米切爾森實(shí)驗(yàn)結(jié)果和以太漂移說相矛盾,第二朵烏云,主要是指熱學(xué)中的能量均分定則在氣體比熱以及勢(shì)輻射能譜的理論解釋中得出與實(shí)驗(yàn)不等的結(jié)果,其中尤以黑體輻射理論出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”最為突出。開爾文是19世紀(jì)英國杰出的理論物理和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,是一位頗有影響的物理學(xué)權(quán)威,他的說法道出了物理學(xué)發(fā)展到19世紀(jì)末期的基本狀況,反映了當(dāng)時(shí)物理學(xué)界的主要思潮。
[5] 1887年,美國兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家米切爾森和莫利(Michelson-Morley)完成了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn),證明光順著地球走和背著地球走的速度完全一樣,無論哪個(gè)方向速度都一樣。
[6] 韋納·卡爾·海森堡(Werner Karl Heisenberg,1907-1976) 德國理論物理學(xué)家,量子力學(xué)第一種有效形式(矩陣力學(xué))的創(chuàng)建者。
來源:
科技中國2005年01期特稿
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