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科學家到底是些什麽樣的人?

(2022-05-26 21:54:34) 下一個

[科大瞬間] 173期|曹則賢

“對於具體的科學家,大概我們想不出任何反對創業的理由,但是如果作為一項政策來鼓勵科學家創業,我想我的回答是:不。希望我們能有更多的政策來鼓勵我們的科學家靜下心來,為人類的文明做出科學家應有的貢獻。”

 

關於是否應該鼓勵科學家創業,我的回答是Jein,半個Yes加半個No("Jein" 是 “ja” (yes) and “nein” (no) 的合體). 

 

Yes for individual cases. No to the policy。

 

Yes,是針對具體的科學家。任何一個科學家,當他覺得他有創業的必要的時候,大概我們想不出有任何反對的理由。但是,作為一項政策,要鼓勵科學家去創業,我想我的回答是:No

 

 科學家到底是些怎麽樣的人?

 

為什麽會有這樣的一個觀點,源於我自己對這樣一個問題的思考:科學家到底是一些什麽樣的人?

 

科學家這個詞,在西方語言裏——像英文、意大利文或者德文——強調的都是:這些人是知道一些事情的,但是這個知道跟我們平常看報紙知道一些事情不一樣,是說這是一類努力想知道一些未知的事情,而且通過自己的鑽研,去知道一些問題的這麽一幫人。

 

英文裏的scientist與另外一個詞同源,其實就是大家比較熟悉的剪刀scissors,所以這個詞是說要剖開事物的表麵,探索事物最深層的知識。

 

 

當然,科學研究作為我們人類的一種活動,它的最終目的是為了服務人類社會。

 

服務人類社會的方式之一,可以說就是做科學本身。當我們把一個科學知識告訴別人,解決別人困惑的時候,這就是一項服務。

 

更多的時候,它可能通過技術、工程、產業的具體行為來服務於社會。在這個過程中,常常在我們國家出現一種不是特別好的現象,就是我們常常把科學和技術混為一談。

 

雖然科學和技術之間沒有明顯的界限,但是長期把科學和技術混為一談,對我們這個國家實際上是有害無益的。

 

過去我們常說的是,我們國家嚐試過科學救國,我們也嚐試過實業救國,在今天我們終於把科學和實業結合得比以往更加緊密了,喊出了“讓科學家去創業”的口號。

對於科學家來說,我們拿的是國家的錢、是人民的錢,當然要服務於國家。所以科學家是有國界的,從這一點來說,科學家應該把論文寫在祖國的大地上。

 

但是,科學自有科學自身的規律,科學有一個最重要的特征,是它必須有糾錯機製。因此科學論文的發表必須是公開的,是向每一個人公開的,而不是局限於哪個國家。

 

我們說:“俠之大者,為國為民”。那麽一個科學家的工作,他為自己的國家工作,但是更多的時候他應該想到他是在為人類工作。

 

在做具體工作的時候,他不僅要把眼光超越自己的國家、越過人類,甚至要把目光穿越整個宇宙,去思考更加深刻的、更加虛無的、更加抽象的東西,這才是一個合格的科學家應該具備的品質。

   人類中的智者

我們可以舉一些例子,一些我非常認可的科學家。

 

比如意大利人伽利略;比如說德語的奧地利人玻耳茲曼、愛因斯坦、索末菲;法國的泊鬆、龐加萊;說英語的牛頓,比牛頓學問還大的漢密爾頓、湯姆森、外加狄拉克;來自蘇聯的朗道、阿諾德;日裔的著名科學家湯川秀樹、朝永振一郎,以及我們大家都比較熟悉的中華民族為之驕傲的偉大的數學家像陳省身先生、物理學家楊振寧先生、李政道先生。

 

這些科學家的一個重大特征是,他們是我們人類中的智者。他們的點滴思想,都給我們的人類留下了深刻的影響。

 

法國是盛產這種智者的一個國度,他們不太鼓勵科學家創業,他們把科學家的名字刻到了埃菲爾鐵塔上。我紅點指的地方,是篆刻這些著名科學家名字的地方,上麵有72位科學家。

 

 

那麽,一個偉大的科學家,一個掌握最高科學秘密的科學家,是不是非要去創業呢?

 

我想舉一個很有趣的例子。1905年愛因斯坦基於對光速不依賴於發光體的速度這樣一個事實,得出了一個非常重要的公式。

 

相當多的書中對這個公式的理解應該是錯的,有這樣一個公式:E=mc2,我們知道這叫質能關係,明白了質量和能量之間的這樣一個轉換,人們想到一個它在工程上的應用,就是製造原子彈。

 

因此,當美國開啟了曼哈頓工程,要製造原子彈的時候,蘇聯為愛因斯坦量身定做了一位女間諜。

 

這位女士有非常憂鬱的氣質,會拉小提琴,應該是經過專家組評估會深得愛因斯坦喜愛的一位,而且確實把愛因斯坦給迷倒了。但結局是曼哈頓工程不需要愛因斯坦,愛因斯坦對曼哈頓工程一無所知。

 

 

愛因斯坦還有一項最偉大的貢獻,就是在討論原子發光以及光場對原子的激發過程中,他能夠比我們看出更多的奧秘。

 

他思考當用光場去激發一個原子的時候,已經處在激發態上的電子的行為是什麽樣子的,從而提出了一個非常重要的概念叫受激輻射。

 

而且憑著他深厚的數理功底,憑借所謂互反性reciprocity principle的原理,他提出一個愛因斯坦係數,並明確寫出這個愛因斯坦係數B12就應該等於B21。

 

受激輻射的概念是激光的基礎。基於這個概念,人類於1960年造出了第一台激光器。激光具有高亮度、高方向性、高相關性等等特點,它帶來的技術革新、創業的機會,對科學的促進和影響,使得任何語言都完全不足以描述愛因斯坦在受激輻射和激光方麵的影響。

 

可是,沒有任何證據表明,愛因斯坦曾經有拿這個去創業的想法,因為他有更多、更重要的事情要去做。

 

    

科學和實業是什麽關係?

 

科學和實業應該說,是一個糾纏不清的關係,是一個互相促進、互相提升的關係。

 

但是在這個地方,我總覺得不管是科學促進了實業,還是實業促進科學,科學家要永遠記得,自己要做的事情是做科學。

 

我舉一個例子,從科學到實業再到科學的一個例子,就是麥克斯韋的方程組。

 

麥克斯韋把電磁感應的四個公式寫到一起,竟然能夠看出來少了一項,於是他加了位移電流這一項,進一步把它推導成波動方程的形式。

 

這讓他有了一個想法,難道電磁現象會產生有波?計算了一下這個電磁波方程裏的速度,他發現速度約等於光速,從而引發了一個更大的想法,難道我們看到的光就是電磁波?

 

 

1887年的時候,德國人海因裏希·赫茲第一個實現了電磁波。大家知道電磁波的出現對我們人類的影響,從實業的角度、從技術的角度來說,徹底改變了我們的社會。它也是所謂第二次工業革命的基礎,這一點我就不強調了。

 

另一方麵,這樣一個實業的結果,反過來更多地促進了我們的科學。但是大家注意一點,像麥克斯韋這樣的科學家,他不僅做科學研究,實際上實業研究做的也很多。 

 

 

比方說這張圖,這就是我們人類的第一張彩照,就是麥克斯韋拍的。

 

作為人類的第一張彩照,大家可以想一下,如果從實業的角度來看,它意味著無限的機會。可是對麥克斯韋來說,它唯一的功能就是驗證他的顏色理論而已。

 

反過來再講實業驅動科學、科學又反過來驅動實業的一個例子,就是所謂的第一次工業革命,以熱機為代表的工業革命。

 

熱機的出現,實際上是在1700年到1710年前後這一段時間,英國人為了解決把煤礦裏的水抽出來這樣一個問題做出來的。

 

可是一百年以後,熱機驅動了火車、驅動了輪船,使得英國從蠻荒之地變成了一個日不落帝國。

 

這讓他的鄰國法國倍感壓力。法國的軍事科學家中有一位佼佼者就是薩迪卡諾。卡諾決心努力做好熱機,趕上英國的步伐,但是他發現,熱機的效率怎麽做也做不上去。

 

他的父親是一位了不起的數學家,他自己本身也是個了不起的數學家,這促使他開始深入地思考熱機背後的道理在哪兒。

 

他提出了一個非常重要的觀點,就像現在網上有一句玩笑話:一切不以結婚為目的的談戀愛都是不道德,卡諾竟然想清楚了熱機裏麵最關鍵的問題在於:一切不以做功為目的的傳熱都是浪費,這是整個第一次工業革命最重要的一句話。他這句話的影響,要比後來所有熱機的研究對人類的影響都要大得多。

 

 

他這個思想發表十年以後,才有一個叫克拉貝隆的人(他的同鄉)看懂,並畫出了第一張圖,叫卡諾循環。

 

然後,在這個基礎上,人類總結了所謂的熱力學第一定律、熱力學第二定律。從熱力學第二定律的數學表達,又得出了熵的公式,從而影響了整個物理學、影響了化學、影響了生命等等。

 

在克拉貝隆1834年發表的這篇論文的最後,他說:“如果說一個熱機有浪費的話,那麽它的浪費應該在爐子和鍋的界麵上。”

 

大家想想,我們在家裏燒水,你把一個鍋放到爐子上麵,溫差最大的地方就是火和爐子之間,但是那個地方沒用來做功。

 

 

這是他論文裏麵簡單的一句話,隨口一句話扔在那兒,可是這麽一句話,要經過無數的科學家讀幾十年以後,才終於有一天被人讀明白了!

 

這個叫迪塞爾的人讀明白了什麽呢?他發現,要想把效率提高,就不應該把鍋架在爐子上,而應該把爐子建到鍋裏!

 

這麽一個科學認識才讓我們今天有了所謂的內燃機,我們的火車才能快跑起來,而這些大概是做實業不可能產生的影響。

 

實業對科學影響的一個重要例子,就是電燈。

 

電燈發亮發光,可是電燈又發光又發熱,為了避免它發熱,我們就研究發熱和發光的關係,然後理論物理學家把它推到對黑體輻射的研究,在這個基礎上,我們反而得到了量子力學。

 

 

量子力學發展到50年代,把它用到固體物理上麵,我們終於知道了為什麽有的材料是導體,有的材料是絕緣體。

 

可是,這個時候我們還是沒解決燈發熱的問題,在我們理解什麽叫導體、什麽叫絕緣體的基礎上,絕緣體裏麵絕緣不太厲害的這一類,就被稱為半導體。

 

有了半導體,我們就有了半導體工業,終於有一天我們做出了太陽能電池,我們做出了發光二極管。而發光二極管的出現,終於解決了原先希望燈不玩命地發熱的這樣一個問題。

 

世界又換了一個嶄新的狀態。

 

 

這是一個跌宕了140年的創造問題,而這中間產生的量子力學,它的意義遠遠超過當初要解決燈泡發熱不發熱問題。或者反過來說,燈泡發熱不發熱這樣一個實用的問題,就顯得微不足道了。

 

科學家自己要給出嚴肅的回答

 

我想,一個科學家他自己到底要幹什麽,應該由科學家自己給予一個嚴肅的回答。

 

當一個有心於創業的人去創業的時候,我想他應該熱情飽滿地去創業,但是如果我們一定要貼上一個科學家創業的標簽的話,那我們就要問的一個問題:我們如何評價創業科學家的成就?

 

是不是還是用收入產值?如果是這樣的話,和別人創業大概就沒有什麽區別。

 

是不是用產業服務和革新?這略微有一點技術含量。

 

如果能到第三個層麵,在這個過程中有發明創造,對社會有一點影響,比方華為,大概做到了第三個層麵。

 

可是科學家能不能夠在這個過程中,就像我們剛才研究燈泡發熱的問題一樣,還能帶來公式和定理,還能創造理論體係,產生新的學科,或者最後還能產生新的思維,能夠讓人類精神產生新的境界,從而讓我們人更加覺得自己是人——我想這大概才是一個科學家創業的時候,瞄準更加高一點的目標。

 

我們常常會把科學家創業,當成滿足國家的重大需求,這話沒錯。

 

如果我們真心的想滿足國家重大需求的話,我們能不能夠嚴肅認真對待一下國家重大需求。

 

 

比方說國家需要發動機,可是發動機的製造,它既不是產業的問題,也不是材料的問題,也不是工程的問題,而是涉及到各個方麵的問題。

 

比方說,你看到的也許是設計,但是它會需要材料的加工,需要材料科學基礎。

 

你需要懂燃燒,需要懂流體力學,需要懂傳熱……,最重要的是,你要懂物理轉動,而對轉動的描述,轉動相關的數學,大概中文教科書你都找不齊。

 

因此,我個人認為對於發動機的研究,與其說我們缺材料、缺設計,不如說我們缺有人懂什麽叫轉動。

 

如果說國家重大需求,我想還有一個重大的需求就是,當我們給孩子買教科書的時候,他們看科學文獻的時候,希望能夠看到更多中國科學家的名字,能夠看到中國科學家、中國製造的那些最fundamental的思想、fundamental的公式、fundamental的理論體係等等,這個可能才是我們的人民對中國科學家更加殷切的需求!

 

而且這個需求不要多,隻需要在我們翻科學文獻的時候,偶爾能遇到一次兩次就行了,而不是像現在幾乎遇不著。

 

我們必須麵對一個非常重要的現實,就是當前我們不能對中國的科學家提出過分高的要求,但是又不能放鬆對中國科學家的要求。

 

畢竟一個非常重要的事實是,現代科學產生、發展於西方工業世界,它是通過外部、通過好幾個階段、幾個不同途徑傳入中國的。

 

客觀地說,別的領域不太清楚,如果光談數學和物理的話,也許還有相當大的一部分科學知識根本就沒有傳入中國。

 

因此,我們的科學家對近代科學的掌握,實際上基礎是非常不紮實的。這一點也是妨礙中國科學家創新、妨礙中國科學家為世界科學做貢獻的一個重要因素。

 

如果說我們要鼓勵科學家去成就自己的事業的話,那麽更應該鼓勵的是科學家好好地學透已有的知識,並且努力地去做一些最基礎的、不是那麽功利的東西,我覺得這也應該是我們的政府和人民對我們科學家的重大需求。

 

這些大師如果都是炎黃子孫的麵孔,看起來該多熟悉啊!

 

這是曾經召開的一次索爾維會議,我曾開玩笑說,這張照片上集中了那個時代世界智商的一半以上。

 

大家想一想,如果我們讀書的時候,看到這樣的照片裏麵有一半是我們熟悉的炎黃子孫麵孔的時候,我們學科學是不是容易一點?

 

反過來說,當我們談論鼓勵科學家創業的時候,這裏的“鼓勵”是什麽意思呢?

 

如果說鼓勵是指在資金、稅收,或政策各方麵給予優惠的話,那麽對於其他的創業者,這公平嗎?

 

如果說鼓勵科學家創業落實到保留他的科學家身份,或者是僅僅免於他做科學家的義務的話,對其他在從事科學研究的科學家來說,這又公平嗎?

 

所以說,當我看“鼓勵科學家創業”的時候,我思考了一下,我不知道“鼓勵”這兩個字,到底該著落在哪個地方?

 

我覺得西方有一些科學家給我們做了很好的榜樣,科學家的研究是科學家自己對人類的責任,對這個宇宙的渴望,他真的不太需要特定的物質或者別的方麵的獎勵。

 

據說有個故事,英國女王安娜到格林威治天文台去視察的時候,看到天文學家在那兒生活的蠻清苦的,就說:哎呀,你們的生活那麽清苦,我覺得應該好好獎勵你們,把你們工資都提得高高的。

 

天文學家說:女王陛下您可千萬別,您要把我們工資提得特高,我們就撈不著觀測天文了,因為會有更多的人衝著高工資把我們的位置搶了。

 

我想,就科學家個人來說,麵對著所謂“鼓勵科學家創業”政策,也要有定力。

 

畢竟人生很短,尤其像我這樣的一個普通科研人員來說,時日苦短,天分也不夠,能夠把全部身心放到一個自己那麽喜歡的事業上,你怎麽可以因他人的鼓勵也好、慫恿也好,就今天想幹這個、明天想幹那個?

 

說一下我自己的個人研究經曆,我也做出過新材料,我也否定過舊的試驗方法,這是一些比較接近實用的科學研究。

 

但是在我個人的研究結果中,我更看重的是這樣一個我都沒去正式發表的工作,就是這樣一個公式。

 

 

這樣一個公式,是我為了第二天送孩子參加高考輾轉反側的時候,在證明正方格子具有無窮多縮放對稱性時突然想出來的。

 

這個公式的K=1和K=2兩項,把自然界裏麵的黃金分割數和白銀分割數給統一起來了。

 

我們大家知道,黃金分割數出現在自然界的各個地方,它和五次對稱性相聯係,白銀分割數和八次對稱性相聯係。

 

我覺得這是我這輩子最快樂的時刻,也是我多少曾經有過的那麽一點當科學家感覺的時刻。

 

我珍惜這樣的時刻,我也希望我們能夠有更多的政策,鼓勵我們的科學家靜下心來,放一張平靜的書桌,好好把你的眼光越過眼前,甚至越過遠方,投向這個宇宙最深處的地方、最抽象的地方,為我們人類的文明做出科學家應有的貢獻。

 

[注] 本公眾號對原文作了極少量改動。

 

編輯:許讚華

校對:葉碧惠

排版:俞霄

 

 

 

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閱讀 ()評論 (6)
評論
YanbeiYin 回複 悄悄話 A good article. Science and technology have totally different goals. Science is to find truth and create knowledge, while technology is to increase productivity and wealth. It is not possible for one person to excel in these two different directions at the same time. In a society, however, science and technology must co-exist and be properly balanced to sustain.
槍迷球迷 回複 悄悄話 Holly99:統計學家恐怕不算科學家。統計作為應用學科,經商很正常。 根據狹義定義, 純數學也不算科學。
Holly99 回複 悄悄話 There are a lot of scientists nowadays. The other day I checked LinkedIn two girls I knew are Data Scientist! If I knew majoring in statistics can be a scientist I would do that too. You know what, since now working from home have more time I am thinking to get a phd degree in statistics I will be a scientist:)
華府采菊人 回複 悄悄話 關鍵是要能讓科學家去做他或她自己想做的事情, 不能以政治運動的方式要他或她去與工人農民相結合, 去創業, 去教育下一代, 去寫論文, 去做官, 去幹什麽什麽...
政府的功能是盡可能為科學家提供生活和工作的保障, 讓科學家去做他們各自擅長的事情。
當然萬萬做不得的是俺們那旮做過的事, 放牛種地打掃廁所等等
zhuniang 回複 悄悄話 Excellent article!
irisin2021 回複 悄悄話 科學家非常反感人們誇他們偉大,無私,奉獻。 科學家實際就是最普通的人,他們對新知識有癡迷的個人興趣(世上這種人不多),他們就是為了滿足個人興趣,不為別的,而進行些探索活動。有人對高端物理感興趣,有人對牛尾巴功能感興趣,他們都是科學家。由於人們發現他們的研究對社會有用,就介入他們的研究,曲解他們的工作。把他們從科學家變成科學工作者。
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