yuxiaohao 2007-9-14 15:50
谈科研问题的重要性
一百年以前，以相对论和量子力学的为基础的近代物理学革命，将科学推进到到一个全新的时代，从根本上改变了人类的物质观和时空观。使人类的认知在宏观层次上从太阳系伸向了广袤无垠的宇宙，并伸向了遥远的宇宙原始之初；在微观层次上，深入到原子分子层次，乃至夸克层次。而理论所催生的一批诸如半导体计算机技术、激光技术、核技术以及纳米材料技术等新技术则再一次改变了人类的生产和生活方式。今日的物理学，相对于20世纪早期的近代物理学革命，本质上并没有发生新的基础性和革命性的重大变革。普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡和薛定谔等这些近代物理学的缔造者们是物理学史上，甚至人类历史上都是一批划时代的伟人，乃至今日物理学家所循的仍是20世纪之初的那一批缔造者的足迹，今日物理学所取得的进展主要还表现在相对论和量子力学的完善及推广应用上。
百年前的先辈物理大师们声影早已远逝，而他们在物理学上所取得的成就到今日仍在影响乃至指导着我们今日物理学的前进的道路。回顾物理学百年光辉，感思先辈所取得的伟大成就之时，作为后辈的学习物理的我们又能从他们的成就和发现的历程中汲取可贵的经验与启示，来指导我们今日的物理学研究，并为明日的物理学指明可能发展方向。
时光回到19世纪的最后一天，在那一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂以庆祝19世纪物理学所取得的伟大成就。会上，英国著名物理学家W．汤姆生（即开尔文）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力学理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”他所说的第一朵乌云，主要是指迈克尔孙－莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾；他所说的第二朵乌云，则主要是指黑体辐射理论出现的“紫外灾难”。然而另W.汤姆生先生没有想到的是就是这两朵“乌云”，却使20世纪物理学发生了翻天覆地的变化，导致近代科学两大基础科学－相对论和量子力学的诞生，致使人们对物质和时空的认识发生了根本性质的改变，而其催生的近代技术革命则直接将今日的我们送入了知识经济时代。试想19世纪的物理学家在庆祝19世纪物理学取得的伟大成就如果也包括了解决了那两朵“乌云”的话，我想20世纪初的物理学家可能就只能像今日的我们，只能追循19世纪的物理学大师们的足迹，做些完善和推广应用的工作了，换W.汤姆生先生的话即作些“修饰工作”而已，而不可能作出划时代的物理成就来。这使人想起了1900年希尔伯特在巴黎数学家大会上提出的日后被称之为"希尔伯特23个问题"，这23个问题涉及现代数学大部分重要领域，推动了20世纪乃至今日数学的发展。没有问题的时代是个悲哀的时代，不管是物理学还是数学，我想，其他领域也应当如是。
战国时代思想家荀卿在论耕作生产时曾说：“上不失天时，下不失地利，中得人和而百事不废。” 农耕如此，物理学又何尝不是，要讲究天时、地利和人和。先辈凡取得重大成就物理学大师，天时、地利、人和缺一不可。
一、 天时
对于一个物理学家而言，是要讲究时运的。普朗克曾在一次演讲时，回忆起他老师G•基尔霍夫曾说过这么一句话“物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。”普朗克年轻时所处的时代是经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学经典物理三大支柱全方面取得成就的时代，以至于像一代名师基尔霍夫也会说出如此缺乏见地的话来，殊不知20年后正是普朗克亲手开启了量子力学的大门，成为量子论三大教父之一。且不论基尔霍夫的话如何缺乏见地，但以当时经典物理学所取得得得成就是如此之辉煌，难怪连基尔霍夫这样得物理学家，甚至连W.汤姆生也说出了类似的话。一个课题甚至一个学科何时处于低谷（没问题或要解决的问题不到时机）还是处于前沿（有较好的问题且解决的时机较为成熟）有时很难判断出来的，甚至那些已经取得过一些重要成果的科学家也很难预言准确。对于刚进入或即将进入科研领域的年轻人来说，可能要正确选择一个容易出成绩的学科或课题就尤为困难了。假若当时年轻的普朗克听从了他老师的劝说，而放弃了纯理论物理研究，日后有名的能均分定理的提出者也决不会是他。然而普朗克是幸运的，在他42岁那年他宣读了关于黑体辐射的论文，这篇文章宣告了量子论的诞生。而今日的理论物理学家可能就有些时运不济了，自从60～70年代弱电统一理论建立以后，就再也没有什么惊人的大成就了，可能是还未到解决问题的时机吧。因为不论相对论还是量子力学的诞生，经典物理理论和社会实验条件都做好了准备，可谓山雨欲来花满楼，就这一点而言，W.汤姆生还是很有远见的，毕竟他看到了“乌云”，并说未来的工作就是解决这两朵“乌云”，只是他不知道这就是开启新物理的钥匙而已。
二、 地利
杨振宁先生称20世纪早期几十年时间为理论物理学的“黄金时代”，因为相对论和量子力学的主要基本思想都是在这30～40年时间形成的。回看百年前的物理学黄金时代，发现先行的缔造者们鲜有西欧以外国家科学家的身影，甚至当时已是经济强国的美国。19世纪的西欧，经过第二次工业革命后，经济有了长足的发展。经济的发展，带动了交通和通讯的发展，这使科学家之间的书信和口头交流比以往更加便利，因此，学术的交流比以往任何一个时代都变得更加容易和频繁。由于通讯的发展，那个时代的科学家，都喜欢用信件交流自己对物理学前沿的一些问题的看法。伟大的爱因斯坦同同时代的许多物理学家都保持着良好的通信习惯，通信的人有玻尔、玻恩、薛定谔等一大批物理大师们。薛定谔在后来的回忆中提到德布罗意的工作为他波动方程的发现带来无限源泉，而他则是在同爱因斯坦的通信中了解到德布罗意的工作的。相比较今天，百年前的交通和通讯就比较落后了，受当时交通和通讯的制约（与今日比），这次近代物理学革命没有及时的席卷到大洋彼岸的国家，因此当时的大物理学家主要出现在西欧的德国、法国、英国、丹麦、奥地利等欧洲国家。在交通和通讯日益发达的今天，现阶段所存在的诸多多物理问题是大家都详知的，因此，就此点而言解决问题往往可能显得更为重要一些。在实验物理进入大科学工程时代的今天，很多问题的解决要依赖于周围的现实条件，如新进的仪器设备。近水楼台先得月，向阳花木易为春，丁肇中发现的J/ψ粒子就离不开美国布鲁克海文国家实验室的质子加速器的功劳。
三、 人和
量子力学的奠基者之一海森堡在矩阵力学提出之前不知矩阵为何物，幸好他的导师玻恩和另外一位同事约尔旦精通矩阵，才使海森堡的矩阵力学不至于流产。顺便提一下的是，同时代的物理学家中懂得矩阵的人为数不多。爱因斯坦在进行广义相对论研究时，为了寻找到合适描述广义相对论的数学工具，就曾经向昔日的同班同学格罗斯曼学习黎曼几何和张量分析。同时代的玻尔则创立的哥本哈根学派，在量子力学的发展过程中，作出了一批批出色的物理成就，培养了一批人，海森堡、泡利等一批物理大师们年轻是就曾在此洗礼过，而哥本哈根大学也成为世界原子物理的研究中心。因此从事物理学研究是不可能完全离开别人的。如果没有一个好的团队，很难取得很大成就，只有周围有一批优秀的搞物理研究的人，随时交流观点与看法，相互学习，才会百尺竿头，更进一步。
科学中的问题，我想，应该包括发现问题和解决问题这两步，孰轻孰重，很难分清。只会发现问题，不会解决问题，则只停留在空想阶段。而欠缺发现问题的洞察力则往往可能离重大成就擦肩而过，仅一步之遥而失之交臂，前车之鉴，屡见不鲜。百年前的物理大师今天身多以逝，然而，其人其事今日仍发人深省。要想在一个学科中取得好的成就，先要处在学科中的好时代——如百年前的“黄金时代”，因为只有时机成熟，才有好的问题可供解决，是为“天时”；接着，最好能在此学科最前沿的地方学习或工作，因为这样才能较容易获取所研究学科中的当前正在进行的最前沿问题和利用其最先进的仪器设备来进行研究，是为“地利”；此外，最好能加入适合于自己的团队，不管是搞理论还是实际问题，这样往往能较好的汲人之长，而去己之短，往往能帮助自己较好的解决问题，是为“人和”；此外，自己的勤奋和努力，及一点好的运气也是必不可少的，是为“实力与运气”。
科学永无止境，物理大厦仍在构建，在下一个物理学“黄金时代”来临之前，期望能给其添一砖一瓦，足矣。
