科学家,到底应该是什么样的人?
2020-08-03 07:36

科学家,到底应该是什么样的人?

本文来自公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:曹则贤,著名物理学家、中国科学院物理研究所研究员,题图来自:视觉中国


“对于具体的科学家,大概我们想不出任何反对创业的理由,但是如果作为一项政策来鼓励科学家创业,我想我的回答是:不。希望我们能有更多的政策来鼓励我们中国的科学家静下心来,为人类的文明做出中国科学家应有的贡献。”




关于是否应该鼓励科学家创业,我的回答是Jein,是半个Yes加半个No (Yes for individual cases, No to the policy)


Yes是针对具体的科学家。任何一个科学家,当他觉得他有创业的必要的时候,大概我们想不出有任何反对的理由。


但是,作为一项政策,要鼓励科学家去创业,我想我的回答是:No。


科学家到底是一些什么样的人?


为什么会有这样的一个观点,源于我自己对这样一个问题的思考:科学家到底是一些什么样的人?


科学家这个词,在西方语言里——像英文、意大利文或者德文——强调的都是:这些人是知道一些事情的,但是这个知道跟我们平常看报纸知道一些事情不一样,是说这是一类努力想知道一些未知的事情,而且通过自己的钻研,去知道一些问题的这么一帮人。


英文里的scientist与另外一个词同源,其实就是大家比较熟悉的剪刀scissors,所以这个词是说要剖开事物的表面,探索事物最深层的知识。



当然,科学研究作为我们人类的一种活动,它的最终目的是为了服务于人类社会。


服务人类社会的方式之一,可以说就是做科学本身。当我们把一个科学知识告诉别人,解决别人困惑的时候,这就是一项服务。


更多的时候,它可能通过技术、工程、产业的具体行为来服务于社会。在这个过程中,常常在我们国家出现一种不是特别好的现象,就是我们常常把科学和技术混为一谈。


虽然科学和技术之间没有明显的界限,但是长期把科学和技术混为一谈,对我们这个国家实际上是有害无益的。


过去我们常说的是,我们国家尝试过科学救国,我们也尝试过实业救国,在今天我们终于把科学和实业结合得比以往更加紧密了,喊出了“让科学家去创业”的口号。


对于科学家来说,我们拿的是国家的钱、是人民的钱,当然要服务于国家。


所以科学家是有国界的,从这一点来说,科学家应该把论文写在祖国的大地上。


但是,科学自有科学自身的规律,科学有一个最重要的特征,是它必须有纠错机制。因此科学论文的发表必须是公开的,是向每一个人公开的,而不是局限于哪个国家。


我们说:“侠之大者,为国为民”。那么一个科学家的工作,他为自己的国家工作,但是更多的时候他应该想到他是在为人类工作。


在做具体工作的时候,他不仅要把眼光超越自己的国家、越过人类,甚至要把目光穿越整个宇宙,去思考更加深刻的、更加虚无的、更加抽象的东西,这才是一个合格的科学家应该具备的品质。


人类中的智者


我们可以举一些例子,一些我更加认可的科学家。


比如意大利人伽利略;比如说德语的奥地利人玻耳兹曼、爱因斯坦、索末菲;法国的泊松、庞加莱;说英语的牛顿,比牛顿学问还大的汉密尔顿、汤姆森、外加狄拉克;来自苏联的朗道、阿诺德;日裔的著名科学家汤川秀树、朝永振一郎,以及我们大家都比较熟悉的中华民族为之骄傲的伟大的数学家像陈省身先生、物理学家杨振宁先生、李政道先生。


这些科学家的一个重大特征是,他们是我们人类中的智者。他们的点滴思想,都给我们的人类留下了深刻的影响。


法国是盛产这种智者的一个国度,他们不太鼓励科学家创业,他们把科学家的名字刻到了埃菲尔铁塔上。我红点指的地方,是篆刻这些著名科学家名字的地方,上面有72位科学家。



那么,一个伟大的科学家,一个掌握最高科学秘密的科学家,是不是非要去创业呢?


我想举一个很有趣的例子。1905年爱因斯坦基于对光速不依赖于发光体的速度这样一个事实,得出了一个非常重要的公式。


相当多的书中对这个公式的理解应该是错的,有这样一个公式:E=mc2,我们知道这叫质能关系,明白了质量和能量之间的这样一个转换,人们想到一个它在工程上的应用,就是制造原子弹。


因此,当美国开启了曼哈顿工程,要制造原子弹的时候,苏联为爱因斯坦量身定做了一位女间谍。


这位女士有非常忧郁的气质,会拉小提琴,应该是经过专家组评估会深得爱因斯坦喜爱的一位,而且确实把爱因斯坦给迷倒了。但结局是曼哈顿工程不需要爱因斯坦,爱因斯坦对曼哈顿工程一无所知。



爱因斯坦还有一项最伟大的贡献,就是在讨论原子发光以及光场对原子的激发过程中,他能够比我们看出更多的一项。


他思考当用光场去激发一个原子的时候,已经处在激发态上的电子的行为是什么样子的,从而提出了一个非常重要的概念叫受激辐射


而且凭着他深厚的数理功底,凭借所谓互反性reciprocity principle的原理,他提出一个爱因斯坦系数,并明确写出这个爱因斯坦系数B12就应该等于B21。


受激辐射的概念是激光的基础。由这个概念,人类于1960年造出了第一台激光器。激光具有高亮度、高方向性、高相关性等等特点,它带来的技术革新、创业的机会,对科学的促进和影响,使得任何语言都完全不足以描述爱因斯坦在受激辐射和激光方面的影响。


可是,没有任何证据表明,爱因斯坦曾经有拿这个去创业的想法,因为他有更多、更重要的事情要去做。



科学和实业是什么关系?


科学和实业应该说,是一个纠缠不清的关系,是一个互相促进、互相提升的关系。


但是在这个地方,我总觉得不管是科学促进了实业,还是实业促进科学,科学家要永远记得,自己要做的事情是做科学。


我举一个例子,从科学到实业再到科学的一个例子,就是麦克斯韦的方程组。


麦克斯韦把电磁感应的四个公式写到一起,竟然能够看出来少了一项,于是他加了位移电流这一项,进一步把它推导成波动方程的形式。


这让他有了一个想法,难道电磁现象会有波?计算了一下这个电磁波方程里的速度,他发现速度约等于光速,从而引发了一个更大的想法,难道我们看的光就是电磁波?



1887年的时候,德国人海因里希·赫兹第一个实现了电磁波。大家知道电磁波的出现对我们人类的影响,从实业的角度、从技术的角度来说,彻底改变了我们的社会。它也是所谓第二次工业革命的基础,这一点我就不强调了。


另一方面,这样一个实业的结果,反过来更多地促进了我们的科学。但是大家注意一点,像麦克斯韦这样的科学家,他不仅做科学研究,实际上实业研究做的也很多。



比方说这张图,这就是我们人类的第一张彩照,就是麦克斯韦拍的。


作为人类的第一张彩照,大家可以想一下,如果从实业的角度来看,它意味着无限的机会。可是对麦克斯韦来说,它唯一的功能就是验证他的颜色理论而已。


反过来再讲实业驱动科学、科学又反过来驱动实业的一个例子,就是所谓的第一次工业革命,以热机为代表的工业革命。


热机的出现,实际上是在1700年到1710年前后这一段时间,英国人为了解决把煤矿里的水抽出来这样一个问题做出来的。


可是一百年以后,热机驱动了火车、驱动了轮船,使得英国从蛮荒之地变成了一个日不落帝国。


这让他的邻国法国倍感压力,因此法国的军事科学家,其中有一位佼佼者就是萨迪卡诺。卡诺决心努力做好热机,赶上英国的步伐,但是他发现,热机的效率怎么做也做不上去。


他的父亲是一位了不起的数学家,他自己本身也是个了不起的数学家,这促使他开始深入地思考热机背后的道理在哪儿。


他提出了一个非常重要的观点,就像现在网上有一句玩笑话:“一切不以结婚为目的的谈恋爱都是不道德”,卡诺竟然想清楚了热机里面最关键的问题在于:“一切不以做功为目的的传热都是浪费”,这是整个第一次工业革命最重要的一句话。他这句话的影响,要比后来所有热机的研究对人类的影响都要大得多。



他这个思想发表十年以后,才有一个叫克拉贝隆的人(他的同乡)看懂,并画出了第一张图,叫卡诺循环


然后,在这个基础上,人类总结了所谓的热力学第一定律、热力学第二定律。从热力学第二定律的数学表达,又得出了熵的公式,从而影响了整个物理学、影响了化学、影响了生命等等。


在克拉贝隆1834年发表的这篇论文的最后,他说:“如果说一个热机有浪费的话,那么它的浪费应该在炉子和锅的界面上。”


大家想想,我们在家里烧水,你把一个锅放到炉子上面,温差最大的地方就是火和炉子之间,但是那个地方没用来做功。



这是他论文里面简单的一句话,随口一句话扔在那儿,可是这么一句话,要经过无数的科学家读几十年以后,才终于有一天被人读明白了!


这个叫迪塞尔的人读明白了什么呢?他发现,要想把效率提高,就不应该把锅架在炉子上,而应该把炉子建到锅里!


这么一个科学认识才让我们今天有了所谓的内燃机,我们的火车才能快跑起来,而这些大概是做实业不可能产生的影响。


实业对科学影响的一个重要例子,就是电灯。


电灯发亮发光,可是电灯又发光又发热,为了避免它发热,我们就研究发热和发光的关系,然后理论物理学家把它推到对黑体辐射的研究,在这个基础上,我们反而得到的是量子力学。



量子力学发展到50年代,把它用到固体物理上面,我们终于知道了为什么有的材料是导体,有的材料是绝缘体。


可是,这个时候我们还是没解决灯发热的问题,在我们理解什么叫导体、什么叫绝缘体的基础上,绝缘体里面绝缘不太厉害的这一类,就被称为半导体。


有了半导体,我们就有了半导体工业,终于有一天我们做出了太阳能电池,我们做出了发光二极管。而发光二极管的出现,终于解决了原先希望灯不玩命地发热的这样一个问题。



这是一个跌宕了140年的创造问题,而这中间产生的量子力学,它的意义远远超过当初要解决灯泡发热不发热问题。或者反过来说,灯泡发热不发热这样一个实用的问题,就显得微不足道了。


科学家自己要给出严肃的回答


我想,一个科学家他自己到底要干什么,应该由科学家自己给予一个严肃的回答。


当一个有心于创业的人去创业的时候,我想他应该热情饱满地去创业,但是如果我们一定要贴上一个科学家创业的标签的话,那我们就要问的一个问题:我们如何评价创业科学家的成就?


是不是还是用收入产值?如果是这样的话,和别人创业大概就没有什么区别。


是不是用产业服务和革新?这略微有一点技术含量。


如果能到第三个层面,在这个过程中有发明创造,对社会有一点影响,比方华为,大概做到了第三个层面。


可是科学家能不能够在这个过程中,就像我们刚才研究灯泡发热的问题一样,还能带来公式和定理,还能创造理论体系,产生新的学科,或者最后还能产生新的思维,能够让人类精神产生新的境界,从而让我们人更加觉得自己是人——我想这大概才是一个科学家创业的时候,瞄准的更加高一点的目标。


我们常常会把科学家创业,当成满足国家的重大需求,这话没错。


如果我们真心的想满足国家重大需求的话,我们能不能够严肃认真对待一下国家重大需求。



比方说国家需要发动机,可是发动机的制造,它既不是产业的问题,也不是材料的问题,也不是工程的问题,而是涉及到各个方面的问题。


比方说,你看到的也许是设计,但是它会需要材料的加工,需要材料科学基础。


你需要懂燃烧,需要懂流体力学,需要懂传热……最重要的是,你要懂物理转动,而对转动的描述,转动相关的数学,大概中文教科书你都找不齐。


因此,我个人认为对于发动机的研究,与其说我们缺材料、缺设计,不如说我们缺有人懂什么叫转动。


如果说国家重大需求,我想还有一个重大的需求就是,当我们给孩子买教科书的时候,他们看科学文献的时候,希望能够看到更多中国科学家的名字,能够看到中国科学家、中国制造的那些最fundamental的思想、fundamental的公式、fundamental的理论体系等等,这个可能才是我们的人民对中国科学家更加殷切的需求!


而且这个需求不要多,只需要在我们翻科学文献的时候,偶尔能遇到一次两次就行了,而不是像现在几乎遇不着。


我们必须面对一个非常重要的现实,就是当前我们不能对中国的科学家提出过分高的要求,但是又不能放松对中国科学家的要求。


毕竟一个非常重要的事实是,现代科学产生、发展于西方工业世界,它是通过外部、通过好几个阶段、几个不同途径传入中国的。


客观地说,别的领域不太清楚,如果光谈数学和物理的话,也许还有相当大的一部分科学知识根本就没有传入中国。


因此,我们的科学家对近代科学的掌握,实际上基础是非常不扎实的。这一点也是妨碍中国科学家创新、妨碍中国科学家为世界科学做贡献的一个重要因素。


如果说我们要鼓励科学家去成就自己的事业的话,那么更应该鼓励的是科学家好好地学透已有的知识,并且努力地去做一些最基础的、不是那么功利的东西,我觉得这也应该是我们的政府和人民对我们科学家的重大需求。



这是曾经召开的一次索尔维会议,我曾开玩笑说,这张照片上集中了那个时代世界智商的一半以上。


大家想一想,如果我们读书的时候,看到这样的照片里面有一半是我们熟悉的炎黄子孙面孔的时候,我们学科学是不是容易一点。


反过来说,当我们谈论鼓励科学家创业的时候,这里的“鼓励”是什么意思呢?


如果说鼓励是指在资金、税收,或政策各方面给予优惠的话,那么对于其他的创业者,这公平吗?


如果说鼓励科学家创业落实到保留他的科学家身份,或者是仅仅免于他做科学家的义务的话,对其他在从事科学研究的科学家来说,这又公平吗?


所以说,当我看“鼓励科学家创业”的时候,我思考了一下,我不知道“鼓励”这两个字,到底该着落在哪个地方?


我觉得西方有一些科学家给我们做了很好的榜样,科学家的研究是科学家自己对人类的责任,对这个宇宙的渴望,他真的不太需要特定的物质或者别的方面的奖励。


据说有个故事,英国女王安娜到格林威治天文台去视察的时候,看到天文学家在那儿生活的蛮清苦的,就说,哎呀,你们的生活那么清苦,我觉得应该好好奖励你们,把你们工资都提的高高的。


天文学家说,女王陛下您可千万别,您要把我们工资提得特高,我们就捞不着观测天文了,因为会有更多的人冲着高工资把我们的位置抢了。


我想,就科学家个人来说,面对着所谓“鼓励科学家创业”政策,也要有定力。


毕竟人生很短,尤其像我这样的一个普通科研人员来说,时日苦短,天分也不够,能够把全部身心放到一个自己那么喜欢的事业上,你怎么可以因他人的鼓励也好、怂恿也好,就今天想干这个、明天想干那个?


说一下我自己的个人研究经历,我也做出过新材料,我也否定过旧的试验方法,这是一些比较接近实用的科学研究。


但是在我个人的研究结果中,我更看重的是这样一个我都没去正式发表的工作,就是这样一个公式。



这个公式的K=1和K=2两项,把大自然里面的黄金分割数和白银分割数给统一起来了。


我们大家知道,黄金分割数出现在大自然的各个地方,它和五次对称性相联系,白银分割数和八次对称性相联系。


这样一个公式,是我为了第二天送孩子参加高考辗转反侧的时候,在证明正方格子具有无穷多缩放对称性时突然想出来的,我觉得这是我这辈子最快乐的时刻,也是我多少曾经有过的那么一点当科学家感觉的时刻。


我珍惜这样的时刻,我也希望我们能够有更多的政策,能够鼓励我们中国的科学家静下心来,放一张平静的书桌,好好把你的眼光越过眼前,甚至越过远方,把你的目光投向这个宇宙最深处的地方、最抽象的地方,能够为我们人类的文明做出中国科学家应有的贡献。


本文来自公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:曹则贤,著名物理学家、中国科学院物理研究所研究员

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