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费米老师的故事

 

 

 

费米老师的故事

 

培养人才不能只依靠课堂教育和高科技工具。我们现在这个时代是信息时代,但不要以为买来很多的计算机,联上因特网就可以解决问题了。因特网之类的高科技工具确实可以很快地传递“信息”,但“信息”不是简单的“理解”。这一点很容易误解。许多人都以为只要有了高科技工具,信息就都有了,一点就出来了,这实际上是误导。

  要培养能创新的科学人才,必须要有良师的指导和一段密切的师生共同研究过程,这个过程少不了。基础研究中很重要的是研究方法,必须是老师一对一地带着学生一块儿做研究,以身作则。不能就买个机器,也不能只看屏幕。那没用!而只能是人与人,一天两天,一周两周,一年两年地累积起来。这一点非常非常重要。高科技工具是需要的,课堂教育也是需要的,但是这不能代替理解和真正的培养。下面我就结合自己的经历,谈一点我自己是如何在老师的带领下走上研究之路的。

  记得40年代我做研究生的时候,那时我念的是理论物理。我的导师费米是理论和实验多方面的大师,他那时正在研究电子和中子的作用。他每星期要花半天和我在一起单独地一对一讨论。在讨论时,他第一步的训练方法就是让学生对所有的物理问题都要独立思考,提出看法。

  那时我正在研究粒子物理。费米在每半天的讨论中问我问题,让我讲。有一天他就问我,太阳中间的温度是多少?我说大概是绝对温度1000万度。他问我怎么知道的,我说是看文献的。他问我自己有没有算过,我说没有,这个计算比较复杂,文献上都是这个数字,我也觉得很合理。他说这不行,你一定要自己思考和计算过,如果没有通过自己的思考和估算,你不能接受别人的东西。
  估算太阳温度需要专门的工具,于是费米就帮我做了一把特制的很大的计算尺,我们花了两天时间(主要是费米的功劳)制作了这把计算尺。有了这把尺,一拉就能很方便地计算出太阳中心的温度差不多是1000万度。这把尺可能是世界上惟一的专门用来估算太阳温度的大计算尺。

  要知道当时费米正在做的电子和中子的实验,和这个一点关系都没有。我自己也不是研究这个的。但为要让我理解不能盲目接受别人的结论,必须要自己亲自实践得出结论,而且你必须想新的方法来做到这一点,费米亲自帮我做了这样一把惟一的大计算尺,这当然也增加了我研究的兴趣。费米老师以身作则给我树立了想尽办法、脚踏实地、克服困难的榜样,启发了我对研究和解决问题的兴趣。这使我一生受益非常深。后来我带学生也是这样,也是每周花半天时间和他们一起讨论。

  由此看来,好的导师和一段密切的师生共同研究过程,对培养创新的科技人才是省不了的,也是无法用InternetWeb等来取代的。还是需要学徒和师傅那种关系,必须要一年两年长期的密切合作。我们可以看到,20世纪科学大师辈出的那些研究机构,无论是丹麦的玻尔研究所,还是普林斯顿大学或芝加哥大学,都是一对一这样训练出来的,这差不多已经成为创新人才培养的一种规律。

  当然这还只是培养人才的一个方面,除此以外,还需要认识方向、制造环境,紧抓时间和机遇,这需要前辈科学家和政府政策的支持。

   从过去展望将来

  我们整个自然界林林总总很复杂的现象实际上是由一些很基本的原理操纵的,我们的工作就是要找到控制这些原理的总机关。总机关找到了,其他问题就迎刃而解了。

  20世纪物理的发展基本上是循着简化、归纳的道路。找到最基本的粒子,就会了解大物质体的构造。从19世纪末汤姆孙发现电子、卢瑟福发现核子,一直到现在人类有了精密的实验设备和精密的理论———相对论、量子力学,创造了整个20世纪的物理学。

  物理学的这一套思路在20世纪中叶就影响了生物学。克里克是英国的物理学家,他就想到物理学的这一套方法可以用于研究生物,后来就发现DNA,后来又发展到基因,也是按照简化的规律走的。

  20世纪科学的一个极大的贡献,就是知道了一切我们所知道的物质都是由12种基本粒子构成,即6种夸克———上、下、奇、粲、顶、底;6种轻子———电子、μ介子、τ介子、电子中微子、μ中微子、τ中微子。所有的电作用、磁作用、弱作用、强作用可归纳为三大基本作用:强作用说明核子是怎样作用,夸克是怎样连接起来的;另外两个是电弱作用和引力场作用。这些归纳当然都很成功,但是现在不是陶醉于怎样成功,而是要问现在我们面临哪些大的问题。

  我认为21世纪科学上有四个大问题:
  为什么三大作用的理论都是对称的,但实验结果却是不对称的,对称与不对称有什么关系?
  为什么一半的基本粒子(夸克)不能单独存在,是看不见的?
  为什么全宇宙中90%以上的不是我们看到的物质,而是暗物质,这种暗物质到底为何物?
  现在至少知道有100万个类星体,每个类星体的能量是太阳能量的10151016倍,远远超过太阳的能量,这种拥有巨大能量的类星体是从哪里来的?

  这些就是21世纪我们要解决的大问题。这里我只能告诉各位,暗物质、类星体的证明在哪里,至于解,现在还不知道,但我们有一个可能解的方法。

  这里我们给出一个大概的思路:理论对称而实验不对称与宇宙开始大爆炸时的对称有密切关系;基本粒子一半看不见的道理在于真空的作用,了解暗物质也要从了解宇宙大爆炸的情形入手,要制造和宇宙大爆炸相似的环境,然后跟踪进去寻找。

  21世纪科技的具体怎样发展,我们现在不知道,但它一定和20世纪的科技发展有很大的关联。

  科学研究一定要有预见性。这有点像大海中的浪头,一浪接着一浪永不停息,到浪的最高点以后就要往下,你不能在看到别人处于(浪头)最高处时跑过去,等你跑到那里,人家又去追赶另一个浪头了。

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