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学习爱因斯坦 深入思考 大胆设想
  文章来源:中国科学院院刊 发布时间:2005-06-13 【字号: 小  中  大   

联合国大会于2004年6月10日通过2005年为“国际物理年”,庆祝出生于德国乌尔姆的伟大物理学家爱因斯坦在1905年做出三项伟大成绩100周年。

爱因斯坦于1900年在苏黎世联邦工业大学毕业,1901年入籍比利时。这时找不到合适的工作,为了生活就做了专利所的小职员(“苦力”,爱因斯坦自称)。他认为当时的物理学家“欠缺深度”,就利用业余时间和在工作余暇偷偷地研究物理学,他的研究工作除了狭义和广义相对论之外,还涉及量子力学和统计力学,化学和生物技术也得益于爱因斯坦关于分子和分子运动见解。

在这奇迹的一年(1905年)中,爱因斯坦的贡献足以和牛顿在1665年和1666年发明微积分、万有引力和颜色理论(最早的一个“奇迹年”)相媲美。1905年3月17日爱因斯坦完成了“关于光的产生和转化的一个启发性观点”的论文,第一次肯定地的提出光量子、粒子的波粒二象性和有关光电效应的方程,符合实验结果。同年5月11日他完成了第二篇论文“关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动”推进了布朗运动和分子存在的观点。同年6月30日爱因斯坦提出有关狭义相对论的第一篇论文“论动体的电动力学”,断言光速不变。到9月27日又提出另一篇“物体的惯性是否决定其内能?”,这就是他的著名公式E=mc2的来源。这些都刊登在德国著名的物理期刊上。此外,这一年他还有一篇于4月30日完成的论文:“分子大小的新测定”,交到苏黎世大学,于7月被接受,授予博士学位。这真是伟大!一年五篇论文,三个划时代的问题,真是了不起!

过去几百年,牛顿以其准确的数学术语审查了已知物质世界的所有现象,使物质世界对人类可知。物质世界为因果论所统制:有因必有果,有果必有因。如今爱因斯坦提出的、过去曾被苏黎世大学认为“荒谬”的狭义相对论假设指出,仅靠对外部世界的近距离观察,也许无法掌握自然界的伟大真理;相反,科学家有时应该从他们的思想出发,创造出只有在未来才能得到实验验证的假设和逻辑系统。这就是,未做实验,先得结果。这种认识大大开阔了科学家的思路,这种理论促进了科学的发展,并最终导致人类工业和健康的新机器的发明。结果,20世纪的科学技术进步和工业发展超过以往几个世纪。

我国的科学和工业急需大大促进,有人估计我国经济只达到美国在100年前的水平,因此要赶上美国需要100年。这也许是太悲观,但的确,如果按国内生产总值(GDP)比较,我国每人合1千美元,日本每人合2.5万美元,美国达到每人3.5万美元,相差悬殊,我们前些年落后太严重了。不过我国经济增长较快,会渐渐差得少些。我国每年GDP增长8%,美、日大约都是2%。按这样的数字计算,赶上日本大约需要56年,同时达到约7.6万美元。赶上美国则需要62年,同时达到12万美元。美国参议院估计第二次世界大战至今的经济发展中,科学技术的贡献约占一半,日本可能更高些,我国也许只有20%。物理学是多科技术的基础,所以在我国物理和工业的努力空间还很大。爱因斯坦1905年的伟大成就固然使我们羡慕,他的研究工作方法更值得我们学习,以加快我国物理科学和工业发展,可以使我们赶得更快些,但也还是非常紧张。

爱因斯坦的研究工作方法要点何在?深入思考和大胆设想!深入思考,非常重要,科学家往往不加重视,甚至不想,就开始数学分析或实验,失去主要目标 。1901年,爱因斯坦就认为当时的物理学家“欠缺深度”,他不赞成对科学问题急急做数学处理或实验,而是对问题首先深思熟虑,有了深入了解再去处理。在处理过程中,必要时大胆提出自己的设想或假设以解决问题。他用了几年业余时间(他需要用钱,还必须去做“专利局的苦力”),主要是深入思考和假设,到1905年做出划时代的伟大贡献。如果靠拼命,将一无所获。

我国科学家深入思考不成问题,因为一般科学家和技术家对他的专业都很熟悉,了解其发展情况。大胆设想则是关键,中国知识分子向来尊重长者,尊重权威,提出自己的设想的确非常需要大胆。一般不敢或不愿提出自己的见解,更不用说革命性的见解了。这必须彻底改变,否则得不到重要成绩。科学研究就是竞争,没有竞争,科学就没有进步!另一方面,要能提出革命性的见解,这也不是难得不得了的事。以爱因斯坦的特殊相对论为例。他年轻时,常常幻想追逐光线。爱因斯坦后来回忆:“在16岁时,曾想过如果跑得快,能追上光的话,光就会像是在空间固定波形的电场和磁场”。爱因斯坦也看到“这种现象似乎不可能存在”。10年后,这个见解开花结果,形成不允许追上光的特殊相对论,推翻了古代时空观念,构成现代物理学的基础。一个人想到追光,又看到不可能追上光,更深入一步就能设想到光速不变,这很自然,但一般人都“不敢越雷池一步”,不敢想!这就需要勇气!研究科学问题有些涉及时空概念,要大胆设想。有些不涉及时空概念,也要大胆设想,也不限于理论问题。主要是不受现有理论、习惯或经验的束缚,要自由设想,甚至猜想,但不可幻想。

爱因斯坦早在《物理学的进化》一书中就说过:“提出一个问题比解决一个问题更为重要。因为解决一个问题也许是一个数学上或实验上的技巧,而提出新的问题,新的可能性,从新的方向看旧问题,则需要创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步”。新的问题主要来自科学家或技术家的求知欲、好奇心或兴趣,实际需要解决的问题也必须要经科学家变成科学问题。所以科学家和技术家是提出和解决新科学问题的主要人物,是科学技术真正进步的主角,必须负担起当前我国科学技术真正进步的责任。以人为本,解决科学问题只有依靠科学家!他还说纯粹的逻辑思维不能依赖于我们经验世界的知识,就是说,不能靠推论。

做科学研究,科学家必须全神贯注,深入思考,破除迷信,大胆设想,发挥创造性和想象力,做出重大成绩,甚至原来都没有想到的成绩!这就需要有学术自由,否则,都是科学匠,还有什么创新?什么发展?科学家在其研究工作范围内可完全自由决定工作计划,选择问题,决定研究路线和实验方法等等,在工作中不受任何干扰。科学家对科学和对科学研究的兴趣、热爱和责任心则是必须的。也许年轻人较少顾虑。

科学领导的主要工作是尽量使科学工作做出成绩。出成绩,出人才,就是领导的成绩。领导除搞好科技人员的工作条件和生活环境外,不向科技人员做繁琐要求,只要求研究工作年度报告,并负责对单位和每个科学家的研究工作的水平以及奖惩、升降等的评议工作。评议一律请较高水平的科学家匿名进行,以业绩(包括组织学术会议)为唯一标准。但最主要的问题是开放,保证学术自由,使科学家能自由发挥,达到最高水平,关键在于开放。否则,科技前沿、自主产权,都只是空论。科技工作的开放已刻不容缓。

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