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中国物理学:前进路上几道坎?
  文章来源:科学时报 发布时间:2005-04-19 【字号: 小  中  大   

物理学在中国曾有着广泛的群众基础,直到今天,都还是大学升学的一门必考科目。但是,现实的情况也让许多人不得不承认,物理学似乎正在失去越来越多的“追崇”者。人才、教育、经费、大科学装置等暴露出来的一系列问题,不能不令人对中国物理学的未来发展前景多少有点儿担忧。

教育:纸上谈兵

物理学教育是中国高等教育中的一个重要组成部分,不仅设有专门的物理学专业,而且还有许多其它的专业也开设有或多或少的物理课程。中国科学院高能物理研究所研究员王贻芳在接受记者采访时说,目前中国物理学教育面临极大问题。学生的动手能力与意愿不高,愿意投身实验研究的学生缺乏,且受到的训练严重不足。主要原因大概是学校的实验课追求数量,不给学生自己动手创造实验条件的机会,不给学生失败的机会。

中国物理学教育的第二个问题是,许多学校,特别是一流学校将学生视为自己的私有财产,免试推荐的研究生基本由本校教授包了,只有极个别的流出校外,即使教育部有规定也总可以找到变通办法,比如将出国的学生计入分母等等。

中国物理学教育还有一个值得关注的问题是学科分布不均。物理学的前沿与领头学科如核物理、粒子物理与天体物理在高校中未能充分发展,这些学科在中国最好的物理系中也不超过10%,而在国外基本占到50%。此外,我国许多物理系里的研究目前在国外已经划归材料系或电工电子系。长此以往,中国的物理系恐怕难以找到与国外物理系的共同语言。

许多接受记者采访的专家学者都表示,物理学教育的成败不仅在教师,而且还要取决于学生的兴趣,要给学生创造更多的动手机会,让他们热爱物理。中国科学院理论物理研究所研究员赵元仲对记者说,物理学研究,特别是理论物理研究是比较枯燥和清贫的,这就需要学习或从事这项工作的人一定要对其有兴趣才行,否则将不会持久也难以做出好的成绩。在面试研究生时,他时常询问对方为什么要选择理论物理。

清华大学工程物理系教授陈少敏曾经在法国带过中国、日本和加拿大的学生。他认为,如果学物理的人本身对物理没有兴趣,最好早点儿改行,因为如果没有兴趣的话,那根本是不可能出成绩的。老师也要创造机会来提高学生的物理学兴趣。

陈少敏介绍了国外激发学生物理学兴趣的经验。他说,国外一些大学或研究机构的物理实验室都会设立一定数额的奖学金,利用本科生1~2年级的暑假,资助这些学生到实验室进行一个小题目的物理学方面的研究。研究的课题或方向由有经验的研究人员选定并提供指导,通过这种项目达到吸引和提高学生兴趣的目的。通过这样小项目的锻炼,学生不仅知道了研究是什么,而且也会感觉到物理学的方向是否会吸引自己。现在在许多西方国家由国家支持的物理研究项目中,都会看到学生的身影,通过这种形式使学生得到训练,让学生接触面更广,动手能力更强。

目前,虽然中国的许多所大学都设有物理专业,但是这些在校学生中真正对物理有兴趣的人有多少呢?无人知晓。学生少有自己动手创造实验条件的机会,这也难怪那些习惯于“纸上谈兵”的学生,到了研究生阶段还不知道怎么搞研究了。

人才:后继乏人

赵元仲向记者坦承,由于各方面的原因,当前物理学的人才流失相当严重。除了国际国内的大气候之外,也还有其他因素,如科研环境因素等。很多单位的硬件设施已经有了很大的改善,但是,工资待遇问题、管理问题、评价体制问题亟待规范和完善。例如,没有一个规范的工资标准,各个单位只能自行制定,因而不同专业人员的收入有着较大的差别,这使得研究人员心里感到不踏实(用钱买文章和用钱买人员的现象早已引起了很多人的强烈批评,但是谁来规范这些事情呢)。为了争夺优秀的年轻人才,在待遇上互相攀比,副作用明显。

王贻芳说,目前的评价体系未能充分考虑学科的特殊性。设备研制与数据分析往往需要许多人多年的努力。行业中发表文章也有以姓氏笔划排名的习惯。单纯以SCI文章来评价成果、水平与贡献,抑制了这些学科的发展,年轻人不愿来,而愿意到容易发表文章的领域去。

美国加州大学伯克利分校教授陆锦标在接受记者采访时“一针见血”地指出,当今是一个崇尚金钱和物质的世界,那些被认为没有前途的学科是不受学生欢迎的,也不会吸引和留住人才,物理亦是受冷落的一科。而不少学校和管理者都将这一现象归咎于学科的萎缩,并逐渐减少了资金的支持,这样会使原本一个健全的学科也就因此被扼杀,成为一个无辜的受害者,又谈何吸引人才。

陆锦标说,自古以来,纯科学和人文学科都不受重视,其发展是依靠一小群人推动,这些学者对其研究具有浓厚兴趣,矢志不移、热诚地探索大自然的奥秘和寻求人类的最高思维。可喜的是,即使是在当今唯物质的社会中,依然有一些杰出的后辈愿意投身这些“没有前途”的学科里。可以肯定,物理学依然会延续发展、时快时慢,只要人类对大自然抱有好奇,物理学是不会消失的。

陆锦标的判断是对的,物理学不会消失。但是在中国,物理学专业的学生毕业后改行,早已经不是什么新闻了。

经费:谁说了算?

“经费问题正在成为制约物理学研究的‘瓶颈’问题之一。”赵元仲说。

赵元仲认为:现在表现突出的问题是,由于我国的科学研究经费的来源有多种途径,例如科技部、基金委、教育部、科学院等等。所以,一方面存在着对同一课题或同一群体的重复资助,另一方面其他众多的研究人员,包括大学教师为了申请到必需的基金而苦恼。改变这种状况并非易事,除了思想上的共识以外,还必须有相关的规范措施。

另外,基础理论、实验、工程技术的研究对象以及成果的形式等等差别很大,理应有不同的评价标准。然而实际并非如此。特别是基础研究的周期较长,不易进行较频繁的短期评估,相反应当有一个相对长一点的稳定的研究环境。

王贻芳指出,经费永远是不足的,问题是有限的经费是否用在了关键地方。现在选择需要经费支持的课题就如同选股票,一旦选错了自然一无所获。王贻芳建议,选择权应交给科学家,而不是政府官员。政府官员应告诉科学家他有多少经费,由科学家来决定如何支配。具体操作规程应该是政府官员制订预算,科学家制订规划,确定各学科的比例;各学科的科学家组成各自的委员会,根据规划及预算建议要支持的项目;政府官员根据建议具体操作。

当前,政府的投资与经费管理也未能考虑学科的特殊性,未按国际惯例,造成学校里这些学科生存艰难,发展更无从谈起。许多当年在核物理方面实力很强的学校现在均无此专业了,这对国家安全、工业与经济发展与科学研究造成严重影响。如不能很好地解决经费分配问题,中国物理学是永远不可能发展的。

陈少敏说,充足的经费是产生原创性成果的重要保证,但同时也存在着极大的风险。为了降低风险,国际上对于大的物理学研究项目,都会组织一个专门的专家委员会,由这个领域的知名专家对项目的可行性进行评审,帮助决策者做出正确的决策。

陈少敏同时提出了一个十分有意义的观点,即科研经费的投入不应只是为了实验而实验、为了研究而研究,而应该着眼于对未来人才队伍的培养。陈少敏举例说,在日本,政府给了中微子研究一亿美元,而却给了对撞机物理4亿美元研究经费。如果仅从物理学意义上来讲,对撞机物理似乎没有中微子物理重要,但是从培养人才队伍来讲,大力资助对撞机研究,能够培养起一支由博士和硕士研究生组成的高素质研究团队,可谓放眼未来。否则这支研究队伍早晚都会萎缩。

装置:望“洋”兴叹

“基础物理理论与实验物理既相对独立又互相促进,这是众所周知的事实。近年来国外大型的天文观测地面装置和空间装置陆续获得大量观测数据,极大地促进了大爆炸宇宙模型的研究,发现宇宙物质的2/3由暗能量组成,1/3由暗物质和常规物质构成。但是,大型物理装置的缺乏,使我们对暗物质和暗能量目前还知之甚少,尽管它已经成为国际物理学研究的热点。”赵元仲说。

赵元仲介绍说,现在国际上,与理论研究相配合的其它大型观测装置已经建成或即将陆续建成。例如:造价7亿多美元,用来检验广义相对论预言的空间弯曲和自旋效应的“引力探测器B”卫星,已于2004年4月20日在美国升空,并即将传回观测数据;引力波天文台的“地面激光干涉仪”已有两个在美国初步建成;3颗卫星相距500万公里的空间工程正在研制之中;等效原理的卫星检验计划已经预研了很多年,因而未来若干年内有望升空;用来更精确测量宇宙微波背景辐射各向异性的卫星探测器预计2007年发射;其它大型的地面和空间装置也在计划之中。

可以预见,未来一二十年或更长一点的时间之内,引力波的探测可能会取得重大突破,宇宙学的研究将有重大进展,广义相对论包括大统一理论将会面对真正的严峻考验,因而有可能获得重大的突破性发展。毫无疑问,所有这些都将为理论物理学家和天文学家提供大显身手的广阔天地。赵元仲说,“这些实验装置毕竟都是外国的,中国科学家不可能获得第一手的数据资料。在可预见的将来重大的突破和进展很难从我们这里产生。”

王贻芳认为,物理学的许多学科都需要大量的实验设备,在中国仅靠一两所大学是无力发展的。但实际上这些物理学实验设备的共用性很高,虽然单台设备造价昂贵,但从全国来说,总的投资并不大。特别是这些设备大部分是由中国自己的研究人员研制出来的,规划统筹好国内物理学实验研究技术平台的建设,对推动国内工业发展,培养实验人才具有重要作用。靠购买国外仪器是不能发展中国的科学与技术的。

赵元仲说,随着我国经济的迅速发展、国力的不断增强,在少数几个重点科研方向上投入较多的资金,逐步建造起中国人自己的大型物理实验装置和基地势在必行。只有这样,我国的基础物理科学才有望为人类做出重大贡献。

成果:为人作嫁?

这些年来,很多人都在谈论为什么中国少有原创性的研究成果,虽然原因是各种各样的,但是就物理学研究而言,大型科学研究装置的缺乏“迫使”中国科研人员许多有新意的或独创的思想,不得不到国外的装置上去实现,所取得的研究成果尽管“起源”于中国,但中国却并不是直接受益者。

物理研究的许多成果大都体现在论文上,陈少敏专门为记者做了一个统计。以高能物理为例,论文引用率超过50篇的应该是比较优秀的论文。2000年到2005年,中国为主或参与发表的有116篇,而1995年~1999年是54篇,说明中国在高能物理和核物理方面这些年来的确做出了不少好的工作。

但是纵观20世纪90年代中国为主或参与发表的317篇论文,除了75篇是理论物理方面的以外,余下的242篇是实验物理学方面的文章。而这些实验物理学的好文章又有多少是在国内完成的呢?只有10篇!

中国为什么少出高水平的实验物理的文章呢?陈少敏分析认为,一是技术,二是资金。实验与理论不一样,实验有了好的思想还不行,还必须要有技术手段和实验设备的支持,如果技术达不到就很难做,但有些技术从国外都不一定能买到。同样,高能物理实验也是很费钱的,特别是一些大的实验需要有足够的资金支持。

“这也就不难理解为什么中国只有10篇论文了。正是由于实验装置和资金的不足,使得我们现在的大部分研究都是合作研究,成果与他人分享。比如说要是发现了一个新的粒子或新的物理现象的话,首先公布的一定是实验研究所在的国家,尽管也许我们提出了很好的实验思想或实验设计。”陈少敏说。

中国物理学未来路在何方?每个人可能会有每个人不同的真知灼见。陆锦标说,发展好物理学并不能只是依靠一些敬业的学者,需要多方面的合作,视国情的需求而设立一套长远的发展计划,提供合理的工作环境,给予稳定和持续的支持。只要大家有共同目标,各单位配合,中国的物理学是有前途的。

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