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第11章 “复兴文化,旦旦生光”

将来的历史会写上:是在我们这个时代,把微观的世界和宏观的世界用科学的方法联结起来。

整个科学的发展与全人类的文化是分不开的,在西方是如此,在中国也是如此。

可是科学的发展在西方与中国并不完全一样。在西方,尤其是如果把希腊文化也算作西方文化的话,可以说,近代西方科学的发展和古希腊有更密切的联系。古希腊时也和现代的想法基木相似,即觉得要了解宇宙的构造,就追问最后的元素是什么。大的物质是由小的元素构成的,小的元素是由更小的粒子构造的,所以是从大到小,小到更小。这个观念是古希腊时就有的!(Atom就是希腊字),一直到近代。可是中华民族的文化略有不同。我们是从开始就感觉到,微观的元素与宏观的天体是分不开的,所以中国人从开始就把五行与天体联系起来。对五行的一个很原始的看法,那就是金、木、水、火、土。

可是在很早的时候,中国就有相当重要的科学观察结果,在全世界恐怕最早即是对超新星的观察全世界最早有关新星的记录,是甲骨文,原件在台湾中央研究院Nova这个名词是中国人定的,这是在公元前1300年,是全世界最早的记录世界上最早最全面的超新星纪录,是在宋朝1054年发现的。

中国很早的时候就有科学的仪器这是商朝的悬机,大概是玉做成的把它的中间架在一个架子上,当中一头对北极,而天是在转的北极是不动的,因此这个星体正好是北斗张衡的浑天仪是自动的,它由水源来推动,用齿轮的方法,自己会动,整个是自动的第谷·布赖观天仪器是1598年,张衡是125年,之前相差了1400多年。

可是紧跟着从明末清初开始,中国科学下降了这个望远镜(指伽利略使用的1642年时的望远镜图片)是在17世纪初,即明末清初时做成的在西方,望远镜是帮助文艺复兴的第一步,它是崭新的科学仪器我们没有跟上这一步第二步,西方抓住了基础物理和应用物理的关系在19世纪,经过法拉第的试验,麦克斯韦在1864年创建了电磁理论概念,即把磁生电、电动生磁这两个完全用精密的麦克斯韦方程组表示出来此后很快就产生了19世纪末的发电机、电动马达,一直到20世纪电报、电视、雷达,所有的现代通信设备都是从这两个东西里出来的,因为经过麦克斯韦电磁学说,所有的总关键都抓住了一切与电、磁有关的东西都是受麦克斯韦方程组规律控制的。

从迈克逊和莫得的实验就产生了相对论,从普朗克的公式就产生了量子力学到了1925年整个基础科学的了解被人们完全操纵住了,之间还有第二次世界大战,到了1950年初,原子结构、分子物理、原子核能,半导体、超导体、计算机,这些20世纪的文化都已产生了。

如果没有量子力学,没有相对论,就没有20世纪的文化。

再过了20年,70年代末,80年代初,这此理论已达到顶点。回顾以上一段科学史,可知基础科学、应用科学与我们的物质文化的关系是何等紧紧相扣、不可分割。我们现在正处在20世纪末,当我们面向zi世纪时,不禁要问,什么是世纪的科学文明呢?什么是现在面临的最重要的问题呢?这是今天我要讲的主要问题。

中国从商朝到汉朝,科学文明一直是走在前列的。为什么到明末清初(17世纪)中国的科学却落后了,文艺复兴完全在西方发展?道理之一是在物理上、在科学上。我们觉得所有的物质的动因、它的原理是由一些很基木、很简单的理论操纵的,我们能找出这些基础所在,就可以知道一切东西的原理,如19世纪的电磁理论和zo世纪的相对论和量子力学。18世纪很难了解19世纪的文化,在19世纪根木无法想象20世纪的文化。同样,我们20世纪也很难猜测到zi世纪的科学文化是什么。所以我提出,如何恢复中华民族在科技界的地位。在19世纪前,无疑中国是排领导地位,今天不是。这里的主题至少有两个,第一个是要了解基础科学和应用科学的机制关系;第二个是当我们展望zi世纪时,我们必须要了解当代科学的大问题,才有可能突破,其他问题才迎刃而解。了解当代的大问题对于了解21世纪的科学发展无疑是有帮助的,当然,这只是猜测。

当代的科学大问题,可以与19世纪末规模相当的大问题,在宇宙学里有两个:一个是类星体,一个是暗物质;粒子物质学里有两个:一个是对称破缺,一个是不可见夸克。若能了解这些问题,将对21世纪的科学发展产生重大作用。

我先来解释宇宙学里的大问题。类星体是什么,新星忽然一下子亮度超过太阳1至10万倍超新星又比新星亮1至10万倍,寿命从几天到1至2年类星体更厉害,其亮度是1000个银河系的亮度总和,而每个银河系里有1000亿个太阳,每个太阳几乎可以生存100亿年那么,什么东西产生类星体能量?

核能是普通的太阳能,它与核能之比相当于核与油灯之比我们尚不知道其能量来自何处我们宇宙里至少有100万个类星体,其中仔细研究了近1000个我们宇宙间有一种我们尚不了解的发能方式,它远远超过核能,远远不是我们所能想象的。

下面谈一下暗物质所谓看得见的物质是指用光学、红外、放射等手段,即凡是用实验能推出有能量的物质然而,我们发现,在银河系里,有个叫作星系群的圆球,里面有20个像银河系那样的星体,通过研究整个星系群里每个星云的运动可以推出向心引力,从向心引力里求出来,就发现在星系里,有3/4的物质是我们看不见的,这就是暗物质暗物质有很高的能量产生,有相当的普遍性但我们不知道其原因何在,来源如何以上两个就是当代天体研究上的大问题。

我们了解的理论,如量子动力学、爱因斯坦的普遍相对论,所有这些理论有17个参数,都是对称出来的,可是在我们的宇宙里,对称的量子数是不守恒的其中第一个重要发现发现就是宇称不守恒,现在还有不少东西不守恒这就很奇怪,我们的很多理论是根据对称产生的,可是为什么我们的世界又是不对称的,这是非常奇怪的那么是否我们相信对称就是错误的呢?

不然,我们有很充分的实验证据表明,我们这个宇宙、我们这个世界是不对称的,这两个是非常奇怪的现象这表明现有的的全部知识是很不全面的,一定另有一个力,这个力是推翻对称的。这个力是什么?我们不了解,它的存在我们知道。现在我们认为,真空在里面起作用。真空与以太不同,它是洛伦兹是不变的,可它有很复杂的性质,真空很可能是可以变化,如果我们了解不对称的来源,很可能我们可以了解质量的来源,包括暗物质。

第二个谜即看不见的夸克。所有的强子、核子都是由夸克来的,有强作用。所有的强子都是由夸克构造的,但单独的夸克是看不见的,从来没有人看见过,这也是很稀奇的。但若你据此说夸克观是错误的,那就不然。我们有充分的实验证据表明夸克是存在的。我们知道其质量不大,但就是看不见。所以,为什么一切强作用的物质是由夸克组成的,而为何夸克又看不见,这是当代的一个很大的奇怪的事情。

现在我们猜不到21世纪的文化是什么,就如同在19世纪我们猜不到20世纪的文化将是怎样一样。同样,若我们真能激发真空的话,很可能我们对宇宙的了解要远远超过zo世纪。将来的历史会写上:是在我们这个时代,把微观的世界和宏观的世界用科学的方法联结起来。

最后送给复旦青年两句话:复兴文化,旦旦生光。

“理论一旦应用于实践,就会产生意想不到的力量。”科学理论,对实践有着巨大指导作用。

中国近代科学的发展落后于西方,就是因为国人单纯强调“格物致知”、“经世致用”,没有重视基础科学与应用科学之间的关系。而应用科学则恰恰蕴涵着广阔的发展前景。

虽然我们无法确切预知科技给世界的明天带来的改变,但人类已经用科学方法把微观和宏观世界联系了起来,这使我们有足够的信心去憧憬和迎接科技更为灿烂的明天。

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