科學(xué)研究開啟認(rèn)知之門

馮彥君　肖偉芹

摘 要：弗朗克·韋爾切克（Frank Wilczek）教授，1951年5月出生于美國紐約州米里奧拉一個(gè)猶太裔家庭，1970年獲芝加哥大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位，1972年獲普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)碩士學(xué)位，1974年獲普林斯頓大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。在攻讀博士學(xué)位期間，韋爾切克和他的導(dǎo)師戴維·喬納森·格羅斯（David Jonathan Gross）發(fā)現(xiàn)了量子色動(dòng)力學(xué)中的漸近自由。因此，他們與另一位美國物理學(xué)家休·波利策（Hugh Politzer）一同分享了2004年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。韋爾切克教授曾供職于普林斯頓大學(xué)高等研究院和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校理論物理研究所，現(xiàn)任麻省理工學(xué)院物理系赫爾曼·費(fèi)什巴赫（Herman Feshbach）講席教授。韋爾切克教授專注于凝聚體物理學(xué)、天體物理學(xué)、粒子物理學(xué)等領(lǐng)域的研究。他的研究成果推動(dòng)了軸子、任意子、漸進(jìn)自由、夸克物質(zhì)的色超導(dǎo)性和量子場(chǎng)論等理論的發(fā)展。此外，韋爾切克教授還著有大量科普書籍，如《存在之輕：質(zhì)量、以太和力的統(tǒng)一性》等。2014年10月，韋爾切克教授應(yīng)邀訪問北京大學(xué)，發(fā)表了題為“一個(gè)美麗的訴求：探索自然的鬼斧神工”的演講。北京大學(xué)校長王恩哥院士向他頒發(fā)了北京大學(xué)“大學(xué)堂頂尖學(xué)者”獎(jiǎng)牌和“北京大學(xué)百年物理講壇”獎(jiǎng)牌。報(bào)告結(jié)束后，韋爾切克教授接受了本刊特約記者的專訪。在訪談中，韋爾切克教授提出，人類對(duì)于周圍世界的認(rèn)知非常有限，因此，把自然界的作用力用數(shù)學(xué)等式標(biāo)識(shí)出來，以指導(dǎo)人類的實(shí)踐是非常有意義的。他認(rèn)為統(tǒng)一性是科學(xué)中的美感之一，并多次強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，尤其是數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)于跨學(xué)科研究和深入研究具有重要意義，各科學(xué)領(lǐng)域的研究在內(nèi)部具有高度的相關(guān)性。正是出于對(duì)自然的敬畏和求索的精神，韋爾切克教授在理論物理的探索中不斷前行。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)研究；認(rèn)知；基礎(chǔ)科學(xué)

一、科學(xué)探索之路上的美麗發(fā)現(xiàn)

《世界教育信息》：您在北京大學(xué)演講時(shí)多次引用威廉·布萊克（William Blake）的詩句，“如果人類認(rèn)知的大門被擦亮，那么人們會(huì)看到世界本來的樣子——無極?！蹦捕啻翁岬阶约涸趶氖轮安亮寥藗冋J(rèn)知的大門”的工作。那么，您想給人們帶來怎樣的認(rèn)知呢？

韋爾切克：我想從我近期從事的工作談起。最近，我在進(jìn)行色彩方面的研究。事實(shí)上，人們的認(rèn)知水平僅僅被開發(fā)了一小部分。人們依靠某些種類的蛋白質(zhì)來接受并且感知光線；色盲正是由于缺乏某些種類的蛋白質(zhì)造成的。其他物種可能擁有更多感知光線的蛋白質(zhì)。一些鳥類和昆蟲含有4～5種色彩感知器，它們甚至可以感知到紅外線、紫外線等對(duì)于人類來說的不可見光。我們必須要認(rèn)識(shí)到，有很多事情我們完全沒有意識(shí)到，有很多能力我們不具備。我希望能將這些未被我們感知的事物重新帶到人們的認(rèn)知世界里來。人類已有的認(rèn)知只是浩淼無窮的世界中很小的一部分。舉一個(gè)容易被人們理解的例子，色盲者并不能看到正常人能夠感知到的顏色，那么我們是否能夠開發(fā)出一種可穿戴設(shè)備，或是一種能夠在電腦上使用的設(shè)備，幫助色盲者感知到原來不被他們感知的顏色？我覺得進(jìn)行此類研究是十分有意義的。

《世界教育信息》：您的研究領(lǐng)域非常廣泛，從最小的粒子到最浩淼的宇宙，您從事這些研究的動(dòng)力是什么？

韋爾切克：我喜歡粒子物理學(xué)。這些研究非常吸引我。我也做過一些天體物理學(xué)的研究。事實(shí)上，這些領(lǐng)域都是有高度相關(guān)性的。粒子物理學(xué)的研究對(duì)于我們進(jìn)一步理解宇宙大爆炸理論非常有幫助。同時(shí)，天體物理學(xué)很大程度上都依賴于粒子物理學(xué)的研究。

我的研究領(lǐng)域十分廣泛。我研究過地殼深處的事物，也花了很長一段時(shí)間去研究神經(jīng)生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)。事實(shí)上，如果你學(xué)好那些基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，就會(huì)對(duì)很多領(lǐng)域感興趣，并且有機(jī)會(huì)獲得一些深入的見解和看法。我現(xiàn)在可以很輕松地看出在某一領(lǐng)域什么研究是有價(jià)值的，什么是不值得去嘗試的。

《世界教育信息》：您在演講開始時(shí)提出了一個(gè)問題：“這個(gè)世界上有美麗的思想嗎？”在您看來，您的研究里最美麗的發(fā)現(xiàn)是什么？

韋爾切克：在我的研究中，用美麗的等式來表示粒子之間強(qiáng)相互作用力——自然界最基本力的作用規(guī)律，這一發(fā)現(xiàn)令人驚嘆！當(dāng)然，大部分的等式都是很美的。將一種偉大的作用力用等式表示出來并且加以運(yùn)用是一項(xiàng)偉大的發(fā)現(xiàn)，它引導(dǎo)我們?cè)诹私馕镔|(zhì)的基本規(guī)律、粒子加速對(duì)撞和宇宙大爆炸理論方面進(jìn)行更深入的探索。這項(xiàng)理論也與其他領(lǐng)域的理論相關(guān)，這使得我們可以去假設(shè)并且補(bǔ)充“所有力都可以被統(tǒng)一”這一理論，并賦予這一理論以邏輯上的嚴(yán)謹(jǐn)性。

二、重視基礎(chǔ)科學(xué)，

涉獵不同領(lǐng)域有益于科學(xué)研究

《世界教育信息》：您能談一下自己對(duì)于當(dāng)代教育，尤其是教育領(lǐng)域改革的看法嗎？

韋爾切克：在教育領(lǐng)域，專家們已經(jīng)對(duì)此提出了很多卓越的見解。在此，我就談?wù)勎业囊恍┫敕ò?！我覺得邏輯思維的培養(yǎng)對(duì)于科學(xué)研究，如理論物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等都是至關(guān)重要的。在美國，很多報(bào)刊、雜志會(huì)刊登邏輯字謎，其中甚至有很多相當(dāng)有難度的題目。在解決這些題目的時(shí)候，人們可以一邊享受題目給出的故事，一邊嘗試著鍛煉自己的邏輯思維能力。如果把這一類的邏輯思維訓(xùn)練運(yùn)用到課堂中，將會(huì)非常有益處。這些類型的邏輯訓(xùn)練對(duì)于很多人來說并不是嚴(yán)肅的數(shù)學(xué)題目——像幾何、代數(shù)那么“可怕”。過于嚴(yán)肅、枯燥的數(shù)學(xué)題也會(huì)讓人敬而遠(yuǎn)之，甚至心生憎惡，因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)人的數(shù)學(xué)都學(xué)得很好。所以這些字謎，尤其是邏輯題，會(huì)幫助人們建立良好的邏輯系統(tǒng)，但不會(huì)使人們直接感覺到數(shù)學(xué)很“可怕”。

《世界教育信息》：眾所周知，在科學(xué)研究之外，您在詩歌、科普寫作方面也有很高的造詣。如果沒有從事科學(xué)研究，您也許會(huì)成為一位文學(xué)家。請(qǐng)問，除了科學(xué)研究，您有什么興趣愛好嗎？

韋爾切克：我很享受閱讀，也很喜歡體育鍛煉，尤其是慢跑。當(dāng)然，我也很喜歡彈鋼琴。夏天，我最喜歡的運(yùn)動(dòng)是游泳。我有一個(gè)十分幸福的家庭，家庭生活也是我生活中很重要的一部分。不過，我最喜歡、最著迷的事情是各種各樣的填字游戲和邏輯字謎?，F(xiàn)在，我玩這類游戲的水平已經(jīng)很高了。除此之外，我還喜歡國際象棋。

《世界教育信息》：如果可以回到大學(xué)本科時(shí)代，您希望作出怎樣的改變呢？請(qǐng)結(jié)合您的經(jīng)歷給現(xiàn)在的年輕人提一些建議。

韋爾切克：可以肯定的是，在很多小事情上我可以做得更好。我可以做更多的事情，更努力地工作。可是，我覺得我不會(huì)提出一些與我當(dāng)時(shí)的做法完全不同的意見。我會(huì)告誡自己：好好做自己的事情！讓我覺得受益終身的是，我一直很享受數(shù)學(xué)，我發(fā)自內(nèi)心地喜歡數(shù)學(xué)帶給我的樂趣，不僅僅是工作的要求。其實(shí)，在數(shù)學(xué)上，我也可以做得更加有系統(tǒng)并且有效率。我覺得我還可以在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有更多的成績(jī)。我學(xué)習(xí)過一些計(jì)算機(jī)知識(shí)，但只是皮毛，并沒有進(jìn)行深入的探索。如今，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為一門強(qiáng)大的學(xué)科，真希望我當(dāng)時(shí)給予這一領(lǐng)域更多的重視。

一般來說，我會(huì)建議同學(xué)們給予基礎(chǔ)科學(xué)足夠的重視，尤其是當(dāng)他們想從事理論科學(xué)方面的研究時(shí)。理論知識(shí)研究要求你盡快學(xué)習(xí)并且掌握數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。數(shù)學(xué)知識(shí)將貫穿研究工作的始終。數(shù)學(xué)對(duì)于基礎(chǔ)科學(xué)來說十分重要，越早開始學(xué)習(xí)，進(jìn)步就越快，你的研究工作就會(huì)越容易。反之，如果數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)起步很晚，那么在理論科學(xué)領(lǐng)域，你可能就不會(huì)取得太大的成就。

另一條建議是廣泛地涉獵。對(duì)別人提出的新觀點(diǎn)、新領(lǐng)域加以了解和探索，而不是把自己限制在一個(gè)很小的圈子里面。就像經(jīng)濟(jì)學(xué)里面講的一個(gè)例子：你不能把所有的雞蛋放在一個(gè)籃子里。同樣，你也不能把寶貴的研究資源放在一個(gè)很狹窄的圈子里。我甚至覺得最重要的事就是擁有開闊的眼界，給自己更多的選擇，努力去拓展不同的領(lǐng)域。

編輯 秦悅 校對(duì) 郭偉