物理學(xué)家的無為之樂

廖 瑋 華東理工大學(xué)理學(xué)院教授

常有人問我：物理學(xué)這么枯燥，你怎么會(huì)走上這一行。

誠(chéng)然，成為一個(gè)好的物理學(xué)家并且在物理領(lǐng)域有所建樹是有一定的困難的。但是這并不意味著物理學(xué)枯燥，相反它自有其獨(dú)特的魅力，物理學(xué)家自得其樂于其中。

為理解物理學(xué)之樂，需要了解物理學(xué)之難以及物理學(xué)家是如何思考并克服困難的。

物理學(xué)之難不僅在于解決一個(gè)未知領(lǐng)域的問題十分困難，還在于我們思考的問題并不一定是值得研究和思考的好問題。在學(xué)生時(shí)代我曾經(jīng)聽到何祚庥教授的一個(gè)說法：有四類問題需要仔細(xì)分辨，一類是真問題，一類是假問題，一類是成熟的問題，一類是未成熟的問題。我因而了解到我們研究的問題有可能是假問題或者是未成熟的問題，人們很難因研究此類問題而有所成就。

回顧科學(xué)發(fā)展的歷史，我們可以發(fā)現(xiàn)真正能夠留下來的、有價(jià)值的東西很少，而各種思想潮流和研究方向很多，大量的研究工作沒有經(jīng)受住時(shí)間和實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)，消失在人們的記憶之中。這些研究工作一部分是因?yàn)閱栴}沒有被解決而被人遺忘，還有很多則因研究的問題為假問題或者不成熟問題所致。此外，對(duì)理論預(yù)言的檢驗(yàn)常常要求超過當(dāng)時(shí)水平的實(shí)驗(yàn)條件，因而大量的研究工作不能得到快速地檢驗(yàn)，人們?nèi)菀滓虼讼萑雽?duì)假問題或不成熟問題的研究和討論之中，而不能及時(shí)得到實(shí)驗(yàn)糾正。所以，找到正確的問題、有效地思考問題并解決問題是對(duì)物理學(xué)家的巨大考驗(yàn)。

即便如此，仍然有少數(shù)科學(xué)巨人能夠在短短的一生中不止一次地獲得巨大的成功。他們又是如何做到的呢？探究這個(gè)問題，就要了解物理學(xué)家是如何思考問題的。

物理學(xué)家如何思考問題

蘭志成教授曾經(jīng)和我談到一個(gè)故事。費(fèi)曼和施溫格是令美國(guó)人為之驕傲的兩位美國(guó)物理學(xué)家，曾因?qū)α孔与妱?dòng)力學(xué)的貢獻(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。許多人都認(rèn)為他們兩人是天才，以為費(fèi)曼只憑物理猜想而不需數(shù)學(xué)推導(dǎo)就能夠得到正確的結(jié)果，施溫格只要用些數(shù)學(xué)推論而無需物理圖像就可以得到一些神奇的結(jié)論。女物理學(xué)家Nina Byers 曾經(jīng)與他們兩人都合作過。她后來說：我們都以為費(fèi)曼和施溫格是天才，但他們兩人與我們這些人其實(shí)一樣；他們也同樣需要多種不同的方法去試圖接近對(duì)問題的解決，只有能夠使用多種不同的方法得到同樣的結(jié)論后，他們也才會(huì)確信自己的結(jié)論有很大可能是正確的。他們兩人的不同之處是：在發(fā)表的論文中，費(fèi)曼只寫出物理的部分，而施溫格只寫出數(shù)學(xué)的部分。所以在看了他們的論文之后，我們以為他們是只要很少的辦法就可以到正確結(jié)論的不可思議的天才。

后來我與蘭教授談到，這個(gè)故事十分類似于《莊子·天運(yùn)》中的一個(gè)故事：孔子去見老子，老子對(duì)孔子說你所學(xué)習(xí)的不過是前人的“陳跡”而已，“陳跡”（腳?。┦恰白哌^”之后留下來的，難道腳印是“走過”嗎？

這些故事有兩方面的教益。一方面，所有的研究論文都可以認(rèn)為是“陳跡”，后來人（特別是初學(xué)者）學(xué)習(xí)的時(shí)候?qū)@一點(diǎn)要有充分認(rèn)識(shí)。有過一些科學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)的人常常發(fā)現(xiàn)寫作論文時(shí)的思路與當(dāng)初開展研究時(shí)的思路不同，對(duì)這一點(diǎn)比較容易理解。這個(gè)教益提醒我們，不僅應(yīng)該學(xué)習(xí)前人留下的知識(shí)，而且應(yīng)該通過對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)來研習(xí)前人是如何思考、如何達(dá)到他們的結(jié)論的。另一方面，這個(gè)故事說明了物理學(xué)家是如何思考問題、探索未知世界的。

探索未知世界和研究未知現(xiàn)象的最大的困難在于：人類之前發(fā)展的思想觀念和理論方法是否適用于待探索的問題也同樣是未知的，但是如果離開人類之前已有的知識(shí)我們其實(shí)一無所有，也就是說我們不得不依賴這些不知是否適用于未知世界的知識(shí)來探索未知世界。也許有少數(shù)天才能夠脫離這個(gè)束縛，憑借單純的直覺或觀念飛躍至彼岸，但這不是人類能夠倚靠以便持續(xù)且系統(tǒng)地探索未知世界的有效途徑。為克服這一困難，在研究某一未知問題的時(shí)候我們常常需要許多不同的方法（例如10種）。也許有一部分方法是不適合用于研究這個(gè)問題的，但也有可能一部分辦法是適合或部分適合于研究這一問題的。假如有4～5種辦法能夠達(dá)到同一個(gè)結(jié)論，我們就可以確信這個(gè)結(jié)論有很大可能是對(duì)的。因?yàn)檫@4～5辦法中可能有部分方法（例如1～2種）是適用于或部分適用于研究這個(gè)問題的。

當(dāng)然，理論研究的結(jié)論最終需要實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。在此基礎(chǔ)之上，我們才可以確認(rèn)哪些已有的思想觀念和理論方法適用于或部分適用于未知的領(lǐng)域。得益于這樣較系統(tǒng)的研究，人類可以持續(xù)地猜想和發(fā)明出適用于新現(xiàn)象的新的觀念和理論。

物理學(xué)之樂

可以看到成為一個(gè)高明的物理學(xué)家不可避免地需要對(duì)物理學(xué)的各個(gè)分支以及各種知識(shí)有良好了解。如果沒有廣博的知識(shí)，物理學(xué)家就不可能在面對(duì)真正的未知的時(shí)候找到足夠的方法接近對(duì)問題的解答，即便得到某些結(jié)果也很難確定自己的研究結(jié)果是否可靠。有人說有兩類學(xué)者：一類人深刻，一類人廣博。但是實(shí)際情況是：沒有廣博的知識(shí)，就很難有深刻的思想；真正思想深刻的探索者很少不具有淵博的知識(shí)。費(fèi)曼和施溫格，正如前述中國(guó)古代大思想家那樣，不但具有深刻的思想，而且具有淵博的學(xué)識(shí)。

此外，成為高明的物理學(xué)家不可避免地需要能夠嫻熟地掌握各種知識(shí)和理論方法。這不僅意味著需要對(duì)知識(shí)的內(nèi)容有深入了解，以至于能夠熟練運(yùn)用，而且要對(duì)理論知識(shí)的已知適用范圍有充分的認(rèn)識(shí)。沒有這樣一種認(rèn)識(shí)和心理上的警惕，開展科學(xué)研究的時(shí)候就很可能得到錯(cuò)誤的結(jié)論而不自知，知識(shí)就可能變成通向成功的障礙。簡(jiǎn)言之，物理學(xué)家應(yīng)該能夠嫻熟自由地運(yùn)用各種知識(shí)、觀念和理論，同時(shí)不被這些知識(shí)、觀念和理論的局限性所束縛。

當(dāng)然，嫻熟掌握各分支的各種知識(shí)和理論是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。初學(xué)者應(yīng)該先努力掌握某一分支的知識(shí)、現(xiàn)狀和發(fā)展，在這一分支的科學(xué)研究中積累經(jīng)驗(yàn)，鍛煉自己的能力，立足于個(gè)人既有的研究領(lǐng)域再逐步拓展自己的視野和思維，最終成為掌握知識(shí)和理論而不是被知識(shí)和理論掌握和限制的物理學(xué)家。物理學(xué)家就是在這對(duì)自然世界的知識(shí)的探索中豐富自己的知識(shí)，鍛煉自己的能力，不斷拓展自己的思維和視野，格知以致道，自得其樂于其中。

精通各種游泳和潛水技能的運(yùn)動(dòng)健將能夠暢游于大海之中、嬉戲于波濤海浪之間，在其中獲得極大的快樂。物理學(xué)給研究者帶來的樂趣與此類似。當(dāng)物理學(xué)家能夠嫻熟自由地運(yùn)用各種知識(shí)和觀念而不被它們的局限性所局限之時(shí)，物理學(xué)家就能夠自由輕松地暢游于思想觀念之海而自得其樂于其中。他立足于已知探索未知，暢游于精神世界而不迷失于其中，獨(dú)得其樂。古人云：乘天地之正，御六氣之辨，以游無窮，得無為之樂。這就是物理學(xué)家的理想之樂。

物理學(xué)的教益提示我們應(yīng)該奮起自己的雄心，如那鯤鵬展翅，怒而飛，不斷豐富自己的知識(shí)，鍛煉自己的能力，拓展自己的思維和視野，使我們自己掌握知識(shí)而不被知識(shí)和思想觀念所掌握和限制。只有這樣，我們才能夠成為思想自由的人，才能夠暢游于思想觀念之海而不迷失于其中，得逍遙無為之樂。這些就是物理學(xué)帶來的關(guān)于人類精神和自由的啟示。