科學研究開啟認知之門

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猶太裔家庭，1970年獲芝加哥大學數學學士學位，1972年獲普林斯頓大學數學碩士學位，1974年獲普林斯頓大學物理學博士學位。在攻讀博士學位期間，韋爾切克和他的導師戴維·喬納森·格羅斯（David Jonathan Gross）發現了量子色動力學中的漸近自由。因此，他們與另一位美國物理學家休·波利策（Hugh Politzer）一同分享了2004年度的諾貝爾物理學獎。韋爾切克教授曾供職于普林斯頓大學高等研究院和加州大學圣塔芭芭拉分校理論物理研究所，現任麻省理工學院物理系赫爾曼·費什巴赫（Herman Feshbach）講席教授。韋爾切克教授專注于凝聚體物理學、天體物理學、粒子物理學等領域的研究。他的研究成果推動了軸子、任意子、漸進自由、夸克物質的色超導性和量子場論等理論的發展。此外，韋爾切克教授還著有大量科普書籍，如《存在之輕：質量、以太和力的統一性》等。2014年10月，韋爾切克教授應邀訪問北京大學，發表了題為“一個美麗的訴求：探索自然的鬼斧神工”的演講。北京大學校長王恩哥院士向他頒發了北京大學“大學堂頂尖學者”獎牌和“北京大學百年物理講壇”獎牌。報告結束后，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，人類對于周圍世界的認知非常有限，因此，把自然界的作用力用數學等式標識出來，以指導人類的實踐是非常有意義的。他認為統一性是科學中的美感之一，并多次強調基礎科學知識，尤其是數學知識對于跨學科研究和深入研究具有重要意義，各科學領域的研究在內部具有高度的相關性。正是出于對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。

關鍵詞：物理學研究；認知；基礎科學

一、科學探索之路上的美麗發現

《世界教育信息》：您在北京大學演講時多次引用威廉·布萊克（William Blake）的詩句，“如果人類認知的大門被擦亮，那么人們會看到世界本來的樣子——無極。”您也多次提到自己在從事著“擦亮人們認知的大門”的工作。那么，您想給人們帶來怎樣的認知呢？

韋爾切克：我想從我近期從事的工作談起。最近，我在進行色彩方面的研究。事實上，人們的認知水平僅僅被開發了一小部分。人們依靠某些種類的蛋白質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造成的。其他物種可能擁有更多感知光線的蛋白質。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、紫外線等對于人類來說的不可見光。我們必須要認識到，有很多事情我們完全沒有意識到，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知世界里來。人類已有的認知只是浩淼無窮的世界中很小的一部分。舉一個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出一種可穿戴設備，或是一種能夠在電腦上使用的設備，幫助色盲者感知到原來不被他們感知的顏色？我覺得進行此類研究是十分有意義的。

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

韋爾切克：我喜歡粒子物理學。這些研究非常吸引我。我也做過一些天體物理學的研究。事實上，這些領域都是有高度相關性的。粒子物理學的研究對于我們進一步理解宇宙大爆炸理論非常有幫助。同時，天體物理學很大程度上都依賴于粒子物理學的研究。

我的研究領域十分廣泛。我研究過地殼深處的事物，也花了很長一段時間去研究神經生物學和計算機科學。事實上，如果你學好那些基礎科學知識，就會對很多領域感興趣，并且有機會獲得一些深入的見解和看法。我現在可以很輕松地看出在某一領域什么研究是有價值的，什么是不值得去嘗試的。

《世界教育信息》：您在演講開始時提出了一個問題：“這個世界上有美麗的思想嗎？”在您看來，您的研究里最美麗的發現是什么？

韋爾切克：在我的研究中，用美麗的等式來表示粒子之間強相互作用力——自然界最基本力的作用規律，這一發現令人驚嘆！當然，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用是一項偉大的發現，它引導我們在了解物質的基本規律、粒子加速對撞和宇宙大爆炸理論方面進行更深入的探索。這項理論也與其他領域的理論相關，這使得我們可以去假設并且補充“所有力都可以被統一”這一理論，并賦予這一理論以邏輯上的嚴謹性。

二、重視基礎科學，

涉獵不同領域有益于科學研究

《世界教育信息》：您能談一下自己對于當代教育，尤其是教育領域改革的看法嗎？

韋爾切克：在教育領域，專家們已經對此提出了很多卓越的見解。在此，我就談談我的一些想法吧！我覺得邏輯思維的培養對于科學研究，如理論物理學、數學、計算機、經濟學等都是至關重要的。在美國，很多報刊、雜志會刊登邏輯字謎，其中甚至有很多相當有難度的題目。在解決這些題目的時候，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練運用到課堂中，將會非常有益處。這些類型的邏輯訓練對于很多人來說并不是嚴肅的數學題目——像幾何、代數那么“可怕”。過于嚴肅、枯燥的數學題也會讓人敬而遠之，甚至心生憎惡，因為并不是每個人的數學都學得很好。所以這些字謎，尤其是邏輯題，會幫助人們建立良好的邏輯系統，但不會使人們直接感覺到數學很“可怕”。

《世界教育信息》：眾所周知，在科學研究之外，您在詩歌、科普寫作方面也有很高的造詣。如果沒有從事科學研究，您也許會成為一位文學家。請問，除了科學研究，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。當然，我也很喜歡彈鋼琴。夏天，我最喜歡的運動是游泳。我有一個十分幸福的家庭，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。現在，我玩這類游戲的水平已經很高了。除此之外，我還喜歡國際象棋。

《世界教育信息》：如果可以回到大學本科時代，您希望作出怎樣的改變呢？請結合您的經歷給現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，我覺得我不會提出一些與我當時的做法完全不同的意見。我會告誡自己：好好做自己的事情！讓我覺得受益終身的是，我一直很享受數學，我發自內心地喜歡數學帶給我的樂趣，不僅僅是工作的要求。其實，在數學上，我也可以做得更加有系統并且有效率。我覺得我還可以在計算機領域有更多的成績。我學習過一些計算機知識，但只是皮毛，并沒有進行深入的探索。如今，計算機已經成為一門強大的學科，真希望我當時給予這一領域更多的重視。

一般來說，我會建議同學們給予基礎科學足夠的重視，尤其是當他們想從事理論科學方面的研究時。理論知識研究要求你盡快學習并且掌握數學基礎知識。數學知識將貫穿研究工作的始終。數學對于基礎科學來說十分重要，越早開始學習，進步就越快，你的研究工作就會越容易。反之，如果數學學習起步很晚，那么在理論科學領域，你可能就不會取得太大的成就。

另一條建議是廣泛地涉獵。對別人提出的新觀點、新領域加以了解和探索，而不是把自己限制在一個很小的圈子里面。就像經濟學里面講的一個例子：你不能把所有的雞蛋放在一個籃子里。同樣，你也不能把寶貴的研究資源放在一個很狹窄的圈子里。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域。

編輯 秦悅 校對 郭偉