专访丘成桐:有充足的经费,科学家才能做出大学问

环球科学 德先生 2019-03-10

新书上架火热销售中
点击图片即可进入购买)

他是当今最优秀的华人数学家,也是当代世界最有影响力的数学家之一。1976年,27岁的他就证明了微分几何领域的卡拉比猜想,在数学界一举成名;以他的名字命名的卡拉比-丘流形(Calabi-Yau manifold)成为弦论中的基本概念,他也囊括菲尔兹奖(1982)、沃尔夫数学奖(2010)这两项数学界的最高荣誉。现在,丘成桐是哈佛大学数学、物理学教授,除了自己的学术研究之外,他也一直热心推动着中国数学事业的发展,建立数学研究所与研究中心,培养来自中国的留学生,并关心教育事业。


2016年,他又成为了热议的中心,不过来自一个完全不同的方向——关于中国是否应该建造巨型粒子对撞机的争论。在与《环球科学》记者的对谈中,丘成桐教授聊了对撞机、弦论、数理与人文艺术之美等话题。丘成桐教授认为,与很多大型投资相比,巨型对撞机消耗的经费并不算最高昂的,但建成后能够引进一万名全球最优秀的科学家,对中国科学发展和经济的促进作用是无价的。谈到做数学,他希望大家不要相信像电影和小说里描述的那些“天才”,仅凭天分就能解决大问题是不太可能的,做数学首先需要学习前沿的科研成果并产生深刻的了解,此外,还需要有良好的生活条件和充裕的经费。


丘成桐教授(图片由受访者提供)

弦论至少在数学上是完美的。

《环球科学》:您早期最著名的工作是在几何学方面,这是数学中的领域,它是如何与物理学的弦论产生联系的呢?


丘成桐:一个世纪前,爱因斯坦提出广义相对论,他发现引力就是由时空的几何变化产生,二者是等价的,几何学家因此开始对引力产生极大兴趣。而弦论的产生,对如何用几何方法研究引力场,并将几何学与量子力学结合起来做出了很大的贡献。几何是弦论的基础,但弦论刚诞生的时候只是粒子物理领域的理论,跟几何无关,只是在后来的研究中人们慢慢发现它与时空引力有着密切联系。我做的工作就是构造出了一些时空的结构,可以支持物理学家的理论。


我1976年完成卡拉比-丘流形的工作,在1984年时,物理学家找了我,发觉这些流形可以用来建造弦论的模型,这是一个非常重要的工作,它一开始是在数学中被提出的,解决了很多重要的数学问题,但在弦论诞生后,物理学家发现卡拉比-丘流形正是他们所需要的东西——它可以解释一些物理现象。大量物理学家的加入对卡拉比-丘流形这一数学领域的发展带来了很大帮助:我们原先对卡拉比-丘流形的直观概念不够丰富,而物理学家从弦论带来的直觉和猜想对我们有很大的帮助;反过来,数学对弦论的发展也极有帮助:因为弦论还不能通过实验来证明,而数学家通过证明得出的结论是极为严格的,而且几乎是完美的,不可能有错,因此,数学可以给物理学家的猜想提供部分证明。


《环球科学》:您认为通过数学上的推导和计算就可以“证明”弦论的正确性,但一个科学理论的正确与否难道不需要通过实验来验证吗?


丘成桐:我们都同意这个观点,即一个科学理论的正确性最终需要通过实验来验证。但是数学能够严格证明和这些理论有关的猜想,是极为重要的贡献。同时弦论涉及时空和粒子最基本的结构和他们中间的关系。这是人们自古以来就一直想研究清楚的大问题,不是一朝一夕能够完成的事。想在三四十年的时间里就能提出基本理论并用实验证明它,几乎是不可能的,牛顿力学也经过了八九十年的发展才完善。弦论目前不能用实验来证实确实是它的一个缺陷,但这么宏大的事物,试图用三四十年的时间就证实它,这样的想法未免太过急切。弦论刚开始流行时,有些物理学家夸大了它的地位,认为它就是大统一理论,是所有学问的终结,这是不对的,不应该这么讲。可是弦论还是很重要的,我们目前没发现它有矛盾,它至少在数学上是完美的。

我们不能因为不知道会产生什么样的现象就不去做实验,我们要开辟一条别人没走过的路,这才是创新精神。

《环球科学》:正如您所说,一门学科的建立、发展和实验验证需要很长时间的努力,您近几年一直大力呼吁中国建设巨型对撞机,也是为了给最终实验验证弦论铺路吗?


丘成桐:从牛顿力学开始萌芽到今天,我们的实验能力有了很大的提升,自法拉第做了电磁学实验、麦克斯韦提出电磁理论之后,如今电子仪器工业的发展已经有了很大的进步,现代计算机编程技术更是让实验科学如虎添翼,这反过来也促进了我们对大自然的了解和理论的发展。如果不去做实验,科学发展就会受到限制。建设大型对撞机就是为了实验科学的发展,它不直接服务于弦论,它促进的是高能物理的发展。对粒子物理的了解加深以后,我们就可以了解一些基本的东西,比如宇宙的结构、宇宙产生的原因、星体产生的原因等等。为了探索新的现象,我们需要进一步提升大型对撞机的能量,因为在不同的能量下可能会有意想不到的现象。我们不能因为不知道会产生什么样的现象就不去做实验,我们要开辟一条别人没走过的路,这才是创新精神。当年哥伦布航海也不知道要去哪里,就是一直往西方走,最终发现了新大陆。科学的发展就是这样,不可能每次都思考得清清楚楚以后再去找。科学上的大发现能够震惊全世界,往往是因为它的出现并不是一般科学家预料会发生的。


《环球科学》:科学探索当然永远是有益的,但我们可能也要考虑性价比问题。建造一个甚至比LHC还要大很多的巨型对撞机需要大量的经费,如何回应公众在这方面的质疑?


丘成桐:其实花的钱也没有你们想象的那么多,有些人把对这个计划的描述扭曲了。巨型对撞机的建设大概需要30年,第一期是15年。15年用400多亿人民币,平均一年26亿左右,国家现在办很多大型活动,都比这些投资大。我有很多朋友是做地产的,投资比这个对撞机计划多几倍。许家印在海南岛投资了一个小城市,据说要花1500亿,上海迪士尼乐园大概也差不多吧,但你认为这些和对撞机相比哪个更重要呢?建造巨型对撞机,不仅对物理学的发展有好处,对中国的经济也有好处,同时学术上的贡献是恒久不灭的,中国人难道不想在基本物理出人头地,领导世界吗?

通过建设巨型对撞机,我们可以用最简单的办法引进一大批科学家,这将彻底改变中国的科研氛围。

《环球科学》:这些好处具体体现在哪些方面?


丘成桐:LHC项目现在有6000名科学家、4000名工程师,都是世界第一流的。中国为了引进人才,开设了“千人计划”,再过一段时间,需要的经费可能差不多也有400亿了,但引进的人才不过几千名。而且,就算对撞机项目只吸引来5000名科学家,也比千人计划成功,因为这些来自全世界的顶尖科学家全部时间都在中国,可以改变整个中国的科学氛围。最近中国设立了很多科研园区,每个园区都需要1000亿以上的资金来建设,大部分的科研园区都没有一流科学家。但科学的发展最直接的推动力就来自科学家,你在这个楼里放十多个有能力、有才华的科学家,我担保不出两年就会有国际一流的科学成果。而且,世界一流的科学家在一起讨论,在一起做研究,这样的风气也会感染全国其他科学家的发展。


通过建设巨型对撞机,我们可以用最简单的办法引进一大批科学家,这对科研的发展、对高校和科研院的影响是巨大的,这些优秀的科学家可以给科研圈注入很大活力。很多研究生在北大、清华做不出一流的博士论文,但到了哈佛、斯坦福就能做,因为他们可以跟一流的科学家交流,自然而然地就能学到做学问的方法和精神。哈佛大学是公认的世界顶尖名校,哈佛文理学院的教授只有800个,加上博士后等等,人数也不会超过两千个,加上MIT及其他大学和研究机构,整个波士顿的科学家加起来可能也就有1万名科学家,波士顿算得上是全球科研最鼎盛的地方了,所以你想想建设对撞机能吸引1万名科学家对中国的影响有多大。

像电影和小说里讲的那些“天才”,是不存在的。

《环球科学》:作为一名卓有成就的数学家,您认为在数学研究方面,是天分更重要还是勤奋更重要?


丘成桐:作为科学家,完全没有天分也不大可能,因为你至少要了解前沿的科研成果,不仅要知道,还要理解它具体和深刻的意义,这是学习的过程,再进一步也要看你的文化、思想、与人交流的能力。但是,像电影和小说里讲的那些“天才”是不存在的。我曾经看过一部电影叫《心灵捕手》(Good Will Hunting),讲的是MIT一个清洁工,在一个晚上的时间里就解决了一个著名的数学问题,但是现实中这种事情是不会发生的。数学有两千多年的发展历史,中间出现了多少天才,伟大的数学家可能有好几百个,他们累积下来的这么多的学问,经过不断的修改,去粗取精才留到了现在,要想不经过太多的学习,仅凭“天分”就能超越他们,是不大可能的。好的科学家要有文化,有思想,有兴趣,去深入地思考,这样才能完成大的事业。


《环球科学》:您在演讲中多次提到数学和艺术的关系,在您看来,数学、理论物理的美与艺术的美之间有什么联系?


丘成桐:以画画为例,画家所描绘出来的事物与我们看到的常常是不一样的,因为他们的作品经过了自己内心的观念和感情的加工。无论作画也好,还是做数学也好,都有自己的感情成分在里面。我看到某个景物最漂亮,我就去画这个景物,因为它让我很兴奋。我做某一方面的工作,是因为对我而言,它呈现出来的美是让我感受最深的。对于别人,看到的可能是它另一方面的美,所以他们做的工作就和我不一样。那谁能看到最精彩的地方,或者说,做出来的结果更可取呢?那就看这个人看到的是不是最普遍的地方。写小说也一样,有的人可以找到重点,然后把它描述出来。


此外,我们要了解一个事物,就要先建立一个框架。怎么建立框架呢?也跟这个人对事物的看法和感受有关。曹雪芹写《红楼梦》,他写了一百二十回,结构是很严格的。他为了有条有理地描写贾府的兴盛和衰落,每部分的安排都很严谨。我们做数学、物理也一样,想要了解某一件事,需要先建立一个框架,然后再做里面小的零件,这是做大学问所需要的。怎么挑选好的问题,怎么建立框架来深刻地了解大自然,这一点跟作画、写作都有相似的地方。

教授不担心衣食住行,才能做好学问。好的学问基本上还是在经费充裕的情况下才能做出来。

《环球科学》:您对中国数学研究的提携人所共知,您认为中国数学在最近十年里有没有取得一些进步?怎么才能进一步促进中国数学的大学教育和科研呢?


丘成桐:中国改革开放以来,真正有大成就的学者不多。海外的留学生做出的成果较多,在中国本土的很少。但是有一点比较好的就是,现在很多留学生愿意回国发展,也愿意研究一些比较重要的问题。近十年来确实有进步,可能也与中国近年来经济发展有关系。科研环境好,才能研究重要的问题。


虽然进步是有的,但我认为科研经费还需要提高。现在北京、上海这样的大城市,教授的住房、生活条件不好,买房越来越困难,餐厅吃饭、买衣服比国外还要贵,但是薪水还比国外少,这是一个很严重的问题。教授不担心衣食住行,才能做好学问。一些人,包括政府官员认为,好的学者在最贫困的时候才能做出最好的结果,这是完全错误的想法。我专门研究过18、19世纪主要的大数学家,一百多人里面,只有两个是比较穷的,其他的一些人都经济充裕,甚至非常有钱。好的学问基本上还是在经费充裕的情况下才能做出来的。只有政府投入大量经费到基本科学中,中国才可能做出世界一流的学问。


现在中国在学术资助制度上有了一些改革,但还是差得很远。有些制度甚至是莫名其妙的,比方说,我们请一个海外的专家到中国来定居任职,第一件事就是让他去体检,体检没有通过就不行,这在国外是很莫名其妙的。我有个朋友,因为肾脏有问题没有通过体检,但这是天生的问题,并不是有意造成的。还有一点,就是他夫人需要生孩子,因为没有保险,不能在中国生产,只能回德国。这是在美国和欧洲都没有听过的。中国没有给他们提供良好工作环境的能力,这就是资助的问题。只有体制不断改革,经费不断提高,中国的科学才有可能进步。



2018年

德先生已经陪您走过n多日夜


2019年

我们希望通过自己的成长

给您带来最好的体验

▼▼▼▼▼

新的一年

您对德先生有什么意见与建议

欢迎通过扫描下方二维码填写

我们将从参与者中抽取3位

送上精美奖品




推荐阅读


 点击购买《中国人工智能2.0发展战略研究》

    阅读原文

    发送中

    本站仅按申请收录文章,版权归原作者所有
    如若侵权,请联系本站删除
    觉得不错,分享给更多人看到