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糜克定与朋友们一道讨论科学人生

 
 
 

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关于我

糜克定: 退休物理教师,原江苏省电教研究会理事、中国物理学会会员、连云港市电化教育馆馆长,曾编导、监制《中学教师语言修养与训练》等52小时电视教材在中国教育电视台卫星播出。撰稿与编导10小时的电视教材《小学数学新课导入》选为联合国儿童基金会远程教育项目教材。退休后,又有编制《小学科学助教助学》、《体育与健康》、《伟大祖国》等近260G的结构性网络资源及网络“超媒体”教材等成果。 自办公益网站:《糜克定》的科学园》 http://mkd.lyge.cn/

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科学的发展——从古代中国到现在  

2007-09-28 17:21:09|  分类: 科学与人文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                          李政道

  李政道(1926——),美国华裔物理学家。生于上海。1946年移居美国,进入芝加哥大学物理学研究院。1953年任哥伦比亚大学物理学副教授,1960年任物理学教授。1956年与美国华裔物理学家杨振宁共同发现,在基本粒子的弱相互作用下宇称不是守恒的,揭示了宇称守恒定律并不普遍适用。他们的重大发现,是具有卓越的开创性的成果,并于1957年共获诺贝尔物理学奖。 

  

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本相似,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造的,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。五行的一个很原始的看法,那就是金、木、水、火、士。 

  可是在很早的时候,中国就有相当重要的科学观察结果,在全世界恐怕最早的即是超新星的观察。全世界最早的有关新星的记录,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记录,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,它有水源来推动,用齿轮的方法,自己会动,整个是自动的。第谷·布赖的观天仪器是1598年,张衡是125年,之间相差了1400多年。 

  可是紧跟着从明末清初开始,中国科学下降了。(李教授指着伽利略自己使用的1642年时的望远镜图片)这个望远镜是在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、电动生磁这两个现象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世纪的电报、电视、雷达,所有的现代通讯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。 

  从迈克尔逊和莫利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世纪的文件。再过了20年,70年代末,80年代初,这些理论已达到顶点。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21世纪时,不禁要问,什么是21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、它的原理是由一些根基本、很简单的理论操纵的,我们能找出这些原理,就可以知道一切东西的原理,如19世纪的电磁理论和20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世纪根本无法想象20世纪的文化。同样,我们20世纪也很难猜测到21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,无疑中国是处于领导地位,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21世纪时,我们必须要了解当代科学的大问题,了解了这些大问题,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,这只能是猜测。 

  当代的科学大问题,可以与19世纪末相当的大问题。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,它与核能之比相当与核与油灯之比。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,即凡是用仪器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地心引力,从地心引力里求出来,就发现在星系群里,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,如量子色动力学、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。这表明现有的全部知识是很不全面的,一定另外有一个力,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,如果我们了解了不对称的来源,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念是错误的,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,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20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连结起来。 

  最后送给复旦青年两句话:复兴文化,旦旦生光。

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