跨学科著作的启迪

----读＂太赫兹光谱与成像＂一书有感

都世民

近来在院图书馆看到新书＂太赫兹光谱与成像＂，作者是：（芬）卡伊—埃里克，佩波宁

(K-E，Peiponen)，（英）J．阿克塞尔，蔡特勒(J．A，Zeitler)，（日）桑田五之神诚著；

崔万照等译，国防工业出版社出版，2016.6。原书名.W.iC:Terahertz Spectroscopy and Imaging。

这是一夲跨学科、新学科的新书。全书分23章，由13个国家，55位不同学科知名专家共同创作完成。全书参考文献共1760篇。

跨学科特点

太赫兹( Terahertz，THz)科学技术作为衔接经典电磁理论与光学理论的桥梁，具有比微波高1-4个数量级的带宽特性与比光波高的能量转换效率。

太赫兹科学技术作为国际学术界公认的具有非比寻常性的交叉前沿研究领域，发展到今天达到了一个新的研究高度，在物理学、化学、生物医学、天文学、材料科学、电子学和环境科学等方面展现了广阔而诱人的应用前景，并将推动基础科学研究、生命科学、国民经济发展、国家安全反恐和新一代IT技术产业的大力发展。

这夲书有横向发展和纵向发展共同特征。对太赫兹研究的各个方面的前沿动态把握非常到位。对从事太赫兹研究的人员难得的经典。对每一位读者，应该能从中得到启发。这本书可帮助刚跨入太赫兹领域开展学习与研究的人员建立起基础而系统的理论与技术概念。这类书不多见。如果中国有科学家能以生命科学为中心，组织—部跨学科的专著，能包括中医理论、航天生命探索、生物医学、电磁学、光学、材料科学……。是很有意义的工作。我国跨学科的专著已经有，例如10000个科学难题内容丰富，但缺乏系统性和综合编排。

跨学科著作  淡化了学科边界

＂太赫兹光谱与成像＂这夲书不是科普书，不同于一般概述性著作，专业性非常强，以光谱学和成像两个典型研究领域为中心，覆盖了多学科、多维尺度、全方位的研究内容。55位专家分头撰稿，然后统稿。必然会出现不少问题：

1）名词概念的一致。这很困难。例如,这夲书不同章节对太赫兹( Terahertz，THz)频率范围界定不一致。

第2章 太赫兹光学

太赫兹是介于光和微波之间的一段频谱，其频谱范围为300 GHz- -3THz（波长1mm - 100μ m有时频率会达到IOTHz）。

第6章 太兹辐射的相空间处理

太赫兹( Terahertz，THz)辐射发生的频率介于毫米波和红外线之间（这是最近的观点，包括的频率范围从100GHz 到1OTHz，对应的波长为30μ m 到3mm。应改为：3mm--30μ m 。

两章界定的频率范围不一样。

2)名词＂极性＂、＂极化＂、＂偏振＂，含义在不同学科使用时可能会有问题。

3)名词＂振动＂、＂共掁＂、＂谐振＂,不同学科描述外加场对天线、细胞、分子的作用。

4)名词＂极化方向＂、＂取向＂、＂旋转＂,是不同学科描述外加场的方向和物体感应后的某种取向。

2)公式符号不一致。

3)跨学科写作的问题

-第16章生物医学成像是香港科技大学  电子工程与计算机工程  作者Emma MacPherson写的＂安全性＂问题，实际上是讲电磁生物效应问题。由于作者对这一老问题不太了解，这种效应包括电离效应和非电离致热效应，前者是累积的，后者是非累积的。产生电离效应对研发者和被研发者都不安全。至今对电磁生物效应是否致癌无定论。太赫兹电磁生物效应能否带来新契机？受关注。新的成像方法给电磁生物效应研究带来新观測手段。

笔者从＂太赫兹科学与电子信息学报＂Vol.11,no.6,2013年12月.¨太赫兹波与生物医学的现状与未来＂—文，作者是第三军医大学冯华等。该文作者是了解电磁生物效应，列举了太赫兹电磁生物效应新成果。对基因毒性和细胞凋亡及死亡率进行了研究。这个问题涉及面宽，包括高能武器、及其它各种电磁生物效应有了新思维、新方法、新工具。对比不同学科的专家学者对同一问题＂安全性＂的论述，会有明显的差异，有碰撞也有融合。这是值得关注的新趋势。

进入微观世界的门户在哪里？

《前沿科学》（季刊）2017-2第11卷，第6期.总第42期。2013年12月。刊文：＂致中国物理学界建议书＂，作者王令隽。＂A Proposal to the Physics Community of China＂。作者简介：王令隽，美国田纳西大学查塔努加分校终身教授，加拿大《物理文献》(Physics Essays)杂志理论物理审稿人。后在橡树岭国家实验室、阿岗国家实验室和美国宇航局国家实验室从事激光物理、固体物理、重离子物理、天体物理和空间科学的客座研究。

文中指出：＂国际理论物理学在微观理论和宏观理论两个方面都已陷入不可克服的困难而不能自拔。这种困境不可能短时间改变，而这正是中国跳出泥潭，大踏步前进，赶超西方实现科学强国的难逢的历史机遇。＂

文中又指出：＂近代微观物理的严重问题，是理论与物理世界空前的脱节。一方面，理论物理学界不断地传出振奋人心的喜讯：各种各样的“基本粒子”和“暗物质”不断地被“发现”，五花八门 的“最终的万能理论”不断地被提出，“上帝粒子”也宣称已经找到，并获得了诺贝尔奖；另一方面，和这种振奋人心的喜讯形成强烈反差的是，理论物理在脱离物理现实的道路上越走越远，对科学上任何其他学科的影响基本为零。＂

王令隽教授指出：＂核物理是我们进入微观世界的门户。如果我们对核物理都没有透彻的理解，要想了解更深一层的奥秘，是绝对不可能的。＂

上述观点与笔者前文讨论的物理学科边缘化有关联，是从另一视角切入讨论。笔者从另一视角再思考：由于计算机的广泛应用，诸多学科都依赖于已有软件进行更改参数和环境条件的仿真或模拟研究，大量的研究生论文没有试验数据，可能师生都认为仿真或模拟结果就是没有问题的成果。人造电磁黑洞就是这样的成果。事实表明没有物理试验，其结果可能判定是不正确的。

生物学是研究微观层面，生物学与化学结合紧密，但与物理学结合甚微。笔者奇怪的是，王令隽教授指出：作为基础科学的粒子物理成了一个与其他学科没有任何关系的自产自销的自我封闭的体系。粒子物理的目标和功用逐渐潜移默化，从致力于对核物理的研究转变为对“最终的万能理论”的星象学追求。为此目标加速器越做越大，所需经费指数上升。建设一个大型加速器成了国家级甚至跨国项目。为检验大统一理论所需的加速器比太阳系还要大。这样的超大型项目，抢夺了大量研究资金和人才资源，使核物理、受控热核反应、凝聚态；物理、能源物理、低温超导、激光物理、等离子体物理等等的研究经费日益捉襟见肘。笔者赞同上述观点。

探索生物电磁场

＂太赫兹光谱与成像＂这夲书有一句话：＂太赫兹光的能量远远未达到电离的程度，从这个角度来讲是安全的。另外，大多数系统的功率量级小于1μW，百万倍小于人体产生的太赫兹辐射(IW)。＂虽然只有一句话，但很关键。揭示人体有太赫兹波辐射，而且强度不低。

笔者从另一跨学科的专著＂21世纪100个交叉学科难题＂中，见到一文：＂生物体的电磁场及其作用＂，作者张锦珠和宋文淼，前者是中科院生物物理学专家，后者是中科院电子学专家。在这篇文章中指出：1992年就有论文阐述细胞间有光通信。1888年创造的心电图，1924年创造的脑电图，应用的电信号频率都低。1968年提出生物大分子的键对电波的共振以来，太赫兹波研究的兴起，为生物体的电磁场的研究增加了力度。然而现在的研究都缺少对人体机理的研究。如果生物体有电磁场，就要找到辐射源，并且要搞清楚辐射源产生电磁波的机理。如果生物体有电磁辐射波，就要找到辐射天线，并且要搞清楚辐射天线的机理及其型式。

总之，这夲著作给读者以创新性启迪，有系统性，有实际应用，还有大量的参考文献以供查阅。是具有非比寻常性的交叉前沿研究领域，发展到今天达到了一个新的研究高度，在物理学、化学、生物医学、天文学、材料科学、电子学和环境科学等方面展现了广阔而诱人的应用前景，并将推动基础科学研究、生命科学、国民经济发展、国家安全反恐和新一代IT技术产业的大力发展。值得读者重点关注。