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许多青年朋友时常抱怨,就科学创造而言,自己生不逢时。时至今日,重要的科学事实似乎都已发现完了,轮到自己上阵进行学习、科研之时,很难做出石破天惊的科学创造。我说,这种想法不正确。
表面上看来,上述抱怨有点道理。
搞物理学研究的人说,我为什么不早生百来年呢?那时物理学正处于大变革大发展的黄金时期,经过激烈的大论战,量子力学和相对论相继建立起来了,一大群物理学界人士卷入探索和舌战,年年都有重大创造和观念更新,一大批科学伟人(如爱因斯坦等)应运而生,记入科学史史册。现在再没有这样的创造机会了。
搞力学研究的人说,我为什么早生七八十年呢?那时空气动力学、非线性力学还是处女地,给冯·卡门这样的大师自由发挥、纵情创新的大好时机。如今还有这样的机会吗?
其实不然。
读过物理学史的人知道,在19世纪末叶,很多物理学家认为,物理学发展到他们那个阶段,已经形成了较为完整的理论体系,剩下的只是修修补补的事情了,很少有人预料到,19-20世纪之交会出现“物理学危机”,20世纪前半叶,物理学的理论体系会出现翻天覆地的变化。如今,说不定还有新的机会。记得三年前,在Nature Physics上读到一篇短文,题目是“Physics is dead, long live physics”,依作者之见,物理学至少在诸多应用领域中有着无穷的创造良机。
懂一点力学史的人知道,在力学领域,还有许多难题有待于解决,湍流这个百年难题还处于众说纷纭之中,湍流的工程计算还缺乏广为认可的理论体系;近年来计算技术的发展,为力学研究的宏观细观微观结合带来了前所未有的契机,怎么能说,力学的重大创造已经到头了呢?
昨天观看上海电视台纪实频道的科学发现节目,谈及蝴蝶研究。其中也有这样的发问:“科学事实都发现了吗?”两位美国科学家说:“不!”他们两位一老一小,老者已经须发皆白,正潜心研究用新型的微电子技术研究一种濒危物种——黑斑蝴蝶的迁徙规律和生物学特征。他们抓来四只黑斑蝴蝶,费劲地给它们装上微型电子发射装置。多亏有近期的技术创造,这种装置体积极小,重量不到小小的蝴蝶的重量的一半。接着,他们开着吉普车、驾着轻型小飞机来跟踪这四只蝴蝶,行程几十公里,经历了得而复失、失而复得的艰难历程,一一获得了这些蝴蝶身上发出的微弱电子信息;最后,还逮着了其中一只最大的发射微波的蝴蝶,做“零距离”考察。这项研究还在继续。那位须发皆白的生物学家告诉我们:生物学中还有许多难解的谜团,需要我们用现代化手段来发现,来创造。
仔细想想,可不是吗?远的不说,就说说我近年来在进行的交通流研究,而且只说其中的“幽灵塞车”(phantom traffic jam)。大家知道,发生交通阻塞的原因一般是:交通流量过饱和,或发生交通事故,或道路施工,或恶劣天气,等等。然而,1974年,交通科学家Treiterer在对芝加哥附近的高速公路车流航拍时却发现了不明原因的交通阻塞:车流密度不高,路况良好,然而,车辆一段一段地堵在那里!德国人称此为“Stau aus Nichts”。此后,交通科学家进行了种种理论研究、建模和模拟,20年后,逮着了这种“幽灵塞车”,发现这是一种自组织现象,在非线性科学中很常见。不过,时至今日,人们对发生“幽灵塞车”的具体机理还不清楚,不知道是否可以预测和预防。在交通科学中,这样的问题很多,交通科学远远没有到可以“兔尽弓藏”的阶段。
目前,就科学发现而言,表面上似乎波澜不惊。但是,谁能知道,其中是否孕育着创造和发现的风暴?我们知道,各个学科还有一大批谜团没有答案。所以,我认为,学习,什么时候开始都不迟;同样,科学发现也是什么时候开始都不迟。
让我们记住屈原的话:路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。
附记:周末,写了上述随想,旨在与朋友们进行讨论、交流。
写于2011年9月3日晨
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