科学是简单的，科学是大众的

--------------------学习卢鹤绂思想体会之三

卢鹤绂曾经讲过：“一项真正的理论不在于看它用了多少数学，甚至也不仅仅看它能够解释多少已知的现象，重要的还在于看它能不能做出新的预言并且得到证明。做不出明确预言的理论是没有多少价值的。能够把许多复杂的学习概括起来，做出简单明了的表达，并且能够指导下一步实践，才是有用的论文。把众多的复杂现象概括成简单规律并能指导实践的理论才是科学.不能做出明确预言的理论毫无价值。理论贵于预言现象，而不仅仅解释现象。有了物理思想，没有条件成果也出来了。像不可逆性方程，我就凭一般概念，也就弄出来了。”卢鹤绂院士这些至理名言说明了科学的本质，反观现代物理学的天空乌云密布，积聚了太多的问题，已到了不实现重大的理论变革就不能进步的境地.

诺贝尔物理学奖获得者汤川秀树访问莫斯科大学时，曾写下这样一句话：“从本质上讲，自然界是简单的”。物理学的发展充分证明了这一点。在反映自然规律方面，物理学具有高度概括性和简单美丽的特点。对于理论的数学表述，科学遵循的原则是，在充分必要的条件下越简单越好.现在一些所谓的“前沿科学家”们却反其道而行之，似乎数学越是繁复，理论就越是正确.爱因斯坦的引力场方程繁复到他自己找不到解.超对称理论繁复到要一个物理学生化二百年才有可能知道理论到底是不是收敛.M—理论繁复到理论家们自己也不知道是不是真的能够将五个互相竞争的超弦理论统一起来.繁复的数学为他们偷塞假定，掩盖错误提供极大的方便，同时，又是保护他们的理论免受批判的最好屏障.卢瑟福认为“一个好的理论应该连酒吧女郎都能看懂.”原北京大学物理系主任赵凯华教授指出：“我国物理教学的优良传统是课程的内在联系紧密，论述条理清晰，逻辑严谨。但是我们总觉得，在我国的教学中还缺少点什么。问题在于我们的学生每遇到问题时，总是一开始便埋头于用系统的理论工具，按部就班地作详尽的定量计算，而且常为某些计算细节所困惑，尽管许多问题本可以通过直觉的思考就能得到定性或半定量的结论”.

卢鹤绂指出：“我之所以致力于物理学研究,固然与少年时代的阅读有关，然而能得心应手地将自己的研究成果形诸于文字,却得益于《三国演义》酣畅淋漓的文字表达功力.《三国演义》这部巨著好就好在不说废话，寥寥几笔能使一个人物栩栩如生，扼要几段描写能使情节跌岩起伏，真绝。”一位大学问家说过，天才与庸才的区别，在于前者不断地探索新知并不断地有所发现，后者只是不厌其烦地对现有的东西进行花样翻新的解释.李政道教授说过：“科学的目的是寻求如此简单的一组基本原理，用这组基本原理，能够说明所有已知事实，并预言新的结果.”经典物理就是这样的一组基本原理，它依然是现代科学技术进步的基础.二是近代物理学本身有许多的内容还是建立在经典物理学的理论基础上的。

物理学是一门科学，这门科学非常重要的特点就是它是实验科学，通俗来说，就是我们的思想是否正确要通过实验来检验.需要强调的是，本身科学家的研究就是为了探索并超出前人，而科学研究的目标也是要给人提供新的知识.这种知识可以是新现象，或是新的了解和认识，也有可能说明原来的理论在某些地方需要修正和突破.世界一流的科学家都是不受成见或传统思想所束缚的探索者，他们的科学研究工作，往往是从那些被认为早有定论、不容怀疑的地方打开缺口的.物理力学模型只是建设物理学大厦的脚手架，大厦建好后是可以拆除的，但在物理学大厦还在继续增高的过程中，长期没有脚手架是危险的.圈量子引力理论的创始人，李·斯莫林说：“假如没有高风险，量子引力理论什么都不是（包括弦、圈等量子引力理论）.”一个缺乏基本物理模型的物理学，单靠数学这一根拐杖到底能够走多远，谁也说不准.可以预想，现代物理学需要一场哥白尼式的革命.斯蒂芬·霍金说:  “我们所有的人,包括哲学家,科学家以及普普通通的人,都能参加为何我们和宇宙存在的问题的讨论,如果对此找到了答案,则将是人类理智的最终极胜利.谁都没有耐心去计算这些理论到底是不是完全收敛.这一工作要一个好学生算两百年，天知道他会不会在算到第二页时就出错？.”任何理论都要经得起现实的裁判，科学的目的就是要促进社会的文明进步，物理学的目的就是要为科学的其他领域提供理论基础以促进科学技术的发展.理论物理既然以“基础科学”为己任，自然不能离开这一根本目的，理论物理不能仅仅是理论家们追求某种数学美或者方程式“大统一”的数学游戏.

笔者提出几个问题，供大家思考——

1.在已知的主要的相互作用中，都有着明显的区间作用性：在强子内部和周围，强相互作用起着主要作用；在原子世界，电磁相互作用占着主导地位；引力相互作用在微观世界是微不足道的，到了太阳系世界，它才成了支配天体运动的主宰.现代物理学认为弱相互作用和强相互作用只适用于微观世界，可是微观与宏观没有截然的界限，微观、宏观、宇观是人为规定的，人类的生存空间并不是宇宙大的方面和小的方面的绝对分界线，这显然存在着不协调性.是否满足玻尔的对应原理呢（同一个物理世界，不能仅仅因为物体大小的不同，就需要不同的两个理论来描述）？

2.能量标度上升，对称性增高，各种力都走向同一，物理学趋向统一.所以大统一理论（弱、电、强力三者的统一）以及四种力（弱、电、强、引力）的统一，都必然是在极高能标下完成的；能量标度下降，对称破缺产生，四种力（弱、电、强、引力）都逐渐分离，表现不同行为.世界变得复杂，丰富多彩.超低能低温下有五花八门的现象，其实只是对称破缺的表面现象，我们眼睛观察到的其实都非实相，它们在高能标下其实只有一个本质.现代物理学已经把电磁力与强相互作用、弱相互作用的统一问题起来，可是对于电磁力同种电荷相互排斥，而对于强相互作用作用力的近似方向相反，弱相互作用是从解释β衰变提出的，宏观上看近似排斥力，同理强相互作用是近似吸引力，如何理解这一关系？现代物理学认为元素的衰变主要是弱相互作用的结果，并且具有确定的半衰期，是否说明元素的衰变不具有随机性？

3.为了得到弱和电的统一，物理学家大胆假定有W粒子作为中间粒子，它的质量要比作为母体的核子大100多倍.如果弱电统一理论确实能将两种力统一起来，它就应该能够处理同一理论的特殊情况，即只有电磁相互作用或只有弱相互作用存在的情形，只有一种相互作用的情形应该比两种相互作用同时存在的情形要简单的多.可是温伯格-萨拉姆的弱电统一理论只能处理电磁相互作用和弱相互作用同时存在的情形，而不能处理只有弱相互作用或只有电磁相互作用的情形.强相互作用是作用于强子之间的力，是所知四种宇宙间基本作用力最强的，也是作用距离最短的（大约在10^-15～10^-10m范围内）.核子间的核力就是强相互作用，它抵抗了质子之间的强大的电磁力，维持了原子核的稳定.是否说明强相互作用与电磁力是相反的作用？

物理学理论的逻辑总是决定着它的发展史的逻辑结构，尽管它受社会和物理学家心境的制约.物理学发展的内在动力是由其理论的逻辑力量推进的.当代物理学的基础，相对论和量子论是历史上物理学的逻辑延伸，又是未来物理学的逻辑起点.当前物理学发展的形势是：黑云压城城欲摧，山雨欲来风满楼.新的一大团乌云的出现表明：物理学理论即将面临第五次大突破，亦即继宏观低速运动、宏观高速运动、微观低速运动以及微观高速运动的规律的突破以后，物理学将进一步突破宇观的领域.与广袤的宇宙相比，人类只是一粒尘埃，而这些尘埃们却用自己独特的方式与智慧去破解宇宙的结构和大自然的规律，将他们深邃的思想通过长长的银河传向宇宙的深处！我们有两条原则：第一，我们坚信，一个正确的理论不能有一个悖论.一个自相矛盾的理论一定是错的.这在逻辑上叫反证法.第二，我们的科学信念和信心应该建立在千锤百炼的，经过无数试验结果和工程实践证实的科学理论之上.

巴里·派克在《爱因斯坦的梦》中写道：“将会有一位新的爱因斯坦降临，把所有这一切弄到一起……过去的情况似乎是这样的：巨大的跨步常常是由单个个人作出的.重要的是，要有能力以一种新的方式考察旧的观念.正如有人说过的：‘你需要有一些古怪的念头——古怪得足以发挥作用’”一部近代物理学史启示我们：“功夫应在文章外”，最可能带来根本性突破的理论创新，应该是在旧有理论的框架之外独立地提出某种全新的观念，再以此为基础构筑起既可以兼容旧有理论、解释已有的观测数据又能够定量地预言未知效应的自洽的理论，而这些在旧理论中不能得出的预言必须可以接受实验观测的检验、最好能够使用现有的实验观测手段立即加以检验.一个正确的有价值的新理论,必须要立论正确,能涵盖现有的科学理论,并能合理地解释旧理论不能解释的问题,又能推断出可为科学验证的结论来.

最后用黑格尔的一段话结束本文：“自然规律简单明了，照它们原来那样就有效.……它们不易受到侵犯.……这些规律是准确的，只有我们对这些规律的观念才会错误.这些规律的尺度是在我们身外的，我们的认识对它们无所增益，也无助长作用，我们对它们的认识可以扩大我们的知识领域，如此而已.熟知的东西所以不是真正知道了的东西，正因为它是熟知的.有一种习以为常的自欺欺人的事情，就是在认识的时候先假定某种东西是已经熟知了的，因而就这样地不去管它了.这样的知识，既不知道它是怎么来的，因而无论怎样说来说去，都不能离开原地而前进一步.”