旅 美 杂 忆

      张庆营

    （九）学术交流

    美国大学里的学术活动十分活跃，经常举办各种学术会议，除了国际国内的学术会议之外，还有地区性的学术会议。在暑假，还有各种不同类型的暑期讲习班。在学校里举办各种学术报告会成了经常性的工作。其中一种是 Colloquium，即通俗学术报告会，也就是高级科普报告会。宾大物理系每星期三举办一次，时间是下午三点到五点，当时由一位著名的女核物理学家 F. Ajzenberg-Selove 教授主持。在每学期开学时，都准时向每位教职员送去一份报告会准备邀请的报告人和报告题目的时间表，当然也可能临时有一些变动。报告人都是来自美国和世界各地的、卓有成就的学者。当年被邀请的人中，有发现中间玻色子而得诺贝尔奖的哈佛大学鲁比亚（Rubia）教授，有核物理学家、英国皇家学会会员威尔金孙（Wilkinson）教授等等世界著名的科学家。报告会的内容不单纯是物理学方面的，题目非常广泛，从微观粒子，核结构，超级超导粒子加速器，宇宙大爆炸，恐龙大灭绝到星球大战都有，可谓五花八门，无所不包。报告会的内容都十分精彩，都是最新的科学进展。例如，恐龙大灭绝就是由美籍华人、世界著名地质学家许靖华在不久前提出来的。许靖华在1984年获得地质学界最高奖的伦敦地质学会的乌拉斯坦勋章，这个奖被称为地质学的诺贝尔奖。2001年，又获美国地质学会授予的彭罗斯地质奖。他是第一个获此殊荣的非白人。恐龙大灭绝假说一经提出，立即引起轰动，争论极其热烈。反对者有之，赞成者有之，最终为科学界所公认。每次的报告会，阶梯大教室里总是座无虚席，还有一部分人要在教室后面站着听。听众除教师和学生外，也有秘书，职员和校外人士。报告会开始前，在教员休息室里提供免费的咖啡、红茶和小点心，报告人和听众在一起轻松地自由交谈。由于中午没有午睡，开头我很不适应，每次听报告都会打瞌睡，一位留学生看见了，向我传授经验说：你可带一杯浓咖啡去喝，对提神醒脑，防止打磕睡，提高注意力很起作用。我放眼扫视会场，果然看见有不少人把咖啡带进会场里。我依法炮制，真的很管用。报告会进行期间，随时可以自由提问。报告会结束后，又在教员休息室里提供免费的美酒和奶酪。报告人和一些热心的听众回到这里，边品尝美酒、奶酪，边展开热烈的讨论。有的人对报告的内容特别感兴趣，或者他想在这方面进行研究，就利用这个难得的机会和报告人进行细致而深入的讨论，当然会大有收益。报告会内容广泛，能使人大开眼界，及时了解到各门学科的最新动态，能对教学材注入最新的内容，同时也给人以各种新颖的启示，十分有利于科研工作，十分有利于边缘学科的发展。一位外校的年青数学副教授听了鲁比亚教授的报告后，万分感慨地说：鲁比亚忘我地献身于科学的精神，令人肃然起敬。所以，这种报告会很有教育作用，让师生了解科学最前沿最具魅力的最新发现，和科学的进展同步成长，不但扩大了人们的知识面，而且听众受到科学家不计名利、不懈地追求真理的高尚人格的熏陶，潜移默化，提高了年青教师和学生的素质，激发了他们对科学的向往和热情。还有一种是专题学术研讨会（Seminar），由相同研究领域的校内外的学者们会聚在一起，互相报告自己的研究工作。每次也由一个人主讲，介绍他自己的研究工作和新近的进展，一边报告一边展开热烈的讨论。意犹未尽的，会后还可以继续和报告人讨论。物理系每星期有好几个这种小型的学术研讨会。宾大物理系也为到会的人提供免费的咖啡。

    宾大和相邻的德立索大学 (Drexel University，又译作德雷克塞尔大学) 以及新泽西州的德拉瓦大学（University of Delaware）的物理系中从事核物理研究的教师和研究生，星期五中午联合在德立索大学物理系举办一个专题学术研讨会，有时也会有一些来自远方（如田纳西大学等）的学者参加。当然，也会邀请国内外同行专家教授来交流。每次开会时，一边慢慢地吃自带便餐，一边听报告和讨论，午饭吃完了，报告会也就结束了。他们连吃午饭的时间也充分利用起来了，真是惜时如金。在研讨会中，大家都全神灌注在学术问题上，不放过任何一点吸收精神营养的机会，精神食粮成了主菜，人们只是下意识地把食品和饮料向口里送，面包、三明治、可口可乐的味道如何，神经中枢的反应不灵敏了。“子在齐闻韶，三月不知肉味。”就是这种状态吧。在同一时间里做两件事，比陶侃的惜分阴更加爱惜时间。孔夫子的“食不语，寝不言”，在这里没有市场。很多大学里都有这样的午餐学术研讨会。

参加上述学术研讨会的人中，有几位是我国公派来美的访问学者，给的生活费每月只有400美元，和美国的最低生活保障金相等。当时大学教师的工资都不高，想买一件大型家用电器很不容易，所以都尽量节省，以便回国时能多带几样免税的家用电器。他们嫌可口可乐、汉堡包和热狗等现成食品贵，都自带早上在宿舍里做好的便餐吃，可以节省一半以上的费用。可是，当众拿出来吃的话，又担心美国人会说自己寒碜，只好饿着肚皮听报告，等到研讨会开完了，才回到自己的办公室里饱餐一顿。所以，不少我国的访问学者，并非顿顿美食，很能吃苦耐劳，生活上是相当简朴的。

    我的老师，北京大学教授杨立铭院士当时受耶鲁大学著名物理学家雅克罗（F. Iachello）教授的邀请，来耶鲁大学讲学和做研究工作。宾大和德立索大学闻讯，就立即请杨先生来这里的专题学术研讨会作学术报告。会后，克莱茵教授请他吃晚饭。我作为他的学生，和老师难得在美国相会，自然也会招待一下。第二天是星期六，我和慕杨先生之名而来的堂妹夫一起，带他参观了世界闻名的宾大的考古学和人类学博物馆，还请他到费城唐人街的中国餐馆吃了馄饨和北京烤鸭。他的夫人是我国著名的计算技术创始人之一、负责设计试制成功我国第一台通用电子数字计算机的夏培肃院士。杨先生却抽不出时间去宾大看一看世界上第一台数字电子计算机，也来不及参观费城的其他名胜古迹，为了准备讲学，吃完饭就匆匆赶回纽黑文市的耶鲁大学去了。杨老先生是我国核理论的奠基人之一，晚年仍孜孜不倦地开拓新的研究领域。2003年年初，以84岁高龄辞世，去世前在病榻上还很关心年青教师，念念不忘研究课题。回想十多年前在美国和他会面时的情景，宛如昨日，历历在目，令人不胜感叹！

    我在北大求学时，杨立铭老师指导组织年青教师和研究生开小型的专题学术研讨会，每星期一次开一次会，每个人都要轮流作报告。为了作好报告，逼得我非得查阅大量的文献资料不可，还要冥思苦想，同时又能听到很多不同的专题报告，迅速吸收了大量的前沿知识，而且互相启发，大大提高了我的独立工作能力，很快就能进行研究工作。在这期间，我们发表在《中国科学》、《物理学报》等学术刊物上的一些论文，就是听了报告后受到启发，提出设想合作完成的。我还为青年教师、研究生和本科生新开出多门课程，写出了讲义。真是事半功倍，得益匪浅，比一个人单独苦苦求索强多了。可是不久就来了大鸣大放、反右、红专辩论、批判资产阶级反动学术思想和教育思想、拔白旗插红旗、科研大跃进、大炼钢铁……。大规模急风暴雨式的群众运动，一浪高过一浪，汹涌而来，把我们的小型专题学术研讨会冲掉了。可惜啊！太可惜了！要不然，相信我们还会出更多更大的成果。

    美国的学者非常重视这种专题学术研讨会。比起大型学术会议来说，小型的学术会议有更充分的时间互相讨论，深入切磋琢磨，参加者都获益良多。常常通过讨论而进一步开展合作，也有受到别人的启发而提出新思想、新理论或新实验，从而在某一领域有重大的突破，有因此而获得诺贝尔奖的。所以，很多学者都十分重视各种学术会议上的交流。例如，因建立了弱（弱相互作用）电（电磁相互作用）统一理论而获得诺贝尔奖的哈佛大学温伯格（S. Weinberg）教授，听到有一个年青人提出一种新思想，立即自己掏腰包买机票，特意坐飞机去参加专题学术研讨会，听那个青年人作报告，不耻下问，耐心求教。

    20世纪30年代，已经有大量的实验数据显示，当原子核中的中子数或质子数为2、8 、20、50、82、126等等时，其性质比附近的原子核稳定。这和原子序数为2、10、18、54等等的惰性气体相似。虽然很多的人认识到是一种周期性，但是理论上无法得到合理解释，就把这些数叫做“幻数”，意思是无法理解的魔幻之数。质子数和中子数都是“幻数”的原子核，叫做“双幻核”，又特别稳定。例如，有两个质子和两个中子的氦4，比氦3（两个质子和一个中子）、氘（质子和中子各一个）、氚（一个质子和两个中子）和锂5（三个质子和两个中子）都稳定得多。而氧16（8个质子和8个中子）和铅208（82个质子和126个中子）等“双幻核”更比它附近的原子核稳定得多。很自然地，立即有人想到，原子中的电子在库仑力的吸引下绕原子核运动，用量子力学可算出一些电子形成一个包围原子核的壳层，另一些电子形成另一个更大的壳层，等等，一层套一层。这就是功地解释了原子周期性等实验现象的原子壳层结构。因此也假定原子核中也有指向中心的吸引力，核子（质子和中子）受它的吸引，围绕原子核的质量中心运动。可是，算出来的“幻数”和实验的“幻数”不同，没有取得成功。

    二战以后，在美国举行的一次学术会议上讨论到这个问题时，著名的物理学家费米向大家提出一个建议：是不是可以用中心力加上强自旋轨道耦合力（这种力在原子中很弱，可忽略不计）试一试？当时核物理学家认为，核子力和库仑力很不一样。核子的质量基本相同，原子核内没有很重的质量核心，不会有共同的中心力，即使加上强自旋轨道力也不会有什么重大的改进。计算起来并不复杂，但是他们认为用不着花时间去计算。费米的话没有引起核物理学家们的重视，唯独引起了当时研究统计物理出名的、却没有研究过核物理的梅耶夫人的注意。她没有先入为主的成见，回去立即进行计算，发现的确能够得出和实验完全相同的“幻数”，还能正确解释很多其他实验现象。1949年，她发表了原子核壳层模型的重要论文，解决了核物理学上的重大难题，奠定了原子核结构的理论基础。后来的其他核模型，如集体模型，相互作用玻色子模型等等，都是在壳层模型的基础上发展起来的。她因此而获得了1963年的诺贝尔物理学奖，成为继居里夫人之后第二位获得诺贝尔奖的女物理学家。

    费米是二十世纪最富有创造性的的伟大物理学家之一，他发现中子轰击原子核产生新的放射性元素和用慢中子实现核裂变，因而获1938年的诺贝尔物理奖。他的成就远不止这些。他首次提出弱相互作用的理论；主持建造了世界历史上第一个核反应堆，开创了人类利用原子能的新时代，等等。他的夫人是犹太人，为避免纳粹的迫害，只得举家逃亡美国。费米聪明绝顶，据说，在和人辩论时，不论当正方还是当反方，都能把对方驳倒，他的能言善辩和聪明机智是出了名的。费米在会议现场临时想出的一个建议，就使核结构的研究走出困境，可见和“高人”交流是多么的重要啊！

    40年代末，在美国哥伦比亚大学做实验研究工作的年青人伦华脱，注意到刚刚出现的很少几个新的原子核实验能谱，有类似于分子转动的特征，就提出一个新观点，认为有一部分原子核不是球形，而是像枣子一样的椭球形，能像分子一样迅速自转（又叫做自旋。在微观的量子世界里，球形的物体不可能有自转，和宏观世界的现象完全不同，虽然看起来似乎违背了人们的日常经验，难以理解，但这是量子理论得出的必然结论，并且被实验确凿无疑地证实了的）。在他隔壁办公室的丹麦年青人阿·玻尔也在那里做博士后，他听到这个新观点后，立即敏感到，这是一个重大的发现，受到华伦脱的启发，阿?玻尔提出一个新的模型：原子核像一个椭球形的小液滴。称为原子核的液滴模型。这个小液滴能够自己不停地旋转，可以解释很多壳层模型无法解释的实验现象。

    阿·玻尔后来又和莫特逊合作，发展成了非常优美的原子核的集体模型理论，成为以后长时间里原子核结构研究的一个热点，是原子核结构研究史上的一个新的里程碑。华伦脱、阿·玻尔和莫特逊三人因此而共同获得了1975年的诺贝尔物理奖。这样的例子还有不少，不一一列举了。华伦脱和阿·玻尔当时都是年青人，在物理界都是默默无闻的小字辈。阿·玻尔能能敏锐地看出华伦脱的新概念的重要价值，从而做出了重大的成就。和“高人”交流固然十分重要, 也不能小看无名小卒的思想闪光，说不定在小人物那里，就有等待人们去挖掘的特大金矿呢。

    阿·玻尔又叫做小玻尔，他的父亲老玻尔就是创立了对近代物理学产生巨大影响的哥本哈根学派的、大名鼎鼎的尼·玻尔。老玻尔由于创立著名的原子的玻尔模型而获得了1922年的诺贝尔物理奖。就在这一年，小波尔也出世了。老玻尔去世后，小玻尔子承父业，成了哥本哈根学派的掌门人。在30年代，老玻尔为了解释原子核的裂变现象，假想原子核象一个小小的液滴，重原子核的液滴一会儿缩短，一会儿伸长，不停地这样反复振动，最后伸得太长了，就会分裂为两个小液滴，这就是重原子核（如铀和钚等的原子核）分裂为两个较小的原子核的自发裂变过程。小玻尔的转动的液滴模型，就是他父亲的液滴模型的推广。集体模型是液滴模型的进一步发展。

    伦华脱提出原子核有转动现象的论文，1950年发表于“物理评论”上。伦华脱后来也没有再研究原子核，而是从事其他方面的物理实验研究工作。他的这篇论文，比起小玻尔和莫特逊的理论性极强而且数学推导十分严谨深刻的一系列漂亮的长篇大论来说，似乎很不显眼。可就是这样一篇论文，却给他带来诺贝尔奖的莫大荣誉。2002年，日本人田中耕一因发明了生物大分子结构分析法及其质谱分析法而获得诺贝尔化学奖。有的学者提出异议，认为德国有两位化学家的研究工作比田中的工作出色得多，获奖者应该是这两位化学家而不是田中。诺贝尔奖委员会说，最重要的是新思想，而不是谁做得更好，所以给田中颁奖是没有错的。可见最重要的是带头创新，论文出得多固然好，但论文的多寡不是最重要的，最重要的是创新，是质量。没有开头的创新思想，就不可能有后续的研究工作。所以，创新是第一位的。

    1985年底，我参加了美国的“东部物理学会议”。和通常的学术会议不同，这是一种综合性的学术会议，会议专门邀请一批著名的物理学家和数学家来介绍他们本人和这一领域的最新研究成果和最新动态。这种学术会议也和讲习班不同，不是带学员入门，也没有固定的专题，能够听到闻所未闻的最新的理论和实验结果，极富启发性。来听会议报告的人中，有年青的科学工作者，有高校教学人员，也有著名的科学家，他们都是来汲取新鲜营养的。在国内，还没有看到有类似的学术会议。这次会议的报告人中，有核物理学的权威、耶鲁大学教授雅克罗。雅克罗介绍相互作用玻色子模型的最新进展。有一位是研究加速器的权威，报告了他本人把李代数用于设计加速器的工作。李代数是一种抽象的近世代数，是在十九世纪后期由挪威数学家S·李在研究连续群时引进的。令人极感惊奇的是，好像这个数学理论，就是事先为量子力学准备似的，量子力学诞生后，在原子核、原子、分子和物质结构中有着广泛而重要的应用。由于数学家和理论物理学家的不断努力，现在已得到很大的发展，成为数学理论中的一个重要分支，广泛渗透到数学和物理的很多领域之中。

    李代数用在加速器的设计上，却是头一次听到，感觉十分新鲜，也十分佩服，有此同感的，不止我一个人。还有一位是数学家, 他介绍新近发展起来的“分形几何”。我们知道，欧几里得几何的维数是整数的。线是一维的，面是二维的，体是三维的，还有相对论的四维时空。这次却听到维数还可以是分数的，是整数维空间的推广，真是闻所未闻。分形几何能够较容易地描写不规则的曲线、表面和物体等，而这是通常描写圆、方和圆锥等整数维的欧几里得几何所难以做到的。报告人用幻灯放映出一幅美丽的画面，看起来上面有起伏不平的山峰和环形山，天际挂着一轮圆日。有几个人异口同声地脱口而出说：这是在月球上看日出的照片。谁知报告人却说这是用分形几何画出的分形地貌。分形几何的概念是在1973年由法国数学家曼德勃罗（B.B.Mandelbrot）首次提出来的。“分形” （Fractal）有不规则、破碎、分数等含义。分形几何是一种非欧几何，它能够描述欧几里得几何所无法描述的在自然界中普遍存在的不规则现象，所以曼德勃罗又称它为描述大自然的几何学。分形几何在理论上和在实用上都有重要价值，一问世就在很多学科得到迅速发展。在数学、天文、物理、气象、化学、生物、医学、地震、地质地理、经济等等各门学科以及在工、矿、农、艺术、音乐、计算机等等方面都得到广泛应用。例如，好来坞的科幻大片，就运用了分形图象来塑造出栩栩如生的虚幻人物和各种星球地貌等形状各异的物体；利用分形几何，可用于找矿；可分析心电图，揭示心脏跳动的规律，以研究防治心脏病；可研究中医的辩症施治、经络、脉象。等等。1988年出版的《中国大百科全书》数学卷中，没有一个条目介绍“分形”，可见当时我国对这一学科还缺乏了解。此后我国才有人在这方面系统地进行研究。分形的概念从问世到现在，只不过30年，就取得了广泛而丰硕的成果。

    前面说过，1959年年，著名的美国物理学家费曼首先提出纳米的新思想，他说：如果人類能夠在原子、分子的尺度上來加工材料、製備裝置, 我們將有許多激動人心的新發現。他又说：据我所知，通过人为方法，一个个原子地制造化合物并非不可能。他的这些话，被公认为是纳米技术思想的来源。80年代，纳米技术得到很大发展，经过短短的二十年，就迅速发展成极富生命力的前沿学科。费米的一句话，伦华脱的一个新想法，费曼的一个新概念，曼德勃罗的新几何概念，被有心人知道了，就能迅速发展出对科学产生重大影响的新理论、新学科。可见，如不随时和国际学术界进行交流，不随时跟踪世界学术的最前沿，就不能接触到最新的观点和理论，就不能很快跟上飞速发展的科学技术。

    文革期间，科技界基本中止了和国际的交流，知识分子成了“臭老九”，除了某些特殊部门（如两弹一星等军事科研部门）之外，科学研究差不多处于停顿状态。当时我无法搞理论物理的研究，理论研究被批判为理论严重脱离实际，理论研究工作是纸上谈兵，不能解决实际问题，没有用处，是资产阶级的东西，是修正主义路线，搞理论研究的人是修正主义的苗子，等等。一拿起书本，就有人指责我说：“你还想走白专道路吗？”看点书也会受到干涉。说这话的人，整天和一群人打扑克，常常通宵达旦地玩，乐此不疲。我看书不成，也只好随大流，打打扑克、下下棋，更不用说还受到了种种不公正的待遇了。我这个小助教，也被扣上“资产阶级反动学术权威”的帽子。直到文革后期，能够进行实用的产品研制了，我只得中途转行，搞半导体、集成电路和石英晶体振荡器的研制工作，还得过奖，并且开出了半导体、集成电路和电子仪器等课程，写出了讲义。文革结束后，才回到核理论的老本行。离开老本行足足不止十年的时间，正是出成果的黄金时期。文革时有这样一句豪言壮语：“西方资产阶级有的，东方无产阶级要有；西方资产阶级没有的，东方无产阶级也要有。”闭目塞听，光喊几句动听的口号，根本不可能解决问题。事实是，文革结束时，我国的科技水平和世界水平的差距比文革前更大了。文革期间，全国批判刘少奇的修正主义路线，说刘少奇奉行的是“洋奴哲学”，只晓得跟在洋人后面爬行。当时北大有一位年青教师说：“以前跟在洋人后面爬行时，还看得见洋人的屁股，现在连洋人的屁股也看不见了。”此话说得十分幽默，也切合当时的实际情况。当然，他也因此而惹来麻烦。说此话的人是我的低班同学，后来成为我国高温超导首席科学家的甘子钊院士。

    在美国的学术报告会上，经常可以看到年青人和权威人士激烈争论的场面。我所参加过的国外举行的国际会议，会议开始前，全体会议参加者集体拍照，留作纪念。拍照时，大家随便入场，或站或坐，有年青人坐在第一排中间的，有权威人士站在后面的，不分彼此，习以为常。坐在前排的年青人不会觉得不好意思，站在后面的权威也不会觉得有失尊严，体现了西方的平等观念。不像我国，非得像梁山泊英雄排座次那样，分出天罡地煞，一二三四，严格按照等级排序，不能僭越。

    在频繁的学术交流和浓郁的学术氛围下，在平等待人和自由讨论的学术风气下，在大家不断交流和合作下，必然会做出一批又一批的高水平的科研成果。也极有利于年青人的迅速成长，涌现出一批又一批的新生力量。在北京，我看到也有不少学术交流活动，但是，比起美国来说，差得远了。在湖大等其他地方上的大学，学术交流活动更少得多了。加之我国封建的官本位、讲名分、论资排辈等等不平等因素，很不利于百家争鸣和年青人的成长。

    他山之石，可以攻玉。国外的很多好做法，十分值得我们借鉴。