Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (Robusting), 信区: Physics
标  题: 丁肇中:“好奇心是科学研究的原动力”
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Oct 16 19:29:21 2002) , 转信




丁肇中教授9月16日在上海交通大学的讲演(节选)
中国在世界科学和技术两个方面的发展中做出了重要贡献,这在古代论著上都有记载。
在科学方面,中国早期的科学成就,例如光与物质的相互作用、超新星的观测记录等,
为物理研究打下了基础;在技术方面,中国的贡献包括火药、指南针、造纸术和印刷术
等发明。这些都对人类历史的进程产生了重要影响。
    今天,我们正享受着由基础研究所带来的前所未有的技术成果,例如在通讯、计算
机、交通、医疗保健等诸多领域,大大提高和改善了我们的生活质量。这就是为什么要
支持基础研究工作的理由。
    基础研究应该得到有力的支持
    基础研究工作的原始动力是好奇心,而不是出自于经济利益的考虑。比如,20年来
与中国科学家合作寻找宇宙中的最基本的粒子。为寻找质量的来源,21世纪将建成能量
更高的加速器。在寻找由反物质粒子组成的宇宙(反宇宙及暗物质)而执行的AMS-01(
阿尔法磁谱仪)计划中,所用的永久磁铁是中国建造的。美国宇航局(NASA)计划于20
03年在国际空间站上安装科学搭载,AMS一02将采用超导磁铁,从而大大提高了在太空中
长时间采集更多数据的能力。这些基础的研究工作是出自于对自然界和宇宙的好奇心而
不停地探索,首先并不是出于经济利益的考虑。
    基础研究工作需要充分的自由空间以及社会给予的宽容态度。科学研究就是发现不
知道的东西。科学家的预言往往会出错。比如,1880年开尔文勋爵说:“X射线是一个骗
局”,而现在医学上普遍使用着X射线治病。1930年物理学家卢费福说:“用打碎原子的
标  题: 丁肇中:“好奇心是科学研究的原动力”
发信站: 南京大学小百合站 (Tue Oct 15 20:34:47 2002), 站内信件

丁肇中教授9月16日在上海交通大学的讲演(节选)
中国在世界科学和技术两个方面的发展中做出了重要贡献,这在古代论著上都有记载。
在科学方面,中国早期的科学成就,例如光与物质的相互作用、超新星的观测记录等,
为物理研究打下了基础;在技术方面,中国的贡献包括火药、指南针、造纸术和印刷术
等发明。这些都对人类历史的进程产生了重要影响。
    今天,我们正享受着由基础研究所带来的前所未有的技术成果,例如在通讯、计算
机、交通、医疗保健等诸多领域,大大提高和改善了我们的生活质量。这就是为什么要
支持基础研究工作的理由。
    基础研究应该得到有力的支持
    基础研究工作的原始动力是好奇心,而不是出自于经济利益的考虑。比如,20年来
与中国科学家合作寻找宇宙中的最基本的粒子。为寻找质量的来源,21世纪将建成能量
更高的加速器。在寻找由反物质粒子组成的宇宙(反宇宙及暗物质)而执行的AMS-01(
阿尔法磁谱仪)计划中,所用的永久磁铁是中国建造的。美国宇航局(NASA)计划于20
03年在国际空间站上安装科学搭载,AMS一02将采用超导磁铁,从而大大提高了在太空中
长时间采集更多数据的能力。这些基础的研究工作是出自于对自然界和宇宙的好奇心而
不停地探索,首先并不是出于经济利益的考虑。
    基础研究工作需要充分的自由空间以及社会给予的宽容态度。科学研究就是发现不
知道的东西。科学家的预言往往会出错。比如,1880年开尔文勋爵说:“X射线是一个骗
局”,而现在医学上普遍使用着X射线治病。1930年物理学家卢费福说:“用打碎原子的
办法产生能量是希望十分渺茫的事情,任何人期望从原子的嬗变获取能量是荒唐的臆想
”,结果此后十五年实现了原子弹爆炸。伟大的科学家也会犯错误。当人们深入到未知
的领域时就很难得出预言。研究如同进入一个黑房子去摸索,不知道会碰到什么东西,
所以也不要去责怪那些没有寻找到原来目标的研究项目。投资几十亿美元,结果没有搞
到最初的设想,社会对此要能给予宽容,理解他们的处境。基础研究工作不会总是一帆
风顺的,而错误是成功的一个组成部分。
    基础研究要有长期的展望,政府要给予稳定的支持。基础研究要不断拓宽、充实,
就如同给庄稼地施肥,肥施得好,庄稼就长得好。基础研究为新技术提供了原理,反过
来又拓宽了基础研究,它们的作用是相互的,不能对立起来。基础研究给我们的社会生
活带来了巨大的变化。例如,经典物理的成就带来了蒸汽机、照相机、电子工程、收音
机、电视、飞机等。原子物理和量子物理引发了新材料,而半导体和超导体的应用进一
步拓展出晶体管、霓虹灯、激光、计算机等。原子核物理产主的同位素技术,在医学和
核能方面得到了广泛应用。没有任何理由说基础研究不会继续扩大。从发现一个新现象
到市场化,历时大约需要20~40年,这对于政治家和实业家来说,确实是太长了些;但
是,基础研究的过程确实是漫长的。基础研究需要大量的资源(人力、物力、财力)和
长远的眼光,政府要给予稳定的支持。没有对基础研究和教育方面的投资,实用主义地
发展经济是不可能持久的。是支持所谓“无用的”基础研究,还是将资源集中于技术转
化和应用研究方面,从历史的观点看,后一种观点是目光短浅的,如果一个社会将自己
局限于技术转化,经过一段时间后,基础研究不能发现新的知识和新的现象,也就没有
什么可以转化的了。技术的发展是生根于基础研究之中的。基础研究应该得到有力的支
持,它是新技术和工业发展的原动力。
    寻找宇宙中的基本粒子
办法产生能量是希望十分渺茫的事情,任何人期望从原子的嬗变获取能量是荒唐的臆想
”,结果此后十五年实现了原子弹爆炸。伟大的科学家也会犯错误。当人们深入到未知
的领域时就很难得出预言。研究如同进入一个黑房子去摸索,不知道会碰到什么东西,
所以也不要去责怪那些没有寻找到原来目标的研究项目。投资几十亿美元,结果没有搞
到最初的设想,社会对此要能给予宽容,理解他们的处境。基础研究工作不会总是一帆
风顺的,而错误是成功的一个组成部分。
    基础研究要有长期的展望,政府要给予稳定的支持。基础研究要不断拓宽、充实,
就如同给庄稼地施肥,肥施得好,庄稼就长得好。基础研究为新技术提供了原理,反过
来又拓宽了基础研究,它们的作用是相互的,不能对立起来。基础研究给我们的社会生
活带来了巨大的变化。例如,经典物理的成就带来了蒸汽机、照相机、电子工程、收音
机、电视、飞机等。原子物理和量子物理引发了新材料,而半导体和超导体的应用进一
步拓展出晶体管、霓虹灯、激光、计算机等。原子核物理产主的同位素技术,在医学和
核能方面得到了广泛应用。没有任何理由说基础研究不会继续扩大。从发现一个新现象
到市场化,历时大约需要20~40年,这对于政治家和实业家来说,确实是太长了些;但
是,基础研究的过程确实是漫长的。基础研究需要大量的资源(人力、物力、财力)和
长远的眼光,政府要给予稳定的支持。没有对基础研究和教育方面的投资,实用主义地
发展经济是不可能持久的。是支持所谓“无用的”基础研究,还是将资源集中于技术转
化和应用研究方面,从历史的观点看,后一种观点是目光短浅的,如果一个社会将自己
局限于技术转化,经过一段时间后,基础研究不能发现新的知识和新的现象,也就没有
什么可以转化的了。技术的发展是生根于基础研究之中的。基础研究应该得到有力的支
持,它是新技术和工业发展的原动力。
    寻找宇宙中的基本粒子
    第四个故事就是寻找反物质的宇宙。这在国际空间站上叫做AMS。反物质的存在,是
由玻尔·迪莱克在理论上推导出的。他在1933年12月12日获得了诺贝尔奖。他注意到,
相对论的公式和量子电动力学的公式,质量都是乘平方的,也就是说等于m×m,也等于
-m×-m,迪莱克问-m是什么意思,从这儿就推导反物质的理论。这也表示拿诺贝尔奖
是很容易的。因为现在我们从实验上知道,所有的粒子有反粒子。我所要问的是另一个
问题,大家都知道,宇宙是大爆炸形成的,大爆炸的理论中,宇宙起源时的温度高,因
为大爆炸以前什么都没有,所以有一个电子则应该有一个反电子,有一个夸克也应该有
一个反夸克,所以在刚爆炸的时候,物质和反物质应该是一样多。问题是经过150亿年之
后由反物质组成的宇宙在什么地方。我们知道宇宙在有He、有Ti的太空中飘行,有没有
反物质所组成的宇宙也产生反He和反Ti。所以我们从实验上需要知道的是由反物质组成
的宇宙在何处。假设它存在的话,我们应该在太空中找到反He反Ti原子。反He、反Ti原
子不能在地面上找到,因为在穿过大气的时候,它们会被湮灭掉。因为原子内部的质子
和绕核高速旋转的电子具有相同的电荷数,但符号相反,故原子呈中性。当He原子在宇
宙空间穿越时与其它粒子发生多次碰撞,其外表的电子被剥离,仅剩裸原子核,带两个
质子和中子;如果存在反He原子,则其裸原子核带两个反质子和中子,电荷正好相反。
所以寻找反原子必须用磁铁来测量,在磁场上的轨道,正的向一个方向旋,负的向另一
个方向旋,这就是我现在所做的实验的目标,即AMS,它是空间站上唯一的物理实验。
    过去40年内,许多的实验用哈勃望远镜、用人造卫星测量光子,但在宇宙中除了光
子以外,还有带电的粒子。带电粒子因为有质量,所以在经过大气的时候很快就被消灭
掉了,故不能在地面上找到。因为带电,所以需要用磁铁分出正负,这是人类第一次测
量这些东西,所以觉得现在的结果很奇怪,可能过了三、五年之后,对这种现象了解以
后,就会觉得很自然了,这是我最简单的解释。美国宇航局决定在2003年5月将AMS实验
    第四个故事就是寻找反物质的宇宙。这在国际空间站上叫做AMS。反物质的存在,是
由玻尔·迪莱克在理论上推导出的。他在1933年12月12日获得了诺贝尔奖。他注意到,
相对论的公式和量子电动力学的公式,质量都是乘平方的,也就是说等于m×m,也等于
-m×-m,迪莱克问-m是什么意思,从这儿就推导反物质的理论。这也表示拿诺贝尔奖
是很容易的。因为现在我们从实验上知道,所有的粒子有反粒子。我所要问的是另一个
问题,大家都知道,宇宙是大爆炸形成的,大爆炸的理论中,宇宙起源时的温度高,因
为大爆炸以前什么都没有,所以有一个电子则应该有一个反电子,有一个夸克也应该有
一个反夸克,所以在刚爆炸的时候,物质和反物质应该是一样多。问题是经过150亿年之
后由反物质组成的宇宙在什么地方。我们知道宇宙在有He、有Ti的太空中飘行,有没有
反物质所组成的宇宙也产生反He和反Ti。所以我们从实验上需要知道的是由反物质组成
的宇宙在何处。假设它存在的话,我们应该在太空中找到反He反Ti原子。反He、反Ti原
子不能在地面上找到,因为在穿过大气的时候,它们会被湮灭掉。因为原子内部的质子
和绕核高速旋转的电子具有相同的电荷数,但符号相反,故原子呈中性。当He原子在宇
宙空间穿越时与其它粒子发生多次碰撞,其外表的电子被剥离,仅剩裸原子核,带两个
质子和中子;如果存在反He原子,则其裸原子核带两个反质子和中子,电荷正好相反。
所以寻找反原子必须用磁铁来测量,在磁场上的轨道,正的向一个方向旋,负的向另一
个方向旋,这就是我现在所做的实验的目标,即AMS,它是空间站上唯一的物理实验。
    过去40年内,许多的实验用哈勃望远镜、用人造卫星测量光子,但在宇宙中除了光
子以外,还有带电的粒子。带电粒子因为有质量,所以在经过大气的时候很快就被消灭
掉了,故不能在地面上找到。因为带电,所以需要用磁铁分出正负,这是人类第一次测
量这些东西,所以觉得现在的结果很奇怪,可能过了三、五年之后,对这种现象了解以
后,就会觉得很自然了,这是我最简单的解释。美国宇航局决定在2003年5月将AMS实验
作为在空间站上的第一个科学实验。原结构中用的中国制造的永久磁铁改为超导磁铁,
大幅度提高AMS控测力,从太空中长期产生更多的数据,超导磁铁用于太空中是高技术发
展的一个体现,不多久前还认为是不可能的。这是我们所制造的超导磁铁,在英国和瑞
士制造的,这是磁铁的线圈,带上2500升的液体的He,在空间站上做三年,这是整个探
测器,这儿有超导磁铁,这个仪器用于分辨电子和质子,这个仪器测量不同的粒子,这
个用于测量电子和光子。假使不出错误,到2003年的晚上,天晴的话,可以看到这个空
间站,因为它非常大,可以看到它像星星一样转,到那时你会记住上面有一个AMS的实验
。它要解决两个问题,一是宇宙如起源于大爆炸,一半的宇宙是正物质组成,另一半的
宇宙是反物质组成,那么反物质所组成的宇宙在什么地方;第二个问题是90%的宇宙是
观察不到的,它是由暗物质组成的,暗物质是什么?这些都是理论,到底会发现什么呢
?可以从下一个图里看出。现在向大家介绍一下在过去50年内加速器的发展。最早的加
速器是袁家骝教授所用的布尔凯文国家实验室的加速器,至今快50年了,原定的目标是
π质子相互作用,袁先生作了非常重要的贡献[Fermi National Accelerator Laborato
ry(FNAL)]。除了这以外,更重要的是发现两种中微子,时间反演的破坏j粒子,费尔美
国家实验室在芝加哥,原来是做中微子物理实验,发现的是第五种、第六种夸克。斯坦
福直线加速器原来是做电子质子弹性散射和量子电动力学,结果发现的是部分y 粒子和
t轻子。日内瓦的质子质子对撞机,原目标是找Z和W,结果发现是质子质子总截面,表征
粒子碰撞时相互作用几率的增加。[欧洲核子研究中心(CERN)的质子对撞机,目标是寻
找Z和W,并在1983年发现这两个粒子。1984年,Carlo Rubbia 和Simon Van Der Meer
因此而获诺贝尔物理学奖。]。所以要做加速器,先找理论物理学家帮你写一个目标。根
据过去50年的经验,原来的目标和实际发现完全是两回事情。因为这是最先进的科学,
是没有办法预见的。所以最后一个体会,就是要实现一个目标,最重要的要有好奇心。
作为在空间站上的第一个科学实验。原结构中用的中国制造的永久磁铁改为超导磁铁,
大幅度提高AMS控测力,从太空中长期产生更多的数据,超导磁铁用于太空中是高技术发
展的一个体现,不多久前还认为是不可能的。这是我们所制造的超导磁铁,在英国和瑞
士制造的,这是磁铁的线圈,带上2500升的液体的He,在空间站上做三年,这是整个探
测器,这儿有超导磁铁,这个仪器用于分辨电子和质子,这个仪器测量不同的粒子,这
个用于测量电子和光子。假使不出错误,到2003年的晚上,天晴的话,可以看到这个空
间站,因为它非常大,可以看到它像星星一样转,到那时你会记住上面有一个AMS的实验
。它要解决两个问题,一是宇宙如起源于大爆炸,一半的宇宙是正物质组成,另一半的
宇宙是反物质组成,那么反物质所组成的宇宙在什么地方;第二个问题是90%的宇宙是
观察不到的,它是由暗物质组成的,暗物质是什么?这些都是理论,到底会发现什么呢
?可以从下一个图里看出。现在向大家介绍一下在过去50年内加速器的发展。最早的加
速器是袁家骝教授所用的布尔凯文国家实验室的加速器,至今快50年了,原定的目标是
π质子相互作用,袁先生作了非常重要的贡献[Fermi National Accelerator Laborato
ry(FNAL)]。除了这以外,更重要的是发现两种中微子,时间反演的破坏j粒子,费尔美
国家实验室在芝加哥,原来是做中微子物理实验,发现的是第五种、第六种夸克。斯坦
福直线加速器原来是做电子质子弹性散射和量子电动力学,结果发现的是部分y 粒子和
t轻子。日内瓦的质子质子对撞机,原目标是找Z和W,结果发现是质子质子总截面,表征
粒子碰撞时相互作用几率的增加。[欧洲核子研究中心(CERN)的质子对撞机,目标是寻
找Z和W,并在1983年发现这两个粒子。1984年,Carlo Rubbia 和Simon Van Der Meer
因此而获诺贝尔物理学奖。]。所以要做加速器,先找理论物理学家帮你写一个目标。根
据过去50年的经验,原来的目标和实际发现完全是两回事情。因为这是最先进的科学,
是没有办法预见的。所以最后一个体会,就是要实现一个目标,最重要的要有好奇心。
对自己做的事情感兴趣,要勤奋地工作!
    丁肇中
    实验物理学家。1936年1月27日生于美国密歇根州安阿伯镇,祖籍山东日照。出生3
个月后随父母回中国,1956年入美国密歇根大学,1960年获硕士学位,1962年获物理学
博士学位。曾在瑞士欧洲核子中心工作一年。1964年起在美国哥伦比亚大学工作。1967
年起任麻省理工学院物理系教授。丁肇中是美国科学院院士,中国科学院外籍院士,研
究方向是高能实验粒子物理学。他领导的实验组先后在几个国际实验中心工作。1974年
,丁肇中实验组发现了一个质量约为质子质量3倍的长寿命中性粒子。丁肇中把这个新粒
子取名为J粒子。与此同时,美国人B·里希特也发现了这种粒子,并取名为ψ粒子。后
来人们就把这种粒子叫做J/ψ粒子。为此丁肇中和里希特共同获得1976年诺贝尔物理学
奖。丁肇中教授对中国的科学技术事业十分关心,1977年访华期间,向邓小平建议中国
科学院派遣物理学家参加他在德国汉堡进行的大型实验。此后先后有100多名我国物理学
家和研究生到他领导的实验组工作和学习,其中许多人现已成为我国高能物理实验的骨
干。
来源:《文汇报》




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