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标  题: 5.2 科学的发展
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Jan  2 18:39:57 2003) , 转信

 


科学的发展

　　　
——从古代中国到现在
作者：李政道

　　
　　李政道（1926——），美国华裔物理学家。生于上海。1946年移居美国，进入芝加
哥大学物理学研究院。1953年任哥伦比亚大学物理学副教授，1960年任物理学教授。195
6年与美国华裔物理学家杨振宁共同发现，在基本粒子的弱相互作用下宇称不是守恒的，
揭示了宇称守恒定律并不普遍适用。他们的重大发现，是具有卓越的开创性的成果，并
于1957年共获诺贝尔物理学奖。

　　整个科学的发展与全人类的文化是分不开的，在西方是如此，在中国也是如此。
　　可是科学的发展在西方与中国并不完全一样。在西方，尤其是如果把希腊文化也算
作西方文化的话，可以说，近代西方科学的发展和古希腊有更密切的联系。古希腊时也
和现代的想法基本相似，即觉得要了解宇宙的构造，就追问最后的元素是什么。大的物
质是由小的元素构造的，小的元素是由更小的粒子构造的，所以是从大到小，小到更小
。这个观念是古希腊时就有的（Atom就是希腊字），一直到近代。可是中华民族的文化
略有不同。我们是从开始就感觉到，微观的元素与宏观的天体是分不开的，所以中国人
从开始就把五行与天体联系起来。五行的一个很原始的看法，那就是金、木、水、火、
士。
　　可是在很早的时候，中国就有相当重要的科学观察结果，在全世界恐怕最早的即是
超新星的观察。全世界最早的有关新星的记录，是甲骨文，原件在台湾中央研究院。Nov
a这个名词是中国人定的，这是在公元前1300年，是全世界最早的记录。世界上最早最全
面的超新星记录，是在宋朝1054年发现的。
　　中国很早的时候就有科学的仪器。这是商朝的悬机，大概是玉做成的。把它的中间
架在一个架子上，当中一头对北极，而天是在转的，北极是不动的，因此这个星体正好
是北斗。张衡的浑天仪是自动的，它有水源来推动，用齿轮的方法，自己会动，整个是
自动的。第谷·布赖的观天仪器是1598年，张衡是125年，之间相差了1400多年。
　　可是紧跟着从明末清初开始，中国科学下降了。（李教授指着伽利略自己使用的164
2年时的望远镜图片）这个望远镜是在17世纪初，即明末清初时做成的。在西方，望远镜
是帮助文艺复兴的第一步，它是崭新的科学仪器。我们没有跟上这一步。第二步，西方
抓住了基础物理和应用物理的关系。在19世纪，经过法拉第的试验，麦克斯韦在1864年
创建了电磁理论概念，即把磁生电、电动生磁这两个现象完全用精密的麦克斯韦方程组
表示出来。此后很快就产生了19世纪末的发电机、电动马达，一直到20世纪的电报、电
视、雷达，所有的现代通讯设备都是从这两个东西里出来的，因为经过麦克斯韦电磁学
说，所有的总关键都抓住了。一切与电、磁有关的东西都是受麦克斯韦方程组规律控制
的。
　　从迈克尔逊和莫利的实验就产生了相对论，从普朗克的公式就产生了量子力学。到
了1925年，整个基础科学的了解被人们完全操纵住了，之间还有第二次世界大战，到了1
950年初，原子结构、分子物理、原子核能、半导体、超导体、计算机，这些20世纪的文
化都已产生了。
　　如果没有量子力学，没有相对论，就没有20世纪的文件。再过了20年，70年代末，8
0年代初，这些理论已达到顶点。回顾以上一段科学史，可知基础科学、应用科学与我们
的物质文化的关系是何等紧紧相扣、不可分割。我们现在正处在20世纪末，当我们面向2
1世纪时，不禁要问，什么是21世纪的科学文明呢？什么是现在面临的最重要的问题呢？
这是今天我要讲的主要问题。
　　中国从商朝到汉朝，科学文明一直是走在前列的，为什么到明末清初（17世纪）中
国的科学却落后了，文艺复兴完全在西方发展？道理之一是在物理上、在科学上。我们
觉得所有的物质的动因、它的原理是由一些根基本、很简单的理论操纵的，我们能找出
这些原理，就可以知道一切东西的原理，如19世纪的电磁理论和20世纪的相对论和量子
力学。18世纪很难了解19世纪的文化，在19世纪根本无法想象20世纪的文化。同样，我
们20世纪也很难猜测到21世纪的科学文化是什么。所以我提出，如何恢复中华民族在科
技界的地位。在19世纪前，无疑中国是处于领导地位，今天不是。这里的主题至少有两
个，第一个是要了解基础科学和应用科学的机制关系；第二个是当我们展望21世纪时，
我们必须要了解当代科学的大问题，了解了这些大问题，才有可能突破，其他问题才迎
刃而解。了解当代的大问题对于了解21世纪的科学发展无疑是有帮助的，当然，这只能
是猜测。
　　当代的科学大问题，可以与19世纪末相当的大问题。在宇宙学里有两个：一个是类
星体，一个是暗物质；粒子物质学里有两个：一个是对称破缺，一个是不可见夸克。若
能了解这些问题，将对21世纪的科学发展产生重大作用。
　　我先来解释宇宙学里的大问题。类星体是什么，新星忽然一下子亮度超过太阳1至10
万倍，超新星又比新星亮1至10万倍，寿命从几天到1至2年。类星体更厉害，其亮度是10
00个银河系的亮度总和，而每个银河系里有1000亿个太阳，每个太阳几乎可以生存100亿
年。那么，什么东西产生类星体能量？核能是普通的太阳能，它与核能之比相当与核与
油灯之比。我们尚不知道其能量来自何处。我们宇宙里至少有100万个类星体，其中仔细
研究了近1000个。我们宇宙间有一种我们尚不了解的发能方式，它远远超过核能，远远
不是我们所能想象的。
　　下面谈一下暗物质。所谓看得见的物质是指用光学、红外、放射等手段，即凡是用
仪器能推出有能量的物质。然而，我们发现，在银河系里，有个叫作星系群的圆球，里
面有20个像银河系那样的星体，通过研究整个星系群里每个星云的运动可以推出地心引
力，从地心引力里求出来，就发现在星系群里，有3/4的物质是我们看不见的，这就是暗
物质。暗物质有很高的能量产生，有相当的普遍性。但我们不知道其原因何在，来源如
何。以上两个就是当代天体研究上的大问题。
　　我们了解的理论，如量子色动力学、爱因斯坦的普遍相对论，所有这些理论有17个
参数，都是对称出来的，可是在我们的宇宙里，对称的量子数是不守恒的。其中第一个
重要发现就是宇称不守恒，现在还有不少东西不守恒。这就很奇怪，我们的很多理论是
根据对称产生的，可是为什么我们的世界又是不对称的，这是非常奇怪的。那么是否我
们相信对称就是错误的呢？不然，我们有很充分的实验证据表明，我们这个宇宙、我们
这个世界是不对称的，这两个是非常奇怪的现象。这表明现有的全部知识是很不全面的
，一定另外有一个力，这个力是推翻对称的。这个力是什么？我们不了解，它的存在我
们知道。现在我们认为，真空在里面起作用。真空与以太不同，它是洛伦兹不变的，可
它有很复杂的性质，真空很可能是可以变化，如果我们了解了不对称的来源，很可能我
们可以了解质量的来源，包括暗物质。
　　第二个谜即看不见的夸克。所有的强子、核子是由夸克来的，有强作用。所有的强
子都是由夸克构造的，但单独的夸克是看不见的，从来没有人看见过，这也是很稀奇的
。但若你据此说夸克观念是错误的，那就不然。我们有充分的实验证据表明夸克是存在
的。我们知道其质量不大，但就是看不见。所以，为什么一切强作用的物质是由夸克组
成，而为何夸克又看不见，这是当代的一个很大的奇怪的事情。
　　现在我们猜不到21世纪的文化是什么，就如同在19世纪我们猜不到20世纪的文化将
是怎样一样。同样，若我们真能激发真空的话，很可能我们对宇宙的了解要远远超过20
世纪。将来的历史会写上：是在我们这个时代，把微观的世界和宏观的世界用科学的方
法连结起来。
 




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