作者:高伯龙 来源:中国科学报 发布时间:2012-1-9 9:11:53
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高伯龙院士:对中国科技发展的思考和建议


 
■高伯龙
 
为使我国科学更健康地发展,在世界上作出真正的贡献,必须密切结合我国实际情况,创造性地进行科学研究。只有利用辩证唯物主义来指导总体方向与具体工作才能形成中国特色。
 
以辩证唯物主义为指导
 
辩证唯物主义是马克思主义的思想核心,其中,唯物论比辩证法更重要。笔者长期从事工程科研工作,在实践中深深感到用辩证唯物主义指导的重要性。不过,由于所从事的工程面专而窄,因此想改选一个更为大家所熟悉的题目——广义相对论和宇宙论,用它来阐明这方面的观点也许更为适合。
 
著名的宇宙大爆炸理论是天文学家和宇宙学家经过数十年艰苦工作和长期争论才形成并得到证实的。主要实验根据分为三个阶段:哈勃定理;伽莫夫核爆炸理论得到的氢氦比;宇宙背景辐射的发现。
 
这三个阶段跨越了几十年,证据充足,是近代天文学和宇宙论的重大成就。其中,最美妙的地方莫过于把宇宙论和现代基本粒子理论密切联系起来,构成了一个统一图像。
 
不过,令人费解的是,大爆炸的创始人之一,比利时宇宙学家勒梅特神父从哈勃定理倒推,认为大爆炸起源于一个点,时间、空间和全部物质从该点产生。为解释激化状态如何从一个点扩展开来,后来又诞生了各种理论,包括远大于光速的暴胀论,就更不可思议了。
 
从辩证唯物主义的观点来看,它们显然都是错误的,因为能量守恒和质量守恒定律是宇宙中的最基本定律,大爆炸只能使能量和质量改变形态,其数量在爆炸前后应相等,绝不可能从某个时刻开始无中生有。
 
因此,必然是宇宙的大量质量先由于引力等原因,向某个中心聚拢,待聚拢到一定程度,密度变得很大,相互碰撞剧烈,产生爆炸和核反应,但由于聚拢的趋势大于发散的趋势,爆炸后的物质并不能发散出去,源源而来的物质将它们压住,因而尽管该相对小的体积内爆炸愈来愈激烈,但仍然是一个收缩状态。最终,量变导致质变,待爆炸非常之剧烈,发散趋势胜过了聚拢趋势,这批物质从聚拢状态转为发散状态,于是我们的宇宙诞生了。
 
如此看来,大爆炸不是开始于一个点,而是开始于一个相对目前整个宇宙很小但实际仍然很大的体积。这个模型并不违反大爆炸理论的三大主要实验证据:首先,它显然符合哈勃定理;其次,它具有大爆炸后留存的宇宙背景辐射;至于伽莫夫理论预言并在天文上得到证实的氢氦比(它说服了大家承认仅有一次大的核爆炸),在本文提出的模型中也应成立,因为最后发生质变的强烈核爆炸只有一次。
 
现有的宇宙学还有一个为大家所忽视的缺陷。数据显示,我们宇宙的年龄(从大爆炸开始到现在)为140亿~150亿年,宇宙空间(有人称之为比我们宇宙更大的宇宙,即大宇宙Universe)的大小约为871亿光年。大爆炸所产生的我们的宇宙,大小约为150亿光年,现在太空望远镜所能探测到的距离也约为150亿光年,所以认为正好能够看到我们宇宙的边缘,还认为在边缘区所看到的就是大爆炸后最早形成的星系。
 
但是,细推之下,这些知识在逻辑上存在严重问题:第一,假如大爆炸是从一点或者相对小的体积开始,假设走得最快的星系向外膨胀的最快速度是光速的四分之一,则我们宇宙的半径不过是40亿光年左右,而不是150亿光年,那么太空望远镜在40亿光年之外所看到的是我们宇宙之外的星系,很可能是和我们宇宙类似,在大爆炸之时产生的其他宇宙(universes)。第二,假如认为向外膨胀的最快速度等于光速(只有静止质量等于零的粒子才有可能),这样我们宇宙的边缘才能在150亿光年,但150亿光年处边缘星系的光信号不能立即传到地球上来,要等到150亿光年之后才能传到,所以太空望远镜所看见的我们宇宙的星系最远不过75亿光年处,超出75亿光年的星系都不是我们宇宙中的星系。若认为膨胀速度可以远大于光速,就另当别论了。
 
所以,现在的宇宙学在逻辑上矛盾重重,应该破除对它的迷信,用辩证唯物主义重新考察宇宙学。
 
宇宙学的理论基础是广义相对论。对于广义相对论,不同的看法一直存在。爱因斯坦1955年去世后,长期跟随他的亲密学生及同事因菲尔德,坚持认为广义相对论是包含时间、空间及物质运动规律在内的宽广理论。而另一位权威人士,苏联的福克院士,则认为广义相对论只是广义引力场理论。现在的广义相对论学者大多追随和发展了因菲尔德的观点。
 
奇点理论是爱因斯坦以后的相对论(本文称之为后相对论)中重要的组成部分。辩证唯物论应该对后相对论重点考查,因为它的问题很多。后相对论中的奇点理论可能是过度迷恋数学化的结果,对它需要从奇点的定义开始进行考查。奇点本来是高密度、大尺寸的物质团所产生,非常鲜明而具体,若一定要给它下一个严格的数学定义也并非不可,但是后相对论对奇点的定义是否完全符合科学的抽象这一准则?恐怕未必。因为此定义以及据此证明的奇点理论,用于实践出现了许多难以理解的现象和结论,例如,大爆炸起源的点,被认为是相对论的诸多奇点之一,是时间的奇点等。
 
科学民主 百家争鸣
 
2011年诺贝尔物理学奖颁给了三位天文物理学家,奖励他们从超新星爆炸的特大红移效应中得出我们的宇宙在加速膨胀这一结论,并认为引起加速膨胀的机制是暗能量。
 
颁奖结果引起许多议论。首先,令人难以理解的是颁奖公告中把宇宙的膨胀和暗能量完全联系起来,似乎两者是一回事。不论从物理还是逻辑来看,都应该将加速膨胀和引起加速膨胀的机制分开。更难理解的是,占宇宙70%以上的、产生斥力的暗能量到底是什么?为什么在地球以及整个太阳系都没有它的踪迹,甚至整个宇宙空间至今也没有找到?
 
2011年诺贝尔物理学奖颁布后,物理学者梅晓春写了《2011年诺贝尔物理奖又授错了!》一文。列出五点反对宇宙加速膨胀的理由,其中最值得注意的一点是:宇宙学理论从超新星爆炸大红移推得宇宙加速膨胀这一结论,使用的弗里德曼方程中用了罗伯逊-沃克度规。
 
已有人证明,该度规得出的是牛顿-伽利略速度相加规则,而不是狭义相对论的速度相加规则。英国物理学家米恩1943年甚至从牛顿力学理论导出弗里德曼方程。可见,弗里德曼方程并不适用于光速量级的高能超新星爆炸。因而,宇宙加速膨胀的结论存在疑问。
 
即使宇宙加速膨胀的结论成立,其膨胀机制是否为暗能量仍需进行严格研究。至少已有若干其他机制,也能解释宇宙加速膨胀。例如,本文前面提到的勒梅特(与弗里德曼几乎同时研究宇宙方程),他指出爱因斯坦宇宙方程中的宇宙学常数若取小一些的值,不但破坏了宇宙的动态平衡,导致膨胀,而且愈膨胀愈快。
 
再如,本文作者于2008年12月发表在《中国科学报》的“对宇宙起源的一点看法”一文曾提出,我们宇宙中较远处的星系被某一遥远的中心吸引,向它聚拢,因而加速离开我们宇宙目前的中心。这样的模型也能解释我们的宇宙加速膨胀,同样不需要引入暗能量。该文还认为,不仅我们宇宙(universe)的星系,还有广大其他宇宙(universes)的边缘星系,也被该中心牵引,向它聚拢,聚拢到足够密集的程度后,该中心发生大爆炸,产生类似于我们宇宙的新宇宙,大宇宙中的小宇宙就是如此一个个生成。
 
2005年4月18日,《中国科学报》头版登载了世界物理年北京纪念大会的盛况,登载了李政道、杨振宁的文章。
 
两篇文章的观点截然不同:李文认为广义相对论更重要的作用是在21世纪,因为要弄清暗物质、暗能量的问题,还得靠爱因斯坦的理论来指导;杨文却认为物理学的基本规律在20世纪已全部被发现了,21世纪将是基本规律在各领域的应用。
 
去年,《中国科学报》登载了《我科学家挑战现代物理学“两朵乌云”》一文,报道了由中科院多个研究所、上海交通大学、中国原子能科学院等多家科研单位参与的国家“973”计划项目“暗物质、暗能量的理论研究及实验预研”的启动。
 
报道认为,19世纪末,经典物理学已经非常成熟,但是上空飘浮着“两朵乌云”:一是迈克尔逊-莫雷实验,一是黑体辐射实验。后来,它们却分别促使了相对论和量子论的发现,极大地推进了人类对物质世界的认识。和19世纪末相似,20世纪末的物理学上空也漂浮着“两朵乌云”,一是暗物质,一是暗能量,它们同样需要发展和建立新的理论,一旦取得突破,将带来一场重大的物理学和天文学革命。
 
杨振宁先生所指出的方向,实际上全国都在努力进行,包括我们现在所从事的工程项目,都是20世纪物理学成果的应用。李政道先生所指出的方向,有一批人取得国家的经费支持,也是件好事,体现了百家争鸣的精神,国内以中科院理论物理所等单位为主的主流理论物理学家是沿此方向前进的。
 
我们希望,国内的主要报纸和学术期刊对两种观点都能一视同仁,提供发表的机会,体现真正的科学民主。《中国科学报》在这方面做得比较好,在基本粒子和宇宙学方面既发表主流派的意见,也发表对主流派质疑甚至反对的意见。
 
发扬科学民主、提倡百家争鸣是科技发展的重要保障,只有这样,才能够保证科技朝着真正自由的方向发展,避免一家之言垄断,少走一些弯路。对报纸和期刊来说,不能仅仅因为观点不同就拒绝发表,但并不是说可以不顾质量。作者在相对论宇宙学方面旁观了几十年,感到反相对论人士中无知者居多,有些人连牛顿力学、电磁学、光学都没有搞清楚,逻辑上也存在很大问题,也有一些高学历、高职称甚至高头衔的人士混在其中,刊物若发表这类文章势必降低威信。
 
正确的科技导向
 
有了辩证唯物主义的理论指导、科学民主和百家争鸣的精神,还需有正确的科技导向。科技工作应该为社会主义经济建设、国防建设服务,加深人类对自然的认识,利用自然规律为人类造福作出贡献,以实践作为检验真理的唯一标准。各种形式主义和搞形象工程的导向都是错误的。
 
现在,学生的研究水平和学位论文都以发表文章的数量为标准,尤其重视刊物的名气。教师和科技人员每年的考核、晋级和职称,都要把发表论文的数量和刊物规格作为考察的硬性指标。
 
这样的导向在全国教师和科技人员中普遍滋长了浮躁的心态:难出文章的工作,哪怕再重要也少有人愿意做;明明是一篇文章的内容,却尽力要拆成几篇;同一篇文章稍作调整又再次投稿。
 
早几年,《中国科学报》曾组织过讨论,连续十几天,每天在固定版面刊登一篇院士、专家的讨论文章,经初步统计,反对现在这种以SCI论文作为科技导向的文章约占2/3,赞成的文章(包括有条件地赞成和完全赞成)约占1/3。
 
本文作者认为,反对者中以杨乐院士的意见最为全面,能够反映广大教师和科技人员的心声。杨乐是当时的中科院数学研究所所长,中科院第一个创新中心的主任,他认为在这种科技导向下,科技人员普遍存在浮躁心理,只愿意做短期易见成效的工作,搞短平快,很难出高水平的文章和成果。
 
杨乐也是第十届全国人大代表,在第十届全国人大首次会议召开前,记者曾对他进行采访,就此问题他再次作出系统的阐述。国内不断有许多有识之士先后就普遍滋长的浮躁心态问题表示忧虑。中科院计算机所所长李国杰院士曾把SCI戏称为“Stupid Chinese Idea”。最近,周光召院士在第四届周光召基金会“杰出青年基础科学奖”颁奖大会上讲话,告诫青年人不要有浮躁心理。
 
各种期刊发表论文,普遍要求参考文献需引用得够多、够新,有些期刊还要求引用该刊登载过的论文,并要求达到一定数量。据查,爱因斯坦在1905年(即如今的“物理年”)提出质能关系式的德文文章共3页,1篇参考文献,并且字体很大;沃森·克里克1953年提出DNA双螺旋结构的英文文章约1页,参考文献也寥寥无几。这两篇文章,分别被公认为物理学划时代的著作和开创分子生物学新时代的著作,若按照我国现在的期刊评审标准,这些文章毫无疑问要胎死腹中了。
 
还有,现在我们的科技往往跟随外国,文章中引用的参考文献,首先看国外的参考文献占多少。一个科研方向往往中国人说了不算,必须有外国人说了才算。一个成果如果不是跟着外国人干的,往往被否定。如果我们一直跟随外国人,又怎么能出原始创新呢?
 
陈嘉庚科学奖是由上世纪80年代陈嘉庚奖改组而来,由中国科学院负责,只授给有重大贡献的原始创新,数理、化学、地球学、生命学、信息技术科学、技术科学六大领域,每个领域每次最多1个奖项,宁缺毋滥。自2003年以来,共颁奖3次:2006年颁发4个奖,缺2个;2008年颁发3个奖,缺3个;2010年颁发5个奖,缺1个。六年中,一共颁奖12个,缺6个。这说明了我国重要原始创新的稀缺。
 
欲改变这种状态,需要有正确的科技导向。100多年的诺贝尔奖历史中,得奖2次者只有两人:一个是居里夫人,得物理奖、化学奖各1次;一个是巴丁,得了2次物理奖,分别在半导体领域和低温时的超流动性现象。巴丁从事这个工作时,真正有用的已发表文献很少,巴丁建议他的学生们不要花太多时间看文献,应该立足自己的工作。巴丁将自己的工作写成100多页的资料给学生阅读,起了重要的作用。后来,巴丁跟他的两位学生共同获得了低温超流的诺贝尔奖。巴丁的做法应该作为科技导向的重要启发。
 
当然,适当的学术交流、虚心学习国外先进知识和经验,是大有好处,且非常必要的,但必须以自己的工作为主。正确的科技导向对我国今后的科技发展将起到最为直接和极其重要的作用。
 
(作者系中国工程院院士、国防科学技术大学教授)
 
《中国科学报》 (2012-01-09 B1 思想周刊)
 
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