作者:杜祥琬 来源: 中国科学报 发布时间:2021-9-23
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杜祥琬 从三个故事看基础研究

 

持之以恒加强基础研究

9月18日,由中国科学报社、北京大学经济学院联合主办的第十三届创新中国论坛在北京举行。

本届论坛以“持之以恒加强基础研究”为主题,邀请科学家、经济学家、科技政策专家以及企业家等,从国家发展战略视角,围绕影响基础研究发展的各个方面展开深入讨论。

现将部分专家观点整理如下,以飨读者。

关于基础研究与应用研究,我的体会是,一个科学发现能够开辟一个颠覆性的应用研究领域,基础科学是应用研究的灵魂。在具体实践中,基础学科根基深厚的人才,往往能在应用研究中解决重大难点问题。我举几个例子。

在原子弹研究初期,苏联专家曾提供过一些技术数据。但是后来我国研究人员利用“九次计算”(一种解方程的模拟方法)得出的一个关键数据,却与苏联专家提供的技术指标不符合,引起争议。

1961年,理论物理和粒子物理学家周光召加入“九所”(原二机部第九研究所)。他从头至尾重算了一遍,开始怀疑:会不会专家给的数据错了?

这是一个大胆的怀疑。一个没有搞过原子弹的人,否定专家给的数据,谈何容易?

周光召发挥了他深厚的数理基础功底,他从能量利用率入手,利用“最大功原理”证明了“九次计算”结果的正确性和苏方数据的不可能。后来,使用研究人员计算的数据,我们掌握了原子弹研制的关键技术,问题也就迎刃而解了。

另外一个类似的案例,是核物理学家于敏“从物理概念发现一个晶体管坏了”,这个故事同样精彩。

在突破氢弹的过程中,研究人员用晶体管计算机对理论模型进行计算,每个时刻的计算结果都会打在一条纸带上,纸带上详细记录着该时刻的速度、加速度、压力、坐标等物理量。研究人员就在计算机前盯着纸带上密密麻麻的数字,观察物理量的变化。

有一天,于敏和我们正在看这些数据,突然于敏说:“这个量错了!”一般来说,计算机算出来的数据,是很难靠人脑算出来的。但于敏就发现了计算机算出的数据有问题——他看到某个物理量变化趋势的异常,他的物理学功底告诉他,这个数据不对。

大家开始排查,物理、数学、计算方面的专家齐动手,发现物理参数、方程没问题,计算编程、程序指令、程序逻辑也没错。但于敏坚持这其中一定有问题。

当时的晶体管计算机是由装满晶体管的大柜子组成的,它们一个个摆在大厅里。会不会是计算机出了问题?后来去请计算机专家检查。最后,还真就发现其中一个加法器的晶体管坏了。他们把坏掉的晶体管换下来,对那个物理量重新计算了一遍,才得出了正确的结果。

计算机专家们非常惊讶:“你们从物理量出发,能找出计算机硬件的一个错误,实在令人佩服。”而于敏之所以能够质疑计算机,就缘于其在理论物理学上打下的深厚基础。

下面讲一个与我自己有关的故事。在核能利用中,大家都认为“中子输运方程”一定是线性的。然而,在实际工程中,我们发现在聚变反应很剧烈的地方,可能会出现中子密度比核密度还要大的情况。在这种情况下,中子之间的碰撞就不能不考虑,而此时线性的中子输运方程就不足以描述这种情况了。

于是我们提出了“非线性中子输运方程”的概念,这在之前是从未有过的。1984年,我们把这一提法发表在《计算物理》杂志上,代表中国科学家率先在国际上提出了非线性中子输运方程及其解法。

从这样几个例子,我认识到基础科学跟应用科学之间的辩证关系,可分为两个方面:一是基础科学的革命性的突破能够引领创新的方向,能够开辟新的领域;二是应用研究提出的基础科学的问题,可以反哺和推动基础研究的发展。

(作者系中国工程院院士、中国工程院原副院长)

《中国科学报》 (2021-09-23 第5版 专题)
 
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