语文：教学设计示例（新人教版） 教学目标 1.初步了解自然科学领域的有关知识； 2.阅读四篇课文，培养学生筛选信息、勾玄提要的能力； 3.激发、培养学生对自然科学的兴趣。 教学建议 关于进行单元整体教学的建议 由于高三的课时紧张，所以宜于进行单元整体教学。 教师可选取一篇文章作为单元教学的切入点，通过对这一篇文章的指导让学生掌握阅读自然科学论文的基本方法，然后让学生自读其他几篇文章，并作阅读笔记。 关于每课教学重点的建议 本单元的教学重点宜放在对学生筛选信息、勾玄提要能力的培养上。 《数学与文化》重点可放在让学生总结数学文化的特点以及作者是如何来论述这些特点的。 《熵：一种新的世界观》的阐述既有概述，又有解说。可将重点放在总结概括作者论述的要点上。 《千篇一律与千变万化》可结合课后第二题来进行阅读训练。 《宇宙的未来》重点可放在让学生筛选重要语句、概括作者的主要观点上。 关于阅读与训练结合的教学建议 由于高考几乎每年都有一道自然科学类的文章阅读题，所以，在进行本单元教学时，教师可以将阅读与训练结合起来，训练的题目既可以是历年的高考试题，也可以是教师自己组织的训练题。重点是指导学生掌握阅读自然科学类文章的方法。 教学设计示例 教学目标 1.初步了解自然科学领域的有关知识； 2.阅读课文，培养学生筛选信息、勾玄提要的能力； 3.激发、培养学生对自然科学的兴趣。 教学重点 筛选信息，勾玄提要 教学过程 导入 自然科学是是基础科学，科学技术推动着我们社会不断向前发展，作为新世纪的学生，我们必须了解自然科学的有关知识，这一单元，我们就将阅读几篇自然科学的文章，在阅读的过程中，我们应该能够通过勾玄提要从中筛选出文章的主要信息，做好阅读笔记，只有这样，我们才能够掌握文章所要传达的信息，才能逐渐积累我们的科学素养，为以后的工作和学习打好基础。 第一课时《数学与文化》 一、简介数学与文化 简单介绍数学与文化的定义。 数学：数学是研究空间形式和数量关系的科学，是研究模式与秩序的一门学科。是人类文化的重要组成部分，构成了公民所必须具备的一种基本素质。 文化：文化是一个包括人在社会中所习得的知识、信仰、美术、道德、法律、风俗，以及任何其它的能力与习惯的整体。 二、阅读课文 学生默读课文，边阅读边将文章中的重点语段标注出来。 三、总结文章要点 师生共同总结： 1.数学文化的几个特点 2.数学与社会文化的关系 3.数学与其他学科的关系 4.数学中逻辑思维和感性思维的关系 四、总结扩展 快速阅读《论数学（节选）》或《关于数学和科学的随想》，结合自己学习数学的体会，谈谈对这一学科的认识。 第二课时《熵：一种新的世界观》 一、引入＂熵＂这一名词 熵 物理学上指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。 科学技术上泛指某些物质系统状态的一种量度，某些物质系统状态可能出现的程度。亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度。 二、阅读课文 三、总结文章要点 师生共同总结： 找出作者论述的要点，并作简要分析。 四、扩展延伸 熵在科学技术上泛指某些物质系统状态的一种量度，某些物质系统状态可能出现的程度。亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度。结合课文，谈谈你对这句话的理解。 第三课时 自读第三、四课，作阅读笔记，写出文章的内容提要。 第四课时 教师选取历年高考科技文阅读作为训练题目，指导学生进行阅读训练。 扩展资料 关于数学和科学的随想 乌拉姆 [乌拉姆（1909——），美国数学家。1945年，他同被誉为＂计算机之父＂的冯•诺依曼合作，首次引进随机遍历定理。1950年参加美国第一颗氢弹的计算工作。1967年任美国总统科学顾问委员会顾问，并当选为美国国家科学院和艺术研究院院士。他是美国导弹计划的发起人之一。] 究竟什么是数学？许多人给它下了定义，但没有人能真正成功，定义和它本身总是不尽相符。粗略地说，人们知道数学是用模型、关系和运算来处理数和图型的，在形式上它包括公理、证明、引理、定理这些步骤，从阿基米德时代起就没变过；还知道数学是用来构成一切理性思维的基础的。 有些人会说，是外部世界使我们的思维——即人脑的运转——形成现在称之为逻辑的东西；另一些人——哲学家和科学家都可能——说，逻辑思维（思维过程）？是头脑的内部功能＂独立＂于外界作用而进化发展的产物。显然，数学是有二重性的。它似乎是这样一种语言，既是描述外部世界用的，又或许更是分析我们自身的。人脑这个器官有百多亿根神经，神经之间的连通物更多，在进化过程中，它肯定是由于许多外界事变的影响才从原始的神经系统变化发展而来的。 数学是确实存在的，因为事实上存在着命题和定理。它们陈述起来是很简单的，但证明就需要好几页纸来说明。没有人知道为什么应该是这样。许多这样的命题的简明性既有美学上的价值又有哲学上的意义。 在数学的整个发展过程中，它的美学意义具有压倒一切的重要性。一个定理是否有用倒没多大关系，重要的是它是否漂亮。不是数学家的人，即使是其他科学家，也很少能充分理解数学的美学价值，但一个数学家在这方面就决不会是外行。但是，也要从另一角度看到数学的可称为非常乏味的一面，这包括必须精雕细镂，每一步骤都要搞到严格可靠。数学上不是粗笔勾勒就能完事的，所有细节都得及时交代清楚。 庞加勒说过：＂数学是一种无法用以表达不精确或含糊思想的语言。＂我记得他是许多年前在圣路易斯一次论述世界科学的讲话中说的。他还描述了自己说英语而不说法语时的异样感觉，以此为例来说明语言对思维的影响。 我比较赞同他的说法。众所周知法语有一种明晰性，而其他语言就没有，我觉得在进行数学和科学写作时这就会造成差别。思想会被不同的表达方式所驾驭。用法语时，概括性充斥了头脑，促使我趋于扼要和简明；用英语时感受到的是实用观念；德语则容易让人感到有些什么深意而其实并不见得有那么回事。 波兰语和俄语适合于一种思想的酝酿和发展，就像茶越来越浓那样。斯拉夫语容易引起忧郁、深情、豪放，更富于心理意味而不是哲学意味；但并不像德语那样朦胧或耽于词藻，词和音节重重叠叠，有时并没有多少关联的意思也被串到了一起。拉丁语又另有一功，它整齐有序，总是很清晰，词和词的分隔很清楚，不像德语中的词粘在一起，这二者的差别就好比煮得好的米饭和煮过头的米饭。 总的来说，我本人对各种语言的感觉如下：讲德语时讲的一切都显得太过分，用英语则相反，感到没能充分表达。只有说法语觉得恰到好处，还有波兰语也是这样，因为是我的母语，觉得很自然。 一些法国数学家写东西往往风格很流畅，不去过多地陈述那些具体的定理，这比起现在的研究论文和著作的那种每页上满是符号公式的文体要舒服得多。一看见行文很少而只有公式和符号，我就会厌烦。看着那么些东西但不明白主要想说明什么，真是太吃力了。我怀疑有多少数学家会真正去阅读和喜欢这样的东西。 诚然，重要的然而不太顺畅和不那么漂亮的定理是有的，例如某些与偏微分方程有关的工作往往形式上文体上不大＂优美＂，但它可能很有＂深度＂，很可能包含着有待从物理上阐释的重要结论。 那么在今天人们如何去作价值评判？ 从某种意义上说分析自己工作的动因和原由也是数学家的职责，但连他们都往往对自己不负责任，觉得自己的主要任务就是证明定理，至于对这些定理的重要性在哪里哪怕作一些简要说明也认为是不必要的。这样看来，要把美作为惟一的标准，不有点故弄玄虚吗？ 我相信未来几十年中对于美的程度甚至在形式层次上都会有更多的理解。当然那时候评价标准可能又会有所变化，会有一种不可分析的高层次上的超级美。迄今为止，想要极为精确地刻划出数学的美学标准而提出的定义都显得太狭隘短浅。美的标准必须与关于外部世界的其他学说或人脑的发展过程联系起来考虑，除非是纯粹惟美的、就音乐那样的领域来说的非常主观的东西。而且我相信就是音乐的本质也是可以分析的——当然仅仅是在某种程度上——至少从形式的标准来看，通过把类比的想法数学化就行。 一些多年没有解决的老问题正在处理。有些解决得很成功，另一些虽然解决了但可以说还留有非议。看来同样重要同样令人感兴趣的问题中这两种情况都有。但有一些甚至是著名的经典问题却是用相当特殊的方法解决的，以致这方面没有什么再可提可说的了。另一些不那么有名而得到直接解决的则引起了兴趣，那些方面成了热门，看来会开辟出新天地。 在出版物上，今天的数学家们几乎像被逼着似地要把他们获得结果的路子隐藏起来。死于21岁的年轻法国天才埃瓦利斯特•伽罗华在那场致命的决斗前，写的最后一封信里着重指出了实际的发现过程和最终见诸铅字的证明是多么不同。这是值得再三强调的很重要的一点。 总的和一般地来说，工作着的数学家们对于独特成就和新理论的价值方面的确都有上面所说的这种感觉。因此，即使还没有下定义，对于什么是数学给出的美感的确存在着某些客观的确定的东西，有时候它也是和数学在本身和其他科学分支中的有效性有关的。为什么数学对于描述物质世界那么有用，至少对我来说还是个哲学上的谜。尤金•魏格纳写过一篇极富魅力的文章谈论数学的这种＂不可思议＂的有效性，并以＂数学的超乎理性的有效性＂为题。 当然，数学是把所有理性思维形式化的一种很简明的方式。 由于做习题就像所有别的游戏一样能锻炼器官，所以数学在小学、中学和大学阶段都有明显的训练大脑的作用。我说不出今天数学家的头脑是否比希腊时代的更敏锐些，不过从长期的进化过程来看肯定是这样的。我深信数学可能具有伟大的发生学作用，它可能是人脑臻于完善的很少方法之一。如果确是如此，那么对人类来说，是作为一整个群体还是只有一些个人进入自身命运的一个新纪元就是最为重要的了。数学可能是一条在物质上——从解剖学的意义而言——开发脑中新的连通线路的途径。它有使思维敏捷的作用，尽管它的文献资料爆炸般地剧增有点让人受不了。 每个形式体系，每个规则系统里都有某种戏法。犹太教法典甚至希伯莱神秘教义的有些东西看起来对智力没有什么益处，它们是符合某种语法规则的烹饪配方法的庞大集子，有的或许还有点想象力，有的就玄妙莫测，反正是相当随心所欲的。但许多世纪以来，千万个学者对这些著作进行了钻研、记录、分析和归类，这些工作可能就锻炼了人们的记忆力和推理能力。正像磨刀石可以磨刀一样，大脑可以在思考对象之钝物上磨砺得敏锐起来，各种方式的勤奋思索都有它的价值。 数学上有许多命题，就像那个叫做＂费马大定理＂的，似乎很特殊，与数论的主体无关。它们陈述起来很简单，却使得那些最了不起的天才想要证明它们的全部努力都付诸东流。这些命题激发了青年人才（包括我本人）去思考更为一般的问题。就费马问题来说，由于它本身的专门和自成一脉，在数学发展最近三个世纪里已经导致了数学思想上颇有生命力的新概念的创立。尤其是代数结构中的所谓理想理论。数学史上有一系列这样的创造。 可以创造一般的空间概念。它无疑是我们感觉到的物质空间的抽象，但既不完全受其规律支配，也非惟一地为其映象；它可以推广到n大于三的n维甚至直到无限多维空间；它至少作为一种语言在描述物理自身的基础上极为有效——这些都是人脑的能力所创造的奇迹吗？还是物质现实的本性所展现的呢？无限有着不同的等级和种类这一点究竟是发明还是＂发现＂，这对于敏感善思的头脑不仅有哲学上的影响而且不止于此，还有显著的心理学影响。 说到数学当然还有其他科学——特别是物理——的奇异的魅力和神秘的吸引力，不妨注意一下经常发生的一种现象，即下象棋的水平不高的棋手甚至普通新手走出了很有深度的妙局。我经常注意不熟练的或棋艺平常的初学者。在约莫15步以后看他们的盘面就常常会发现双方都有许多妙着可走，这大概总是出于偶然而不是事先构想好的。我就奇怪，撇开那甚至尚未看出这些妙着的幼稚棋手不谈，从这盘棋本身来说是怎么一步步走到这样极富艺术性和耐人寻味的局面的。我不知道＂走＂的游戏里是否也会有类似的情况。虽然由于对这种绝妙的游戏的门道我本人知之不多而无法判断，但我很想知道，一个内行面对游戏的一个局面是否就说得出这是偶然造成的还是那巧妙游戏的正常的合乎逻辑的发展。 在科学上，特别是数学上，某些算法似乎有类似的奇妙而有趣的现象。它们自身似乎有逐步展开的能力，就像求解问题的过程和观点的逐步发展形成，开始看来只是为特定目的而设计的工具会有一些预想不到、出乎意外的新用途。 顺便说起，我想起一个我不知道如何解答的小小哲学难题：假定有一种单人或两人玩的纸牌游戏过程中，玩牌者可以作弊一到二次。例如在坎菲尔德纸牌游戏里，如果有一次而且仅有一次，将牌面改换一二张牌，游戏或者说对策并没有被破坏。它还是一场数学意义上严格、完整的纸牌对策，不过是另一种纸牌对策而已，只是内容变得更丰富一点、更一般化。但要是取一个数学系统，一个公理系统并允许加入一二条错误的命题，结果马上就会是胡说八道，因为只要有一条假命题，就会要什么结果就推得出什么结果。这两者的区别在哪里？也许在于事实上只有游戏可以允许某一类的举动，而数学上一旦引入一条错误命题就会马上得出＂零等于一＂这样的命题。因此必定有方法可以把数学对策加以推广，使得可以犯一些错误但不会得出绝对的胡说，而只是得到一个更广的系统。 霍金斯和我考虑过如下的有关问题，这是由＂20个问题＂变化来的一个对策：一个人想好一个1和100（这个数正好是小于22的） 之间的数，另一个人可以问最多20个问题，对每个问题第一个人只回答是或不是。很明显可以这样来猜到那个想好的数，即先问：这个数是在100的前一半里吗？然后下个问题再用＂一半＂来缩小数的范围，这样问下去，最后在10^2（100）次之内就能猜到这个数。现在假定答者可以说一到二次谎， 这样要问几次才能得到正确答案？显然需要问n次以上才能在2n个数里猜中一个，因为不知道什么时候说谎。这个问题没有得到一般的解决。 数学观念和灵感有二个主要的来源——一方面，由外部现实即物质世界的影响而引起；另一方面，由人的生理或许基本上是脑的生理发展过程而引起。从一个不太明显和比较特殊的意义上说，这一点在今天和不久以后的计算机运用上已经和将会继续得到反映，有一个同态象。 即使最唯心的认为数学纯粹是人心的创造的观点也须得符合这样的事实：即几何定义和公理——实际上大多数数学概念都是如此——的选择是由外界刺激和对在＂外部世界＂里进行的观察实验的内省，通过我们的意识获得的印象的结果。例如，概率论就是由有关机会的游戏中的一些问题发展而来的。今天，有许多计算机是专为解决特定数学问题而设计的，靠它们就有希望大为广泛地进行思想实验，将经验理想化，并概括出更为抽象的思维模式。 几年前在普林斯顿，庆祝冯•诺伊曼计算机建成25周年大会上，我在讲话时忽然心血来潮，默默地估算起每年数学杂志上有多少定理发表（指那些标明为＂定理＂的、发表在公认的数学杂志上的命题）。我很快地心算着，连自己也奇怪竟能在谈着完全不相干的事的同时，算出每年约有十万个定理。我马上转过话题，把这说了出来，听众不禁倒吸了一口冷气。读者可能会感兴趣的是，听众中有两个青年数学家第二天跑来跟我说，由于被这极大的数字所震动，他们在院图书馆作了一次系统详细的调查，将杂志种数乘以一年的期数，再乘上每期的页数和平均每页上的定理数，估计下来一年有近二十万条定理。这样一个巨大的数字无疑值得好好思考。人们如果承认数学的意义应该比游戏和智力测验大些，那么这就是一件令人担忧的事情了。危险显然在于数学本身将遭到割裂，分成互不相关的不同科学或许多联系松散的独立学科。我本人希望不要发生这种情况，因为如果定理多到让人无法概观，那么谁能来判断什么是＂重要＂的呢？这也是个保存资料、存储和检索科学成果的问题。而这现在成了个首要问题，没有人机对话，就无法找出最需要的东西。 要始终跟得上当代的成果，即使仅仅是那些突出的引人注意的成果，实际上也是不可能的。那种认为数学将作为一门统一的科学存在下去的观点与此怎么一致得起来呢？正像一个人不可能见过所有的美女或所有优美的艺术作品而最后只娶了一个美人一样，可以说在数学上一个人是和他自己的小领域结婚的。正因为这样，数学研究的价值评判越来越困难，我们大多数人基本上成了技术师。年轻科学家所研究的数学客体的种类正指数倍地增长，也许，人们不应该把这种现象称之为对思维的亵渎，不过它到有点像大自然造就了无数种不同的昆虫那样，使得世界丰富多彩。但是，多少总让人感到，这同我们对于科学的本质观念，即要去理解、缩写、概括、尤其是发展关于理智和自然现象的记号系统这一点有点背道而驰。 在科学发展上，只有那些出乎意料的东西、真正的新思想新概念对于年轻心灵的震动，才会不可逆转地铸就一个人才。直到成年或老年，甚至已不大敏感或精疲力竭时，那意外的东西造成的好奇还会引起新的兴奋。用爱因斯坦的话说：＂我们能体验到的最美的东西就是那神妙莫测的，这是所有真正的艺术和科学的源泉。＂ 数学产生出概念，它们将自己独立地生存发展。数学就这样创造了新思维对象——可以叫做超现实。它们一旦诞生，就不再是哪个个人所能控制的，只有一类头脑，既永恒交替的数学家群体才能驾驭它们。 数学上的天才和智者很难定量地确定。我似乎觉得从碌碌之辈直到高斯、彭加勒和希尔伯特那样最高层次的人的过渡是几乎连续的。很大程度上不仅仅取决于脑。肯定有我所称的＂内分泌因素＂（由于找不到更合适的词）或品格特征：坚韧性、体魄，工作的意愿，有些人叫做＂激情＂的东西。这些在很大程度上取决于多半是儿童或少年时代造成的习惯，这里早期的偶然影响起很大作用。毫无疑问，那称为想象力和直觉的特质基本上由脑的生理结构特性决定，但通过经验导致一定的思考习惯和思考过程的方向后，脑的生理结构也是可以得到部分改善的。 是否愿意投身于未知和不熟悉的问题是因人而异的。数学家有截然不同的类型——一类喜欢进击现有的问题或者在现成的基础上进行再建，另一类喜欢摸索新模式新路子。第一种人可能占大多数，约在80％以上。年轻人想要成名就往往去攻一个前人已搞过但未解决的问题，这样，要是他运气好并且能力也行，那就会像个运动员那样打破纪录，跳得比哪个前人都高。虽然通常有较大价值的是形成新的概念，但年轻人即使懂得其重要性和美学价值也往往不愿作此努力，因为不知道这新思想会不会被赏识。 我是那种不愿作改进和雕凿而喜欢开创新东西的。开创的基始越简单越＂低＂我越喜欢。我不记得用过什么复杂的定理去证明更复杂的定理（当然，这都是相对而言的，＂太阳底下没有新东西＂——一切都可以溯源至阿基米德甚至更早）。 我还相信一生中改换工作领域能够恢复活力。在一个小领域或狭范围的问题上搞得太久就会固步自封，阻碍获得新观点，使人变得迂腐。不幸的是，这种不利于数学创造性的情况并不少。 除了其壮观的前景、美学价值和对新现实的想象力以外，数学还有一种不太明显或者说不太有益的特性即能使人上瘾。这或许类似一些化学麻醉品的作用。哪怕最小的游戏题，一下子就看得出是肤浅或老一套的，也会有这种诱惑力，只要开始去解它就会被吸引住。我记得《数学月刊》有一次偶然刊登了一位法国几何学家送去的，关于在平面上排列圆、直线和三角形的极平常的问题，正像德国人所说的是＂次要的＂。不过一旦开始去想怎么解法，这些图形就可能吸引住你，即使你始终明白答案是不会导致什么令人激动或较有普遍性的问题的。这很可以同我提到过的费马定理的情况对照一下，费马定理是导致创造了大批代数新概念的。二者的区别或许在于一般问题经过一定程度的努力后总是能解决的，而费马问题却仍未解决，一直保持着诱惑力。不过这两种类型的数学好奇心都能让数学爱好者上瘾，因为想当数学家的人有分别感兴趣于普通枝节和最有感染的问题的。 在科学家工作习惯的其他方面，变化是比较慢的。今天科学象牙塔里的生活方式的特点是科学会议更多，参与政府工作更多。 不过像写信这样既简单又要紧的事情上也有很大变化。这在过去往往是一种艺术，不仅仅属于文学界的艺术。数学家写起信来是很长的，他们用普通手写体详细地交流数学思想，也谈私人琐事。而今由于秘书代劳的便利，反倒使那种私人间的交流成了难事，并且由于专业细节难于口授，一般说来科学家尤其是数学家之间通信少了。我保存着所有相识的科学家来过的信，前后时间跨度40多年，从这些信里可以看出一个逐渐发生，并在战后加速了的变化过程，即从长的、私人交往式的、手写的信件日益变为公务式的、枯燥乏味的、打字的条子了。在我近年的通信往来中，只有两个人写信还是用普通手写体：乔治•加莫夫和保罗•厄多斯。 诺贝尔奖获得者物理学家杨振宁讲过一个故事，说明了现在数学家和物理学家在认知方面的关系： 一群人一天晚上来到某城，因为有衣服要洗，就上街去找洗衣店，找到一个橱窗里有＂此处接收需洗衣物＂招牌的地方，其中一个人就问：＂把我们的衣服给你们行吗？＂店主说：＂不，我们这里不洗衣服。＂客人说：＂怎么，你橱窗里的招牌上不是写着吗？＂回答是：＂这里是造招牌的。＂这就有点像数学家的情形，数学家是制作招牌或者说记号的，并且希望自己制作的记号能适合一切可能发生的情况。不过，物理学家也创立过许多数学思想。 在社会科学方面，据我这样一个外行看来，目前还没有什么称得上理论或深刻的学识的东西，这也许是因为我无知。不过我总有这样的一种感觉，即只要注意表面，或者看看比方说《纽约时报》，就能在经济学上像大专家一样有眼光有学问了。因为我认为除了一些人人都能懂的常识，目前那些专家没半点办法能创造出较大的经济或社会—政治奇迹。 如果有朝一日发现宇宙中——可能在远离太阳系千万光年以外——存在其他智能生物，那这一进展的影响将是我们所无法估量的，我认为它将比任何现在的宗教信仰都要大得多。完全有可能突然发现并破译了很久以前发出的电磁波。如有迹象或证据表明确有不可能与之进行双向通讯的那种东西存在，那对人类将有极大的影响。这可能很快就会发生，它或者会引起极大恐慌，或者相反，造成新的信仰。 我们都读到过关于飞碟和其他不明飞行物的情况。 在爱德华•u•康登指导下对这个问题作了彻底的研究。很容易证明了大多数情况要么是视觉上的幻象，要么是正常的大气现象。 但还有一些是确有根据的令人大惑不解的ufo现象。例如威尔逊山的天文学家曾在散步时看见一个很奇怪的流星状物，待回到天文台时又发现放射量达到峰值。也有一些飞行物，由飞机上的仪器和雷达同时示踪，也没有得到解释。 费米曾经问道：＂众生何在？其他生命的踪迹何在？＂ 就我所见，未来10到XX年内将比任何别的因素更能改变世界的生活方式的是新的生物学。有些初看起来相当普通的发现已经对世界的组成发生了甚至比世界大战更大的影响了：比如新的药品，像青霉素和避孕药就从两个相反的方面改变了人口平衡。 我最近在一星期之内就听说了两项癌症研究上的重要成果，这足以说明生物科学进展速度之快。一项是密执安的一位科学家在人乳腺癌细胞里发现了一种病毒。另一项是在波尔德实际完成的实验，那里有一台极好的电子显微镜，用它搞成了一种惊人的新技术。基思•彼特和他的同事们培养出了能取出细胞核的细胞，这些细胞核并未损伤，可以移植到其他已去核的细胞里，所以这实际上是细胞间核的交换。例如可以把一个癌细胞的核取出并放入正常细胞里，于是这新的细胞会变得正常起来。这是非常了不起的成就，它说明有些指令可能不是像通常所认为的来自细胞核，而是来自细胞质。 将来，影响地球上人类生活面貌和生活方式的，主要是食物生产和更换的新途径，它将比任何现在词义上的政治—社会—经济进展的影响都大得多。所有这些可能都是很显然的，但有时候很明显的事情，在实现以前还是有必要再三强调。世界将大为改观。 加莫夫的兴趣，冯•诺伊曼的远见，巴拿赫和费米的工作，与其他人的才华一起，都为扩展今日科学范围、大大拓宽物理和数学的前景作出了贡献。各门科学这样偶然和侥幸的融合产生了那么多新面貌新成就，这真是奇迹啊！ 论数学（节选） 冯•纽曼 在我看来，刻划数学特点的最有力的事实，是它和自然科学的特有联系。或者更一般的说，它和任何一类比处于纯粹描述水准要高级一些的、能对经验作出解释的科学的特有联系。 大多数数学家和非数学家都将会同意，数学不是一门经验科学，或者至少可以说它不是以某种来自经验科学技术的方法实现的，但是它的发展和自然科学却紧密相联。它的一个主要分支几何学，实际上起源于自然科学、经验科学。某些现代科学中最大的灵感（我认为是最大的）清楚地来源于自然科学，数学方法渗透和支配着自然科学的许多＂理论＂分支。在现代经验科学中，能否接受数学方法和与数学相近的物理方法，已愈来愈成为该学科成功与否的主要标准。确实，整个自然科学一系列不可分割的相继现象的链，都被打上数学的标志，几乎和科学进步的理念是一致的，这也变得 越来越明显了。生物学变得更受到化学和物理渗透，这些化学是实验和理论的物理，而物理是形式甚为数学化的理论物理。 无可否认，在人们能想象的那部分纯粹数学中，某些最激动人心的灵感来自自然科学，我将提及两个最值得纪念的事实。 第一个例子是几何学。几何学是古代数学中的一个主要部分，现在仍是现代数学中的一部分。无庸置疑，它的古代起源是经验的。欧氏的公理化处理是几何学脱离经验向前跨出的一大步标志，但它全然不能简单地被看成是决定性的、绝对的、最终的一步。欧氏的公理化在某些方面并不能满足现代绝对的公理化对严格性的要求。当然这并不是主要的方面。 尽管自欧几里得以来，几何学与经验脱离方面已经逐步地取得了进展，但是哪怕在今天，它也决没有变得十分完备。非欧几何学的讨论提供了这方面的一个好的说明。它也对数学思想的矛盾状态提供了一种说明，尽管这种讨论大部分发生在高度抽象的水平上，它所处理的欧氏＂第五公理＂是否为其它公设的推论的纯粹逻辑问题；形式上的论战由克莱因的纯粹数学的典范作品所总结。他证明了一个欧氏平面，可以通过形式地重新定义某些概念而成为非欧平面。这里从开始到结束，都还是由经验促进的。 第二个例子是微积分，或者说是由它生成的数学分析。微积分是近代数学的最早的成果，对它的重要性，作任何估价都很难认为是过高的。尽管我认为它的确比现代数学发端中的任何其它事物具有更多的歧义性，但是数学分析的系统，它的逻辑展开仍然是精确思维方面最大的技术上的进步。 微积分的起源显然是经验的，开普勒尝试着做的最早的积分，被称为＂dolicho-metry＂---小桶的量度---即量度由曲面包围起来的物体的容积。这是非公理化、经验的几何学，而不是欧几里得以后的那种几何学，开普勒是完全知道这些的。牛顿和 莱布尼茨的那些主要成果和主要发现确实起源于物理学。牛顿发明的＂流数＂运算，本质是为了力学。事实上，这两门学科，微积分和力学，是由它们或多或少地结合在一起而得到发展的。微积分的最初的一些陈述，数学上甚至可以是不严格的。一个不精确的半物理的陈述，是牛顿以后一百五十多年来仅有的一种可供使用的陈述！没有数学家想排斥它。那个时期确实也产生了第一流的数学。即使在本质上是由cauchy重建的严格性盛行之后，一种特殊的半物理方法在黎曼那里仍然得到了复萌。黎曼的科学的个性本身就是一个数学的两重性的光辉榜样。自weierstrass以来，分析数学似乎变得完全抽象、严格和非经验了，其实这也不少绝对真实的。在最近两代人中发生的有关数学和逻辑的＂基础＂的争论，驱散了许多关于这方面的错误的幻想。 这为我们带来了第三个例子，这个例子更多地是论述数学与哲学或认识的关系，而不是数学和自然科学的关系，它用一种引人注目的方式说明＂绝对的＂数学严格性的概念并不是不可改变的。严格性概念的可变性表明：在数学抽象之外的某些事物，作为补偿不足必须进入数学。在分析关于＂基础＂的争论时有两件事是清楚的：第一，已经引入某些非数学事物，这是本质的，不管它与经验科学或者哲学或者两者任何联系，它的非经验的特点，仅当人们假设哲学能够独立于经验而存在时才能使人注意。第二，不管关于＂基础＂的争论可能作出的最好解释，数学的经验来源是受到我们较早提到的例子（几何学和微积分）的强有力地支持的。 我希望上述的三个例子已足以说明许多最好的灵感来自于经验。很难相信，存在着与人类所有经验相联的绝对的、不可动摇的数学严格性的概念。 对任何数学家来说，很难相信数学是一门纯粹经验科学，或者说，所有数学概念都来源于经验主体。现代数学中有各式各样重要部分，它的经验来源是不可追溯的。 或者说，如果可以追溯的话，也是如此间接，显然地自它割断它的经验根源之后，就面目全非了。在有些数学领域中，数学家的主观上的成功标准和作用价值，是自身相容、符合美学和脱离（或几乎脱离）经验。在集合论中，这更为明显。对于实变函数论和实点集论也是如此。然而可能在十年之后，有的可能在一个世纪之后，却变得对物理学十分有用。 数学概念来源于经验，尽管有时系谱是长远的曲折的，这种说法是一个适当的对真理的逼近。真理太复杂了，以致能容纳任何事物，而不是逼近。但是一旦它们被设想出来后，这个主题开始按它自己特有的活力生长，并且在几乎完全按美学动机给出的创造物方面；它将比任何事物，特别是经验科学来得好。但是，我相信还有问题需要进一步强调，因为一门设想学科远离它的经验来源，或者说，如果仅是间接地来自＂现实性＂，是由现实激励生成的第二或第三代学科的话，这是一个最大的危险。它将变得愈来愈美学化，愈来愈艺术化。如果这个领域是由相关联的仍然与经验紧密相联的学科围绕着的话，或者说，如果这些学科处于受到特殊的、训练有素的人的影响之下的话，这不是坏事。但也有一种重大的危险，学科只沿着远离根源的流一直持续展开下去，并且分割成多种没有意义的分支，学科将变成一种繁烦的资料堆积。换言之，远离经验根源，一门数学学科将有退化的危险。 在任何事件中，不管它已达到什么样的阶段，对我来说仅有的补救是回复到源泉去：把它或多或少地重新对应到经验概念中去。我相信，这些要求过去是保持学科的生机勃勃和有效性的必要条件，今后，它同样将仍然是正确的。 科学家的创造性 汤川秀树 [汤川秀树（1907——1981），日本物理学家。生于东京。1938年获大阪帝国大学理学博士学位。1939年任京都大学教授。1948年至1953年在美国任教。日本帝国科学院和美国国家科学院院士，日本物理学会和美国物理学会会员。主要从事基本粒子和力场研究。 发现新的基本粒子＂介子＂。还于1936年发现＂k俘获＂现象。由于这些贡献，于1949年被授予诺贝尔物理学奖。著有《量子力学入门》等多种。] 像我们这些从事科学研究和教育的人，每年总想做点独创性的工作。不但我们自己，而且还希望青年人都能发挥具有独创性的创造精神。怎样才能达到这个目的呢？这是我经常考虑的一个问题。然而，科学家要想发挥独创性，干点出色的工作，确实是一件相当困难的事情。在长期研究生活中，能够做到这点的人也是屈指可数的，机会也是难得的。同样都认为是在发挥创造性，但其大小程度实际上也是不同的。假若能发挥一点点创造性，那么也算是取得了一些成绩；如果稍微大一点，一生一次……当然，这一次也是难得的。若能做出两次，也已经是相当了不起了。但一次也无建树，莫如说是常见的。 如果说运气好，一次就成功了，或者说特别走运，两次都成功了，即使这样的话，那么，在那些其他漫长的岁月里，到底干了些什么呢？用功了？玩了？还是休息了？……不管是怎样度过的，但在这段时间里并没有发挥什么创造性。不仅搞学术是这样，就是从事艺术或技术工作的，不管想怎样拼命地干，想发挥独创性，但顺利地发挥出来也是少有的。这样说是否就意味着其余的时间就完全是虚度了呢？当然不是那个意思。5次，10次，即使都失败了，也决不能泄气，失败100次还是要继续干，只能在那种反复失败的过程里寻求某些成功的机会。 是否可以这样说，一个研究人员的经历，一般也是30到40年，在这30到40年里，能有一次或二次成功就是很不错的。即使一次也未见效，只要努力，也一定会从中得到教益。不能说没有成功就丝毫没有意义。关于这类问题，我想只限于就与自己专业有关的科学家的创造性讲些个人的看法。 坚持己见是个必要条件 像方才所说的那样，所谓研究工作，只要自己有能力，即使已经发现有失败的可能时，也应该继续下去。有时虽也认为停止研究工作就好了，但又舍不得放弃，自己觉得还是应该干下去。幸运的是，对于我们这样在大学里工作的人有个退休的规定。如京都大学，曾把退休年龄规定为60岁，战后改为63岁。究竟是60岁合适还是63岁合适，其说法也因人而异。不管怎样，反正有个退休问题，所以总想一定努力坚持到退休。如以失败告终的话，那也只好死心塌地！虽然这样想，但是不死心的人们仍然认为，即使不在大学，只要自己努力干，还是有希望的。 若从我们学者的经历来考虑，在这个问题上我是很主观的。主要原因是从事学术工作本身就需要坚持己见，也就是依靠＂己见＂来干工作。恐怕从事学术工作的人们一定都是怀有这种＂己见＂的。但是＂己见＂强烈到什么程度？坚持到什么程度？这是因人而异的。但决不能说因为坚持己见就能作出贡献。不管怎样坚持己见仍旧未能作出贡献的人也的确是有的。如果用数学上常用的话来说，就是要使某一个问题成立，应该有必要的充分的条件。我认为，坚持己见确实是必要的条件，但它也确实不是充分的条件。 为什么持有＂己见＂？这个问题不大容易说清楚。如果进一步考虑的话，我认为这和人本身存在的非常深刻的内部矛盾有着密切的关系。世界上有普通的人，有杰出的人，也有无所作为的人、古怪的人或超群的人等等，他们也具有各式各样的类型。 大体划分的话，一类圣者，也就是像所谓圣人那样的人，这已经是属于＂大彻大悟＂的类型了。我自己远未达到这种程度，所以对圣者或圣人的情况不太了解。但我认为这种类型的人是没有己见的。他们在过去可能有，但后来克服了。 与此相对应的另一种类型——天才，或者虽未达到天才水平，但却已具有相当优秀才能而勤奋从事自己工作的人。这类人或许有那样的觉悟也未必可知，但仍然还是带有一些＂己见＂的。用一点不大好听的话来说，也就是＂固执己见＂吧。人，过于出类拔萃的话，我看就不能从事学术或艺术工作了。和圣者、圣人不同类型的天才或接近天才的人，自己头脑里总是残存着深刻的矛盾。对某一种观点持有己见时，对相反的观点也并不容易从自己的头脑中清除出去。不是这样吧？也许不是这样？换个别的办法是否会好一些呢？科学家就是这样在相信与怀疑之中日夜不倦地工作着。 当然不能一概而论，我们从事的理论物理、基础物理研究工作就属此类。某位科学家坚信某一学说，看来好像百分之百的相信，但料想不到的是，自己头脑里也在考虑着相反的观点。这样的事也不少吧！善于工作的人就是这样。也正因为这样，才有惊人的力量。自己完全觉悟了的话，就不必再写论文了。写论文这件事，好像为的是给别人看的，其实首先是读给自己听的。 天才和怪人 不管怎样，只要内心有了那样的矛盾，就会以某种形式表现出来。表现形式可能有各种各样，尤其叫人看着有点奇怪时，那就成为圣人了。能够做出点奇事情的人，才被认为是天才。但是天才和怪人并不完全一致，虽然是天才，但有时可能干出怪人的行为来。但干出怪人的行为，并不一定是天才。人们的性格是很奇怪的，总是喜欢说别人如何非凡如何出奇，所以很愿意把怪人说成是天才，不像怪人的人，说成天才总觉得不够意思。对于自己熟悉的人，能够进行正确的评价，也不致于评价过高。若是遇到不熟悉的人时，稍微有点古怪就认为杰出人才也未可知。相反，没有古怪脾气的就不认为是天才。实际上是容易产生这种判断的。但是，独创性真正发挥出来没有？莫如说是自己的灵魂深处还隐藏着内部矛盾，并且很激烈，这就涉及到怎么解决的问题。我认为这里有两种情况：一是在其外部表现为怪人时；二是外部没有表现出来，从外部看来没有什么出奇的。 不管哪种情况，所谓矛盾和固执己见，两者具有密切联系。但究竟是包含着矛盾，还是在一个问题上坚持己见？简单讲，坚持己见也有各种不同的情况。如有非常远大的理想，尽管是不容易达到的，也许是十分遥远的，但想要完成这样任务的人，他的工作视野和规模就会逐渐扩大，取得巨大工作成果的可能性就会随之而来。与此相反，一生之中，始终庸庸碌碌的可能性会是很大的，我认为这是一个根本点。 记忆力、理解力、演绎逻辑能力 所谓创造性，是一时很难说清楚的问题。从表面看，它也是有着重要的历史或社会意义的。若不从问题的性质上，不深入到内部或不从内部来观察的话，我认为那是难以抓住其本质的。 前面曾说过坚持己见和自己头脑里有矛盾的重要性。当然，只有这些还是不够的。一提到创造能力，就容易联想到一种好像与其相反的能力，如记忆力等。实际上，记忆力非常好，在学校学习时成绩优秀的人，出了校门之后，一向无所建树，就是成为专家也未能搞出什么独创成果的也大有人在。另外还有一个所谓理解能力的问题。理解事物的能力很强，但自己提不出独创性观点，这种类型的人也是司空见惯的。但是，记忆力和理解力是发挥创造性的必要基础，这是人所共知的。 所谓理解力，说来简单，但是其中包含着各种因素。如合理的思考能力就可以认为是其中的一种。如果把它想得更狭窄一些，就成为逻辑的，特别是演绎逻辑的思考力了。从某一前提出发，经过理论上的推导则可得出结论。也就是因为这样而得出这个结论。这样反复推论下去，就能成为发挥创造性的基础，或者作为工具，这些都是十分重要的。但只有这些还是不够的。如果只说演绎逻辑能力的话，恐怕电子计算机更为优越，速度也更快，在操作中劳累、搞错或者中断等现象都是很少出现的。现在的电子计算机也有记忆能力，但跟人相比时，在记忆数量这一点上，计算机还是远远落后的。不管怎样说，计算机是具有记忆力和逻辑思考力的，但是我们不能说计算机有创造力。若是那样的话，除此之外，人还有什么能力呢？ 类推 人的各种智能，都是大脑活动的结果。任何人都在某种程度上具有这种能力，但跟创造性工作有着最密切联系的是类推的作用。关于类推的作用很早以前就曾有过论述，各位听了我的说明以后，就比较容易理解了。 我们想使别人理解一个难懂的问题时，常用的办法是列举众人皆知的事例进行比喻。因为跟已知的事物相类比，即使是很难理解的问题也好像容易使人接受，这就会使说者和听者双方都能明白。但关键是要找到跟疑难问题相似而易懂的事例。某人若能用易懂而相似的事例，使任何人都认为难懂的问题得到解决的话，就可以说是开始发挥了真正的创造性。实际上，在古代的哲学书籍中，例如在希腊和中国的古书中，有很多＂例如＂的字样。古代的思想家，实际上用这种所谓＂例如＂的办法，不只向人们传授了很难懂的思想方法，而且恐怕他们之中自己依靠这种类推而达到独创性思想水平的人也是很多的。 即使是现在，如果能正确地运用这种＂例如＂，也会使人感到满意和高兴。为了使别人承认＂确实是这样＂时，＂例如＂是起着巨大作用的。如果在事后能够细致地思考一下的话，确实是被那种＂例如＂所吸引，自己也深感找到了意料不到的结论。当自己考虑什么新的问题或想弄清什么疑难问题的时候，＂类推＂在今天也还是相当起作用的。 关于创造性这个问题涉及到各个方面。正好我是研究理论物理的，所以只讲跟我有着密切联系的方面。从现今开始，正在进入比过去的机器文明更为高度发展的世界，在这个世界里，创造性就不那么重要了吧？大家可能都在同样地考虑着这个问题。持有这样消极悲观看法的，我想可能大有人在。但是机器文明越是向前高度地发展，在那个世界里，人类得怎样才能更进一步地发挥创造性呢？这是每个人都必须要加以认真考虑的问题。笛卡儿已经在3XX年前就研究过自我培养理智的问题了。处在现代的我们，不但不能自我培养，而且由于客观上的原因，成年累月到处奔波，连这样的事情都不太知道的话，那不是将要处于十分狼狈落后的状态吗？为了摆脱那样的处境，请回忆一下笛卡儿，研究他的一些观点，我认为是有帮助的。 好奇心是科学研究的原动力 ——丁肇中教授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XX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 如何寻找宇宙中最基本的粒子呢？现在我用四个故事向大家介绍一下，这些故事是我在过去的三十年里所亲身经历的。 第一个故事是测量电子的半径。现代电磁学的理论认为电子的半径为零。在1964年的时候，美国的麻省理工学院和哈佛大学制造了一个当时最大的加速器，这个加速器周长为1000英尺。当电子在加速器中旋转时就产生光子，光子具有60亿的光子能量，因为光子能量很高，所以可打入电子。当时来自哈佛大学和康乃尔大学的世界上很有名的专家，在这个加速器里做一个很重要的实验，实验结果同时证明量子电动力学是错误的，电子是有半径的。这是一个非常重要的实验。1966年，我在德国用不同的方法重新做了这个实验，结果发现电子的半径确实小到不可测量，电子是没有半径的，这是实验的结果和理论的预测等于1，等于1即是说电子的半径等于零，也就是说以前许多专家所做的实验结果是错误的。所以我第一个体会是不要盲从专家的结论。 第二个故事是关于新粒子加速的发现。到了七十年代，所有已经知道的基本粒子都可归结为由三种夸克组成，所有的现象都可以用三种夸克来解释。我就问为什么宇宙中只有三种夸克？为了寻找新粒子，我决定建造一个高灵敏度的探测器。当时我决定将新夸克和旧夸克的灵敏度达到一百亿分之一。何为一百亿分之一呢？上海下雨的时候，大概每秒钟有一百亿个雨滴，其中有一个是蓝的，要把它找到。但这个实验不受物理界的欢迎。第一，当时的所有物理现象都可以用三种夸克来解释，所以人们不需要第四种夸克；第二，没有人相信这种困难的实验可以做成。因此这个实验几乎被天下所有的加速器拒绝了。后来，终于在美国的布尔凯文国家实验室用ajs做了这个实验。我们发现了一种很新的粒子，完全想像不到的一种粒子。这是正电子负电子质量到达3.1的时候，突然就产生一个很高的峰，根据以前所有的理论，这个峰是不应该存在的，找到这种j粒子以后，很快和这种j粒子同样一种加速的粒子就存在了。这是j粒子，j粒子有一个加速，这个加速和正负电子加速的性质是一样的。所以当我们完成了布尔凯文（地名）国家实验室的实验以后，我们发现了一种全新的夸克，这种夸克有很特别的性质，第一它们质量比其它所有粒子重三倍；第二，它的寿命比其它所有粒子长1000倍，这意味着什么呢？大家都知道，所有的人在世界上活到100岁左右，但你突然发现一个村子里的人能活到10000岁，这就表示这些人可能有很特别的性质，这种长的寿命可能由新的夸克组成。所以，以前的人认为只有三种夸克的看法是错误的，当然，有了这第四种夸克，你就可以问有没有第五种、第六种——至今为止，已发现了六种。因此我的第二个体会是永远要对自己有信心，做你自己以为正确的事，别人反对是别人的事。 第三个故事是关于1979年胶子的发现。大家都知道在原子里有电子和原子核，电子和原子核之间的力由光子传送。在质子里有不同的夸克，夸克之间的力在理论上来说是由胶子传送。那时我们正在德国用正电子负电子对撞接力做一个量子电动力学的实验，在做这个实验的时候，突然想到假设用正电子负电子对撞这种理论是对的话，则可以产生夸克、反夸克和胶子，这样的话就会出现三个喷柱的现象。果然当正负电子对撞的时候，当胶子能量很小的时候，只有两个峰；当胶子的能量增大的时候，就会出现三个喷柱现象。三个喷柱现象的存在就表示胶子是存在的。当年，美国物理学会对这个事例作了详细介绍。虽然最初这套实验仪器并非为这个实验而设计的，但却获得了意外的结果。所以第三个体会就是对意料之外的事情要有充分的准备。 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•狄拉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，狄拉克问－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。因为原子和反原子有相反的电荷，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XX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XX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。除了这以外，更重要的是发现两种中微子，时间繁衍的破坏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si－partical和第三种氢子。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切面的增加。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。) 偶然性宇宙 诺伯特•维纳 [诺伯特•维纳（1894——1964），美国数学家。生于哥伦比亚城。哈佛大学哲学博士。长期任马萨诸塞理工学院教授。早期研究概率论和函数论。在第二次世界大战期间，将随机过程理论用于火炮的自动控制系统。1948年前后与人合作，提出了控制论，对现代科学有重要的影响。因此被人称为＂控制论之父＂。著有《控制论》等书。1933年当选为美国科学院院士，1934年任美国数学学会副会长。] 20世纪的开始不仅标志着新旧世纪的更替。从基本上平静的19世纪到我们刚经历过的半个世纪的战争，是一个政治变动；但早在这种变动之前，人们的思想观点已经发生了真正的变化。这首先反映在科学方面。那些影响科学的因素，很可能还同时引起了19世纪文艺与20世纪文艺之间显著的脱节。 从17世纪末到19世纪末，牛顿物理学一直独霸天下，几乎无人反对。它把宇宙描写成一切都是按照某种定律精确地发生的，宇宙是一个结构严密的组织，未来的一切都是由过去的一切严格决定的。这种描述，从实验上永远是既无法全部肯定，也无法全部否定的。在很大程度上这是对世界的一种看法，它补充了实验的不足，但从某些方面来看，却比实验所能证实的任何东西部更为普遍。用我们的不完备的实验永远也不可能证实这些或那些物理定律是否正确到最后一位小数。可是牛顿的学说却不得不认为物理学是受这些定律支配的。现在这种观点已经不再在物理学中占统治地位了。为摧毁这种观点的垄断地位而作出最大贡献的，是德国的波尔茨曼和美国的吉布斯。 这两位物理学家彻底应用一种令人鼓舞的新思想，把统计学引进物理学。这可能并不新鲜，因为麦克斯韦等人已经考虑过，由大量粒子所组成的世界只能用统计方法来处理。但波尔茨曼和吉布斯的贡献在于把统计学更彻底地引入物理学，使统计方法不仅对极其复杂的系统有效，而且对于像力场中的单个粒子这样的简单系统也有效。 统计学是研究分布现象的科学，这些现代科学家所考虑的并不是关于大量相同粒子的分布，而是研究那种可以作为一个物理系统初始状态的各种不同位置和速度的分布。换句话说，在牛顿的体系中，同一个物理定律可以应用于具有不同初始位置和初始动量的各种系统。新统计学家赋与这种观点以新的解释。他们仍然承认按系统的总能量来区分不同系统的原则，但是他们否定了有相同的总动量的各个系统可以无限明确地加以区分，并且永远可以用固定不变的因果律进行描述的假定。 实际上，牛顿的著作中也隐含着重要的统计思想，虽然在牛顿生活的18世纪没有人注意到这一点。任何物理学测量都不是完全精确的，所以在考虑机器或其他动力学系统的时候，我们应当期望的实际上并不是在给定完全精确（这永远也不可能办到）的初始位置和初始动量的条件下所得到的结果，而只是在这些初始状态以所能达到的精确度给出之后所得到的结果。这只是表明，我们并不完全知道初始状态，而只知道它们的某些分布。也就是说，实用物理学不能不考虑事件的不确定性和偶然性。吉布斯的功劳在于，他最早指出了研究这种偶然性的一种明确的科学方法。 研究科学史的人，如果只看一条发展线索，那是徒劳无益的。吉布斯的工作虽然想法很好，但做得很差。因此他所开创的工作还有待其他人来完成。他的研究是建立在这样的直观基础上的，即一般来说，如果有某一类物理系统能持续地保持它的特点不变，那么几乎在任何情况下，其中每一个物理系统最终都会重复实现这类物理系统在任意给定时刻所具有的分布。也就是说，在一定的场合下，经过足够长的时间，一个系统就会遍历能量与其相一致的位置和动量的所有分布。 但是，最后这个结论既是错误的，又是不可能的，除非是毫无意义的系统。不过支持吉布斯的假说，还有另一条途径。巴黎有人非常成功地开辟了这条途径，而那时吉布斯还在纽黑文进行研究， 这真是个历史的讽刺。直到1920年，巴黎和纽黑文两方面的工作才富有成果地结合起来；在帮助这种结合取得第一个成效的过程中，我也有幸地作出了我的一部分贡献。 吉布斯当时不得不研究测度论和概率论。虽然这些理论至少已有25年的历史，但完全不能满足他的需要。与此同时，巴黎的波雷尔和勒贝格正在研究积分理论，后来证明这种积分理论和吉布斯的想法是相符合的。波雷尔是一位已经在概率论方面负有盛名的数学家，并且在物理学方面有出色的理解力。他开创了测度理论的研究，但是没有达到完备的地步。这一地步是他的学生勒贝格——一个性格完全不同的人——完成的。勒贝格对物理学既无理解力，又无兴趣。可是勒贝格解决了波雷尔所提出的问题，他认为这个问题只不过是研究傅立叶级数和其他纯粹数学分支的一种工具。当他们二人都被提名为法国科学院院士候选人时，他们之间发生了争吵。经过多次互相辱骂之后，他们才一起获得了这一荣誉。波雷尔坚持认为，勒贝格和他自己的工作是物理学的重要工具，而我相信，是我在1920年第一个把勒贝格积分用到一个专门的物理学问题即布朗运动问题的。 这些都是在吉布斯死后很久发生的事情。20年来，他的工作一直是一个科学之谜，看上去似乎毫无用处，但实际上却是可行的。很多人的直觉远远超越了他们的时代，在数学物理方面也确实如此。当吉布斯把概率引进物理学的时候，他所需要的概率理论还远未出现。不过，尽管有这种种不足的情况，我还是认为，应当把20世纪物理学的第一次大革命首先归功于吉布斯，而不是归功于爱因斯坦、海森堡或普朗克。 这次革命的结果，使得今天的物理学已不再处理那些必然发生的事情，而是处理那些最可能发生的事情了。最初吉布斯本人的工作，是把偶然性观点叠加在牛顿体系上的，他只研究服从全部牛顿定律的那些系统的概率。吉布斯的理论实质上是新的，但其相应的一些考虑同牛顿却是一样的。在这以后，物理学中就破除了或者修改了牛顿体系的严格基础，而吉布斯的偶然性就极其明显地成了物理学的全部基础。诚然，不少著作中还在继续进行这场争论，爱因斯坦和德•布罗意（在某些方面）仍然坚持，一个严格的决定论世界要比一个偶然性的世界更能被人们接受，但是这些大科学家在同占压倒优势的年轻一代的斗争中只能勉强守住阵脚了。 发生了一个有趣的变化：从总体来看，在概率性的世界中，我们处理的不再是涉及一个特定的真实宇宙的数量和陈述，取而代之的是提出一些问题，这些问题在大量相似的宇宙中可以找到答案。因此，偶然性就不仅成为物理学的数学工具被接受下来，而且成了物理学的一个不可分割的组成部分。 承认世界上存在着非完全的决定论的因素，存在着几乎是不合乎理性的因素，这在一定程度上是与弗洛伊德承认在人的行为与思维中存在着隐藏得很深的不合乎理性的成份相类似的。在现在这个政治和智力都充满混乱的世界上，人们很自然地会将吉布斯、弗洛伊德和现代概率论的创始人列为代表相同倾向的同一类人物。但我不能坚持这种说法。弗洛伊德的思想方法虽是直观的，但又有点推理性，这与吉布斯——勒贝格的思想方法差别太大了。然而，在承认偶然性是宇宙本身结构的基本要素这一点上，这些学者彼此是差不多的，而且也与圣•奥古斯丁的传统很相近，我们把这种随机因素，把这种组织上的不完善性称之为恶，也不算夸大其词；这是圣•奥古斯丁表征＂不完善性＂的消极的恶，而不是摩尼教教徒所说的积极的和存心不良的恶。 本书是从吉布斯观点在应用科学中所引起的实质性变化，以及由此而间接引起的我们对生活的看法的变化这两个方面来研究吉布斯观点对于现代生活的影响的。因此以下各章既包含有技术内容，也包含哲学内容，涉及到我们应该做些什么和应该如何反映我们面临的新世界等问题。 我再重复一遍，吉布斯的革新在于他研究的不是一个世界，而是对于外界的一些问题都可能作出答案的所有那些世界。他的中心思想是：对某些世界所提问题的解答，在更多的世界中是可能的。此外，吉布斯还提出一个理论，他认为随着宇宙的衰老，这个可能性的概率也会自然增加。这个概率的度量就是熵，而熵的特性就是不断增加。 随着熵的增加，宇宙以及宇宙中的一切封闭系统就会自然地退化，失去可分辨性，从最小可能状态趋向最大可能状态，从存在着各种差异的各种形式的有区别、有组织状态，趋向于混沌的无差别状态。在吉布斯的宇宙中，秩序是最小可能的，而混乱是最大可能的。如果真的存在着整个宇宙的话，那末当宇宙在整体上趋于寂灭时，却存在着一些同宇宙的一般发展方向相反的局部小岛，在这些小岛上存在着组织性增加的有限度的暂时趋势。正是在这类小岛上，生命找到了安身之处。控制论这门新科学就是以这个观点为核心发展起来的。