How scientists learn and do their work大学版资料

1曹则贤中国科学院物理研究所2012.11月初稿科学家是怎样学习和工作的？HowScientistsLearnandDoTheirWork2我为什么要谈大师？我们为什么要成为科学家？科学家是如何学习、工作的以及科学家的特质Descartes，Maxwell,GalileiYoung，Hamilton,PoincaréEinstein，Feynman，Dirac…结束语内容提要3颁奖的十月‘年年岁岁花相似，岁岁年年人不同’，但与中国无关！4获奖人国籍：Cine但是工作是在美国做的，且两人都归化为美国人。5中国科学家为什么连边都挨不上呢？俺们的后辈当科学家的盼头在哪里呢？6中国人为什么出不了学术大师？第一、中国人没有是非观！和稀泥；是非不分；颠倒黑白。设想情景：如果诺贝尔奖由中国人评选，会是什么样的人得奖？第二、中国人心胸狭窄，不容异己！百家争鸣成就了春秋战国时期中国文化繁荣；百花齐放在二十世纪是一个“钓饵”。中国的学术界如今依然是“没有学术批评”的净土。7第三、心灵不纯，动机不纯升官发财（科举）才是中国人读书的真正动力“学得文武艺，货与帝王家”“天子重英豪，文章教尔曹”Nash，Turing，Cantor这些近似疯子一样的人物，中国有吗？我们肯让他们活下去吗？明朝王守仁的‘怎样当圣贤’的纯粹还见得到吗？层次呀层次心智愉悦理解自然、造福人类获得诺贝尔奖获得诺贝尔奖金8第四、缺乏学术传统，未见过真学问92013.10.10日，论及《柳如是别传》同《DieWeltalsWilleundVorstellung》相比，简直不值得一提；13日晚辗转反侧，不知是否将它纳入讲座；14日晨见到李继宏先生《陈寅恪走上神坛之路》，内有“一个人生幸福、学问寻常的历史学者”的评价。诚哉斯言！-仔细想来，民国的学问家，除了钱钟书有《管锥编》《谈艺录》可资学问的凭证以外，其他大抵平平。不过，考虑到在民国时人们普遍是文盲，会背诵《百家姓》加上会说‘豪赌油肚’，就应该算是学贯中西了。大学里的普通教员被恭维为大师，也就不足为怪了。第四、缺乏学术传统，未见过真学问10Aussil’hommenepeutêtreheureuxparlascience,maisaujourd’huiilpeutbienmoinsencoreêtreheureuxsanselle.–PoincaréLavaleurdelaScience虽然人们并不是因为科学就幸福了，但是如今没有了科学人们可不怎么能幸福起来。为什么我们要成为科学家，哪怕是半吊子的科学家？因为我们生活在一个由科学技术支撑的高度发达的社会11AscientistalwaystriestoknowsomethingunknownSciretoknow对科学家无需强调创新。任何‘非新’的东西都不可以是科学家的成就。美国人造出了一千架先进的F22，我们也要造我们有点落后的J20.如果别的数学家证明了那个定理，你就不必再忙乎了，除非是用更聪明、更简洁、更富启发性的别的方法。这是科学和技术／工程的根本区别。求知欲学者：告诉我怎么回事！科学家：我来弄清楚是怎么回事！12RenéDescartes(笛卡尔）我思故我在13RenéDescartes(笛卡尔）我怎么给那个讨厌的苍蝇定位呢？（右4，上10）（左7，下4）几何和代数统一了解析几何14(x1,y1)(x2,y2)221212(xx)(yy)2ijiji,jdsgdxdxBernhardRiemann把思想往前挪一点点1522002tJamesClerkMaxwell（麦克斯韦）麦克斯韦方程组电磁有波！200c1/老天，电磁波是光！OMG，光怎么看都跑那么快！16Anequationofegg？JamesClerkMaxwell（麦克斯韦）画蛋？我又不是DaVinci17Theequationofegg!JamesClerkMaxwell（麦克斯韦）1212const.12a*const.,a118g/l时刻在观察世界在观察中思考19阿基米德高兴得忘乎所以，冲到街上大喊‘εὕρηκα!’,即‘我找出来啦’.什么时候都是思考、学习和研究的时候金王冠里掺银了吗？CrownofKingHieronofSyracuse20HOWLONGIStheCOASTofBritain?BenoitMANDELBROT，Science156，636-638(1967).Q:大不列颠的海岸线有多长？A：尺子越短，海岸线越长21什么时候都是思考、学习和研究的时候22Kepler：地砖不可以是五边形的吗？23Kitesanddarts，Nkites/Ndarts=1.618RogerPenrose：用两种地砖，铺出五次对称效果，可以吗？准晶晶体概念扩展了！24Ascientistsalwaysposesproblemtohimself会问问题甚至比回答问题还重要。一个问题问对了，答案也许就出现了！AskaquestionableQuestionGiveananswerableAnswer25学会说话和认字ThomasYoung:撰写大英百科全书《语言》词条，涉及语言～400种他(牛顿)是实验家、理论家和技工,同样也是毫不逊色的语言艺术家.—爱因斯坦1931年为牛顿Opticks序26大三的时候，他们就去挖ZeitschriftfuerPhysik,因此，当1929年Heisenberg和Dirac这两个量子力学创始人到达东京讲课的时候，他们竟然能听懂。他们走上了量子力学的道路，然后都获得了诺贝尔奖！学会说话和认字朝永振一郎汤川秀树27Ellipseindifferentdisguises12222byaxaycxycx2)()(2222aceeear/;cos1)1(2Atruephysicswillfinditspropermathematics!-caozexian2010其实，任何一个不懂数学的人，都算不上科学家－曹则贤20130924一个好的科学家应该是个说得过去的数学家！愿意学习数学用数学唱歌的人！28Physicallawsshouldhavemathematicalbeauty.-1955onablackboard,MoscowNovember13,1995-dayoftheinaugurationofacommemorativeplaqueforPaulDirac,closetotheoneforIsaacNewton,inWestminsterAbbeyinLondon.Godusedbeautifulmathematicsincreatingtheworld.Itismoreimportanttohavebeautyinone'sequationsthantohavethemfitexperiment.-Dirac1963.数学，还事关品位！29Mindisopen头脑是开放的Handisdexterous手是灵巧的30本特利在风箱照相机前加装了一个显微镜，因此才能第一次成功拍到精美的雪花照片。他在1931年出版了具有开创性的书《雪晶(SnowCrystals)》，记录了2500张美丽的带有花边设计的雪花图案。他说：“在显微镜下，我发现雪花美得惊人，如果这种美丽无法看到，不能与人分享，就太可惜了。每片晶体都是一个杰出的设计作品，而且没有一片是重复的。一旦雪花融化，这个设计也就永远消失了。”Recordingtheworld31FraunhoferLinesJosephvonFraunhoferdemonstratedspectroscopyRecordingtheworld32Sihellegadoavermáslejosqueotros,esporquemesubíahombrosdegigantes如果说我看得比别人远一些的话,那是因为我站在巨人的肩上.－Newton会学习懂得继承你要学会看一眼就能判断一本书的品位！－曹则贤33养成随时记录的习惯唐代诗人李贺出门时身背饭兜、锦囊，每逢想出佳句就写在纸条上，放入锦囊之中。我有迷魂招不得，雄鸡一声天下白。少年心事当拏云，谁念幽寒坐呜呃。－李贺《致酒行》唐儿歌头玉硗硗眉刷翠，杜郎生得真男子。骨重神寒天庙器，一双瞳人剪秋水。竹马梢梢摇绿尾，银鸾睒光踏半臂。东家娇娘求对值，浓笑书空作唐字。眼大心雄知所以，莫忘作歌人姓李。34养成随时记录的习惯RowanHamiltonHqpHpq222ijkijk1哈密顿力学351940年2月23日，罗素（RussellOhl）（BellLab)用猫胡子探测器的一个旧晶体做实验。那块旧硅片黑乎乎的，总也调不出电流来。罗素用手电筒照到硅片上，想看看是怎么一回事。他注意到在硅片中间有条细小的裂缝，便用电筒的强光照过去。奇怪的事情发生了：线路中接着的电流表使劲地跳动了一下。连续地用光照射裂缝，电流表便连续指示出一个比期望值大得多的数字！将电源极性反过来，电路就不通。这说明1）硅晶体在光照下表现了整流性，2）诱发电流要大得多。留心任何奇异的事情On21April1820,Ørsted偶然发现电流引起了小磁针的转动36留心任何奇异的事情PólyaandRandomWalk有立交桥的地方，乱开车是回不了家的！37牛顿《自然哲学之数学原理》LexI:Corpusomneperseverareinstatusuoquiescendivelmovendiuniformiterindirectum,nisiquatenusaviribusimpressiscogiturstatumillummutare.第一定律：任何物体都将保持静止或者匀速直线运动状态，除非被外力逼迫去改变其状态。敢于质疑、勇于坚持真理Mach：说什么？匀速直线运动？Einstein：空间也是弯的。Oppenheimer:eachonemustknowthewholethingifhewastobecreative.38LexI:Corpusomneperseverareinstatusuoquiescendivelmovendiuniformiterindirectum,nisiquatenusaviribusimpressiscogiturstatumillummutare.LawI:Everybodypersistsinitsstateofbeingatrestorofmovinguniformlystraightforward,exceptinsofarasitiscompelledtochangeitsstatebyforceimpressed.抽象的能力：Newton质疑的勇气：Mach，Einstein自然哲学之数学原理39Moreisdifferent&Iamdifferent!P.W.Anderson以一人之力，面对肆虐世界的Reductionism！虽千万人，吾往矣！······将万事万物还原成简单的基本规律，并不蕴含着从这些规律出发重建宇宙的能力······面对尺度与复杂性的双重困难，建构论的假定就崩溃了。不能依据少数粒子的性质作简单外推来解释由大量粒子构成的复杂集聚体的行为。正好相反，在复杂性的每一个层次会呈现全新的性质，为理解这些新行为所需要作的研究，就其基础性而言，与其他研究相比毫不逊色。40物理学家－思想者GeneticInformationAperiodicalcrystalSchrödinger194441Thought&Gedankenexperiment思想性实验不带思想的实验不过是对金钱和时间的浪费；不顾及物理现实的理论不过是臆想。Atrueexperimentalistheoretical!薛定谔的猫：宏观世界和微观世界的物理理论边界在哪里？42Thought&Gedankenexperiment思想性实验?不带思想的实验不过是对金钱和时间的浪费；不顾及物理现实的理论不过是臆想。Atrueex