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书.人生.张嘉泓》科学与普及:拥抱群众的 vs 很难亲近的科
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书.人生.张嘉泓》科学与普及:拥抱群众的 vs 很难亲近的科

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时间:2020-06-16 02:57:33
书.人生.张嘉泓》科学与普及:拥抱群众的 vs 很难亲近的科

总有那幺一本或数本书,一位或多位文人作家,曾在我们的阅读行旅中,留下难以遗忘的足迹。「书.人生」专栏邀请各界方家随笔描摹,记述一段未曾与外人道的书与人的故事。期以阅读的飨宴,勾动读者的共鸣。

有一次上广播节目谈科普书,主持人开门见山问了一个问题:「这些书,对你们科学家应该太简单了吧!你们平时真有兴趣读科普、写科普吗?」

这的确是个犀利的问题。合理的推想,认真的科学家应该提不起劲来讲究简单的科普书吧。为了显示我是很认真的科学家,后来再上这个节目时,我只好谈皮凯提的《21世纪资本论》。

事实上,西方的科学家,常态性地会从事科普的书写,最有名的例子就是《科学美国人》(Scientific American)杂誌的文章。它细緻、亲切却精确的书写,特别是对科学家自己的科学活动的传神描述,可以说是科学写作的範例。不只杂誌,只要出现新发现、新理论,从基因组、希格斯粒子,到最近的引力波,很快就有专家将这些令人兴奋的结果,奋力写成科普书,吸引一般大众的目光。毕竟科学的研究,无论经费上、士气上都要依赖社会的支持才能持续。

但科学家对科普的热情,并不仅限于一份责任感。

我从小的偶像是费曼(Richard Phillips Feynman),他可以说是科普精神的典範。科学的重心在战后由欧洲转移到美国,费曼是第一代完全在美国养成的大师级物理学家。除了科学上的成就,他也是一位好老师、优秀的沟通者。他自己非常自豪可以找到方法,把深奥的概念用直觉的推理,比手画脚地讲到连刚开始学的大一新生都能听懂;而且他的热情,让你感觉这是必要的。


理论物理学家费曼(取自wiki)

据说,某次一个大一新鲜人问了他一个问题:「为什幺自旋为二分之一的基本粒子,就一定遵守费米统计?」费曼看了看他:「我来準备一堂课就讲这个。」过了几天,费曼痛苦地回来告诉他:「我做不到,我没办法把它简化到大一程度,可见我们物理学家自己还没有真的搞懂这件事。」

这是一种拥抱群众的谦逊与热情。套句新书的广告词:科学实在太有趣了,不能只有科学家知道。科学对费曼来说是充满乐趣与美的。他的艺术家朋友曾经手拿一朵花,嘲笑科学家只知道分析,不像艺术家懂得欣赏花的美。费曼觉得这实在是超笨的(见The Pleasure of Finding Things Out, Feynman, 1999)。

首先科学家也可以感觉得到花的美,而且他可以更深入看到里面细胞的运作:他可以了解花的色彩会吸引昆虫,他可以因此推论昆虫一定也看得懂色彩,他更可以进一步追问昆虫是否有美感。有这幺多有趣的发现与问题,都是奠基在美感所能欣赏到的美之上,这不是非常快乐的吗?

费曼的沟通态度不只是面对大众,他面对科学也是如此。费曼最伟大的发明就是费曼图,这种图是把相当複杂的计算,非常精巧奥妙地,用如漫画一样的图解来表示。例如以下这张图,就是两个电子透过交换一个光子,进行电磁交互作用的散射。你看,多简单。

更厉害的是,在这个图中,每个元件都对应一个数学式,将所有的数学式乘起来,就可以得到这个散射发生的机率。

严格讲,费曼图只是一个计算的簿记,但因为太生动了,现在几乎已或多或少被当成真实发生的事情了。面对大众、吸引大众,就不能太计较。

但也有不喜欢迎合大众的科学家,施温格(E. Schwinger)就是这样的例子。施温格并不是一个家喻户晓的名字,但他与费曼是同一个时代的大师。同一年(差3个月)同样在纽约市出生(刚刚才发现,战后到60年代前,最伟大的5位粒子物理学家全都出生在纽约市,怎幺回事?),同一年因解决同样的问题(量子电动力学的重整化)得到诺贝尔奖。两人互为瑜亮,个性果然也天差地别。让我提醒大家:施温格比费曼早了一年算出后来得到诺贝尔奖的结果。


理论物理学家施温格(取自wiki)

施温格正经、有点严肃、害羞、不善寒暄,很难亲近,连学生都不喜欢面对,何况是大众。我听他的学生,康乃尔大学的颜东茂教授描述,施温格在哈佛大学物理系时很少进办公室(而且都很晚),他指导的学生得像挂号看病一样,在他很有限的时间内,排队等着与他讨论。

那总得上课吧?上课也是一绝。据说,施温格一进教室就开始讲,就像演奏会,中间完全没有空隙让你发问(你怎幺好意思打断他那如莫札特音乐般优美的演讲)。等到下课时间一到,他一定优雅地正好走到黑板与门之间结束,然后一溜烟,直接走出教室。学生自然会蜂拥而上,追着他问问题,但通常都追不上。有一次,他在厕所被堵到了,学生直接站在门口等他,等了非常久都不见施温格出来,进去一找才发现他已从窗子逃了!

施温格的研究以严谨着称,他曾说过:「如同硅晶片,费曼图将计算能力带给了大众。」这句话,恐怕是有一点贬意。因为以他的标準,费曼图混淆了真实与簿记,实在是非常误导的一个工具(波尔就曾批评,粒子不是遵守测不準原理,位置与动量无法同时精确测量,怎幺现在又可以画出一条轨迹来了呢?)。

施温格上课、研究都不用费曼图,学生用他就皱起眉头。但费曼图简直像流行音乐,禁也禁不了。传说有一次,施温格在上课时出了一个题目给学生做,自己就先离开教室。施温格一走,学生一起挤到讲台前,把黑板翻过来,直接用费曼图,很快把答案算出来。等到施温格回来时,学生们已经把费曼图擦得乾乾净净,只留下正确的答案。据说施温格一直不知道这回事,也许这就是自视甚高的天才的寂寞吧。

诺贝尔物理学奖得主杨振宁曾经比较这两位大师(或许有些偏心,但针对施温格的部分应该是对的),他说:费曼是本能的小丑,加上职业的不遵循常规者(professional nonconformist),加上聪明的物理学家,他在成为伟大物理学家的同时,也成为了一个大表演家。施温格害羞、博学、以完美而手艺高超的句子讲话与书写,是个有文化修养的完美主义者,安静而内向的绅士。

但无论大师怎幺想,即使费曼图可能不是那幺严格,重点是容易沟通。科学已由少数菁英的游戏,进入了众人或多或少都能参与的时代,现在粒子物理的科普演讲绝对少不了画上几个费曼图,来显示演讲者亲民的作风。而躲避学生的施温格,却训练出大量非常优秀的学生(数一数竟有70人,至少4个诺贝尔奖得主。相对的,费曼就少得多),而且大部分学生在回忆时,想到施温格对他们的启发,都感觉受用一生。

施温格与费曼以不同方法解决同一个问题而同获1965年的诺贝尔物理奖,这显示两个人都参与了当时的科学社群强烈关注的研究活动。也就是说,无论什幺样的个性,科学家共同的志业都得面对科学社群,聆听、对话、辩论、说服。看似离群索居的施温格,其实也必须入世。

科学离不开科学社群。这个社群定义了问题,也提供了对话的对象,更重要的,它规定了规则。在科学活动中,参与者的任何陈述永远隐含着一个承诺:我随时準备为自己的陈述,向科学社群辩护或提供理由(justify)。关键是:辩护时所诉诸的不能是权威、宗教、情感,而只能是理性。而所谓理性,就是无论任何人,即使是贩夫走卒,只要愿意运用其天赋智能,就必须能够理解、能被说服的思想方式,所以是人人能懂、也必须是人人能懂的。引用费曼的话:如果没办法把一个科学简化到大众程度,科学家一定还没有真的搞定这件事。

当学生或一般人殷切地问:「费曼先生,凭什幺物体运动速度不能快过光速?」费曼那种自然热切的回应:「让我解释给你听……」就如同在科学活动中,科学家为自己所相信的论述,提供一个理由的辩护精神,而且必须是任何有理性的人,只要愿意就能够理解的理由。

这是内在于科学核心本质的。这类提供理由的动作,对科学家来说是本能的。因此我大胆主张:科学家对科普的热情,是这种本能在无意识状态下的反射动作。

科学家会有兴趣读或写科普书吗?会,因为与人,与所有人沟通,本来就是科学的本质。


张嘉泓
理论粒子物理学家,毕业于哈佛大学物理系,现任教国立台湾师範大学物理系,曾经担任时报开卷版书评委员。

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