百度快行客服电话24:智慧的灵光 050502 科学的发展

科学的发展

——从古代中国到现在

作者：李政道

李政道（1926——），美国华裔物理学家。生于上海。1946年移居美国，进入芝加哥大学物理学研究院。1953年任哥伦比亚大学物理学副教授，1960年任物理学教授。1956年与美国华裔物理学家杨振宁共同发现，在基本粒子的弱相互作用下宇称不是守恒的，揭示了宇称守恒定律并不普遍适用。他们的重大发现，是具有卓越的开创性的成果，并于1957年共获诺贝尔物理学奖。

整个科学的发展与全人类的文化是分不开的，在西方是如此，在中国也是如此。

可是科学的发展在西方与中国并不完全一样。在西方，尤其是如果把希腊文化也算作西方文化的话，可以说，近代西方科学的发展和古希腊有更密切的联系。古希腊时也和现代的想法基本相似，即觉得要了解宇宙的构造，就追问最后的元素是什么。大的物质是由小的元素构造的，小的元素是由更小的粒子构造的，所以是从大到小，小到更小。这个观念是古希腊时就有的（Atom就是希腊字），一直到近代。可是中华民族的文化略有不同。我们是从开始就感觉到，微观的元素与宏观的天体是分不开的，所以中国人从开始就把五行与天体联系起来。五行的一个很原始的看法，那就是金、木、水、火、士。

可是在很早的时候，中国就有相当重要的科学观察结果，在全世界恐怕最早的即是超新星的观察。全世界最早的有关新星的记录，是甲骨文，原件在台湾中央研究院。Nova这个名词是中国人定的，这是在公元前1300年，是全世界最早的记录。世界上最早最全面的超新星记录，是在宋朝1054年发现的。

中国很早的时候就有科学的仪器。这是商朝的悬机，大概是玉做成的。把它的中间架在一个架子上，当中一头对北极，而天是在转的，北极是不动的，因此这个星体正好是北斗。张衡的浑天仪是自动的，它有水源来推动，用齿轮的方法，自己会动，整个是自动的。第谷·布赖的观天仪器是1598年，张衡是125年，之间相差了1400多年。

可是紧跟着从明末清初开始，中国科学下降了。（李教授指着伽利略自己使用的1642年时的望远镜图片）这个望远镜是在17世纪初，即明末清初时做成的。在西方，望远镜是帮助文艺复兴的第一步，它是崭新的科学仪器。我们没有跟上这一步。第二步，西方抓住了基础物理和应用物理的关系。在19世纪，经过法拉第的试验，麦克斯韦在1864年创建了电磁理论概念，即把磁生电、电动生磁这两个现象完全用精密的麦克斯韦方程组表示出来。此后很快就产生了19世纪末的发电机、电动马达，一直到20世纪的电报、电视、雷达，所有的现代通讯设备都是从这两个东西里出来的，因为经过麦克斯韦电磁学说，所有的总关键都抓住了。一切与电、磁有关的东西都是受麦克斯韦方程组规律控制的。

从迈克尔逊和莫利的实验就产生了相对论，从普朗克的公式就产生了量子力学。到了1925年，整个基础科学的了解被人们完全操纵住了，之间还有第二次世界大战，到了1950年初，原子结构、分子物理、原子核能、半导体、超导体、计算机，这些20世纪的文化都已产生了。

如果没有量子力学，没有相对论，就没有20世纪的文件。再过了20年，70年代末，80年代初，这些理论已达到顶点。回顾以上一段科学史，可知基础科学、应用科学与我们的物质文化的关系是何等紧紧相扣、不可分割。我们现在正处在20世纪末，当我们面向21世纪时，不禁要问，什么是21世纪的科学文明呢？什么是现在面临的最重要的问题呢？这是今天我要讲的主要问题。

中国从商朝到汉朝，科学文明一直是走在前列的，为什么到明末清初（17世纪）中国的科学却落后了，文艺复兴完全在西方发展？道理之一是在物理上、在科学上。我们觉得所有的物质的动因、它的原理是由一些根基本、很简单的理论操纵的，我们能找出这些原理，就可以知道一切东西的原理，如19世纪的电磁理论和20世纪的相对论和量子力学。18世纪很难了解19世纪的文化，在19世纪根本无法想象20世纪的文化。同样，我们20世纪也很难猜测到21世纪的科学文化是什么。所以我提出，如何恢复中华民族在科技界的地位。在19世纪前，无疑中国是处于领导地位，今天不是。这里的主题至少有两个，第一个是要了解基础科学和应用科学的机制关系；第二个是当我们展望21世纪时，我们必须要了解当代科学的大问题，了解了这些大问题，才有可能突破，其他问题才迎刃而解。了解当代的大问题对于了解21世纪的科学发展无疑是有帮助的，当然，这只能是猜测。

当代的科学大问题，可以与19世纪末相当的大问题。在宇宙学里有两个：一个是类星体，一个是暗物质；粒子物质学里有两个：一个是对称破缺，一个是不可见夸克。若能了解这些问题，将对21世纪的科学发展产生重大作用。

我先来解释宇宙学里的大问题。类星体是什么，新星忽然一下子亮度超过太阳1至10万倍，超新星又比新星亮1至10万倍，寿命从几天到1至2年。类星体更厉害，其亮度是1000个银河系的亮度总和，而每个银河系里有1000亿个太阳，每个太阳几乎可以生存100亿年。那么，什么东西产生类星体能量？核能是普通的太阳能，它与核能之比相当与核与油灯之比。我们尚不知道其能量来自何处。我们宇宙里至少有100万个类星体，其中仔细研究了近1000个。我们宇宙间有一种我们尚不了解的发能方式，它远远超过核能，远远不是我们所能想象的。

下面谈一下暗物质。所谓看得见的物质是指用光学、红外、放射等手段，即凡是用仪器能推出有能量的物质。然而，我们发现，在银河系里，有个叫作星系群的圆球，里面有20个像银河系那样的星体，通过研究整个星系群里每个星云的运动可以推出地心引力，从地心引力里求出来，就发现在星系群里，有3/4的物质是我们看不见的，这就是暗物质。暗物质有很高的能量产生，有相当的普遍性。但我们不知道其原因何在，来源如何。以上两个就是当代天体研究上的大问题。

我们了解的理论，如量子色动力学、爱因斯坦的普遍相对论，所有这些理论有17个参数，都是对称出来的，可是在我们的宇宙里，对称的量子数是不守恒的。其中第一个重要发现就是宇称不守恒，现在还有不少东西不守恒。这就很奇怪，我们的很多理论是根据对称产生的，可是为什么我们的世界又是不对称的，这是非常奇怪的。那么是否我们相信对称就是错误的呢？不然，我们有很充分的实验证据表明，我们这个宇宙、我们这个世界是不对称的，这两个是非常奇怪的现象。这表明现有的全部知识是很不全面的，一定另外有一个力，这个力是推翻对称的。这个力是什么？我们不了解，它的存在我们知道。现在我们认为，真空在里面起作用。真空与以太不同，它是洛伦兹不变的，可它有很复杂的性质，真空很可能是可以变化，如果我们了解了不对称的来源，很可能我们可以了解质量的来源，包括暗物质。

第二个谜即看不见的夸克。所有的强子、核子是由夸克来的，有强作用。所有的强子都是由夸克构造的，但单独的夸克是看不见的，从来没有人看见过，这也是很稀奇的。但若你据此说夸克观念是错误的，那就不然。我们有充分的实验证据表明夸克是存在的。我们知道其质量不大，但就是看不见。所以，为什么一切强作用的物质是由夸克组成，而为何夸克又看不见，这是当代的一个很大的奇怪的事情。

现在我们猜不到21世纪的文化是什么，就如同在19世纪我们猜不到20世纪的文化将是怎样一样。同样，若我们真能激发真空的话，很可能我们对宇宙的了解要远远超过20世纪。将来的历史会写上：是在我们这个时代，把微观的世界和宏观的世界用科学的方法连结起来。