How scientists learn and do their work大学版

1、1曹曹 则则 贤贤 中国科学院物理研究所中国科学院物理研究所2012.11月初稿月初稿科学家是怎样学习和工作的？科学家是怎样学习和工作的？How Scientists Learn and Do Their Work 2我为什么要谈大师？我为什么要谈大师？我们为什么要成为科学家？我们为什么要成为科学家？科学家是如何学习、工作的科学家是如何学习、工作的 以及科学家的特质以及科学家的特质 Descartes，Maxwell, Galilei Young， Hamilton, Poincar Einstein，Feynman，Dirac结束语结束语内容提要内容提要3颁奖的十月年年岁岁花相似，岁岁年年人

2、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？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？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？中国人为什么出不了学术大师？第一、中国人没有是非观！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！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

3、三、心灵不纯，动机不纯第三、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Die Welt als Wille und Vorstellung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

4、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，未见过真学问第四、缺乏学术传统，未见过真学问10 Aussi lhomme ne peut tre heureux par la science, mais aujourdhui il peut bien moins encore tre heureux sa

5、ns elle. Poincar La valeur de la Science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，为什么我们要成为科学家， 哪怕是半吊子的科学家？哪怕是半吊子的科学家？因为我们生活在一个由因为我们生活在一个由科学技术科学技术支撑的高度发达的社会支撑的高度发达的社会11A scientist always tries to know something unknownScireto know对科学家无需强调创新对科学家无需强调创新。任何任何非新非新的东西都不可以的东西都不可以是科学家的成就。是科学家的成就。美国人造

6、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。这是科学科学和技术技术工程工程的根本区别。求知欲求知欲学学 者：者： 告诉我怎么回事！告诉我怎么回事！科学家：我来弄清楚是怎么回事！科学家：我来弄清楚是怎么回事！12Ren Descartes (笛卡尔）我思故我我思故我在在13Ren Descartes (笛卡尔）我怎么给那我怎么给那个讨厌的苍个讨厌的苍蝇定位呢？蝇定位呢？（右（右4，上，上10）（左（左7，下，下4）几何和代数统一了几何和代数统一了 解析几何解析几何14(x1, y1)(x2

7、, y2)221212(xx )(yy )2ijiji,jdsg dx dxBernhard Riemann把思想往前把思想往前挪一点点挪一点点1522002t James Clerk Maxwell （麦克斯韦）（麦克斯韦）麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组电磁有波！电磁有波！200c1/ 老天，电磁波是光！老天，电磁波是光！OMG，光怎么，光怎么看都跑那么快！看都跑那么快！16An equation of egg？James Clerk Maxwell （麦克斯韦）（麦克斯韦）画蛋？画蛋？我又不是我又不是Da Vinci17The equation of egg!James Clerk Maxw

8、ell （麦克斯韦）（麦克斯韦）1212const.12a*const., a118g/ l时刻在观察世界时刻在观察世界 在观察中思考在观察中思考19阿基米德高兴得忘乎所以，冲到街上大喊 ?!, 即我找出来啦.什么时候都是思考、学习和研究的时候什么时候都是思考、学习和研究的时候金王冠里掺银了吗？金王冠里掺银了吗？Crown of King Hieron of Syracuse20HOW LONG IS the COAST of Britain? Benoit MANDELBROT，Science 156，636 - 638(1967).Q: 大不列颠的海岸大不列颠的海岸线有多长？线有多长？A：

9、尺子越短，海岸：尺子越短，海岸线越长线越长21什么时候都是思考、学习和研究的时候什么时候都是思考、学习和研究的时候22Kepler： 地砖不可以是五边形的吗？23Kites and darts， N kites/N darts=1.618Roger Penrose：用两种地砖，：用两种地砖，铺出五次对称效果，可以吗？铺出五次对称效果，可以吗？准晶准晶晶体概念扩晶体概念扩展了！展了！24A scientists always poses problem to himself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！Ask a questionable QuestionGiv

10、e an answerable Answer25学会说话和认字学会说话和认字Thomas Young: 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 Zeitschrift fuer Physik, 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！学会说话和认字学会说话和认字朝永 振一郎 汤川秀树27Ellipse in different disgu

11、ises 12222byaxaycxycx2)()(2222aceeear/;cos1)1 (2A true physics will find its proper mathematics! -caozexian 2010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！一个好的科学家应该是个说得过去的数学家！愿意学习数学愿意学习数学用数学唱歌的人！28Physical laws should have mathematical beauty. -1955 on a blackboard, Moscow November 13, 199

12、5 - day of the inauguration of a commemorative plaque for Paul Dirac, close to the one for Isaac Newton, in Westminster Abbey in London. God used beautiful mathematics in creating the world. It is more important to have beauty in ones equations than to have them fit experiment. - Dirac 1963.数学，还事关品位

13、！数学，还事关品位！29Mind is open 头脑是开放的头脑是开放的Hand is dexterous 手手 是灵巧的是灵巧的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(Snow Crystals)，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。” Recording the world31Fraunhofer Lines Joseph

14、 von Fraunhofer demonstrated spectroscopyRecording the world32Si he llegado a ver ms lejos que otros, es porque me sub a hombros de gigantes 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会学习会学习懂得继承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，我有迷魂招不得，雄鸡一声天下白。雄鸡一声天下

15、白。少年心事当少年心事当拏拏云云，谁念幽寒坐呜呃。谁念幽寒坐呜呃。 李贺李贺致酒行致酒行唐儿歌儿歌头玉硗硗眉刷翠，杜郎生得真男子。骨重神寒天寒天庙器，一双瞳双瞳人剪秋水。竹马梢梢摇绿尾，银鸾睒光踏半臂。东家娇娘东家娇娘求对值，浓笑书空作唐字。眼大心雄知所以眼大心雄知所以，莫忘作歌人姓李。34养成随时记录的习惯养成随时记录的习惯RowanHamiltonHqpHpq 222ijkijk1 哈密顿力学35 1940年2月23日，罗素（Russell Ohl）（Bell Lab)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

16、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留心任何奇异的事情On 21 April 1820, rsted 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留心任何奇异的事情Plya and Random Walk有立交桥的地有立交桥的地方，乱开车是方，乱开车是回不了家的！回不了家的！37牛顿牛顿自然哲学之数学原理自然哲学之数学原理Lex I: Corpus

17、omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.第一定律：任何物体都将保持静止或者匀速直线运动匀速直线运动状态，除非被外力逼迫去改变其状态。敢于质疑、勇于坚持真理敢于质疑、勇于坚持真理Mach：说什么？：说什么？匀速直线运动？匀速直线运动？Einstein：空间也：空间也是弯的。是弯的。Oppenheimer: each one must know the whol

18、e thing if he was to be creative. 38Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.Law I: Every body persists in its state of being at rest or of moving uniformly straight forward, except insof

19、ar as it is compelled to change its state by force impressed.抽象的能力： Newton质疑的勇气： Mach， Einstein自然哲学之数学原理自然哲学之数学原理39More is different&I am different!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，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并不蕴含着从这些规律出发重建宇宙的能力能力面对尺度与复杂性的双重困难，面对尺度与复杂性的双重困难，建构

20、论的假定就崩溃了。建构论的假定就崩溃了。不能依据少数不能依据少数粒子的性质作简单外推来解释由大量粒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。子构成的复杂集聚体的行为。正好相反，正好相反，在复杂性的每一个层次会呈现全新的性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，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就其基础性而言，与其他研究相比毫不逊色。逊色。40物理学家思想者Genetic Information Aperiodical crystal Schrdinger 1944 41Thought & Gedanke

21、n experiment 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。A true experimental is theoretical!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 & Gedanken experiment 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。A true experimental is theoretical!43思想无边界思想无边界Isaac Newton： 数学家、物理学家、化学家Henri Poincar： 数学家、物理学家、地质学家Thoma

22、s Young： 物理学家、语言学家、医生Hermann Weyl, Roger Penrose: 数学家、物理学家、哲学家Ervin Schrdinger：物理学家、文化学者John von Neumann: 数学家、物理学家、计算机之父.王阳明： 哲学家、军事家（上阵厮杀型）三个臭皮匠匠皮臭个三44善用时间善用时间Dirichlet213吝啬时间：吝啬时间： 不为不值得的事情花费时间。舍得时间：舍得时间： 所有的成功都需要1万小时的练习！45你要学会睡觉你要学会睡觉只有那些随时能睡着 (dormi a voluntee)的人才是天才！ Poincar46Feynman: 做个快乐的好老师、

23、好学生做个快乐的好老师、好学生1965年度诺贝尔奖得主费曼物理学讲义是圣经47“要想了解一个新的领域，就去开一门这个领域的课程。要想了解一个新的领域，就去开一门这个领域的课程。”“要想了解一个新的领域，就写一本关于那个领域的书。要想了解一个新的领域，就写一本关于那个领域的书。” -J. Wheeler Feynman的好老师的好老师 Wheeler48有个俄语词叫天才的痛苦，一个天才不满意自己的人生，这很正常。但科学家常常不追求物质生活。不沉溺于安逸不沉溺于安逸习惯性习惯性 严谨严谨其他的科学家特质其他的科学家特质火车上两位旅客看到路旁草地上一群黑绵羊。旅客甲：哦，苏格兰的绵羊是黑色的。科学家

24、旅客：No, strictly speaking, 此处的苏格兰绵羊、在此时刻、其朝向我们的一面是黑色的！珍惜时间， 爱惜自己的名声。科学家肯定不是懒人，Euler 临终前还在计算。49World-class skill levels require about 10 000 hours of deep practice, usually over about ten years. Geniuses are those who have developed an unusual facility for deep practice:focused, passionate, obsessive

25、practice.科学家深度学习！科学家深度学习！ 匠人匠人 深度练习！深度练习！台阶高度1米，你每次跳的高度是h米, 问跳了N次以后，你的高度H是多少？Nii 1H(N)(h1)如果你每次跳的高度是如果你每次跳的高度是0.99米，米，你的高度永远是零！你的高度永远是零！有一种失败叫有一种失败叫“功亏功亏0.01篑篑”50你曾因为某个字不认识、 某本书没读过、 某个问题没想清楚而坐卧不安了吗？If never, congratulations!If yes, congratulations!51高斯：高斯： Pauca，sed matura牛人给你的感觉牛人给你的感觉52It is not e

26、ighteen months since I first caught a glimpse of the light, three months since the dawn, very few days since the unveiled Sun, most admirable to gaze upon, burst upon me. Nothing restrains me; I shall indulge my sacred fury. I shall triumph over mankind by the honest confession that I have stolen th

27、e golden vases of the Egyptians to build up a tabernacle for my God far from the confines of Egypt. If you forgive me, I rejoice; if you are angry, I can bear it; the die is cast, the book is written, to be read either now or by posterity, I care not which; it may well wait a century for a reader, as God himself has waited six thousand year for someone to behol