文小刚清华 【学术向】zz:【华人之光Ⅰ】文小刚(中):“新颖”为什么比“正

2 “猜”的学问 《赛先生》:你曾在专著里提出过“新颖比正确更重要”,这句话应该如何理解? 文小刚:这里我想强调的就是要猜。当一个未知的事物出现的时候,我们怎么去了解它,甚至连描写它的语言都没有的时候,我们该怎么思考呢?一个做物理的人怎么能想到这些全新的东西?这就要敢想敢猜。

我经常说,要有非逻辑的思考,要有天马行空般的联想。多猜一猜,也许慢慢就能拼凑出来,是怎么一回事儿了。 很多中国学生由于高考的原因,受到的科学训练非常严格,但严格都严格在计算上,就是题已经出好了,你给我算出来。

学校教育就是告诉你一大堆知识,你把它吸收掉。学生都是在吸收知识、消费知识,做计算,然后掌握知识,学校不太注意让大家去胡思乱想,去猜。

但是做研究,猜是特别特别的重要。如果仅凭推导演算的话,那就完蛋了。为什么呢?因为你推导演算什么问题,你总得有个数学框架,有个什么东西供你去推导演算,这些都是老东西,都是在以前的框架里头琢磨,所以光推导演算的话就跳不出那个框子来,得不到新的东西。

像我前面提到的几次物理革命,都是全新的东西,理论提出以前,连名词、语言都没有,什么都没有,你怎么去想,怎么推导演算,这是一个基本问题。其实我也不知道怎么想,我经常也做得不是太好。

但我觉得,就算什么都没有,也能想。这是非逻辑的、片断的、互相矛盾的思考猜测。但吭哧吭哧这么搞,最后也许就能拼凑点什么出来。做物理创新,需要在什么都没有的情况下,还能够去做工作。

强调新颖比正确更重要,是强调大胆猜想,对不对以后再说。如果你光寻求正确的话,不容易跳出原来的框框。如果你想新东西,哪怕它不正确,哪怕自相矛盾,说不定以后修修补补能把这矛盾解决掉,也许还能有个全新的东西跑出来。

而且一般来说,就算你想错了,事后大家查一查,发现哪里错了,也容易修正。但如果你连个想法都没有,那就什么都没有了,也就无所谓修正不修正了。 《赛先生》:那么这也是你带学生的方法吗,鼓励大家去猜? 文小刚:我是鼓励他们猜,但不太容易。

因为这种思路等人到了研究生阶段已经比较难培养了,实际上小学生的时候就应该这么想。至于带研究生,我主要还是教学生们一些研究的经验,鼓励学生一起讨论问题,希望从我们讨论问题的过程中,让他们学到我的一些思考方法。

其中关键是,脑子里要有很多很多对自然的疑问,这个很重要,有这些问题的话,你才能老去想去猜这些问题的可能的解决方法。因为这些问题蕴含了很多矛盾,你得猜怎么能把它们凑在一起。

不一定要用推导的办法来解决这些矛盾,主要是东凑凑、西凑凑,东猜猜、西猜猜的这种思路。但这跟中国现在的教育方式有很大冲突。 我是在文革中上小学、中学,种种机遇,碰巧培养了这样的思路。

我喜欢看各种各样的书,但在文革时期,也没有什么书好看。科学书就两种,一个是《十万个为什么》,一个是《科学小实验》,这两套书我看了不知道多少遍。但这种书对一个小学生来说比较吃力,它讲了很多有关自然现象的知识,但真正的科学的背景原因我并不知道,所以一堆东西就这么乱七八糟塞进了脑子,各方面也凑不到一起。

到我上大学的时候,开始读各种各样的科普文章,也是乱七八糟的东西凑在一起,脑子里就跟一锅浆糊似的。

你总是觉得一锅浆糊不好,总会想着怎么把它排一排,顺一顺。科学知识没学到家的时候,就是自己胡诌一通,硬凑到一起。但这个过程特别重要,我一天到晚就在那猜猜想想,得到很好的锻炼。反倒是假如已掌握的知识都齐了,思维就死了,猜猜想想的锻炼也没了。

课本上把什么事情都解释了,就把你猜的机会也给剥夺了,一看到这个现象就知道是这个知识解释,看到那个现象就知道是那个知识解释,自己就不去想了。所以,在学习课程之前,碰到一个现象,就自己先去想想,想法不见得对,但过程特别重要。

一旦你脑子里有了这个问题的思路以后,你知道上一门课到底是要解决什么问题,这样上课效率就会很高。这是我自己学习的一个很重要的经验,我称之为“零碎学习”,就是零零碎碎、莫名其妙搞一大堆东西,然后自己试着拼拼凑凑,猜来猜去。

上课的时候也按着安排上,课堂知识能解释很多疑惑,但你还是有很多其他东西可以继续猜啊想啊,养成这种猜想习惯。 《赛先生》:可能每个人学习过程中都有过类似的体验。

文小刚:对,都有,但现在我们的中小学教育把这个完全杀掉了。我觉得我这一辈子就是在一大堆的知识里,努力把它们都拼到一起去。我们会发现很多课本上的东西都说得冠冕堂皇的,实际上如果你真的深入追究的话,很多现象并不像书上解释得那样天衣无缝,它有很多内部的问题在里头。

所以这些问题就变成新的问题,又塞到你的脑子里,让你想办法去补上欠缺的东西,直到这个理论真的完成了。如果课本知识讲得特别完美的话,反倒完蛋了,学生就觉得没什么好做的了。

如果一名老师上课的时候告诉学生,书上的知识解释了一部分问题,但还留了更多的问题,那学生学完了以后就会有新问题去思考,使得人类知识可以进一步往前发展。

但有些老师觉得,自己有疑问,有不知道的东西的话,脸上挂不住,知识是完美的对学生才好,实际上这是不对的。老师不仅仅要传授学生知识,还要传授疑问,好叫学生继续想下去。如果从小养成不断发现问题的思维习惯的话,自然而然就比较容易做出开创性的研究工作。

《赛先生》:在这一点上,你觉得中国的学生和国外的学生差别大吗? 文小刚:差别挺大的。中国学生基础是很好,他知识掌握得很好,这点毫无疑问,知识掌握得也很深。

但问题是,中国的教育把学生胡思乱想、敢想敢猜的机会给剥夺了,把知识切成一块一块的,然后一勺一勺喂你,反复机械练习,学生就没有机会自己去想,去判断,去疑惑,去提问。 而美国的教育相比之下就好得多,它一个学期里有很多研究项目(project),这个project要你从提什么问题,怎么组织信息和知识,怎么论证,怎么说明等一整套东西,都要自己搞出来。

我见过一个挺好玩的project,让学历史课的高中生研究美国总统怎么做战争准备。

就是假设你是美国总统,要发动战争,你到底该怎么办?那么各种各样的东西就要你自己想了:什么叫做战争准备,该怎么动员,是不是要在舆论上做些什么工作,是不是要在生产上做什么工作呢?老师不会提前告诉你,你要自己想。

进入这种情境后,你会真的去想种种过程,以及战争之后怎么办,什么事情重要,要怎么去做,然后你查查历史上像罗斯福是怎么做的之类的,再来和自己想的比较一下。这不是我们有一个范式摆在那的解题教育,是启发性的。

所以美国教育是有优势的,它培养的学生更能独立思考。 从我看到的研究生来看,美国或其他外国研究生,总体上他们自然而然就能到那种状态,但是很多国内的学生,就要你领着,他脑子里没有问题。

你要给他一个问题的话,他一个礼拜就能给你解出来,但你要不给他问题的话,他就没有问题去解决。 3 发展全新方法看问题更重要 《赛先生》:你曾经说过,最好的科学不是解决问题。 文小刚:对,是这样。

不过这其实是科学政策的问题。中国有一个很不好的情况,就是把科学和技术混起来,很多所谓的科学政策和技术政策都是不分的,结果相当于政策都是技术政策而不是科学政策。技术问题或工程问题是以目标为导向的,就是说我有一个很明确的目标,我要达到我的目标,这是很有用的思路,但这是技术或工程上的思路。

但科学目标是迥然不同的,它不是解决问题,是开拓知识的疆界。我们除了知道的东西,还有很多不知道的东西,甚至我们不知道还有哪些是我们不知道的东西。

对知道我们不知道的东西,我们还可以去攻关,但还有我们不知道我们不知道的问题呢。所以,科学更重要的创新就在于提出问题,要开拓新知识就要能够提出新问题,但这也不是那么简单的。

这就是说,如果你有问题的话,说明你已经是在以前知识的范畴内了;而有的时候,你问题都提不出来,因为你都不知道那是什么东西,连提问题的语言都没有。这跟我之前讲的很有关系。在这个状态下,我们怎么继续往前发展,怎么继续做工作。

这就要说国内的政策环境了。因为国内很强调某一个人把什么问题解决了,让公众感觉是很了不起的科学工作。这确实是一个了不起的工作,但还有更了不起的就是提出这个问题。因为大家想问题都有一种思考方式,有时候会有人以全新的角度全新的办法来看问题,这一类的进展我觉得更重要。

因为遇到复杂的问题,有时候需要全新的思考方式来解决它,这种新的解决方式非常重要。而解决问题是纯技术活,虽然也难,但解决问题的方法还是在老框架下做的,这种问题我并不觉得有多重要。

比如说解决一个哥德巴赫猜想本身可能并不那么重要,更重要的应该是,他解决问题的方法是否有很大的借鉴性和普适性,能否用到其他地方去继续解决问题。

所以说不应该把科学目的当做是解决问题,科学更重要的东西是发展一套全新的思路,全新的看问题的方法。 《赛先生》:不过好的科学是一定能解决问题的,不能解决问题就不是科学。除了解决老问题,还能给出新的预言。

文小刚:对,这我很同意。如果你以正确的方法解决了原来的一个难题,那么往往这个正确的方法还有很多其他的应用。也就是说,它会给出其他的预言,给出一些新东西。比如我刚才举的例子。麦克斯韦方程的“以太说”一开始做不出来,觉得什么媒介都给不出麦克斯韦方程来。

后来,用弦网的量子纠缠思想,把麦克斯韦方程搞出来了。结果发现一石二鸟,电子也做出来了。以同样的思维方法,不仅把麦克斯韦方程解决了,狄拉克方程也解决了。

原来还觉得麦克斯韦方程都搞了半天搞不出来,狄拉克方程想都不要想。结果新的思维方法,不仅把麦克斯韦方程搞出来了,狄拉克方程也搭班车一通都解决了。所以我说,如果你光有一个方法把麦克斯韦方程解决了并不是太重要。

但量子纠缠这种新思路很重要。如果你有一个新思路新方法把原来想解决的东西解决了,新思路新方法还会解决更多的问题,有更多的理解,自然而然地拓展了知识的疆界。 总而言之,用科学来解决问题很好,但如果总是用老想法老思路解决问题就不那么好了,我更关心解决难题的方法是不是新的,还有没有其他的推广应用,这比解决难题本身更重要。

注1: 量子纠缠是量子体系状态的性质:量子力学中不能表示成直积形式的态称为纠缠态。

举例说明:考虑两个体系(如两个比特),每个体系有两个态,0和1,那么两个体系总共就有四个态:00、01、10、11。在量子力学中,我们有新形式的存在——这些态的“混合态”。(这种新形式的存在没有经典对应,是量子力学的新概念。

这也是量子力学的精髓。)我们用 00 11 来标记这种新形式的存在,其代表00和11的“混合态”,00-11是另一个这种新形式的存在,其代表另一个00和11的“混合态”。

类似00 01 10 11是00、01、10,和11的“混合态”。00 11和00-11都是纠缠态,因为其中第一个体系,既不是处于1态,也不是0态,甚至不是0和1的任意一个“混合态”。其第一个体系到底是处于1态还是0态,与第二个体系是处于1态还是0态有关。

这就是量子纠缠。00 01 10 11不是纠缠态,因为其中第一个体系总是处于0和1的一个“混合态”,x态,x=0 1,和第二个体系无关。第二个体系也总是处于0和1的一个“混合态”,x态,x=0 1,和第一个体系无关。

这是因为xx=(0 1)(0 1)=00 01 10 11。 纠缠态之间的关联不能被经典地解释。所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。

量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题。 (该定义为文小刚所加,较1月20日刊发的(上)篇略有修改。) 注2: “然而,不管格罗腾迪克的成就多么杰出,他将自己的创造力归因于一些很卑微的东西:一个孩子的天真而热情的好奇心。

‘发现是这个孩子的特权’,他在《收获与播种》(第1页)里面写道,‘他不会由于老是犯错、看上去像个傻瓜、不认真或者不像别人那样做事情而去害怕。

’ 对于发现和创造的工作,格罗腾迪克将天资和技术能力放在孩子希望明了事务的单纯渴望次要的位置上。这个孩子存在于我们每个人身上,尽管它可能被边缘化、忽视或者淹没了。‘我们每个人都可以重新发现,发现和创造究竟是什么,而没有人可以发明它们’(《收获与播种》,第2页)。”