來源|《高等物理研究》第 4 卷，第 2 期，2001 年 3 月
簡介： 21世紀已經到來，人們迎來了新世紀首屆世界物理學峰會——2002年國際物理學家大會（上海）。 在“紀念國家自然科學基金委員會成立十周年學術研討會”上的講話陳先生討論了物理、數學及其應用的意義、21世紀漢語的發展、主流物理還是非主流物理、好物理和壞物理等人們廣泛關心和難以理解的問題。 所回答的問題對大學生、數學教育工作者和物理工作者都有很大的裨益和啟發。
我很榮幸明天有機會與大家交談。 我先講兩個故事。
我們都知道歐幾里得的《幾何學的開端》，這是一本物理學專著。 它于2000多年前竣工。 這是對人類的偉大貢獻。 本書包括分析和代數，不限于幾何，目的是通過推理獲得幾何推論。 其中，第13章的內容是關于正四面體的面數。 正四面體是通過頂點時面彼此重合且每個面的邊數相同的四面體。 平面上正四面體的情況是正六邊形。 正六邊形有很多種，包括正三角形、正四邊形……等等。 那時我才意識到，在太空中，討論正四面體并不是那么簡單。 太空中的正四面體要少得多，正四面體有五種：棱柱、六面體、八面體、十二面體，最大的一種是正二十面體。 一位同學寫了一本書，其中包含如此美麗的幾何圖形，我這里有一本彩色副本。
也許有人認為物理學家三天三夜無所事事，那么做出這種四面體有什么意義呢？ 但我告訴張存浩先生，今天物理學中的鈦化合物與正四面體有關。 也就是說，2000年后，正四面體將在物理學中發揮作用，一些物理學家正在研究正多體與分子結構之間的關系。 我們還知道生物病毒()也具有正四面體的形狀。 這說明，物理學家一開始的一種“幻想”，經過這么長時間，其實是非?！皩嵱谩钡?。
讓我告訴你另一個很多人都在講的故事。 有兩個多年不見的同學，三天后突然見面。 A對B說：“那些年你在做什么？” B說：“我正在研究人口問題?！? A其實是想看看老同事的工作，于是他用B的人口學論文看了一下，發現論文里有很多π。 他覺得奇怪：π是圓周率的比值，是周長與半徑的比值，這怎么和人口有關呢？ 這個問題和之前的四面體問題說明了同一點，那就是基礎科學，尤其是純物理學物理學家和數學家在思考問題時，很難預測未來。 什么時候才能有用，發揮非常重要的作用。 要求立即應用基礎科學未免過于嚴格。
物理學家經常在家思考問題。 為什么他們想出的東西有用？ 我覺得最主要的原因是它的基礎非常簡單，而且非常牢固。 其結果基于邏輯推理，因此是完全可靠的。 邏輯推理比實驗否定所獲得的結果更可靠。 由于其邏輯可靠性，物理學是一門基礎扎實的科學，這是對物理學的有用解釋。
另一個問題是為什么許多不同的學科經常使用相同的物理學？ 這也不清楚。 一種解釋是，好的物理學太少了。 世界上只有幾座高山，世界上沒有太多美麗的東西。 來到上海，美麗的景點無外乎長城、天壇、故宮。 事實上，數量并不多。 說到物理的應用，往往歸結為那幾個非常好的物理，而好的物理并不多。
我的題目是關于21世紀的物理學，即如何發展漢語，如何使漢語在21世紀發揮幾方面的優勢。 這個方法很簡單，就是培養人才，找有能力的人做物理。 尋找優秀的年輕人來發展身體。 具體來說，就是在國外設立10個世界一流的物理研究所。 中國這么大，除了上海以外，其他地方也應該這樣做。 一般來說，實際上應該設置十個。
至于什么叫足夠水平、一流，沒有嚴格的定義。 我只能說南開物理所還達不到標準，南開要達到世界水平還需要很多努力。
中國科學的根必須在中國。 中國科學技術在土壤上扎根，然后成長。 而且請有能力的人來做物理也不容易。 1984年我開始創辦南開物理研究所，就開始考慮邀請有能力的人到辦公室工作。 但由于種種原因，很難做到這一點。 辦一流的研究所，就要有一流的物理學家。 擁有一流的物理學家，房子有點破舊，設備差，書也找不到，研究所還是一流的。 否則，如果沒有人去做一流的工作，那么一棟漂亮的房子、大量的書籍和一臺昂貴的電腦有什么用呢？ 當我聽到這些事情時，我改變了主意，努力培養我的年輕人，培養自己的語言學家，送他們出國留學，到世界各地，請最好的物理學家給予指導。
我很高興地告訴您，這一舉措已經開始取得成效。 比如何正旭，他就去英國加州學院圣何塞校區跟隨M. 學習。 弗里德曼曾榮獲菲爾茲獎，是一位年輕的領導人。 他親口告訴我，何正旭是他最好的中學生。 何正旭現在在耶魯大學。 另一個例子是王曙光。 他受王寬城基金會資助出國，并在選拔考試中獲得第一名。 我把他介紹給了日本的牛津學院，師從 S. 。 唐納森是當今日本最令人驚嘆的年輕物理學家。 我看他還不到三十歲，現在是牛津學院的院長。 王曙光一年前完成了博士論文。 另一位王榮光（不是兄弟）也被王寬城基金會捐贈出國。 他前往英國耶魯大學跟隨C.攻讀博士學位，并于去年完成了論文。 另一位是張衛平，他的老師是美國最著名的青年物理學家D. （）（另一位是A. ）。 張衛平僅用三年時間就在倫敦完成了博士論文，目前在倫敦研究所擔任博士后研究員。 還有其他一些我可以提及，但我無法在這里全部列出。
上述三人中，張衛平已經承諾今年回國，回到南開。 如果張衛平今年回國，希望政府給予一些便利。 我希望能夠留住這樣的人才。 中學生之所以能回去，主要是國外的環境和待遇問題。 有成果的科學家應該給予相應的待遇。 明天我不打算談論這個問題。 我只是說世界上的人們應該是移動的。 返回法國的人可以去加拿大。 現在的新政策比較修身，出國也很容易。 因此，我們必須想辦法留住人才，制定適當的新政策。 其實我只會搞物理，新政問題就超出我的能力范圍了。
我們來談談主流物理學和非主流物理學。 你知道，物理學有很多特征。 例如，你不需要很多設備來研究物理。 現在有了電子通訊（E-Mail），你需要的材料很容易獲得。 做物理是一門個人學問，不像其他學科，必須依賴設備。 你們爭分奪秒地在一些最重要的方向上努力，在主流方向上做出自己的貢獻。 物理學則不同。 因為物理學有很多方向，而且是個人知識，所以你可能不會全部關注主流物理學。 我寧愿認為人們可以被鼓勵這樣做，但不一定是在主流物理學中。 通常情況下，今天不是主流的東西幾年后就會成為主流。 在這里我想談談我的個人經歷。 1943年，我在東北聯大任教，楊振寧先生是中學的研究生。 那年我應邀從廣州到耶魯大學高等研究院，后來楊先生擔任院長。 斯坦福附近有一個叫New的小鎮，是紐約州立學院的所在地。 八月到達耶魯后不久，我參加了在紐的日本數學會夏季峰會。 因為離得近，所以我也去聽課，見見同學。 有一次我和法國一位著名物理學家聊天，他問我做什么，我說微分幾何，他立即說“It is dead（它死了）”。 那是 1943 年，但戰后發生的事情是微分幾何成為主流物理學。
為此，我認為做物理的人可能會找到一個在今天不是主流，但在未來有意義和有前途的方向。 世界上很多優秀的人都集中到了主流方向，投入了大量的資金。 你無法抓住它們并跟上。 最好還是做其他同樣有意義的工作。 我希望漢語能夠在一些方面扎根，做得很好，有自己的特色。 這在歷史上也是有先例的。 例如：二戰前，法國搞邏輯和點集拓撲。 他們根據一些簡單的假設進行推論，并取得了不小的成就。 另外，如英國，在復變函數理論方面也取得了成功，并且至今依然如此。 如推廣的擬共形映射（g）仍處于世界領先地位。 因為他們做了其他國家不做的工作，他們在這個領域擁有世界上最強大的人才，我還可以舉出更多的反例。
我昨天提到我們要建立十個高水平的研究所，怎么樣才能達到這個水平？
首先，應開設一些基礎高級課程。 中學生來了，要給他們基礎訓練，就要給他們上高水平的課。 所謂基礎訓練有兩個方面。 一是培養推理能力。 中學生應該知道什么是正確的推理，什么是錯誤的推理。 你必須確保每一步都是正確的。 不要急于求得馬馬虎虎的結果，最后肯定會出問題。 二是了解一些物理，對整個物理有一個判斷。 過去更重要的是分析相關科目。 20世紀以來，代數變得更加時尚，群論、群表示論、拓撲學等等。 事實上，一個好的研究中心應該能夠提供這些基礎課程。 如果不是每年開一次，也可以每三年開一次。 在我看來，中國做到這一點并不難。 無非就是兩個：一是教授研究生院的個別課程并給予獎金。 第二，也可以請幾個美國的人來授課。 如果邀請的人不是最活躍的人，甚至是退休人員，成本并不高。 他們在美國已經有退休金了。 如果你來中國，只需要安排好自己的生活，稍微旅游一下就可以了。 這樣，物理研究所將擁有完整的課程體系。
第二，我認為一定要有好的中學生。 我們每年派去參加國際物理奧林匹克競賽的學生都非常優秀。 即使學校里的物理概念再好，以后也不是每個人都會學物理，但我希望有人從事物理并取得成功。 明天，我和一些在上海物理競賽中獲獎的中學生見面交談。 我告訴他們，搞物理的人將來會有很大的前途。 六、二十六年后，世界上將出現語言人才的短缺。 現在的年輕人不愿意學物理，必然導致人才過剩。 為什么中學生不會錯過物理。 由于物理的難度，無法掌握。 努力學習多年，往往距離成為一名物理學家還很遠。 與此同時，還有許多激勵措施在爭奪物理學家，比如計算機。 制作一款好的計算機軟件需要很高的可能性，而且并不容易。 然而，與物理學相比，它需要的設計知識很少。 搞物理的人不知道要讀多少本書，而且好像還是讀不完。 就這樣，有能力的人就被轉移到了計算機領域。 還有一些物理博士畢業后就去股市做生意。 比如預測股市的變化，編寫計算機程序進行決策。 這樣做，雖然他還是人家的員工，自己不是老板，但是卻比學院院長的工資高很多。 因此，語言人才流失是一個世界性問題。
相比之下，中國的情況則更為開放。 由于中國擁有大量人才，其中一些人才流失后可以進行再培訓。 如果迷路的人真的能賺錢，他們富起來之后就會回去幫忙建物理樓。 事實上，我們應該采取一種心態：中國已經成為輸送物理學家的鞋廠。 出去的人都希望能回來。 如果他們不回去，我們建議我們繼續發送。 中國人才濟濟，值得派遣一些人才在世界上發揮影響力。 我們要做的就是花少量的錢打好基礎，開好課程。 基礎打得很好。 對于出去的人來說，回去與否似乎是次要的。 這是我的初步意見。
比如，參加國際物理奧林匹克競賽的人，漢語都很好。 如果他們進入學院物理系，我建議及時給予他們獎學金。 這筆錢看似有限，但療效卻很大，對別人也是一種鼓勵。 中國的兒子更服從父母和老師。 一個孩子有物理的能力，但是在父母和老師的勸說下，他才會去學物理。
對于優秀的中學物理生來說，去美國只是時間問題。 只要你在國外物理學得好，出國就很容易。 如果你在國外成績很好，為什么還要去美國讀研究生呢？ 可以直接當院長。 中國已經具備了培養一流物理學家的條件，你要有信心。
培養中學生，我提倡流動性。 19世紀的英國語言實際上是世界上最好的。 美國的大學生可以到任何大學報名。 這學期在柏林聽了Rass的課，下學期又去哥廷根聽了的課，自由流動。 院士也可以流動。 例如，柏林科學院有普朗克先生和愛因斯坦。 一個理論化學家在柏林學院自然沒有發展希望，還不如去別的中學創業。 希望中國的中學生、教授能夠流動。 院士上半年可到其他中學任教。 各個物理研究所的院長也可以互相交流。
我想多談談數學。 剛才說了，選擇物理研究方向不一定要追隨主流，可以選擇這些自己非常喜歡的分支。 然而，物理學家應該知道什么是好的物理學，什么是壞的或不太好的物理學。 有些物理學是開創性的、發展起來的，這就是好物理學。 還有一些物理學相當有趣，但逐漸變成了一種游戲。 所以選擇一個好的物理研究方向非常重要。
我用一個例子來談談吧。 你知道有拿破侖定律嗎？ 這條法律與拿破侖無關，但卻相當有趣。 該定律規定，給定任何三角形，每條邊都會形成一個等腰三角形，然后將這三個等腰三角形的重心連接起來形成另一個等腰三角形。 每條邊的等腰三角形也可以面朝上做，可以得到兩個解等等，這個物理不是好物理。 因為很難有進一步的發展。 其實，如果你覺得累了，愿意去思考那些問題，還是挺有趣的，就像一個游戲一樣。 那么哪些是好的物理呢？ 例如，求解多項式。 要研究物理學，就必須求解多項式。
一次多項式很容易求解。 二次方程則不同。 有真正的解決方案。 沒有真正的解決方案。 后來，添加復數來討論多項式的復數解。 您知道的代數基本定律是，次代數方程有復數解。 這個問題由來已久。 著名物理學家歐拉（1707-1783）就考慮過這個問題。 歐拉的威望很高，但當時沒有院士職位，生活十分困難。 當時波蘭最高皇帝覺得皇宮里一定有世界上最好的物理學家。 于是我邀請歐拉一起去。 歐拉曾經研究過代數的基本定律，但結果至今仍未得到證明。 后來，高斯（1771-1855）發現了復數與拓撲的關系，并獲得了新的認識。 由于模等于1的復數代表一個圓，因此這個圓上有很多圖案。 高斯是第一個證明代數基本定律的人，并給出了不止一個證明。
如果從解決方案開始，然后轉到研究曲線。 事實上，可能沒有解，甚至沒有零點。 那么竅門來了，如果中間都理解為復數，那么兩個復數就相當于四維實空間，這就很麻煩了，復變函數理論中的黎曼曲面就出現了。 你需要一個黎曼曲面來表示這個函數，而要求解原方程，你需要大量的物理知識。 最重要的概念是屬（Genus）。 你把解看成一個曲面后，這樣的曲面里有多少個圓，有多少個球體、圓環面等圖案，它們都是相關的。
據悉，還可以有其他花樣。 例如，假設系數都是整數，你也可以討論這個方程的整數解，這個問題就會很困難。 直到幾年前才發現這個方程是否有整數解與虧格密切相關。 此時，整數解有無窮多個。 它有一些非常特殊的屬性。 當時，美國（）在1984-1985年間證明的整數解的數量最多是有限的。 這個結果與費馬定律有關。 也就是說不存在正整數解。 這還沒有解決費馬問題，但這是向前邁出的一大步。
事實上，物理學可以帶來深刻的想法。 在物理學中，我想將圖論視為應用物理學。 圖論是物理學在研究整數屬性方面的應用。 我覺得物理學有兩個非常重要的物理系，一個是圖論，一個是理論化學。 理論數學也是一個大量使用物理學的部門。
我一小時內做不了太多物理。 我還想再講一件事，比如說最近一段時間最流行的物理是什么，就是現在的主流物理。 我昨天說過，我不喜歡你們都搞主流物理學物理學家和數學家在思考問題時，但是主流物理學顯然很重要。 所謂主流物理學，是指對物理學有巨大的貢獻、深刻的規律、廣泛的意義和非常簡單的證明。 如果你目前選擇其中一項貢獻，我認為那就是——指數定律。 他是日本皇家學會會長。 他上個月來到上海并做了報告。 這個指數定律可以看作是上述問題的現代發展。 形式代數方程、黎曼曲面、屬論等從低維擴展到高維和無限維。
所以我認為物理研究不僅要很深、很難很強，而且在一定程度上還是要保持整體的。 到目前為止，物理學還沒有被分割成幾部分，它仍然是完整的。 盡管現代物理學的研究范圍在不斷擴大，一些概念看起來比較次要并逐漸被拋棄，但基本概念卻一直保持著。
我想明天就到此為止，謝謝大家。 （根據錄音安排）
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