專訪丘成桐：有了錢，科學家才能做出大學問

撰文 《環球科學》記者 丁家琦

他是當今最優秀的華人數學家，也是當代世界最有影響力的數學家之一。1976年，27歲的他就證明了微分幾何領域的卡拉比猜想，在數學界一舉成名；以他的名字命名的卡拉比－丘流形（Calabi-Yau manifold）成為弦論中的基本概念，他也囊括菲爾茲獎（1982）、沃爾夫數學獎（2010）這兩項數學界的最高榮譽。現在，丘成桐是哈佛大學數學、物理學教授，除了自己的學術研究之外，他也一直熱心推動著中國數學事業的發展，建立數學研究所與研究中心，培養來自中國的留學生，並關心教育事業。

2016年，他又成為了熱議的中心，不過來自一個完全不同的方向——關於中國是否應該建造巨型粒子對撞機的爭論。12月18日，他應邀出席東潤創新與未來教育論壇，《環球科學》也藉此對他進行了專訪，聊了對撞機、弦論、數理與人文藝術之美等話題。丘成桐教授認為，與很多大型投資相比，巨型對撞機消耗的經費並不算最高昂的，但建成後能夠引進一萬名全球最優秀的科學家，對中國科學發展和經濟的促進作用是無價的。談到做數學，他希望大家不要相信像電影和小說里描述的那些「天才」，僅憑天分就能解決大問題是不太可能的，做數學首先需要學習前沿的科研成果併產生深刻的了解，此外，還需要有良好的生活條件和充裕的經費。

丘成桐教授（圖片由受訪者提供）

弦論至少在數學上是完美的。

《環球科學》：您早期最著名的工作是在幾何學方面，這是數學中的領域，它是如何與物理學的弦論產生聯繫的呢？

丘成桐：一個世紀前，愛因斯坦提出廣義相對論，他發現引力就是由時空的幾何變化產生，二者是等價的，幾何學家因此開始對引力產生極大興趣。而弦論的產生，對如何用幾何方法研究引力場，並將幾何學與量子力學結合起來做出了很大的貢獻。幾何是弦論的基礎，但弦論剛誕生的時候只是粒子物理領域的理論，跟幾何無關，只是在後來的研究中人們慢慢發現它與時空引力有著密切聯繫。我做的工作就是構造出了一些時空的結構，可以支持物理學家的理論。

我1976年完成卡拉比－丘流形的工作，在1984年時，物理學家找了我，發覺這些流形可以用來建造弦論的模型，這是一個非常重要的工作，它一開始是在數學中被提出的，解決了很多重要的數學問題，但在弦論誕生後，物理學家發現卡拉比－丘流形正是他們所需要的東西——它可以解釋一些物理現象。大量物理學家的加入對卡拉比－丘流形這一數學領域的發展帶來了很大幫助：我們原先對卡拉比－丘流形的直觀概念不夠豐富，而物理學家從弦論帶來的直覺和猜想對我們有很大的幫助；反過來，數學對弦論的發展也極有幫助：因為弦論還不能通過實驗來證明，而數學家通過證明得出的結論是極為嚴格的，而且幾乎是完美的，不可能有錯，因此，數學可以給物理學家的猜想提供部分證明。

《環球科學》：您認為通過數學上的推導和計算就可以「證明」弦論的正確性，但一個科學理論的正確與否難道不需要通過實驗來驗證嗎？

丘成桐：我們都同意這個觀點，即一個科學理論的正確性最終需要通過實驗來驗證。但是數學能夠嚴格證明和這些理論有關的猜想，是極為重要的貢獻。同時弦論涉及時空和粒子最基本的結構和他們中間的關係。這是人們自古以來就一直想研究清楚的大問題，不是一朝一夕能夠完成的事。想在三四十年的時間裡就能提出基本理論並用實驗證明它，幾乎是不可能的，牛頓力學也經過了八九十年的發展才完善。弦論目前不能用實驗來證實確實是它的一個缺陷，但這麼宏大的事物，試圖用三四十年的時間就證實它，這樣的想法未免太過急切。弦論剛開始流行時，有些物理學家誇大了它的地位，認為它就是大統一理論，是所有學問的終結，這是不對的，不應該這麼講。可是弦論還是很重要的，我們目前沒發現它有矛盾，它至少在數學上是完美的。

我們不能因為不知道會產生什麼樣的現象就不去做實驗，我們要開闢一條別人沒走過的路，這才是創新精神。

《環球科學》：正如您所說，一門學科的建立、發展和實驗驗證需要很長時間的努力，您近幾年一直大力呼籲中國建設巨型對撞機，也是為了給最終實驗驗證弦論鋪路嗎？

丘成桐：從牛頓力學開始萌芽到今天，我們的實驗能力有了很大的提升，自法拉第做了電磁學實驗、麥克斯韋提出電磁理論之後，如今電子儀器工業的發展已經有了很大的進步，現代計算機編程技術更是讓實驗科學如虎添翼，這反過來也促進了我們對大自然的了解和理論的發展。如果不去做實驗，科學發展就會受到限制。建設大型對撞機就是為了實驗科學的發展，它不直接服務於弦論，它促進的是高能物理的發展。對粒子物理的了解加深以後，我們就可以了解一些基本的東西，比如宇宙的結構、宇宙產生的原因、星體產生的原因等等。為了探索新的現象，我們需要進一步提升大型對撞機的能量，因為在不同的能量下可能會有意想不到的現象。我們不能因為不知道會產生什麼樣的現象就不去做實驗，我們要開闢一條別人沒走過的路，這才是創新精神。當年哥倫布航海也不知道要去哪裡，就是一直往西方走，最終發現了新大陸。科學的發展就是這樣，不可能每次都思考得清清楚楚以後再去找。科學上的大發現能夠震驚全世界，往往是因為它的出現並不是一般科學家預料會發生的。

《環球科學》：科學探索當然永遠是有益的，但我們可能也要考慮性價比問題。建造一個甚至比LHC還要大很多的巨型對撞機需要大量的經費，如何回應公眾在這方面的質疑？

丘成桐：其實花的錢也沒有你們想像的那麼多，有些人把對這個計劃的描述扭曲了。巨型對撞機的建設大概需要30年，第一期是15年。15年用400多億人民幣，平均一年26億左右，國家現在辦很多大型活動，都比這些投資大。我有很多朋友是做地產的，投資比這個對撞機計劃多幾倍。許家印在海南島投資了一個小城市，據說要花1500億，上海迪士尼樂園大概也差不多吧，但你認為這些和對撞機相比哪個更重要呢？建造巨型對撞機，不僅對物理學的發展有好處，對中國的經濟也有好處，同時學術上的貢獻是恆久不滅的，中國人難道不想在基本物理出人頭地，領導世界嗎？

通過建設巨型對撞機，我們可以用最簡單的辦法引進一大批科學家，這將徹底改變中國的科研氛圍。

《環球科學》：這些好處具體體現在哪些方面？

丘成桐：LHC項目現在有6000名科學家、4000名工程師，都是世界第一流的。中國為了引進人才，開設了「千人計劃」，再過一段時間，需要的經費可能差不多也有400億了，但引進的人才不過幾千名。而且，就算對撞機項目只吸引來5000名科學家，也比千人計劃成功，因為這些來自全世界的頂尖科學家全部時間都在中國，可以改變整個中國的科學氛圍。最近中國設立了很多科研園區，每個園區都需要1000億以上的資金來建設，大部分的科研園區都沒有一流科學家。但科學的發展最直接的推動力就來自科學家，你在這個樓里放十多個有能力、有才華的科學家，我擔保不出兩年就會有國際一流的科學成果。而且，世界一流的科學家在一起討論，在一起做研究，這樣的風氣也會感染全國其他科學家的發展。

通過建設巨型對撞機，我們可以用最簡單的辦法引進一大批科學家，這對科研的發展、對高校和科研院的影響是巨大的，這些優秀的科學家可以給科研圈注入很大活力。很多研究生在北大、清華做不出一流的博士論文，但到了哈佛、斯坦福就能做，因為他們可以跟一流的科學家交流，自然而然地就能學到做學問的方法和精神。哈佛大學是公認的世界頂尖名校，哈佛文理學院的教授只有800個，加上博士後等等，人數也不會超過兩千個，加上MIT及其他大學和研究機構，整個波士頓的科學家加起來可能也就有1萬名科學家，波士頓算得上是全球科研最鼎盛的地方了，所以你想想建設對撞機能吸引1萬名科學家對中國的影響有多大。

像電影和小說里講的那些「天才」，是不存在的。

《環球科學》：作為一名卓有成就的數學家，您認為在數學研究方面，是天分更重要還是勤奮更重要？

丘成桐：作為科學家，完全沒有天分也不大可能，因為你至少要了解前沿的科研成果，不僅要知道，還要理解它具體和深刻的意義，這是學習的過程，再進一步也要看你的文化、思想、與人交流的能力。但是，像電影和小說里講的那些「天才」是不存在的。我曾經看過一部電影叫《心靈捕手》（Good Will Hunting），講的是MIT一個清潔工，在一個晚上的時間裡就解決了一個著名的數學問題，但是現實中這種事情是不會發生的。數學有兩千多年的發展歷史，中間出現了多少天才，偉大的數學家可能有好幾百個，他們累積下來的這麼多的學問，經過不斷的修改，去粗取精才留到了現在，要想不經過太多的學習，僅憑「天分」就能超越他們，是不大可能的。好的科學家要有文化，有思想，有興趣，去深入地思考，這樣才能完成大的事業。

《環球科學》：您在演講中多次提到數學和藝術的關係，在您看來，數學、理論物理的美與藝術的美之間有什麼聯繫？

丘成桐：以畫畫為例，畫家所描繪出來的事物與我們看到的常常是不一樣的，因為他們的作品經過了自己內心的觀念和感情的加工。無論作畫也好，還是做數學也好，都有自己的感情成分在裡面。我看到某個景物最漂亮，我就去畫這個景物，因為它讓我很興奮。我做某一方面的工作，是因為對我而言，它呈現出來的美是讓我感受最深的。對於別人，看到的可能是它另一方面的美，所以他們做的工作就和我不一樣。那誰能看到最精彩的地方，或者說，做出來的結果更可取呢？那就看這個人看到的是不是最普遍的地方。寫小說也一樣，有的人可以找到重點，然後把它描述出來。

此外，我們要了解一個事物，就要先建立一個框架。怎麼建立框架呢？也跟這個人對事物的看法和感受有關。曹雪芹寫《紅樓夢》，他寫了一百二十回，結構是很嚴格的。他為了有條有理地描寫賈府的興盛和衰落，每部分的安排都很嚴謹。我們做數學、物理也一樣，想要了解某一件事，需要先建立一個框架，然後再做裡面小的零件，這是做大學問所需要的。怎麼挑選好的問題，怎麼建立框架來深刻地了解大自然，這一點跟作畫、寫作都有相似的地方。

教授不擔心衣食住行，才能做好學問。好的學問基本上還是在經費充裕的情況下才能做出來。

《環球科學》：您對中國數學研究的提攜人所共知，您認為中國數學在最近十年里有沒有取得一些進步？怎麼才能進一步促進中國數學的大學教育和科研呢？

丘成桐：中國改革開放以來，真正有大成就的學者不多。海外的留學生做出的成果較多，在中國本土的很少。但是有一點比較好的就是，現在很多留學生願意回國發展，也願意研究一些比較重要的問題。近十年來確實有進步，可能也與中國近年來經濟發展有關係。科研環境好，才能研究重要的問題。

雖然進步是有的，但我認為科研經費還需要提高。現在北京、上海這樣的大城市，教授的住房、生活條件不好，買房越來越困難，餐廳吃飯、買衣服比國外還要貴，但是薪水還比國外少，這是一個很嚴重的問題。教授不擔心衣食住行，才能做好學問。一些人，包括政府官員認為，好的學者在最貧困的時候才能做出最好的結果，這是完全錯誤的想法。我專門研究過18、19世紀主要的大數學家，一百多人裡面，只有兩個是比較窮的，其他的一些人都經濟充裕，甚至非常有錢。好的學問基本上還是在經費充裕的情況下才能做出來的。只有政府投入大量經費到基本科學中，中國才可能做出世界一流的學問。

現在中國在學術資助制度上有了一些改革，但還是差得很遠。有些制度甚至是莫名其妙的，比方說，我們請一個海外的專家到中國來定居任職，第一件事就是讓他去體檢，體檢沒有通過就不行，這在國外是很莫名其妙的。我有個朋友，因為腎臟有問題沒有通過體檢，但這是天生的問題，並不是有意造成的。還有一點，就是他夫人需要生孩子，因為沒有保險，不能在中國生產，只能回德國。這是在美國和歐洲都沒有聽過的。中國沒有給他們提供良好工作環境的能力，這就是資助的問題。只有體制不斷改革，經費不斷提高，中國的科學才有可能進步。

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