也談學物理能幹什麼
撰文 | 杜鈞福
學物理能幹什麼是個老問題。問題原來出在計劃經濟時期。當時學生畢業都是由學校按照計劃分配。學物理的應該分配到什麼單位？中國科學院的各個物理研究所當然很適合，但是這些機構能容納多少畢業生？不算這個，除去從事教學以外似乎就沒什麼合適的地方了。而每一個綜合性大學都有一個或不止一個物理系，還不計師範院校。於是，出現了物理系學生分不出去的現象。
可能與這一「危機」有關，吾師曹昌祺教授立志破除社會上，特別是人事部門「學物理的沒用」的偏見，在20 世紀80 年代做了一個軟課題，題目就是學了物理能幹什麼。他組織了一些座談會，做了一些社會調查和統計，也寫了一些文章，送給有關部門參考。其結論，當然是學了物理，幹什麼都行。但是他的先行工作在當時沒起什麼作用，至今也很少有人知道。當時還沒有互聯網，其他信息傳播手段也不怎麼靈。
我很同意曹先生的觀點。我當時正在給一本書寫序。這是一本物理學的科普讀物。序言里要簡單通俗地介紹一下物理學是什麼。我就翻了一下各種物理學的書，並請教了我的老師李蔭遠先生。這時我才發現，我學了半輩子的物理學沒有一個公認的定義。但是，大致說來，可以說物理學是研究世界上最基本的物質運動和變化規律的科學。這句話很抽象，似乎說明不了什麼，需要一些解釋。
這句話並沒有給物理學限定領域。它似乎無所不在。我們看看它和其他學科的關係。
力學和天文學算不算物理學？現在不算。但是在物理學的幼年時期，力學和天文學也是物理學的一部分。它們的基本定律和構架都是由牛頓、開普勒、伽利略這些著名物理學家完成的。它們一旦成熟，就脫離了物理學。但是它們一旦遇到麻煩，就回來找物理學。
天體物理學屬於物理學範圍，姑且不談。廣義相對論帶來的水星近日點問題也不談。就天體力學和球面天文學而言，應該是比較成熟的領域了。但是太陽系的穩定性問題、行星軌道的非線性相互作用（如混沌），就需用物理學方法來解決。
力學的基本規律也早就確立，剩下的似乎只是如何運用它們，以及如何有效地對具體問題進行計算。當然事實不完全如此。在新的力學研究領域裡，總能看到物理學的身影。例如目前在中國科學院力學研究所里有一個非線性力學研究中心。他們所做的一件事，就是將物理學的統計方法用於分析斷裂力學中的問題。
交通問題顯然也不屬於物理學。但是我們往往在物理學期刊，甚至《物理評論快報》這樣頂尖的期刊中，間或看到關於交通問題的研究文章。
我還在《物理評論快報》上看到過一篇有趣的文章，講的是一張紙，普通的紙，如何在空氣里飄落到地上。
從前在評書里，經常有一句形容諸葛亮這樣的人的一句話：「上知天文，下知地理，三教九流，無所不曉」，拿來形容物理學，庶幾近之。
上面說的是物理學本身。下面說說物理學的載體，研究機構。我們中國科學院有一個物理研究所。這個所在過去幾十年里不斷分裂，分出不少新的研究所。我把這些分裂事件列表如下。
此外，物理所還有一個研究組（蛋白質結構分析）併入生物物理所。
所以，在過去幾十年里，物理所平均隔幾年就分裂出，或與其他所合建一個新的研究單位。而這些單位，從它們的名稱就可以看出，都屬於對我國科學、經濟、國防領域具有舉足輕重意義的單位。事實上，在過去若干年，它們都在各個方面做出了不可磨滅的貢獻。這種現象有力地證明了物理學在各個重要領域的強的輻射作用。
這種現象有人稱為「下蛋」。有些「蛋」後來又繁殖了第三代。如位於瀋陽的金屬研究所又在合肥生出一個固體物理研究所。但是早就有人憂慮：下蛋下多了，母雞會不會死？事實證明這種憂慮是多餘的，母雞仍有旺盛的生命力。物理學有很強的自我繁殖和自我更新的能力。在後來的年月里，一些有強勁發展勢頭的新研究領域或分支不斷出現並發展壯大，如高溫超導、納米材料、表面物理、軟物質等。
有的人說，在21 世紀，物理學已不再是自然科學的基礎。它將讓位給生物學。我不敢說他說的不對，但我至今未看出這樣的趨勢。
上面說的是研究機構。下面說人，從業者。
從物理學領域進入其他領域並表現不凡的人我見過不少。畢業於中國科技大學物理系的一位哥兒們，在文革中無所事事，遂專心中醫典籍，學有心得，調入中醫研究院，成為著名的中醫大夫。我找他看過病。還有物理研究所的一位研究人員，不知為什麼，對心理學感了興趣，並專攻運動心理學，後來調到心理研究所，事業有成。
我的一位朋友，也是中國科技大學物理系畢業的，文革中被分配到一個小火車站當信號員。後來他進入中國科學院，從事等離子體物理學研究。業餘他對社會歷史問題感興趣，撰寫了一篇文章論述中國社會長期停滯的原因，發表於《光明日報》，名噪一時。後來他到美國德州大學，師從著名物理學家普里高津，用物理學方法研究經濟學，據說作過很好的股市預測，後來曾兼職於北京大學經濟學院。
至於物理學家轉到或兼營信息領域如計算機的例子更多。我國的互聯網技術不就是發軔於中科院的高能物理研究所嗎？這當然和他們與國外聯繫多有關，但也說明它們非常熟悉有關知識和技術。
以上幾個例子，不都屬於將物理學方法直接用於其他領域。但是物理學的學習和研究經歷肯定使他們眼界開闊、思想活躍、有創造能力。還有些有強的社會責任感，典型如「中關村第一人」陳春先。陳春先原是中國科學院物理研究所的研究員，曾領導建造了我國第一個托卡馬克型高溫等離子體研究裝置，獲得全國科技大會一等獎。在他在自己領域的研究工作蓬勃發展的時候，他參觀美國矽谷後深深感到科研成果不能局限在科研機構之中，應投入更多資源在應用方面，直接促進經濟的發展，於是毅然下海創辦了中關村第一個民營企業，為民營高技術產業的發展開了先河。
下面再說我自己的體會。我當初進入研究領域的時候，面臨著一項工程問題。這其中有力學的，有電工的，都屬於典型技術領域。我沒學過工科的有關課程，但是找幾本書看了看，覺得基本方程不出我所學過的物理學的範圍，後來比較順利地用材料力學和彈性力學兩種方法初步解決了材料受力問題，用電磁場理論解決了瞬態電流分布問題。我感覺，如果屬於常規的工程問題，我們不如學工科的。但是，如果是非常規的、有創新性的，我們就有很大優勢。在解決問題的過程中，物理學畢業生的建模能力和數學推導能力特別重要。對於實驗者來說，還有一個動手能力。
以上所說的物理有什麼用的問題，是一種功利性的「用」。這沒有什麼不對。人活著總得吃飯。但在吃飽了以後，還有一個精神生活問題。這也是人類和動物的主要區別。人類進化到這種地步，總要活得和蟲子有所區別吧。
上面所說的物理學在社會領域特別是在人類認識世界的層次上所表現出的巨大的能動作用，來自這門學問強烈的思辨性和實證性。像上述水星近日點進動與傳統理論的偏差，每世紀僅有43 秒。這樣微弱的差距竟然顛覆了牛頓力學，是在任何其他學科中所看不到的。從經典物理學到20 世紀建立的近代物理學，嚴格的科學體系的建立並在實用中得到證實。科學的思維邏輯使我們知道宇宙創始時發生了什麼事，了解用肉眼無法看見的不同層次物質的結構，知道存在著與我們日常熟悉的事物完全不同的物質形態，甚至想像著多維甚至多聯通拓撲的空間。物理學在過去一兩個世紀所取得的偉大成就，以及對人類社會生活的巨大影響，使我們篤信科學理性的巨大力量。這樣的研究經歷，這樣的信念，使從業者不再盲目相信任何外在的權威，而對我們所面對的世界的懷疑態度和批判精神是一切自然科學特別是物理學的靈魂所在。
所謂精神生活，又主要是一個所謂終極關懷問題，也就是說，我們人類以及自身是從哪裡來的，到哪裡去，我們的世界又是從哪裡來，到哪裡去的問題。在這個問題上，只有物理學告訴我們的最多。大家知道，愛因斯坦的相對論，實際上是一種過去未來之學。它告訴我們，存在就是永恆。參透了這一點以後，我們對於宇宙，對於人生，自然有與眾不同的感覺。
讓我們聽聽一位人文學者對物理學家的評價。最近，一位著名學者謝泳先生說：「在自然科學和工程技術的專家中，我總覺得物理學家的內心更豐富，他們對世界、對人類、對現存社會秩序總保持著關心和具備著責任，他們對人類文明的結晶永遠有熱情，對人的尊嚴、人的價值，對社會公正、言論自由等都很敏感，對戰爭對和平，對人道主義這些問題上形成的人類公認的價值標準，都有著令人敬佩的見識。」
我希望有更多的優秀青年投身到物理學領域中來。
來源：《現代物理知識》第 22卷第6期
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