杨振宁:中国发展最前沿基础科学 需慢慢建立“传统”

杨振宁:中国发展最前沿基础科学 需慢慢建立“传统”

杨振宁。杨振宁供图

94岁的物理学家杨振宁依然活跃在中国科学圈。

近几年,他都会如约出现在“求是奖”的颁奖典礼上,为一拨拨华人科学家颁奖。颁奖典礼后会有一场讨论会,今年的主题是“原创基础研究——中国的时代到了吗”。在10月15日的讨论会上,杨振宁做了简短的发言,在他看来,在原创基础研究上,中国不要着急,“要想有最重要的原创基础研究,不是技术问题,而是你知道什么问题是当时最重要的”。

当澎湃新闻11月上旬(www.thepaper.cn)在清华园的科学馆见到杨振宁时,他发表了一致的看法。在一个小时的对话中,杨振宁声音洪亮,反复强调的一个词是科学的“传统”。他提到自己在芝加哥大学求学时的经历,一个具备长期科学积累的地方会营造一种科学的“空气”,在那里可以捕捉到对于当时而言最重要的研究方向,可以知道该用什么新角度去摸索。这也是他认为中国科学在发展路径中以前所没有的,现在还未建立起来的。

但他并非对中国科学发展抱有消极态度,也不认同“中国科学发展得不行”的观点。至于科学的“传统”如何建立,他说这不是一天、两天的,是要慢慢来的。

在专访中,杨振宁爱举例子,他想从科学史的故事中传达的是,颠覆性的科学成果有时就在一个细小的想法中萌生了,有偶然性。但杨振宁也提到,尽管对于基础科学来说,往往没有预先准备好的方向,但不意味着无需准备,需要在各个学科有扎根于此的科学家,培育起科学的“传统”。

至于如何在有限的科研资源下选择重点发展的项目,杨振宁说这正是最难的问题,他不觉得有一个最好的解决方法,这也并非只是中国的问题,而是全世界的难题。

在杨振宁对于中国科学如何发展的看法中,有一个他坚持了几十年的想法是,科学的发展应该与国家的全面发展之间做平衡。“每个科学家都希望他自己的东西可以发展,可是你要看整个国家,不只是他一个领域。”杨振宁说。

中国现在科学的成功和当年西南联大时的是一样的,不足之处也是一样的

澎湃新闻:您对中国的基础科学现状怎么看?

杨振宁:现在好像国内大家一致觉得,中国科学发展得不行,这我认为是一个错误的看法。科学的发展,现在方向很多,我认为中国的科学发展,有一些部门是非常成功。怎么证明呢?只要看改革开放以来,中国国防工业、航天工业、造船、造铁路,这些都是全世界羡慕的高速发展。要能有这些发展的话,必须有非常多称职的工程师和技术人员,他们多半是改革开放以后训练出来的。所以从这个角度讲起来,基础科学教育的发展在中国这几十年来,不是不成功,而是非常成功。

至于说,最前沿的基础科学,比如说像得诺贝尔奖之类的科学研究,那中国这几十年来是没有发展出来。偶然有一两个重要的贡献,不过整体讲起来,还是很落后。

这个并不稀奇,因为西方前沿的近代科学的发展,搞了好几百年。现在要把它压缩十倍,在几十年内就发展出来,这是不可能一下子就成功的。因为不管哪个领域,科学发展需要一个“传统”。

什么叫“传统”呢?比如说,物理学有它的传统,一个年轻人要想钻到这个领域里头,他得学习过去几百年已经有的知识,还不止这个,他还得能够知道今天这个领域里头正在高速发展的是哪些问题。你如果在美国,在一个好的学校里头,你就浸淫在那“空气”里头,知道什么东西是重要的问题。这就是“传统”。

这个“传统”不是一天、两天可以发展出来的。我举个自己的例子:我是在西南联大念了本科加硕士六年,加上后来在中学教书,还是经常回到大学参加讨论会,所以一共是待了七年。这七年无疑是给我奠定了一个非常瓷实的、基本的物理学的底子。然后我就到芝加哥大学读了3年博士。

我看出来,西南联大和芝加哥大学之间的差别。我在西南联大无疑是得到了最好的、很接近前沿的基础物理学教育。可是我在芝加哥大学所浸淫的空气是跟西南联大完全不一样的,是只注意当时的问题。这些“当时的问题”在昆明不知道,在芝加哥之后就完全在这里头。这就是因为中国到那时候为止,前沿物理学的“传统”还没有发展起来,不知道一九四几年的时候有什么新问题。

事实上,芝加哥的研究生课程一二年级绝对不如在昆明念的,但芝加哥的好处是随时都知道现在有些什么新的问题。所以从这个讲起来,我占了很大的便宜,我把基础的东西在中国念得好好的,到那去用到当时的问题。

这个例子代表说,一个学科的发展是有一个过程的。从这个讲起来,现在整个中国的发展,它成功的地方就像西南联大的成功,它不成功的地方也就是因为它还没有得到要了解最新的东西在哪里的“传统”,还没有建立起来。这个不是一天两天的,是要慢慢来的。

澎湃新闻:您说的当时西南联大和芝加哥大学能够代表现在中国和美国高校之间的差别吗?

杨振宁:可以说是。当然现在和那时候不一样了,我只是举这个例子。中国成功的地方跟当初西南联大训练我物理所成功的地方,是一类的。现在欠缺的,也跟那时候西南联大所欠缺的是一类的。因为这个事情不是两年、五年、十年所能改过来的,得靠慢慢改过来。

澎湃新闻:之前在“求是奖”的颁奖典礼上,您也说过“要想有最重要的原创基础研究,不是技术问题,而是你知道最重要的问题是什么”,而这需要“有很深厚的一个领域的学术成果积累”。

杨振宁:因为它需要有人。比如,我再举个例子:我到芝加哥的时候,恰巧整个物理学界有个新的领域出现,新的领域是怎么出现的呢?这也是当时历史上很有意思的一件事情。1945年刚打完仗的时候,欧洲困难得不得了,还要有面包票的,生产不够。但是在那种情景之下,英国、意大利做出来了几个大家想不到的实验。1946年、1947年、1948年这几个实验出来以后,震惊了物理学界,因为是发现了一些从前不知道存在的基本粒子。这就是粒子物理学或者高能物理学的开始。这出来后,大家要去研究这个东西,这就奠定了这个领域之后的发展。如果你那时候在中国的话,消息就比较晚,不知道里面发生了什么事情,当然你就不能够跟别人竞争。现在基本上还是这种状态,最新的这些发展基本上是在美国、欧洲、日本。这要跟进,不过就晚一些。

澎湃新闻:目前的阶段,中国想在原创基础研究上有所进展的话,最需要做的是什么?

杨振宁:我想各个领域不一样。里头有一些是没法人为操纵,是偶然的事情。比如说前沿的固体物理学。最近十年的样子,发展出一个新的方向,叫做拓扑固体物理学。这个领域现在国内做得很好,清华、物理所还有好几个别的地方,中国的研究员、博士生做得很好。这一部分是偶然的。但是既然国内有了好几个人做这个,它就发展出来一种“空气”,新毕业的本科生就会参与进去,这就可以渐渐地变成中国容易发展的方向。

每个领域都是这样子的。前两年张益唐做出来很重要的工作(注:2013年,张益唐证明了“弱化版本孪生素数猜想”),他当初是在北大跟着潘承彪。陈景润、潘承彪、张益唐他们都是一个领域。从华罗庚开始,数学里这么一个小但是很重要的数论,就有一个传统在这里。王元、潘承洞、潘承彪他们都搞这个,所以搞出来重要的结果,从之前的陈景润到现在有张益唐。

现在每个学科前沿有十几个不同的方向,那么中国如果能在几个方向发展的话,就可以有突破的发展。

每个领域不一样,物理、化学、数学、生物不一。尤其是生物全面发展,你知道生物学今天的投资远超过数理,为什么呢?因为生物发展影响医学,影响人类的健康。这方面最近这几十年全球的投资有非常大的好处,现在人类的平均寿命,差不多是每十年增加一岁。

我想中国如果能在生物学里有一两个领域发展出来“传统”,这里头有很多年轻人做,然后数学里再有几个……我想这样发展下去是最好的途径,恐怕也是必然的途径。

对基础科学最前沿来说,最主要是“你要知道什么东西是现在可以发展了”

澎湃新闻:您刚才非常强调“传统”、“空气”,它指的是学术的氛围吗?

杨振宁:对。最主要的是你要知道什么东西是现在可以发展了。第三世界的人一般不知道当时有什么东西可以发展的。比如说物理学,刚一打完仗,为什么意大利、英国就发展出来。因为他们有传统,而又发展出来一种新的技术,在一九四几年的时候,当时已经有胶片了,英国的一个实验室,发展出来一种特别敏感的胶片。这种敏感的胶片使得一个粒子穿过胶片的话,它会留下它的路径。他们发展出来这个,用这个技术去量宇宙线的东西,就发现有些粒子是从前没见过的。你可以说,这是一个很小的事情,也是一个偶然的事情,就发展出来一个新的领域。

张益唐研究孪生素数,大家研究了几百年,他想出来一个新的方法去看,所以就有了这个进步。这种我想是,科学的发展,说是容易也容易,说是难也难。

澎湃新闻:里面有很多的偶然性。

杨振宁:对。

澎湃新闻:但有个问题是,上世纪四五十年代的时候,中国和外界的消息交换没有那么畅通,科学家可能不知道最前沿的是什么。但现在是信息化时代,网络很发达,为什么中国的科学家还是没有办法找准最重要的是什么?

杨振宁:现在因为网络,国际上的文献,中国的研究人员很快就知道了。可是现在文献多如海,都看得见,可是怎么知道哪个文章是可以再发展的,这就需要有“传统”。

你如果到斯坦福大学,就跟我当初在芝加哥大学一样,对那些现在将要发展的方向就会很敏感。在国内呢,你就没有那么敏感。因为这还不只是知道这个方向,还得知道这个方向的问题用什么角度去看它,用什么新的想法去看它。你去了有“传统”的地方那儿就容易发展。

澎湃新闻:是一种说不清,但就是有的东西?

杨振宁:对。这不只是科学这样,艺术也是这样。1905年左右,毕加索和布拉克(G.Brague)发展出来一个新的方向——立体派,用崭新的眼光去看画画是什么意思。这个其实和自然科学的很多发展是一样的。

澎湃新闻:2004年,您刚回国内没多久,在清华给本科生开设了一学期《普通物理学》的课程。作为大师,为何选择去上一门基础课,从中您有什么收获吗?

杨振宁:年纪大了,没有我年轻的时候教书的本事大。不过那一学期我想最大的收获,不是同学的收获,是我的收获。怎么讲呢,通过那一学期的经验,我比较知道中国的年轻人的态度和他们的知识范围。我可以拿这个和美国的学生比,因为我在美国也教过大一的物理。后来我曾经在一篇文章上讲,第一,清华的学生比美国一般大学的学生,习题做得多,基本功比较扎实;第二,中国的学生比较成熟。美国的学生大一的时候还是有点不知道天高地厚的,而中国的学生都有一种很深的责任感,或者是对国家民族的责任感,或者是对自己家庭的责任感,这是一个很大的分别。

基础科学没有预先准备好的方向,但得有准备

澎湃新闻:是不是可以这么理解,您的意思是说中国的基础科学研究可能是需要星星之火来燎原,需要每个学科都有一些领军人,他们在里面扎根,带起了一批年轻人涌进来,形成一种氛围。

杨振宁:对。可是困难的是什么呢?就是因为现在前沿多得不得了。现在有很多我年轻时不存在的科学,比如说材料力学。我们念书的时候,没有一个叫材料力学。实际上花样很多,每个花样都可以有新的东西发展起来。这其实是代表,要想在一个科学发展很落后的国家,搞出来最成功的研究是一件不容易的事。

澎湃新闻:这么多前沿的方向,对国家来说,它怎么判断是需要在这个项目上投入得多一点,倾斜一点,另一个项目稍微少一点?也就是说怎么把有限的科研资源效用最大化?您怎么想呢?

杨振宁:你讲的正是最难的问题,而且我不觉得有一个最好的解决方法。是这样,你如果知道有什么应用,你就冲着这个应用方向走,这个决策比较容易。你觉得需要做更好的坦克,于是你就发展更好的钢材、更好的火药。可是基础科学呢,常常不是系统地在那发展,就像青霉素就不是系统地发展出来的。像这种怎么能够发展呢?这是难题。

澎湃新闻:所以这是可遇不可求的吗?有很多偶然性。

杨振宁:大概有这个意思,但是你讲“不可求”是讲得过火一点,应该说,不预先准备好小的方向,但是还得有大方向的选择。

澎湃新闻:您刚才也提到应用导向的研究。现在中国也很强调这一点,但这是不是会在一定程度上影响基础研究的发展呢?

杨振宁:是这样,我想中国政府非常了解,有些是非常清楚需要发展的方向,比如国防工业、钢铁工业,那么就向这方面投资,训练这方面的人才。这个我觉得中国做得很好,所以才能在改革开放三四十年中搞成现在这种状态。中国自己也知道很成功,外国也很羡慕这种成功。但是现在中国可能有些着急,为什么我们最基础的科学发展得这么慢呢?我刚才说了,最主要的还是“传统”没有发展起来。

这个“传统”怎么发展呢?现在又出了新的问题,因为现在基础科学的发展方向很多,生物是一个大的方向;天文,现在贵州也搞了一个大设备;高能所要搞大对撞机;气象的人也有他们的计划;数学和应用数学也有计划。好,那么就出了一个问题,钱是有限的,人也是有限的,怎么分配呢?

这个是非常复杂的一个问题,而且所有的国家都有这个问题。我给你举个例子,美国在(上世纪)80年代说要做大加速器,叫做SSC(Superconducting Super Collider,超导超级对撞机),当时已经动工了,前后搞了十年,在德克萨斯州搞了一个大隧道,已经花了30亿美元的样子。后来它老要超支,所以美国国会就说这东西是无底洞,不能再继续下去,就把它砍掉了,大概是1992年的样子。这整个现象代表说是,美国当时对于这样大的计划,它的筹划体系出了毛病。

澎湃新闻:听说清华高研院没有经费申请、论文指标等要求,是吗?

杨振宁:对于我们内部没有,不过我们研究人员可以到国家自然基金会去申请经费。因为我们有够多的经费,所以他们所花的时间没有那么多。

澎湃新闻:这其实也是国内很多学者所头痛的地方。

杨振宁:我们没有做实验的人,花钱多的、必须要申请经费的人都是搞实验的人,因为做实验动不动要几百万美金的设备,所以要去申请。

没有实验研究才可以有精简的小研究所。我们是向这个方向发展的。可是当然从全国全面发展来看,必须也要有大的研究所。基础科研怎样全面发展是非常复杂的问题。

15年前预测芯片、生物工程是大方向比较容易,今天再做预测要复杂得多

澎湃新闻:15年前,您有个预计,说:今后三四十年全球科技发展的重点将继续向“技”方面倾斜。而科学应用研究发展最快的将是芯片、医学与药物和生物工程三大领域。这在今天看来的确是大方向。当时您是根据什么做出来这样的大局判断?

杨振宁:我想在当时,做这个判断比较容易。那么到了今天这个程度,问前沿的发展哪个方向更对?尤其是现在每个领域钱都花得厉害了,这就变成一个非常复杂的问题。

澎湃新闻:那您现在有一个预计吗?未来的10年、20年,什么可能会是自然科学最为重要的研究方向?

杨振宁:我只能讲我自己所比较熟悉的,我熟悉的当然是物理,我猜想今后十年、二十年,物理会有很多多方面的发展,但是基础物理学恐怕不会有像一百年前的相对论和量子力学那样的大革命。

有些科学家太急:“都希望他自己的东西可以发展,可是你要看整个国家”

澎湃新闻:您是做基础科学的。普通人可能觉得基础科学离应用有一段距离,那么基础科学的重要性体现在哪里?

杨振宁:从长远的立场讲起来,牛顿对人类的最重要的贡献,用一句话讲就是:他使人类知道自然界的很多现象有非常准确的规律,而这些规律可以用一些方程式列举而成。这对于整个人类的长远历史,是非常非常重要的。

可是,你要是说牛顿的发现比起发现了蒸汽机,哪个重要呢?那我想,在他以后的一百年之内,还是蒸汽机来得更重要。因为牛顿的发现不能拿来当饭吃,而蒸汽机发展出来之后整个带出来了工业革命。可是牛顿以后两三百年内他的影响就远超过蒸汽机了。这就表明,从长远影响来讲,基础科学比应用科学更重要。

不过关于不同的研究方向需要一个什么样的比例来投入发展,这是一个没有法则好来回答,但是非常重要的问题。需要仔细考虑,需要有计划,而且随时调整。

澎湃新闻:有一个数据不知道您是否有关注,近25年来,R&D占GDP的比重在不断提高,但是基础研究经费占R&D的比例一直在5%上下浮动,近10年来都在4.7%左右,而一般的发达国家,他们的这个比例是15%-25%之间。这种现象,您有没有自己的看法?

杨振宁:我有。我认为中国不应该从这个立场上来看,中国还是发展中国家,中国还有那么多穷人,乡下还有很多没有饭吃的人。中国现在是非常成功了,但还有几亿非常穷的人。所以问我的话,我觉得应该优先考虑怎么救这几亿农村的人,还有几亿农工民,我认为这个才是最重要的。

基础科学在整个GDP里面占百分之几才好,没有一个固定的标准,得要看一个国家是怎么回事情。比如说一个家庭很穷,面临一个问题,是要把一个孩子送到大学去念书花很多钱,还是先解决全家吃饭的问题?你要问我,我觉得一个很穷的家庭,这个答案是非常清楚——先给大家能有饭吃,再讨论送孩子去大学。因为一个是长期的投资,一个是立刻的投资。今天中国需要立刻投资……你知道中国的医疗问题,去协和医院看一下,简直人山人海一样。这个问题要是不解决,你先建一个大加速器有什么用处?在我看起来是很清楚的。

美国也有它的医疗问题,可和中国的不一样。如果中国要达到美国一样的医疗条件,这种情景之下,再讨论基础研究占GDP百分之几,才是比较正确的态度。

澎湃新闻:就是说科学家也需要顾及民生问题。

杨振宁:每个科学家都希望他自己的东西可以发展,可是你要看整个国家,不只是他一个领域。在这点上,我觉得我跟很多人不一样。

澎湃新闻:您是觉得有的科学家太急了吗?

杨振宁:《曙光集》(注:杨振宁的个人文选)里有我写的一封信,我觉得我写得非常好的是,“因为我知道需要的不是我的签字,而是中国人民的签字”。

我想我比起很多同行的人,一个基本的分别就是,我对于整个国家全面的发展,比他们更多关心些。他们就只是从他们自己的,只向自己的方向发展。

澎湃新闻:为什么会有这个分别,是当时的时代给您留下的烙印吗?

杨振宁:我想这个有很多的道理,有天生的,也有环境的影响。我想没有见到过中国从前多么落后,没有见到中国从前多么被人欺负,被人看不起的人,想法会和我这一辈的人不一样。

澎湃新闻:最近也有一些讨论上世纪50年代留美科学家回国选择的问题,那时很多身不由己。现在,中国有一些针对在外留学工作过的科学家的政策,包括千人计划、青年千人计划。作为前辈,对于在外的科学家面临回国选择时,您会有什么建议可以分享吗?

杨振宁:很难回答这个问题,每个人情形不一样。而且今天的情景当然和(上世纪)50年代完全不一样了。我只可以讲一点:50年代有很多人回来,也有更多人没有回来。如果你总结起来问,回来的人所做的事情,总加起来,比没回来的人所做的事情,哪个是更值?我想没问题,回答是: 回来的人总加起来做的事情更重要,更值。

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