《創(chuàng)新話舊》第1章(2)

　　1．1．2 第一境“西風(fēng)凋碧樹”

　　1．1．2．1 “西風(fēng)”和“碧樹”的新解.

　　第一境“西風(fēng)凋碧樹”的境界，乃懷疑的境界，批判的境界。此處之“西風(fēng)”與“碧樹”要做新的解釋。對(duì)于從事自然科學(xué)基礎(chǔ)理論研究的人而言，你就是“西風(fēng)”。你所從事的研究領(lǐng)域中的一切現(xiàn)存知識(shí)、學(xué)說和理論就是“碧樹”。這棵“碧樹”枝葉長(zhǎng)得再漂亮，再茂盛，它也是有隙可乘。由于客觀世界的復(fù)雜性和無(wú)限性，任何自然科學(xué)中的理論都有其局限性，甚至有某種錯(cuò)誤存在。你完全可以把它“凋”得“七零八落”，這樣你就能夠“獨(dú)上高樓”，看到一條嶄新的道路，一個(gè)全新的光明前景。否則，人云亦云，你拜倒在你這個(gè)研究領(lǐng)域中現(xiàn)存的學(xué)說和理論之下，對(duì)它頂禮膜拜。你就沒有資格在自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論戰(zhàn)線上從事科學(xué)研究，因?yàn)樵谶@種情況下你就不可能取得創(chuàng)新的理論成果，使自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論能做到與時(shí)俱進(jìn)。

　　1．1．2．2 如何才能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有理論的問題

　　這里一個(gè)重要的問題是,如何才能從現(xiàn)有的理論中,發(fā)現(xiàn)其中的不妥當(dāng),甚至是錯(cuò)誤之處或者發(fā)現(xiàn)其局限性呢? 就自然科學(xué)而言,最根本的一條當(dāng)然是把理論和實(shí)驗(yàn)事實(shí)做對(duì)比。實(shí)驗(yàn)當(dāng)然是第一性的。一部自然科學(xué)發(fā)展史,特別是現(xiàn)代物理發(fā)展史就說明了這一點(diǎn)。正是19世紀(jì)末一些新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)出現(xiàn),它揭示出經(jīng)典物理的局限性,這才有20世紀(jì)量子理論,相對(duì)論的創(chuàng)新發(fā)明，物理學(xué)才發(fā)展到現(xiàn)代物理的新階段。這充分說明了實(shí)驗(yàn)是促進(jìn)理論發(fā)展的根本動(dòng)力。然而,這一點(diǎn)也不能強(qiáng)調(diào)得過分,而排除另外一種方法,即從理論體系自身的矛盾中,找出其中存在的問題,從而使理論向前推進(jìn)。在過去“以階級(jí)斗爭(zhēng)為綱”的時(shí)代,就有過這種事情。政治運(yùn)動(dòng)一來(lái),一切搞理論研究的機(jī)構(gòu), 如理論小組、理論教研室常常是首當(dāng)其沖，遭到被摧殘、被解散的命運(yùn)。否定從理論體系自身的發(fā)展中，去開拓創(chuàng)新之路，把這種研究工作簡(jiǎn)單地貶斥為“從理論來(lái)，到理論去”，并污蔑它是一條“修正主義路線”，這實(shí)際上阻礙了科學(xué)向前發(fā)展。事實(shí)上，自然科學(xué)的發(fā)展同樣也證明了，從理論體系自身的矛盾中去發(fā)展理論也是一條客觀存在的，行之有效的道路。

　　1．1．2．3從理論體系自身矛盾中發(fā)現(xiàn)問題

　　我們前面在“緣起”中提到的創(chuàng)新點(diǎn)（3）就是一個(gè)例子。1982年當(dāng)代國(guó)際流體力學(xué)大師，劍橋大學(xué)的巴切勒和我建立了多分散懸浮粒子沉降的統(tǒng)計(jì)理論。那是在巴切勒 1972年單分散沉降理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。那么，從1972到1982 這十年中，是不是有了新的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)，揭示出1972年理論的問題，才有了1982年新理論的誕生呢？恰恰相反，1982年我們發(fā)表多分散沉降理論時(shí)，世界上還沒有一個(gè)多分散沉降實(shí)驗(yàn)。那時(shí)侯，世界上還沒有人知道多分散沉降會(huì)是什么樣子，會(huì)和單分散沉降有何不同。我們之所以能在1982年建立起多分散沉降理論，完全是由于我們了解到1972 年理論的局限性。它僅解決了一個(gè)沉降積分中的積分發(fā)散難題，而未能解決另一個(gè)求粒子的統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)難題。解決這個(gè)難題則是一個(gè)數(shù)學(xué)問題。對(duì)于稀釋的懸浮體而言，就是要得到穩(wěn)定條件下粒子統(tǒng)計(jì)對(duì)分布方程的解。沒有必要等到實(shí)驗(yàn)出來(lái)再去做這個(gè)數(shù)學(xué)求解工作，正是我們克服了數(shù)學(xué)求解上的困難，我們才能把1972年的單分散理論一舉推進(jìn)到1982年的多分散理論階段。也正是由于1982年的理論揭示出多分散沉降會(huì)有許多新特點(diǎn)，和單分散沉降有巨大差異，才促使人們開展多分散沉降實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣。直到1988年美國(guó)學(xué)者伯德賽（Birdsell）與戴維斯（Davis），和1992年又是美國(guó)學(xué)者埃爾納法（Al-Naafa）與塞里姆（ Selim）取得了多分散沉降在不同條件下的第一批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和我們理論的預(yù)測(cè)相符，由此才確立了我們的理論的地位，成為沉降研究中的又一次突破性進(jìn)展。經(jīng)歷了二十多年的考驗(yàn)，到現(xiàn)在這一創(chuàng)新點(diǎn)已經(jīng)兩度被載入國(guó)際膠體科學(xué)發(fā)展的史冊(cè)，并成為這一領(lǐng)域國(guó)際同行經(jīng)常要引用的經(jīng)典理論。這是理論先于實(shí)驗(yàn)的一個(gè)成功的例子。我們將在第四章中介紹這個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)的誕生過程。

　　我們前面在“緣起”中提到的創(chuàng)新點(diǎn)（5），是另一個(gè)例子。1964─1966年我們建立起“對(duì)流暖云大云滴隨機(jī)生長(zhǎng)的馬爾柯夫過程理論”。這是在1963年，我的一位朋友所建立的早期的云滴隨機(jī)增長(zhǎng)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。這兩個(gè)理論發(fā)表的時(shí)間相差只一年，是不是在這一年中出現(xiàn)了一些實(shí)驗(yàn)，證明他那個(gè)理論有問題，才有了我們的新發(fā)展呢？也不是，情況也和上面例子類似。

在那一年間，世界上還沒有任何實(shí)驗(yàn)出來(lái)證實(shí)那個(gè)理論有問題。我們之所以能在理論上有所創(chuàng)新，完全是由于我們?cè)趯W(xué)習(xí)、研究他那個(gè)理論時(shí)，發(fā)現(xiàn)他的理論體系中，對(duì)相關(guān)系數(shù)的處理有概念性的錯(cuò)誤。糾正了這個(gè)錯(cuò)誤，也就糾正了他那個(gè)理論夸大云中湍流起伏場(chǎng)作用的錯(cuò)誤結(jié)果。由于我們的新理論解決了當(dāng)時(shí)的云物理中的一個(gè)大難題，從而引起了國(guó)際同行的濃厚興趣。三十多年來(lái)先后有英國(guó)、美國(guó)同行用數(shù)值試驗(yàn)，風(fēng)洞試驗(yàn)、野外對(duì)流云觀測(cè)實(shí)驗(yàn)等方法，對(duì)我們的理論進(jìn)行了反反復(fù)復(fù)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。最后我們的理論終于得到國(guó)際同行的認(rèn)可，承認(rèn)我們是一個(gè)新的學(xué)派，由這一學(xué)派引發(fā)了云物理研究的一個(gè)新方向，贏得了劍橋科學(xué)家們的喝彩，并兩次載入國(guó)際云物理發(fā)展史冊(cè)。這是理論先于實(shí)驗(yàn)的又一個(gè)成功例子。我們將在第六章中介紹這一創(chuàng)新點(diǎn)的誕生歷程。

　　1．1．2．4 從實(shí)驗(yàn)中去發(fā)現(xiàn)問題

　　在我們的經(jīng)驗(yàn)中，也確有從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題的例子。那就是前邊在“緣起”中提到的創(chuàng)新點(diǎn)（6），湍流不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)。1972年我們?cè)陂L(zhǎng)春郊外進(jìn)行近地面湍流實(shí)驗(yàn)。目的是觀測(cè)湍流的微結(jié)構(gòu)。

在實(shí)驗(yàn)中我們驚異地發(fā)現(xiàn)，一維湍譜或標(biāo)量場(chǎng)的湍譜雖然服從國(guó)際公認(rèn)的柯爾莫果洛夫湍流理論所預(yù)測(cè)的-5/3定律，但是其實(shí)際各種尺度湍流的活動(dòng)特點(diǎn)（即湍譜各分量的活動(dòng)過程）卻和他 用以導(dǎo)出他的-5/3定律時(shí)，所依據(jù)的湍流物理模型相反。湍流理論需要重新塑造。這是實(shí)驗(yàn)先于理論的一個(gè)例子。然而，我們?cè)诒緯�第七章中將�?huì)看到，這對(duì)理論是十分巨大的挑戰(zhàn)，直到現(xiàn)在理論工作者也仍然沒有能創(chuàng)造出一個(gè)新的理論，來(lái)回答這些實(shí)驗(yàn)對(duì)理論提出的挑戰(zhàn)，在理論工作者面前仍然有一段長(zhǎng)路要走。

　　1．1．2．5來(lái)自工程實(shí)踐的問題

　　我們的經(jīng)驗(yàn)，還有另一類問題需要理論工作者來(lái)做，即來(lái)自工程實(shí)踐的問題。我們的基礎(chǔ)理論，是應(yīng)用基礎(chǔ)理論，不是純理論。因此我們這個(gè)領(lǐng)域的理論工作者，就肩負(fù)著兩個(gè)光榮的任務(wù)。一個(gè)是前面講的發(fā)展理論，進(jìn)行理論創(chuàng)新。另一個(gè)就是應(yīng)用理論，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)，國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)，進(jìn)行知識(shí)創(chuàng)新。

前面“緣起”中提到的創(chuàng)新點(diǎn)（7）就是一個(gè)例子。那是應(yīng)我國(guó)一家研制遠(yuǎn)程激光大氣工程的單位提出來(lái)的要求而進(jìn)行。他們要求我們研究我國(guó)大氣湍流究竟會(huì)對(duì)激光工程產(chǎn)生什么影響，結(jié)果就得到了這個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)— 我國(guó)整層大氣湍流強(qiáng)度分布的一個(gè)模型及其對(duì)我國(guó)遠(yuǎn)程激光工程的影響研究。這類為工程服務(wù)的理論計(jì)算工作，對(duì)待理論的態(tài)度，與前面講的理論上的創(chuàng)新工作，兩者根本不同。前者對(duì)現(xiàn)有理論要持肯定態(tài)度，承認(rèn)的態(tài)度，只有承認(rèn)它，才有可能把它應(yīng)用于工程實(shí)踐。而后者卻與此相反，對(duì)現(xiàn)有理論持懷疑態(tài)度，批判態(tài)度。只有批判它，才有可能使理論做到與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)造出新的理論。可以看出，為工程服務(wù)的理論計(jì)算并不產(chǎn)生新的理論，但她卻能產(chǎn)生新的知識(shí)，是知識(shí)創(chuàng)新。而這些新知識(shí)是工程界所需，可以解決他們的問題。在本書第八章我們講到創(chuàng)新點(diǎn)（7）時(shí)，將更詳細(xì)地講到這一問題，并將看到這一類工作同樣具有重要意義，而且有同樣強(qiáng)的生命力。

　　1．1．2．6 理論創(chuàng)新之路

　　剛才把知識(shí)創(chuàng)新問題講過，現(xiàn)在再回到理論創(chuàng)新。從以上的論述中可以知道，人們應(yīng)該以實(shí)驗(yàn)為檢驗(yàn)并發(fā)展自然科學(xué)理論的根本方法，同時(shí)也要承認(rèn)和包容那種主要從現(xiàn)有理論體系自身的矛盾來(lái)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從而發(fā)展科學(xué)的工作方法。自然科學(xué)正是在這兩種方法互相促進(jìn)下，才不斷向前發(fā)展，人們才能夠在這兩種科學(xué)實(shí)踐交互作用過程中，不斷加深對(duì)客觀世界的理解，從而為人類造福。

在這過程中，有時(shí)理論走在前面，另一些時(shí)候?qū)嶒?yàn)走在前。這很正常。諾貝爾獎(jiǎng)金就肯定了這兩種途徑的存在。

看誰(shuí)走在前面，獎(jiǎng)金就授予誰(shuí)。楊振寧、李政道的宇稱不守恒理論走在吳健雄的實(shí)驗(yàn)前面，所以諾貝爾獎(jiǎng)金就給了理論工作者。反之，若實(shí)驗(yàn)工作走在前面，理論解釋走在后面，諾貝爾獎(jiǎng)金就給予實(shí)驗(yàn)工作者。由于極左思潮曾長(zhǎng)期在我國(guó)存在過， 在這里需要著重指出重視理論的必要性。即使是實(shí)驗(yàn)科學(xué)家，也應(yīng)加強(qiáng)他們的理論素養(yǎng)，加強(qiáng)他們?cè)诶碚撋系拿翡J性。否則，就有可能在他們的實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了新的現(xiàn)象也會(huì)視而不見。80年代初 在劍橋時(shí)，曾遇到一位在著名的凱文迪什（Cavendish）實(shí)驗(yàn)室(即劍橋大學(xué)的物理系)進(jìn)修的中國(guó)科學(xué)院物理所的科研人員，他很感慨地告訴我說，凱文迪什實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件當(dāng)然比中國(guó)科學(xué)院物理所要強(qiáng)，但并不象美國(guó)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備那樣高不可攀。曾奪得諾貝爾獎(jiǎng)的約瑟夫森隧道效應(yīng)，就是在這家實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的。然而在北京中國(guó)科學(xué)院物理所也曾在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)過這一現(xiàn)象。但是由于他們的理論素養(yǎng)不高，理論上不敏銳，從而把這一新現(xiàn)象視為實(shí)驗(yàn)的誤差。因此和那一次諾貝爾獎(jiǎng)失之交臂。雖然他們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象要比劍橋的約瑟夫森為早。這真是一件可惜的事，充分說明了單純的實(shí)驗(yàn)工作，不可能自發(fā)地產(chǎn)生新的科學(xué)理論，只有把兩者巧妙地結(jié)合起來(lái)，才是推動(dòng)科學(xué)前進(jìn)的強(qiáng)大動(dòng)力。

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