冼鼎昌院士报告记录(2007.12.5)
(大海整理)
演讲人:冼鼎昌院士
主持人:万辅彬教授
万辅彬教授:
冼鼎昌院士是广东广州市人,中国著名的理论物理学家和同步辐射应用专家。长期以来,冼鼎昌院士在粒子的唯像分析、粒子的部分系、层子模型、非阿贝尔规范场的经典理论、核体规范场理论、自由电子激光等相当广泛的理论物理领域从事研究,并有丰硕的成果。冼院士严谨治学,勤奋开拓,不断扩展我国的同步辐射应用领域。冼鼎昌院士学养丰厚,不但物理学和自然科学方面有很高的造诣,而且他对文学艺术有很深入的理解。今天冼院士将要用一部分时间先介绍一下同步辐射方面的情况,然后用更多的时间来给大家讲轻松的话题——科学与艺术。下面我们用热烈的掌声请冼鼎昌院士给我们作报告!
冼鼎昌院士:
谢谢万教授!各位老师、各位同学好!我先讲一讲我的本行。
我讲的底稿是我在一个国际会议上的发言——《同步辐射六十年的赞歌》。我国在北宋时就在天上发现了同步辐射现象,但是到了很晚我们才知道是同步辐射。下面讲的是同步辐射在地上的发现。同步辐射是什么东西呢?假如有一个电子,它的速度非常快,快得像光速一样,这个时候,假如这个电子一拐弯,那么它就会产生很强烈的辐射,这个辐射就是同步辐射。今年是同步辐射发现的六十周年。同步辐射是1947年在美国纽约州的Electric实验室发现的。这个辐射早就有理论物理学家预言它的存在,在1947年时候就有三篇关于同步辐射的重要论文。第一篇是1944年发表的一篇预言同步辐射存在的文章,不过很简短、只有一页纸,没能引起很多人的注意。后来到1947年一个美国科学家对这种辐射的性质写得很详尽,这篇文章到现在为止已被引为经典。第三篇文章,是一个来自中国的年青博士生朱洪元写的。为什么这些人要研究同步辐射呢?因为同步辐射是一个有害的东西。因为人们通过加速器希望到比较高能的粒子,可是对于圆环型的加速器,电子不断的拐弯,这样一方面给它能量希望它获得高能,一方面它又因为拐弯放出能量,最后到达一个平衡,这个平衡就是能得到多高能的粒子,所以人们就研究同步辐射。用当时的技术,得到500MeV已经是极限,要对思想的改进才能获得更高的能量(现在可获几GeV的了),这就是当时从理论研究的缘故。朱洪元是交通大学的学生,毕业以后到英国的曼彻斯特大学读博士学位,起初他是读工程的。曼彻斯特大学是一个历史悠久的大学,发现电子(对近代物理学起关键性的贡献,后来获诺贝尔奖)的卢瑟福在朱洪元去之前是曼彻斯特大学物理系的系主任,卢瑟福之后系主任的接班人是Blackeit(后来也得了诺贝尔奖的物理学家)。到曼彻斯特大学几个月后,朱洪元被物理学吸引,决定放弃工学。他去问Blackeit教授他能不能做Blackeit的学生。Blackeit教授考虑到他的物理水平很好,就答应他作为学生。Blackeit问他,宇宙线有很多的带电粒子,它们在磁场里会拐弯,所以宇宙近光速的高能电子在远远未进入地球大气以前就以放出光子,这离地球很远的光子来到地球大气时,已经闪得非常开,而且有光电效应。光子在大气层产生电子,电子又产生光子,这样就会出现很大范围的光电重射。Blackeit问朱洪元能不能考虑这个问题。过了几个月,朱洪元对Blackeit教授说不会出现这样大范围的光电重射,因为这种辐射光子的特点非常奇异,它所发出来的光在一个极小极小的范围,是平行放出的。所以它从进入地球大气开始一直到地面不会有很大的范围。这是很奇怪的结果,因为从来没有辐射有这样性质的,所以擅长做实验的Blackeit教授不太相信这一理论分析,就建议朱洪元去找剑桥大学的一位印度裔物理专家。朱洪元就到剑桥和这位专家讨论这件事情,并最终解答了他提出的所有质疑。朱洪元把这一工作发表在英国最高水准的科学杂志(英国皇家协会会刊)上,这篇论文非常的出色,就作为了博士论文的题目,通过答辩并取得了博士学士。后来,朱洪元回到中国做了很大的贡献,他也是我的老师。朱洪元1917年出生,到今年90岁了。那么,事实上在当年美国的纽约州一个实验室里就有一台100MeV电子感应加速器。这个加速器是为了产生X光而制造的,1944年已经建好了。在当时调试的时候有一个物理学家参加,他读过苏联的论文知道这种辐射,他就想检验这种辐射的存在。但加速器的真空室是不透明的,就制造一种灵敏的探测器在真空室里或真空室外来探测有没有这种辐射。探测器的关键是探测辐射的频率。很遗憾探测没找到这种辐射,但发现了真空室里能量的丢失。这位物理学家对同步辐射的性质没能像朱洪元一样的深入了解,当时这个发现没发表出来,很遗憾。如前面所说,按当时旧加速器的原理最高能量只能达0.5GeV。1945年苏联物理学家韦克斯勒和美国物理学家麦克米伦提出了一个同步加速器的原理,用这个新的加速器可以克服旧的限制。这使得全世界很多物理学家都想着抢先验证。1947年的一天,在美国的纽约州那个实验室的调试发现真空“打火”现象,发现不是真空度的问题,而且产生了有意思的光色问题。能量最高的70MeV时,光是蓝白色;降到40MeV时,光色是黄的;到30MeV时是红色的,再低就看不见了。后来经过证实这便是同步辐射了。所以,那一天就是同步辐射在地球上诞生的日子。
之后,朱洪元在同步辐射方面的贡献,在西方再没有提过。直到1988年在北京开了一个关于同步辐射的会议,世界同步辐射界一个知名的专家到中国,他看到朱洪元的论文集里面朱洪元那篇早年发表在皇家协会会刊的那篇论文,并从论文的理论性和收稿时间认为这是一篇最早公开发表的同步辐射方面的论文之一。在会上,这位美国科学家找到了朱洪元并向他表达了敬意。朱洪元注重对青年物理学家和青年工程师的提携,并对他们寄以厚望。从那一年(1947)之后,在六十年里,同步辐射变成了一门非常有用的学科,几乎对每门科技学科都有用,比如考古之类的,在中国的使用很广泛。这里还要提到一位前辈,他叫卢嘉锡,是中国文化大革命之后第一位由全体院士选出来的中国科学院的院长。他对在中国搞同步辐射有很大的贡献。他本人是一位化学家,他对固氮酶的研究花了很大的力气。固氮酶是花生里头的一种酶,花生根部能不费力气的吸收空气里的氮就是由这种酶起作用的,这在实验室要把氮固定在药品里需要高温高压,过程非常麻烦。固氮酶最后就是用同步辐射来解决的。卢嘉锡被选为科学院院长之后,他把斯坦福大学一位用同步辐射解释固氮酶现象的科学家请到中国来。1978年,中国科学家由于长期不和外界联系的状况下,为了使这位美国的科学家发问更有成效,卢嘉锡作为中国科学院的院长亲自陪同他跑了几个城市,而且为这位美国的科学家做翻译。这么一个德高望重的科学家,为了中国科学的发展,宁可放下科学院院长的尊贵而去做一个普通的翻译,是很可敬的。好了,这部分我就讲这么多,希望以后在北京、上海、合肥这三个地方见到广西去的科研工作者。
下面我给大家讲报告的第二部分——《门外美谈——科学与艺术的美学比较》。
往往有人说,科学追求的是严、艺术追求的是美,一个是理性的演绎,另一个是灵感的发挥,二者南辕北辙,没有共通之点的。
我认为这真是不幸的误解。可是这个误解太深了。有人说,假如不是这样,为什么从中学起,就有文科和理科的分班呢?我不敢苟同。
有一位很有点名气的文艺理论家叫做丹纳的说过:
“一个人之所以成为艺术家,是因为他惯于辨别事物的根本性质和特色;别人只见到部分,他却见到全体,还抓住它的精神。”
如果把这番话中艺术两个字改成科学两个字,它同样是对于科学的精辟论据。可见艺术创作和科学创作是有共性的。有共性的东西就可以拿来比较,比如说科学中的美和艺术中的美,这种比较可以说是科学和艺术的比较美学。
什么是美?研究美学的一位祖宗柏拉图早就这么说过:“美是难以定义的”。上世纪最伟大的物理学家中的一位狄拉克也说过:“数学美与艺术美一样是无法定义的。”不过他又跟着说:“但研究数学的人鉴赏数学的美并不会觉得困难。”就是说美是存在的而且能被感知的,因此哪怕没有美的非常明确的定义,只须承认美的存在并能被感知的就可以谈下去。
常常被普遍被讨论过的科学的美的标准是什么呢?要和谐,要对称,要清晰,要简单,要干净,要明确,这些都是科学的美的普遍准则。
美是让我们感知的,我们对这个世界的认识随着年代改变的,美的概念也是随着时代改变的,不是与世长存的。
承认了美的存在,还需要有能够感知它的东西才能谈美。这东西是什么呢?大哲学家柏拉图说是灵魂,大数学家庞加莱说是纯理智。灵魂也罢、理智也罢,反正是思维的器官,一牵涉到思维,谈美就当然必须限定在一定的历史时期里才有意义,因为不同历史时期的人们的思维是大不相同的。
古代的思想家把美与和谐划上等号。希腊古典时代的大哲学家们认为,美在于和谐,美应当是完美的。自然是美的,自然的规律也是美的,所以亚里斯多德说,完美的天上物质构成的天体的运动轨道,必定是完美的曲线。而最完美的曲线,就是圆,所以所有的天体都是以圆轨道运行的,而且是在轨道上一定要等速运动。
毕达哥拉斯进一步认为,整个宇宙就是一种和谐,就是一种数,在数字之间有着能够产生和谐关系的比例。据说他发现了黄金分割比例。比如维纳斯雕像,有好些黄金分割,例如,从它的头顶到它的肚脐,黄金分割点是喉头;另外,肚脐又是整个雕像高度的黄金分割点。这的确是个非常美的比例。还有在柏林博物馆保存的希腊神像,它上面所有的长方形都是遵循黄金分割的。
千百年来,这些观点深刻地影响了一代又一代的人。包括现代科学的两位奠基人哥白尼和开普勒。
哥白尼提出的日心体系理论里,是地球绕着太阳在圆轨道里等速运动。后来的科学的进步发现这是错误的——星体的轨道不是圆,而是椭圆;太阳不是在圆心里,而是在椭圆焦点里;地球绕太阳转不是匀速的,而是变速的。这些看起来不美,但是在更高的一级上——我们了解了牛顿定律的话——那我觉得它是美得不得了。自然、数学和人的思维能够这么高度的统一真是另人惊讶!
美是和谐,但和谐往往和对称是紧密地联系起来的。这样,美也意味着对称。到过北京故宫的游客,谁不被这组巨大的建筑群的对称与和谐所震慑呢?鸟瞰故宫,故宫中轴线两边的严谨对称,故宫的太和殿、里面的天子堂两边也是如此对称,连故宫围墙的四个角上小小的角楼也那么对称。天坛也是如此。这是中国人认为美、和谐和对称是紧密联系的。在那个朝代,欧洲的观念也是如此。在古今中外的绘画、雕塑和音乐里,处处体现了对称与和谐的美。有一年我到米兰,当第一眼看到米兰大教堂,就有似曾相识的感觉,我一路参观一路想,这感觉到底从何而来?等从教堂出来,我想出来了:这就是巴赫伟大的《恰空舞曲》,那里三十二个变奏组成的对称如此严谨,音乐的洪流如此和谐流畅,音乐的形象如此庄严雄伟、气势磅礴,就如这座教堂一样,直入云霄,欲与天齐。先听音乐,再看教堂,感觉两者是相当的配合,是天衣无缝的。所以建筑和音乐的美完全是可以对比的,对比的结果从和谐的角度得出它们彼此的共同之处完全可以覆盖,建筑家和音乐家心灵是共通的。后来我才从一本书里读到一个论点,说“建筑是凝固的音乐。”从我的理解,说这句话的人是有道理的。
对称现象很常见。比如矿物质,很大一部分是晶体。上数百计的千差万别的矿物最终归类为32种。
二十世纪初期,一位伟大德国女科学家艾米•诺特有一篇很精彩的关于对称性的论文,证明了自然界的每一个准确的对称性,都对应一个守恒律,相应有一个守恒量:如果物理学对于时间原点的选择是对称的,即在任何时刻开始计时,都观测到同样的物理规律,那么能量是守恒的;如果物理学对于空间坐标的选择是对称的,即在任何地点都可以选择为坐标的原点,那么动量是守恒的;等等。对称性在理论的高度可以把很多问题简化。
不过如果只有对称,那么美术里只剩下图案,科学里也没有了许多学科,例如,只剩下完美晶体的物理而没有表面物理、没有界面物理,没有半导体物理,这太遗憾了——现代人怎么能够想象没有半导体晶体管,没有集成电路芯片,没有移动电话的生活呢?所以大自然在对称性的基础上同时也容许一点差异的。比如说,人们最先认识到对称、和谐的美,为了美,甚至可以对通行原则作重大的修改。中国佛寺的山门殿内两旁塑立的金刚力士,本来按佛经说只有一位,是佛的随从侍卫的首领,不过为了对称,就不理会原来典籍是怎样说的,硬是让他成了双。如果限于完全的对称,美的表达能力会大受限制,所以成了双的两尊金刚力士,还要让他们一个张口,一个闭口,有点不一样,成为哼哈二将。音乐里的情况也是一样,完全和谐的乐曲是没有表现力的。记得文革时听当时来访的朝鲜平壤歌剧院唱的《卖花姑娘》,头五分钟觉得好极了,在神州大地上只剩下语录歌的那个时代真是大的享受,觉得是久违了。再听下去,便不对头了,旋律确是很流畅,和声也很谐美,但是咏叹调之后还是咏叹调,永远陪衬着绵绵缠缠的、甜甜蜜蜜的和声。完全和谐的音乐,简直不能令人忍受,听了十几分钟,我只好把收音机关掉。所以,完全和谐的东西是欠缺表现能力的。
二十世纪的科学和艺术进入了另人目眩的发展,从美的角度讲,一个重要的特色是远离了古典“对称等于和谐”的概念,用科学的词语来讲是引入不对称性,而且这个不对称性越来越大。在1957年,两位居住在美国的华裔物理学家李政道和杨振宁提出一个理论说,并不是所有的对称性都被自然尊重的,例如,大自然有时并不尊重左和右的对称性,在弱作用里是不对称的。他们的理论引起轩然大波,许多大物理学家不相信,诺贝尔奖金得主泡利说,他不相信上帝是个左撇子!然而华裔大物理学家吴健雄精密的实验证明他是错的。
远在二十世纪之前,中国就有很美的“朦胧诗”。这里有一首晚唐李商隐的《锦瑟》:
锦瑟无端五十弦,一弦一柱思华年。
庄生晓梦迷蝴蝶,望帝春心托杜鹃。
沧海月明珠有泪,蓝田日暖玉生烟。
此情可待成追忆,只是当时已惘然。
读过这首诗的人都觉得好,但是都不知道它的意思,特别是中间的两联更令人费解,但读到这两联四句都觉得非常美,有一种朦朦胧胧的、说不出来的美。从唐朝到五代,从五代到宋朝,多少诗人、多少文人读过这首诗都觉得好,但不知道它的意思,直到北宋末期,文学家苏东坡解开了这迷团。当时苏门四学士之一的黄庭坚非常喜欢《锦瑟》这首诗,他不知道诗的意思,就请教学问渊博的苏东坡。苏东坡回答说,这诗中四句缘于一本书《古今乐志》中讲到的“瑟”这种乐器,说“其弦五十,其柱如之,其声也适、怨、清、和”。我们来解释一下,“锦瑟无端五十弦,一弦一柱思华年”,瑟有五十弦,而人到五十岁时有很多关于过去生活的想象,所以有感而为就写了这首诗。如何理解“适、怨、清、和”呢?“庄生晓梦迷蝴蝶”,是说庄子早上睡懒觉,在做梦,梦见自己变成一只蝴蝶,醒来的时候就想,到底自己是蝴蝶,还是蝴蝶是自己?这个情景很恬适、舒服。“望帝春心托杜鹃”,望帝是四川当时一个小国的皇帝,他被人推翻,他遗憾而死,阴魂不散,变成了杜鹃。杜鹃的嘴巴里是红的,又爱叫,叫的时候人们看到红嘴像流血一样,很悲哀,这是望帝在想念他灭亡的国家,叫唤到血都出来了,这就是哀怨。“沧海月明珠有泪”,秋天海边在月光照耀下,蚌打开,要吸收月光,珠子在月光下像一滴一滴眼泪一样,这图像很凄凉、凄清。“蓝田日暖玉生烟”,蓝田是产玉的地方,太阳照过来玉显得非常柔润,好像吸收日光之后要生烟一样,这就是阳和。这四句就是“适、怨、清、和”。但我看了以后还是不懂,为什么诗给出这些图像能打动这么多人的感情、打动这么多人的心?虽然我也接受上面的四个解释,但是为什么这四个情景能够如此打动人的心弦?恬适和哀怨两个完全相反的感情放在一起产生如此大的效果,月光底下的凄清和太阳底下的阳和两个完全不同的概念放在一起产生如此巨大的力量,到底为什么?后来我学了量子力学,我就懂了。在量子力学里,假如位置的完全确定则动量就完全模糊,这叫做“测不准原理”。自然界的规律就是这样,拿到文字上通俗的讲就是“相反相成”。自然界允许相反的两者有模糊,两者完全确定的东西是没有的。诗人把这提炼出来,出现了新的表达能力。
古典科学、古典文学、古典绘画都追求对称、整洁、宁静、和谐。到上世纪,一百多年以前,忽然画、音乐等都一下子乱了,有人说这就不是美了。其实,宇宙里也是这样的。
夜晚看天空,觉得星空多么宁静。可惜这只是一个错觉,宇宙不是这么宁静,宇宙中充满了纷乱。最早发现这件事的,是中国的一位司天监,并详细记录在《宋会要》中,时间是在宋仁宗时代的1054年。当时天上出现了一颗“客星”,非常亮,甚至白天也可以看到它。现在过了快一千年,我们已经弄清楚,这不是什么客星,而是一个恒星死亡,一次超新星的大爆发事件。这就是现在的蟹状星云。“蟹状星云”现象不过是冥冥宇宙中诸多纷乱的一种。还在去年,美国航天局报道了一个非常激烈的新星大爆发事件,死亡恒星的质量相当于150个太阳。宇宙里充满了这样的纷乱,并且宇宙本身就是从大混乱中产生的。宇宙起源的大爆炸理论,得到了科学家的很多观察证据。把所有目前累积起来的天文观察数据总结起来加以分析,看起来大爆炸说是最合理的。这个理论说,宇宙本身就是从大混乱中诞生,也可能最终走向一个大混乱的结局。
我们研究科学和文学艺术,我们应当看见这些都是在挖掘自然里真的、存在的、美的部分,有些我们可能会感到很遗憾,但是我们必须尊重自然规律,而不是去控制自然,走过去犯过的错误。
在回顾刚刚过去的二十世纪时,人类有理由为文明在这一百年里的突飞猛进感到自豪,但是也应当充分地认识到一个事实,就是我们解决的问题远没有我们发现的问题多,我们驰骋过的领域远没有我们未曾涉足的领域大,这就是今后艺术和科学继续发展的根据,也是今后人们美学观要继续发展的道理。也就是在座的年轻同学们不会失业,无论你搞科学,无论搞艺术,都非常广阔的领域等待诸位去开拓。
万辅彬教授:
今天冼院士给我们作是报告也是一个美的享受。冼院士很谦虚,他说“门外美谈”,其实他对美学、文学、艺术都有很深刻的理解。实际上,科学和艺术是相通的,科学和艺术都要讲创新,科学、艺术都是在追求真、善、美。就我们物理学来说,物理学在最早希腊叫做physics,就是“自然哲学”的意思,就是在寻找物质运动的基本规律,要给自然界一个解码。那么,物理学发展到今天已经有很多分支,很多分支里面有很深奥的哲学,也有很深奥的美学。今天冼院士的报告给我们很多启示,其中最重要是最后告诉我们宇宙是无限的,宇宙的美也是无限的,要我们不断去发掘的,人类的创造力也是无限的,但是我们应该遵循自然、遵循规律,用我们的聪明才智去认识自然,用我们的聪明才智去探寻美。我们应当向冼院士学习,通过今天的报告,努力攀登科学的高峰,做一个素养很高的新人。
学术报告之后是老师和同学的自由提问时间,下面欢迎老师和同学的提问。
万教授:我先提一个问题,请讲一讲你在同步辐射做考古方面有什么新的成果?
冼院士:简单来说,就比如现在市场上出现的很多画的赝品。那么有没有办法来鉴定这些画的是不是赝品呢?第一是画,古画是画在纸,画在绢,画在绸,还是画在绫上面等。第二是墨,就是用什么墨来画的。三是颜色,颜色一般都是矿物颜。第四是印泥,画画的人要盖章,收藏的人也要盖章。假如在这几样东西里找到一个指纹一样的东西(指纹是独一无二的)就可以判断这幅画是不是赝品。按照这个思路下去我们就能找到一些东西来做了。找一个最容易做的,而且大家不会知道做的,就是印泥。印泥是用汞的氧化物做的;全中国出产汞的地方是有限的。再说一个画家一辈子用的印泥大概是在他住的地方附近。比如在北京住的画家不会跑到广西来买氧化汞做的印泥。一个重要的事实是,每一个矿所产的矿物都有它的“指纹”在里面。比方说钻石,对于南非、欧洲、南美的钻石,每一个矿都有它的“指纹”。现在人造金刚钻非常的逼真,没有一定鉴定手段的人是无法判断它是人造的还是自然的。可是,在科学家的角度,这些都是有记录的。对于南非矿所产的钻石,它的“指纹”是独一无二的,就像DNA一样。所以,对于画家在其住所附近所买的印泥,很容易组合成它的“指纹”,就可以从印泥的真假来判断画是否赝品。除了印泥的出处,我们还有重要的一点可循。那就是所有组成印泥的矿物质随着时间的变化是有一定变化规律的。假如有一个很高明的仿制画品者,他知道印泥的组成(微量元素的搭配)来造假。但这就跟酿酒一样,新酒和陈年老酒是不一样的,新的印泥和经过几百上千年的印泥是不一样的,所以这对考古很有价值。
老师一:我对同步辐射方面感兴趣,关于同步辐射的样品准备,还有争取到北京做同步实验有什么要求,你能给我们介绍一下吗?
冼院士:样品的准备是有规定的,比如没有放射性、不腐烂等等,要封装好,这是常识。关键要写一个申请书,把化学目的写清楚,而且你已经有什么思考或者初步的准备,或者在实验室里准备过了。实验室不能做出来的不要紧,最好写明为什么必须用同步辐射来做,假如做出来成功的话意味着什么东西。独立委员会(独立委员会是全国性的,和同步辐射装置研究室毫无关系。)就打分评判并给予答复能否开题。我这里特别要讲的是科学上不是什么东西都能做出来的。科学上有一个“NO GO”定理,就是“此路不通”定理。我们当然希望我们提出来的研究能够走得通,可是假如样样都能走得通的话,就不是科学了。“此路不通”的科学意义并不比“此路已通”的价值低,因为“此路不通”更证明此路不通,后来的人就不会走这条道路,他必须走一条新路,所以是一个非常有价值的奉献。
老师二:我原先是教原子物理的,经常向同学介绍X光检测仪和质谱仪,那么我们这个同步辐射方法在研究材料方面,它与X射线和质谱仪相比有什么样的优势?
冼院士:请允许我把这个比较大的话题缩到某一个范围、几分钟内可以讲完的范围。X光是1895年发现的,它的波段比1埃要短,同步辐射也有这个频谱在里头。为什么有很多做X光的人要跑到同步辐射上呢?其道理是:第一,同步辐射比X光的振源要强得多;第二,X光是不连续的;同步辐射是连续的,可以把自然界不存在的那个频率的X光找出来。前面提到的卢嘉锡先生所做的固氮酶,是用一种X光吸收谱的分析结构做出来的。原来用X光管来做的话可以,但是非常长时间,要上百个钟头来收集数据,一百个钟头不可能收集到好数据,所以同步辐射应用之后,人们不再用X光来做类似的工作了。无论物理、生物、化学、材料、采矿之类的都涉及到同步辐射的应用。所以你能用X光能解决的你不会去用同步辐射,假如没有这种谱线的话,你就必须用同步辐射。
学生一:我是一个大学新生,刚才你讲的建筑,对我造成的震撼很大。你对巴赫的音乐应该也比较熟吧?我也看过《爱因斯坦》这本书,他喜欢的是比较严谨的音乐,他说贝多芬的音乐太强所以他不喜欢。那么我想跟你了解一下,你能不能给我们物理专业的学生提一下怎样欣赏古典音乐?
冼院士:在中国,像我这岁数的人,假如爱音乐的话,大部分都爱巴赫以后,一直到晚期浪漫派(二十世纪头三十年的浪漫派),它尺度是一百多年,这一百多年里,它的特点是刚刚脱离了宗教音乐,进入了音乐的“文艺复兴”——标榜人对自己解放的音乐。而且,这个音乐的题材很广,是从教堂、从圣经、从卢梭、从卢梭的门徒马泰里边解放出来,到了普罗米修斯,到了有象征意义革命形象的地方。也是社会发展的一个阶段,这个阶段里,叫承前启后。爱因斯坦他非常喜欢巴赫,我也非常喜欢巴赫,而且许多搞物理的人都很喜欢巴赫,因为巴赫在德文里是“小溪”的意思,贝多芬曾有一次谈巴赫音乐时说它“不是小溪,而是海洋”,它是广袤的。假如年轻的同志想听音乐的话,我就建议他先从古典的音乐开头,或者听不懂古典音乐就先从标题音乐来听。标题音乐里有故事,比如有名的《伏尔塔瓦河》,我强烈建议你们在俱乐部等地方把它找来听,十几分钟就听完了。伏尔塔瓦河,是捷克的是捷克的母亲河,这条河流经布拉格最后流入里海。当时捷克在奥凶帝国的占领下,一位捷克伟大的音乐家,年轻的时候为了躲避奥凶帝国的压迫躲到很远的地方,他用音乐描写了捷克的母亲河。这位音乐家是耳聋的,比贝多芬的状况还厉害。音乐里,从高山上一滴一滴的流水“滴答——滴答——”从石岩里滴下来,慢慢往山下走的时候,滴滴细流就变成很小的山溪,到山底下就成了一条小河,一路流到平原的地方豁然开阔,流到布拉格时已变成为一条大河,再往东流一路拐弯,越流越大,流过捷克城市和乡村的地方,看到河流就看到人民,看到各个地方的建筑,看到桥梁,看到老百姓的生活,比如看到结婚的场面,听到教堂的钟声,甚至教堂里讲的种种鬼故事——如晚上有水妖从河流里跑出来把人拖到水里等等——最后形成一条浩荡的大河流入大海。这么一个音乐比较容易去听,然后再去听无标题音乐比较容易。刚入门的朋友最容易办法是听标题音乐,标题音乐越听越广了就到无标题音乐,甚至到现代音乐也可以。
学生二:最近网络上流传有关华南虎的照片,是真还是假的?请问一下,能不能用同步辐射方法来鉴别它的真假?
冼院士:这个华南虎我也非常感兴趣。它里面有一个东西是很难自圆其说的,它有两张照片是相隔二十分钟的,它的毛、它的表情还是这样子,的确是很可疑的,这老虎就这么老实站着二十分钟不动让你照相?连人要做到二十分钟都很难。但只能说可疑。现在法制比较进步了,我们怀疑一个人犯罪之前他是无罪的,这个在法学上叫“无罪推定”,就是你不能证明它是有罪之前它是无罪的。华南虎也是这样,我怀疑它是假的,但是我不能证明它是假的。我只能持怀疑的态度。
学生三:刚才我看到投影屏幕上有科学家狄拉克的名字,我就想到高中课本提到的“磁单极子”的问题。我想知道如果磁单极子存在的话,会不会出现相应的有封闭电场线的电荷呢?还有,这磁单极子绕磁场线运行一周在能量和受力方面会有什么特性?
冼院士:这个问题比较复杂也比较理论,我试图通俗的来回答这个问题。简单讲,磁,有北极就一定有南极,磁力线从北极出发回到南极是封闭的。电,一般都存在的,电场线从电子所在的地方一直延伸的无穷远,是不封闭的。磁单极子是狄拉克提出来的。有单独的电极存在,为什么没有单独的磁极存在?这麦克斯韦方程里是解不出来的,但在量子图像里是可以出现的。现实中是做不到的,我问过很多中国的和国外的都说做不到,最后用一个非常抽象的数学办法做到了。这是用中国数学家陈省身发明的数学方法解决的。我无法用这么抽象的数学图像在这里和大家说清楚。那么它绕磁力线一周会有怎样的影响?简单来说,描写一个粒子的状态,要用位置、强度等等,对于磁单极还要用叫做“位像”的来研究。我们认为它走一圈后会到了原处,它的强度和位置是回到原处了,但它的“位像”回不到原处,这就是不同之处。离开这个领域再说下去我就要搞数学,数学不是我的强项,我只能说这么多了。这里讲一个题外话,大家今后从事就业或其他事情,要选择自己适合的行当,这样你就可以事半功倍,假如选择不适合自己的,可能就事倍功半,甚至一半都没有。