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【轉】張雙南：和一個優秀但迷茫的中學生的對話
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: W& Y/ l8 J3 [) W- X昨天通過微信和一個中學生有一段對話。這個孩子顯然非常優秀，而且彬彬有禮，但是由于還不知道科學研究是怎么一回事，以為自己找到了物理學的一個大漏洞，試圖馬上推翻量子力學，沉浸在里面不可自拔。這種情況我以前其實見到的很多，但是都是成年人、所謂的“民科”，沒想到中學生也會這樣，這樣下去真的會毀了這個孩子。# P. N) v: i0 {2 e: z. W, E* N8 X
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我于是比較耐心地和孩子做了一番對話，從孩子本人和家長的反應，看來有一點效果。我覺得這個對話對其他的孩子可能也有幫助，于是征得了家長的同意，把對話稍微整理了一下，發出來給其他孩子和父母參考吧。
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% x: f/ p2 m5 [5 v, r6 z6 Z張雙南" z+ A$ F/ f4 q' ]
2016年1月12日整理完成于114路公交車上& z# c4 R( l9 g4 f7 O
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文 | 張雙南（中國科學院高能物理研究所研究員）
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中學生家長：張教授你好！我孩子超級熱愛物理。& h5 f+ g; @+ P7 I. J' B) K$ h
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張雙南：您好！孩子多大了？) m: R/ F7 B5 H B. i8 |% l1 ]
; @9 p5 s2 E# H. J中學生家長：17歲，高二。$ F3 {$ y4 B6 {& B; t" a9 f
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張雙南：就要上大學了。$ M a% e/ f; z b) C/ J" ?2 c/ E: F' d
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中學生家長：對，他特別想考清華。
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# o* B/ c* p1 I張雙南：清華的物理非常好啊。& Z7 L* m$ `$ s# ]% }
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中學生家長：有幾個問題能請教一下教授您嗎？! E! P5 u7 z, ]- {+ P
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張雙南：不客氣，請講。! o b( C* W m' ^: F
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中學生家長：那我讓我兒子和您說了。# ^0 Q% E5 y5 G$ s* o5 W( x# k; y
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中學生：張教授您好，我叫……(為了保護孩子的隱私省卻了中學生的名字)。我想問您幾個物理體系的問題，就是相對論和量子力學矛盾的問題。/ P/ l' W( Q. O( C9 s& J; T
$ T l# N2 o( `# i我去北航的圖書館查了兩大物理體系的導論和概論以及兩大物理體系各自的延伸，我發現兩大物理體系殊途同歸，只是走錯了路。# S& U1 I5 q, d4 C/ `
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我發現量子力學完全誤入歧途了，或者說量子力學的不確定性原理和觀測者的效應束縛了我們當代太多人的思想。
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相對論的推導是以麥克斯韋的經典電磁場理論為基礎的科學。以光速不變性原理以及運動學定律在一切參考系都是普適的兩大原理導出的。; y9 h0 r# _6 A& b0 b7 O% D
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而量子力學的波粒二象性從字面意思上理解就是不完備的，一個物質怎么可能既是粒子又是波，從哲學上的來看這就是錯誤的。6 M' p3 i8 g# X, O
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既是粒子又是波只有一個可能——就是我們現有的數學理論基礎達不到能正確認識或理解這種現象。! S) }% v, T& W4 d5 p7 M
6 ?- Z2 M, H6 W* N6 B歷史上每一次數學體系的全新引入或者說發現都伴隨著一次物理學的革命。牛頓力學、電磁場理論運用了微積分，相對論運用了黎曼幾何，量子力學運用了矩陣和波函數。
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$ A4 K! j/ L$ }7 {/ l* ]我覺得現在物理學的統一不在于能不能想出來，而在于能否發現一種全新的數學體系去幫助我們理解時空關系，玻色子，費米子以及暗物質暈和暗能量。2 _8 K1 M' _/ f0 I3 T
L) a$ |0 |; `% c; J有什么不對的請您指教！, S" ? s- }) }- ]( ?: O9 @
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6 K& G7 m) b9 G+ z, e( Q: d張雙南：量子力學和相對論的關系的確是沒有完全解決的問題。但是，我們必須看到，物理學（以及其它所有自然科學學科）是實驗推動和引導的學科，不是純理性的思辨就完全可以發展的。
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7 K2 r# O, C# }# B8 |如何解決量子力學和廣義相對論的關系問題，既需要理論研究也需要實驗研究。尋找合適的數學工具是理論研究的一個方面，但是不是唯一的方面，也不一定是最重要的。
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& F6 v5 y( }( F; W但是無論如何，最重要的是需要全面和徹底地理解量子力學和廣義相對論，因此需要通過實驗在更高的精度上檢驗這兩個理論的預言。: Q0 [/ G ^' u1 X
0 v7 m$ H- }8 [; ?理論的研究，既需要深刻理解這兩個理論體系的關系，也需要尋找新的數學工具。目前這兩個方面做的人都很多，進展也很快。4 q$ |! U* S% d
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你如果有志于研究量子力學和廣義相對論，只能在已有的理論和實驗的基礎上，做很深入的理論研究和更加精細的實驗研究，沒有任何捷徑。# X& t! [5 L" t" o% i
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如果我要是給學生建議的話，我只能建議學生首先牢固地掌握數學和物理的基礎知識，只有這樣才有可能進入這個領域。$ Z# T4 k, B' V0 ~# a% ~
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順便說一下，牛頓的確需要發明微積分才能夠把他的科學思想變成可以進行運算的科學理論。但是廣義相對論需要的黎曼幾何并不需要愛因斯坦去發明，因為黎曼幾何早就在那里了。同樣，量子力學依賴的數學工具當時也已經成熟。廣義相對論和量子力學的建立并不是由于數學革命，而是由于物理學家們選擇了已有的數學理論。
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中學生：謝謝您，我想我明白接下來該如何去做了。- X" p. c- j1 d1 Z, k# c
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張雙南：我再補充一句吧，有一類人被成為“民科”，也就是雖然非常熱愛科學，但是沒有牢固地掌握基礎科學知識，也沒有經受嚴格和系統的科學研究的訓練，卻試圖解決科學的重大問題，大部分情況下是試圖推翻相對論或者量子力學，因為這兩個理論非常不“直觀”而且違反“哲學”。這些“民科”往往投入大量的精力甚至財力搞他們所謂的“科學研究”，但是一律是一事無成，都是在浪費他們寶貴的生命。我見過很多這樣的“民科”，我特別希望像你這樣有前途的年輕人不要成為這樣的人。
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3 l; u3 r& n6 S中學生：我覺得我們少數這些有理想有抱負的孩子，到底該看什么類的基礎物理書和基礎數學書？普物和高數看完后應該看什么？我一直想看朗道十卷，我現在可以看嗎？費曼物理學講義可以嗎？
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0 _9 k1 f$ d- U( ]張雙南：我現在不建議你花太多時間學習大學的課程，目前的關鍵是考上最好的大學，給你一個今后做科學研究的機會！, T0 |2 V, ^% k( B+ }2 h, s
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中學生：為什么呢？我好幾個廈門大學的朋友在高二就一直在自學，大學后直接出國，為什么我不可以像他們那樣呢？我不是向往國外生活而是覺得國外的研究氛圍更好。國內研究氛圍雖然不錯，但是功利性太強。
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張雙南：進最好的大學可以接受最好的教育，打下最扎實的基礎，同時可以和一流的學者進行面對面的交流，知道怎么做科學研究。
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7 N& d) R4 m5 @. f如果能夠去國外一流的大學當然也很好！就本科教育而言，國內一流大學的教育也是不錯的。$ r1 ~4 i- m: x) h f7 Z! }5 a
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) Y" P3 k7 J5 D5 c8 r6 O8 w中學生：我一直認為學習是自己的事，別人無論如何說、如何學、如何做都是別人的事，做好自己分內的事最重要。我覺得我現在對量子物理（的思考）已經進入瓶頸了，我再怎么學也不能使自己的認識加深。我會考物理十分鐘做完了，兩道題沒寫，不是不會而是不想考滿分。我會考四門都能拿Ａ。+ v- c2 j- E4 S; S
( f3 L. a9 M: P) x4 o: V我現在該怎么做，教授？學習什么知識呢？
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9 U; m4 J3 a$ \$ O1 x- Q張雙南：你如果功課完全沒有問題，讀一下費曼物理學講義也是不錯的，但是朗道的書還是先不要碰，上大學之后再說吧。
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我認識的量子力學現在開始進入了黃金時期，無論對科學發展還是技術應用都十分有發展前途。
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中學生：嗯，我也是這樣理解的。
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5 r9 j- J. R3 C1 s$ q0 X6 {3 w現在二十一世紀要技術有技術，要理論有理論，要實驗也有實驗，我們為什么還是融合不了相對論和量子力學？) a2 f+ i3 a7 x N# u I
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0 x5 w* D5 E4 _張雙南：融合不了相對論和量子力學的關鍵還是實驗上沒有找到這兩個理論預言的任何錯誤，所以還無法超越。0 f, i+ u) t. L0 z% f- W
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中學生：量子場論的提出不是為了逐步融合相對論的引力相互作用微觀表現形式，和量子力學電磁弱相互作用與強相互作用的微觀表現形式嗎？只是引力太小了，質量小的話，微觀表現形式上力的大小也非常小。而電弱相互作用與強相互作用融合的問題不就是微觀無法共性嗎？我有好多好多疑問。我該怎么做，看什么專業性特強的物理和數學書呢？- p7 x/ R7 l. K+ P3 s5 x: e9 U
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張雙南：在你全面學習了量子力學（也包括量子場論）和廣義相對論之前，是無法和你討論這些問題的，你的這些疑問只能帶進大學，等學完了這些基礎課之后就明白了。
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0 l+ o7 L' C) M/ R, O5 w我的意見是，你現在不需要看專業性特強的物理和數學書，這些你在大學會學到的。
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中學生：我現在該看什么書只需要您告訴我兩三本書的名字，我會自己找書和論文的。, ]2 v# \4 @: q; t0 x$ K
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張雙南：我不愿意做這樣的推薦，不希望你把時間浪費在不必要的事情上。& n1 {1 \$ {5 r5 V ?( t
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中學生：我想去國家圖書館查詢一下這方面的論文。您說呢？+ O7 u1 [$ e8 q3 k z" b
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- I5 a1 n" y1 \* G, t1 U* M# |! G0 ?張雙南：等你上大學之后，你就會知道，物理研究的世界比你想象得要豐富得多，現在不要把自己陷在牛角尖里面。$ Z# H, Y* x/ k) S# D j
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7 X; v8 F* {- s0 n- p. o中學生：謝謝您，您的話對我有特別大的啟示和啟發，為我今后的物理夢打下了一個良好的基礎，我明白該做什么了，謝謝您，教授，我也要成為一位像您一樣受人尊敬的大物理學家。
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. d/ [: P9 h; e& Z' R' s中學生家長：張教授，非常感謝你，今天和孩子說的，比我們家人說一萬句都管用，孩子爸都感動的哭了！
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發表于 2016-1-14 15:43:32
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