科学研究开启认知之门

冯彦君　肖伟芹

摘 要：弗朗克·韦尔切克（Frank Wilczek）教授，1951年5月出生于美国纽约州米里奥拉一个犹太裔家庭，1970年获芝加哥大学数学学士学位，1972年获普林斯顿大学数学硕士学位，1974年获普林斯顿大学物理学博士学位。在攻读博士学位期间，韦尔切克和他的导师戴维·乔纳森·格罗斯（David Jonathan Gross）发现了量子色动力学中的渐近自由。因此，他们与另一位美国物理学家休·波利策（Hugh Politzer）一同分享了2004年度的诺贝尔物理学奖。韦尔切克教授曾供职于普林斯顿大学高等研究院和加州大学圣塔芭芭拉分校理论物理研究所，现任麻省理工学院物理系赫尔曼·费什巴赫（Herman Feshbach）讲席教授。韦尔切克教授专注于凝聚体物理学、天体物理学、粒子物理学等领域的研究。他的研究成果推动了轴子、任意子、渐进自由、夸克物质的色超导性和量子场论等理论的发展。此外，韦尔切克教授还著有大量科普书籍，如《存在之轻：质量、以太和力的统一性》等。2014年10月，韦尔切克教授应邀访问北京大学，发表了题为“一个美丽的诉求：探索自然的鬼斧神工”的演讲。北京大学校长王恩哥院士向他颁发了北京大学“大学堂顶尖学者”奖牌和“北京大学百年物理讲坛”奖牌。报告结束后，韦尔切克教授接受了本刊特约记者的专访。在访谈中，韦尔切克教授提出，人类对于周围世界的认知非常有限，因此，把自然界的作用力用数学等式标识出来，以指导人类的实践是非常有意义的。他认为统一性是科学中的美感之一，并多次强调基础科学知识，尤其是数学知识对于跨学科研究和深入研究具有重要意义，各科学领域的研究在内部具有高度的相关性。正是出于对自然的敬畏和求索的精神，韦尔切克教授在理论物理的探索中不断前行。

关键词：物理学研究；认知；基础科学

一、科学探索之路上的美丽发现

《世界教育信息》：您在北京大学演讲时多次引用威廉·布莱克（William Blake）的诗句，“如果人类认知的大门被擦亮，那么人们会看到世界本来的样子——无极。”您也多次提到自己在从事着“擦亮人们认知的大门”的工作。那么，您想给人们带来怎样的认知呢？

韦尔切克：我想从我近期从事的工作谈起。最近，我在进行色彩方面的研究。事实上，人们的认知水平仅仅被开发了一小部分。人们依靠某些种类的蛋白质来接受并且感知光线；色盲正是由于缺乏某些种类的蛋白质造成的。其他物种可能拥有更多感知光线的蛋白质。一些鸟类和昆虫含有4～5种色彩感知器，它们甚至可以感知到红外线、紫外线等对于人类来说的不可见光。我们必须要认识到，有很多事情我们完全没有意识到，有很多能力我们不具备。我希望能将这些未被我们感知的事物重新带到人们的认知世界里来。人类已有的认知只是浩淼无穷的世界中很小的一部分。举一个容易被人们理解的例子，色盲者并不能看到正常人能够感知到的颜色，那么我们是否能够开发出一种可穿戴设备，或是一种能够在电脑上使用的设备，帮助色盲者感知到原来不被他们感知的颜色？我觉得进行此类研究是十分有意义的。

《世界教育信息》：您的研究领域非常广泛，从最小的粒子到最浩淼的宇宙，您从事这些研究的动力是什么？

韦尔切克：我喜欢粒子物理学。这些研究非常吸引我。我也做过一些天体物理学的研究。事实上，这些领域都是有高度相关性的。粒子物理学的研究对于我们进一步理解宇宙大爆炸理论非常有帮助。同时，天体物理学很大程度上都依赖于粒子物理学的研究。

我的研究领域十分广泛。我研究过地壳深处的事物，也花了很长一段时间去研究神经生物学和计算机科学。事实上，如果你学好那些基础科学知识，就会对很多领域感兴趣，并且有机会获得一些深入的见解和看法。我现在可以很轻松地看出在某一领域什么研究是有价值的，什么是不值得去尝试的。

《世界教育信息》：您在演讲开始时提出了一个问题：“这个世界上有美丽的思想吗？”在您看来，您的研究里最美丽的发现是什么？

韦尔切克：在我的研究中，用美丽的等式来表示粒子之间强相互作用力——自然界最基本力的作用规律，这一发现令人惊叹！当然，大部分的等式都是很美的。将一种伟大的作用力用等式表示出来并且加以运用是一项伟大的发现，它引导我们在了解物质的基本规律、粒子加速对撞和宇宙大爆炸理论方面进行更深入的探索。这项理论也与其他领域的理论相关，这使得我们可以去假设并且补充“所有力都可以被统一”这一理论，并赋予这一理论以逻辑上的严谨性。

二、重视基础科学，

涉猎不同领域有益于科学研究

《世界教育信息》：您能谈一下自己对于当代教育，尤其是教育领域改革的看法吗？

韦尔切克：在教育领域，专家们已经对此提出了很多卓越的见解。在此，我就谈谈我的一些想法吧！我觉得逻辑思维的培养对于科学研究，如理论物理学、数学、计算机、经济学等都是至关重要的。在美国，很多报刊、杂志会刊登逻辑字谜，其中甚至有很多相当有难度的题目。在解决这些题目的时候，人们可以一边享受题目给出的故事，一边尝试着锻炼自己的逻辑思维能力。如果把这一类的逻辑思维训练运用到课堂中，将会非常有益处。这些类型的逻辑训练对于很多人来说并不是严肃的数学题目——像几何、代数那么“可怕”。过于严肃、枯燥的数学题也会让人敬而远之，甚至心生憎恶，因为并不是每个人的数学都学得很好。所以这些字谜，尤其是逻辑题，会帮助人们建立良好的逻辑系统，但不会使人们直接感觉到数学很“可怕”。

《世界教育信息》：众所周知，在科学研究之外，您在诗歌、科普写作方面也有很高的造诣。如果没有从事科学研究，您也许会成为一位文学家。请问，除了科学研究，您有什么兴趣爱好吗？

韦尔切克：我很享受阅读，也很喜欢体育锻炼，尤其是慢跑。当然，我也很喜欢弹钢琴。夏天，我最喜欢的运动是游泳。我有一个十分幸福的家庭，家庭生活也是我生活中很重要的一部分。不过，我最喜欢、最着迷的事情是各种各样的填字游戏和逻辑字谜。现在，我玩这类游戏的水平已经很高了。除此之外，我还喜欢国际象棋。

《世界教育信息》：如果可以回到大学本科时代，您希望作出怎样的改变呢？请结合您的经历给现在的年轻人提一些建议。

韦尔切克：可以肯定的是，在很多小事情上我可以做得更好。我可以做更多的事情，更努力地工作。可是，我觉得我不会提出一些与我当时的做法完全不同的意见。我会告诫自己：好好做自己的事情！让我觉得受益终身的是，我一直很享受数学，我发自内心地喜欢数学带给我的乐趣，不仅仅是工作的要求。其实，在数学上，我也可以做得更加有系统并且有效率。我觉得我还可以在计算机领域有更多的成绩。我学习过一些计算机知识，但只是皮毛，并没有进行深入的探索。如今，计算机已经成为一门强大的学科，真希望我当时给予这一领域更多的重视。

一般来说，我会建议同学们给予基础科学足够的重视，尤其是当他们想从事理论科学方面的研究时。理论知识研究要求你尽快学习并且掌握数学基础知识。数学知识将贯穿研究工作的始终。数学对于基础科学来说十分重要，越早开始学习，进步就越快，你的研究工作就会越容易。反之，如果数学学习起步很晚，那么在理论科学领域，你可能就不会取得太大的成就。

另一条建议是广泛地涉猎。对别人提出的新观点、新领域加以了解和探索，而不是把自己限制在一个很小的圈子里面。就像经济学里面讲的一个例子：你不能把所有的鸡蛋放在一个篮子里。同样，你也不能把宝贵的研究资源放在一个很狭窄的圈子里。我甚至觉得最重要的事就是拥有开阔的眼界，给自己更多的选择，努力去拓展不同的领域。

编辑 秦悦 校对 郭伟