再论建设具有中国特色的基础科学

黄志洵

(中国传媒大学 信息工程学院，北京100024)



再论建设具有中国特色的基础科学

黄志洵

(中国传媒大学 信息工程学院，北京100024)

在基础性自然科学发展中，国内缺乏杰出的新科学思想，因而缺少世界级科学大师。究其原因，首先是中国科学家习惯于紧跟西方同行，相信他们的理论和实验工作都是最先进的，并产生自卑心理。其次，认为如果某个科学理论已被大众认同，想必不会有什么问题。

在科学研究中欧美国家确有优秀传统，有众多杰出的科学家及了不起的科学思想。但在近年来，为认识自然界本性的研究面临很大困难，西方科学家呈现出焦虑感，也出现了胡乱猜测甚至不诚实的现象。因而他们让我们觉得困扰，并感到其理论常与实际相悖。有时候他们用数学取代物理。为了获得研究经费，一些欧美科学家诱导本国政府出巨资上大项目。在这些情况下，中国科学家不能再紧跟西方，应当敢于提出新思想，勇于对原有知识的某些方面提出质疑。最重要的是走自己的路，不再用别人的昨天装扮自己的明天。我们必须敢于标新立异，不再受权威的约束。物理学研究需要数学的帮助，但数学形式主义并不可取，因为有时候一个方程式过不去不等于无法成就整个工程。中国科学家具有自信，可以完成建设具有中国特色的基础科学的任务。

具有中国特色的基础科学；创新；数学形式主义

The West Europe and America was carry on a fine tradition in research of science，many famous scientist was told on everybody’s lips，and the scientific thoughts were spead far and wide. But in recent years，because the difficulty of research works on essence of nature was very large，scientist of West was anxious about his work，perhaps they keep guessing in study，and sometimes they was not honest in such situation. Then，they let us to feel very perturbed. And the theory was divorced from the practice，moreover，sometimes they substitute mathematics for physics. In order to obtained the cost for research work，some scientists of Europe and America misleading the government into appropriate huge sum of money onto these gigantic projects. By this condition，Chinese scientists can’t follow the Western scientists everywhere，they must dare to publish new idea and dare to query the validity of the statement by common knowledge.

As for Chinese scientists，it is especially important that we walk our own way in making our country scientifically thriving，and it is apparently not appropriate to decorate our future with what others had created in their past. We must creat new and original idea just in order to different，so we can’t follow the authoritative persons in everywhere. The physical science research want the help of mathematics，but the mathematic-formalism are not welcome，because the success of engineering don’t depends on someone equation only. Chinese scientists are confident that they can fufil the task of the establishment to the foundational science with Chinese character.

Abstract：fundamental science with Chinese characteristics；blaze new trails；mathematic formalism

1　引言

作为一名中国科学工作者，近年来我一方面感受到国家在各方面的巨大进步，同时又为基础自然科学的相对落后状态(缺少全新的重大科学思想，没有世界级的一流的研究成果和大师；一直以来都是跟在西方人后面亦步亦趋，“用别人的昨天装扮自己的明天”)深感痛苦和困扰。中国人也是很聪明的，国家的科研经费投入已不算少，为什么情况不能改变？我心中似乎郁积了许多话想说。

2014年9月21日，中国传媒大学成功举办我的新作《波科学与超光速物理》的出版座谈暨学术讨论会[1]。在校领导致欢迎词后，三位院士(程津培、张钟华、夏建白)作简短而深刻的发言。此后，由我讲了较长时间(约23min)，题为“建设具有中国特色的自然科学”。当时讲得比较动情，几乎流出了眼泪。讲完后，会场的鼓掌声是热烈的，而津培先生当即表示我讲得好，向我要了讲稿的复印件。在这个会后，我把稿子作了认真修改和补充，形成了思路连贯的论文，并发表在我校学报上[2]。考虑到“矫枉需过正”，文章口气略显尖锐，但总体上是温和的、说理的。由于文章言之有据、立论深刻、切中时弊，刊出后，反响较热烈；随后《前沿科学》杂志作了转载，更名为“建设具有中国特色的基础科学”[2]。……现在时间已过去了2年；笔者仍觉得有话要说，写成本文。在这里我们首先突出地重复以下观点——中国科学界紧跟西方后面亦步亦趋的作法不可持续。但本文的大量内容是新增的，扩大了论述范围和深入的程度；强调了独立思考、思想创新的重要性，指出培育本土学派、贡献新原理和新思想是我们的必由之路。

2　专家学者对“建设具有中国特色的基础科学”文章的反映

先看中国传媒大学领导层的反应，他们听了我的讲话，又是文章最早的读者；例如主管全校科研的副校长高福安教授说：“我高度评价这篇文章，对黄教授的执著精神和拳拳之心表示由衷的敬意!我钦佩他在基础科学领域的建树和独到的见识。对黄先生为学校作出的贡献和赢得的学术声誉表示衷心感谢”。理工学部学部长刘剑波教授说：“读了这篇文章深受启发，获益良多；为黄教授开阔的学术视野和深刻的思想内涵所折服。从他的身上我们体会到了什么是一个中国科学家的气质、勇气、担当和精神”。然后是一些老专家的看法；通信工程专家、解放军理工大学谢希仁教授分两次作了评论。第一次说：“这篇文章考虑的许多问题都是现实存在的。黄教授看到了问题，坦率地提出了看法，这种精神很值得鼓励和赞扬。中国的学术创新不行，根本原因是从小只培养‘听话’，不鼓励独立思考。大学不能独立自主办学，哪来的创新？重大科学问题往往要经过很长时间才能弄清楚谁是正确的。不管怎样，黄教授全心全意搞科学的精神很值得敬佩和学习”。第二次说：“你最大的特点是敢于想别人(包括某些大人物、大学者)不敢或不愿想的事情。我就总觉得，既然那么长的时间里，大家都公认是这样，想必没有什么问题吧？但是你总是更多地想‘是真的吗？’这点非常好。创新就要有这种精神。我正是缺少这种想法，因此一生没有什么创新。只是把别人的东西好好地消化了，然后再教给学生。虽然学生一般都还满意，但自己并无创新。你在很多领域都有创新，这在我教过的学生中是非常罕见的，也是很值得我学习的”(注：谢教授是我读大学时的老师，他这样说是过于自谦了。)

然后看原深圳市技术监督局总工程师、全国政协委员李世雄先生的说法：“拜读了‘建设具有中国特色的基础科学’，我首先感到能有这样一位年过古稀仍致力于为振兴中国基础科学而奋斗的挚友而感到自豪。写这文章，除了你多年来对超光速物理和量子物理等多学科的研究外，还阅读大量的古今科学史资料，丰富多彩，阅后收益良多；如今你仍能保有如此的记忆力和洞察力令人钦佩。

关于为什么中国本土迄今未能出现世界级大师，甚至连Nobel物理奖也没有？这个问题近些年来议论不少。我认为敢提出来已是一个进步。我很同意你的一些观点，不是中国科学家没有智慧，而是没有给他们发挥才智的环境、思维空间和平台。这些年来我国的经济发展，物质生活得到极大改善；但是‘文化大革命’的反社会、反道德的余毒仍未肃清，正确的价值观和道德观被严重扭曲。甚至某些知名的高等学府也变成充满铜臭味的金钱竞争场所，学术上出现不少你虞我诈的腐败现象。吾老矣，盼有生之年能看到一个彼此尊重、和谐清廉、真诚互信，各行各业都有强烈社会责任感的美好社会。到那个时候，中国科学界将会大放光芒，世界级的科学大师将会呈现”。

有的专家言辞激烈一些；例如上海学者季灏说：“黄教授的文章写得好！号称有4大发明的聪明的中国人，大陆本土科学家许多年没拿过1个Nobel物理奖，教科书上基本没有中国人命名的公式、定理、方程和实验。科研经费也不少；但大多给了那些崇洋媚外的科学家，他们跟在洋人后面爬行，中国怎能走在人家前面？！一些学阀封杀了重大创新之路，是有实例的”。有的专家则措辞温和，例如福建学者梅晓春：“文章写得非常好，感人至深。文中所说都是事实，至情至理，入木三分。最后一段更是催人泪下。这才是真正的爱国者、科学家。”辽宁学者钱大鹏发来邮件说：“读后十分震撼；您多年如一日，为中国科学的振兴，不仅身体力行，而且大声疾呼，心亦灼灼，言亦诤诤，令人感动和钦佩。文中所说许多问题，我们感同身受”。西北工业大学航空学院杨新铁教授在西安组织一些学者座谈，认为“此文在纵观世界和中国自然科学发展历史的基础上，对中国自然科学当前现状和弊端作了深刻的概括和总结，对今后如何改革我国的科研体制提出了有益的建议；一些观点十分精辟”。

综上所述，证明中国科学工作者的心是相通的。这激励我写出了本文，且努力作更深入的探索。

3　今天的西方基础科学界或已乱象丛生

细说起来，我们中国人与西方(western side)的关系是复杂的。在古代，中国人不了解西方，或许在各方面比他们还要先进。但在后来西方经历了由古希腊理性逻辑思维演化为欧洲文艺复兴和工业革命的过程，在此基础上诞生了近代自然科学。美国则在19～20世纪发展为世界上最富强之国。中国人严重地落后了，近代史记录下的是西方列强的侵略。因此在1949年革命胜利后倒向有相同意识形态的苏联，对西方采取蔑视态度。我记得，在美国人于1969年实现登月后，当时很年青的我抬头望月激动不已；但中国领导人有一句话令我吃惊——“月亮上死土一堆，去那里干什么？！”……20世纪80年代中国打开国门，去往欧美国家的中国人十分惊讶——为了人家的先进和自己的落后。于是西方的一切都好，甚至出现了“全盘西化”的口号。人们爱上了一切外国东西：衣服、房屋、发式、电器，此外还有他们的学校，他们的哲学思潮和他们的自然科学。中国人过了那么多年清教徒式生活，经历了那么多年的闭关自守和与世隔绝，人们崇拜西方似乎很自然，不应该加以谴责。在不知不觉间，人们习惯了向西方人弯腰。

但在搞改革开放已30多年的今天，情况有很大的变化，中国的经济总量是世界第二，城市面貌焕然一新。有的领域(如高速铁路、超级计算机)已是世界领先，作为中国本土科学家的屠呦呦登上了Nobel科学奖的领奖台。……在这个宏大背景下，笔者才提出“建设具有中国特色的基础科学”这一说法，请大家思考。

自然科学是寻找客观世界的本象、本质、本源的学问；原子结构不仅在地球上与地域无关，在宇宙中也具有同一性。也就是说，一个氢原子，它的内部构成和理论说明，不仅在地球表面的五大洲没有不同，在太阳系内外也是一样的。因此，按理不应有诸如“西方物理学”或“中国物理学”之类的说法，我们大家有一个同宗同源的物理学(Physics)。……但考虑到近代自然科学是诞生于欧洲，直到现在欧美科学界仍是世界范围内基础科学的领跑者，而中国科学家又如此习惯于跟在西方人后面亦步亦趋；笔者认为必须指出不可再这样做的一个原因，那就是曾经产生许多卓越科学思想和定理定律的西方科学界，似已在基础科学的若干门类(物理学、天文学、宇宙学等)中出现了乱象丛生的状况，在认识客观规律的困难越来越大时呈现了焦虑感、胡乱猜测、甚至不够诚实等现象；他们一会儿这么说，一会儿又那么说……。那么，对于作为文明古国(也是大国)的中国来说，她的科学工作者难道不该抛弃旧有习惯作法、走一条独立思考之路吗？下面列举的事实，并非笔者出于想象的胡乱拼凑，而是发生在最近几十年(甚至几年)的现象。

①对基本的物质构成丧失信心，沉迷于寻找所谓“暗物质”

正确认识物质是科学家的第一要务，在这方面西方科学界曾经做得非常好——分子、原子、中子、质子、电子、正电子……，这个人类认识史一路走来，可谓光辉夺目。很可惜，近年来他们似乎陷入迷茫，提出的认识物质的新理论似是而非，令全世界的科学工作者不知所措。一个时期以来，西方天文学家的研究，特别是哈勃太空望远镜(Hubble space telescope，HST)的观测，表明长久以来人们对明亮宇宙(即包含许多发光天体的宇宙)的注意，已让位给原来非常生疏的方面，即所谓暗物质(DM)和暗能量(DE)。然而，这二者都是看不见的，与那些发光天体截然不同；这是西方科学界的主流看法。

暗面科学的英文是“dark side science”，这一提法来自美国著名刊物《Science》[3-5]；其要素包括暗星体(dark star，指黑洞)，暗时期(dark age，指星系形成前的漫长时期)，暗物质(dark matter)，暗能量(dark energy)。该刊说，暗能量约占宇宙的70%，暗物质约占26%，二者合起来，表示宇宙的96%由看不见的物质和能量组成。……这是非常令人费解的事情!

按过去的老习惯，中国科学界跟了上去，申请立项、要求拨款等等。但是，这种“紧跟”其实是盲目的。在笔者的好友中，至少有3位物理学家反对这些提法和作法。西方理论物理学家说，暗物质是宇宙中主要组成部分，每秒钟都有无数暗物质从地球旁经过。但它不可见，不带电荷，与显物质不发生作用。2008年美国Corolado大学的科学家说，已观察到以过热氧氢气体形式分布在星系之间的暗物质，似为网状物——这个结果来自Hubble望远镜和NASA的卫星观测。然而在2010年年6月英国一些科学家指出，以标准模型为基础的计算(它导致认为已知部分只占宇宙物质的4%)可能有致命缺陷，所谓“占宇宙构成96%的暗物质和暗能量”可能并不存在；这都肇因于计算宇宙方法的错误。

在2011年，美国大部分物理学家(但绝不是全部)仍认同暗物质存在，并认为暗物质可能由弱相互作用重粒子(WIMP)组成。“重”并不意味着这些粒子很大，却表明它们有质量。“弱相互作用”的意思是，尽管有质量，这些微粒同物质的相互作用微乎其微。弱相互作用重粒子在电磁上保持中性，这就是无法看到它们的原因。当然，至今所有针对暗物质存在的论点都是通过推论得来的。没有人曾直接观察到这种物质。实际上很多科学家都对弱相互作用重粒子理论表示怀疑，在某些情况下对暗物质观点本身也持怀疑态度。2013年4月3日西方科学界在日内瓦公布一些结果：安置在国际空间站的AMS(α磁谱仪)发现了约4×105个正电子，能量“似乎符合”对暗物质湮灭的估计。不过，还不能算是发现了暗物质。2014年11月有文章刊登在PRL上，说“暗物质正在消失”，因为变成了暗能量。其实，直到2015年也还缺乏暗物质存在的证据。γ射线在宇宙中某处出现，也会被西方科学家猜半天——是否可能作为暗物质存在的证明？很难说。现在，科学研究成了猜谜；中国人为什么非要“紧跟”？

2015年12月17日，中国科学院研制的暗物质粒子探测卫星“悟空”搭载长征2号运载火箭升空，其上有4种科学仪器，预定计划是在轨工作3年。对于这种事情，笔者为什么不感到“欢欣鼓舞”？首先，耗资上亿美元，却不知道要找的东西是什么。据媒体报道，在卫星发射以后项目首席科学家曾说：“没有人能保证一定能找到暗物质”。这是很奇怪的说法，给人印象是要为失败预留空间，也表达一种茫然，甚至可能另有隐情。果然，有一位物理学家告诉我，他曾给高级领导人写信(附有论文)，说明为什么暗物质根本不存在，用不着假定宇宙中3/4物质是暗物质。据说领导人多次派人去中科院谈，理论物理方面有关负责人却说：“国际上都在做，我们也就跟着做”。……笔者认为这倒是实话，反映我们的科学家是如此习惯于相信和模仿西方，而没有自己的见解。怪不得在3个月后项目负责人宣布说：“探测到4.6亿个高能粒子”，对暗物质只字未提；我们真为国库(纳税人)的钱叹息。

②荒唐的“西方宇宙学”

科学是全球性的，但在西方有的学科畸形发展。作为人，应该对自己所生活于其中的世界和宇宙，有一种基本的看法。但长期以来，全世界公众(其中包括成长中的青少年)却一直被荒唐的、根本无法证实的概念所控制。众所周知，西方宇宙学的主流理论是“宇宙产生于一次大爆炸(big bang)”。这个理论说，发生大爆炸以前并没有宇宙，也没有时间和空间，只有一个体积为无限小、密度和能量为无限大的“奇点”，处于虚无均一的状态。137亿年前，一次神秘的爆炸之后，宇宙出现了。关于这次爆炸，只知道它的强度和温度超乎人类的想象，而某种神奇的能量促使宇宙发生急速膨胀，在非常短的时间中这团炙热均匀的流体开始变得致密，渐渐形成了原子、恒星、星系……。

我认为这样的理论是荒唐的，与“上帝创世说”没有多大区别[6]；然而人们对此却深信不疑。我还认为任何思维正常的人都无法接受“时间有一个起点”；因为假如有，那么在这个时间点之前是什么？一向自视甚高的理论物理学家根本无法回答。大爆炸理论的重要证据是微波背景辐射的测量数据，但它并不表示这些数据一定是一次爆炸后的结果，把它看成一次原初大爆炸的余烬是勉强的。另外，有的西方科学家宣扬多宇宙论，这是真正的一派胡言。

说“西方科学界陷入迷茫”，并非笔者一个人的看法。在西方，对大爆炸学说及其不容讨论的主流学术地位的不满由积累而爆发——2004年5月22日英国《New Scientist》杂志发表了34位科学家签名的“致科学界的公开信”，对大爆炸学说提出质疑，认为该理论越来越多地以一些假设和未经证实的观察作为自己的论据，暴胀、暗物质和暗能量等就是其中最令人震惊的一些例子。没有这些东西，我们就会发现，在实际的天文学观测和大爆炸理论的预言之间存在着直接的矛盾。这种不断求助于新的假设来填补理论与现实之间鸿沟的做法，在物理学的任何其他领域中都是不可能被接受的。更重要的是，大爆炸理论从来没有任何量化的预言得到过实际观测的验证。……2007年10月，Hubble太空望远镜发回的宇宙深空的照片也使大爆炸理论遭质疑；但这些反面材料并不能改善反对大爆炸宇宙学的西方科学工作者的处境。

从关于“宇宙寿命”和“宇宙膨胀”的讨论也看出他们在概念上的混乱。笔者在这里再次指出，所谓“宇宙的寿命”，从语法上讲是一个病句，从语义学上讲是一个伪命题。宇宙是指一切的一切，空间上没有边际，时间上没有始终。我们可以讨论宇宙中某个部分(如银河系、太阳系、地球)的寿命，却不能讨论宇宙的寿命，因为这样做毫无意义。……至于宇宙膨胀的说法，它与大爆炸理论一样溯源于E.Hubble在1930年完成的观测——如果光谱红移是由于星系退走，后退的表观速度(apparent velocity)与星系距离成正比。实验现象仅为光谱线红移，却引出这么大的结论[7]。再看一些新闻报道——“研究称宇宙走向消亡”(2015年8月)，“科学家说可能存在平行宇宙”(2015年11月)；西方宇宙学家的胡涂荒诞令人吃惊，他们的“研究”完全抛开了基本概念和事实。

③连黑洞是否确实存在都不完全确定的“黑洞物理学”

在西方，黑洞(black holes)是长期以来倍受推崇的一门学科[8]。著名理论物理学家Stephan Hawking的成名作就是关于黑洞辐射的论文，因此他也是黑洞物理学家。西方科学家一直认为，当一颗质量很大的星体在其自身引力作用下坍缩于空间中的奇点时，就会形成黑洞。在奇点周围会形成一层不可见的边界，被称作“视界”。任何越过视界的物体都会被吞噬。黑洞的奇点具有的引力太过强大，以致任何物体都无法逃脱。但早就发现有关理论存在矛盾，终于导致2014年1月的S.Hawking“认错”。这位物理学家在文章中说，根本不存在黑洞边界(event horizon)：视界线与量子理论矛盾，因此没有什么黑洞。他又说，黑洞理论是他一生中的大错(biggest blunder)。就这样他不仅否定了自己，还引起西方物理界的震动。他们竟然吵了起来，例如美国UC-Berkeley的R.Bousso说：“Hawking的认错令人憎恨”。2014年9月有报道说，一位美国学者用数学证明了黑洞不可能存在。……2016年1月Hawking又说黑洞存在，当初怀疑黑洞是否存在的是Einstein——这种反复无常不是“乱象”又是什么？!

④寻找“引力波”陷入盲目性

还有就是那不断被提起和宣传的引力波(gravitational waves)。在美国，一个宇宙学家团队在2014年3月的一次新闻发布会上宣布，他们探测到了宇宙大爆炸之后最初瞬间所产生的引力波，从而导致宇宙的起源再次成为重大新闻。根据BICEP2南极望远镜团队的信息，其结果被誉为大爆炸暴涨理论及其后续理论(多元宇宙)的证明。该成果问鼎Nobel奖也在预测之中。BICEP2团队在其宇宙微波背景辐射极化图像中，确定了一个扭曲(B模式)图案，结论是检测到原始的引力波。但在后来数月中，由来自Princeton大学和Princeton高等研究所的科学家们进行了认真的重新分析，其结论是BICEP2的B模式模型给出的大部分或全部显著效应没有来自引力波的任何贡献[9，10]。事件也揭示了一个关于暴涨理论的真相；很清楚，暴涨范式是根本无法检验的，因此在科学上毫无意义。

从20世纪初到现在，有些领域研究工作停顿不前；寻找引力波和引力子(gravitons)的研究就是如此，几年前一些欧美科学家还在抱怨说“这是不可能完成的任务”。然而在2016年2月11日，美国科学基金会(NSF)宣布“已探测到引力波”[11]；这一消息立刻被媒体传送到四面八方。我们注意到美国激光干涉引力波天文台(LIGO)“发现引力波”的方式是“收到了一个信号”——两台探测仪(相距3000km)都收到，但时差7.1ms。这不像是真正令人完全相信、十分放心的科学发现方式，因为你无法确认它真的是由“引力波”造成的。这个信号接收时间是2015年9月14日23时50分，但是它也可能来自别的原因。目前的“发现”离当年(1887年)Hertz的发现电磁波的实验还有很大差距，有待查明它是事实还是一种迹象。[12，13]

关键之点在于，LIGO是采用数值相对论(numerical relativity，NR)方法，即数学建模。现在是把收到的一个信号(only one signal)与庞大数据库中的大量波形资料作比对，根本未作客观而实在的天文学观测和物理学实验。这样的结果怎能令人信服？数据是偶然性的，不可能重复，却要人们相信“在13亿年前两个黑洞碰撞、合并、产生了引力波”；还是先找找旁证再说吧!

那么，根本问题出在哪里？黑洞、虫洞、奇点、引力波……这些东西均来自广义相对论，即GR的时空弯曲理论。然而，2013年出版的书《interstellar》(即《星际穿越》)中，作者K.Thorne承认“空间与时间的混合与直觉相悖”；又说“人类对时空弯曲不甚了解，也几乎没有相关实验和观测数据”。这就足够说明问题了——一贯支持相对论并以其作为指导思想的美国CIT教授Kip Thorne(最早提出LIGO项目建议的人)，也认为时空一体化和时空弯曲都存在问题。其次，“引力波”的整个思路太像是对电磁学发展(其最重要的事件是发现电磁波)的模仿，可惜它总得不到证明；“寻找引力子”则更像是一个天方夜谭式的故事。

⑤沉迷于寻找“超对称粒子”但毫无结果

西方在粒子物理学方面贡献巨大，但也有玩耍空洞理论以及做混乱实验的情况。例如1974年J.Wess和B.Zumino提出超对称理论，预言Fermion均有配对的Boson，而Boson均有配对的Fermion。对此在国际上作了宣传，中国科学界在2000年前后作了积极反应，联合起来要寻找“超对称粒子”。如今已过去15年，该粒子却毫无踪影。欧洲核子研究中心(CERN)的强子对撞机(LHC)，自2010年以来的实验也毫无结果。沈致远[14]指出，即使发现不了配对粒子，他们仍会辩解——超对称理论永不会证伪，这算什么科学？

以上几个例子是有代表性的，说明西方科学界确有丢失过去优良传统的倾向；而中国科学界的习惯性“崇洋”思想却得不到纠正。面对这些我们要大声疾呼：是时候了，中国应该在经济发展的基础上进行有中国特色的科学研究。这意味着过去的作法必须改变，不要过份迷信和崇拜权威。中国科学家要增强自信心，勇于创新，敢于对现存知识的某些方面提出质疑。不再用别人的昨天装扮自己的明天。……有人说，“中国未能造就自己的思想家”；既如此，那我们就要在这个方向上迈开步伐。

4　要科学的数学化，不要“数学形式主义”

一部数学史是人类进步的最生动标志，再没有比数学发展更好地证明人们理性思考和智慧能达到如此出色的程度。大数学家Euler的全集多达70卷，十分令人吃惊；其他大师也不逊色——Cauchy的26卷，Gauss的12卷[15]。人类文明进步到今天，从表面上看全拜应用科学和工程技术所赐，但没有数学就不会有这二者的发展。任何贬低数学作用的言论肯定都是错误的。

但数学不能代替其他科学学科，例如物理学、化学、天文学、宇宙学、生物学等等。这些分门别类的东西有自己的内涵和规律，数学家可以帮助它们而非取代它们。Nobel先生当初在遗嘱中对其资金的授奖范围的规定没有数学，所考虑的恐怕是数学尚非直接作用于人类生活的巨大因素。必须指出，一些物理学家过份沉迷于数学游戏，实际上有“以数学代替物理”的倾向。甚至有人相信所谓“万有理论”(theory of every thing)，似乎依靠一条复杂的方程式就可以解释宇宙中的一切；这是在无比生动、无比丰富的大自然面前缺乏谦虚的典型例证。

这是推测还是事实？1911年，法国物理学家P.Langevin问道：“设想有一对双胞胎兄弟，哥哥乘飞船以近光速飞行，弟弟在地面上。现在，由于二人作差距很大(光速c)的相对运动，双方都觉得自己比对方年轻。那么，当哥哥的飞船回到地面，兄弟俩人到底谁更年轻？”这个“双生子佯谬”是对SR时间观念的打击，Einstein本人从未就此提出过令人满意的回答(1918年他给出过一种答复，但正如A.Kelly所讲，那简直是言不及义的胡说)。拥护相对论的人们，一般则回避这个话题。……两个人之间存在相对运动时，甲看乙的时钟比自己慢，乙看甲的时钟也比自己慢。二人的判断相反，但都符合SR的理论原则。这就失去了客观的是非判别，是相对主义和唯心主义，而非科学。

2003年11月7日，在北京国际科技会展中心召开了“超光速与宇航科学前沿问题座谈会”。参加者包括了各方面的人士(理论物理学家、天文与天体物理学家、量子力学家、电子学家、航天学家)。会议由宋健院士主持，他首先致词说：“关于科学研究，精神是解放思想、鼓励原创性。可以一开始就有点标新立异，不要太受权威的思想约束。关于超光速，国内外不断有报道出来，昨天《参考消息》还译发了《New Scientist》杂志的文章——《超越光速》。从黄志洵的书《超光速研究新进展》来看，似乎有很多‘可以超光速’的证据。有的人说发现了反粒子，也许实际上却是超光速粒子？另外，超光速问题也关系到未来的宇宙探索。物质究竟为何不能超光速呢？据说是因为v>c时，一个式子的根号会成为虚数；但我们搞工程的人，有时不大承认那种“数学公式上的困难”是绝对不可克服的困难。总之，超光速研究涉及的面非常广，要解放思想来研究，要组织合理的实验”。(注：着重点为笔者所加)。

宋健是控制论专家、航天专家，曾担任国家科委主任、中国工程院院长多年。他的话是对“数学形式主义”的有力批评，今天回忆仍觉亲切；无论对物理学家或工程技术人员，他的话都是金玉良言。

5　走创新之路是中国科学工作者不再对西方盲从的关键

持续60年的自然科学研究实践不仅让我有了成就感，而且觉得自己对世界、对中国、对社会的认知都达到了一个新的高度。这种认识上的升华也体现为对西方科学界和中国科学界的再认识。在我看来，西方科学(特别是理论物理学、宇宙学等领域)日益变成象牙塔里的数学游戏，越来越与现实脱离。有些概念日益荒谬，达到了违反常识、不可理喻的程度。这样的东西没有现实指导意义。中国科学家应当考虑在基础科学理论方面形成本土学派的问题——这就是我提出“建设具有中国特色的基础科学”的核心思想。其实，我对西方文化一直很入迷，特别是他们的古典音乐、数学和物理学。我认为他们取得了伟大成就，对全人类有了不起的贡献。……但是，我在2014年指出“西方科学界开始出现乱象”。现在我的认识比两年前又进了一步——不是“开始出现乱象”，而是“早就乱象丛生”。总之，我总觉得他们那里有些“不对劲”!……

近年来我提出：“在科学研究上不要总是跟着西方人亦步亦趋，不能西方搞什么我们就搞什么；要认识到西方科学界也会出错，名人和大师也会犯错误”。我这些话来自自己在科研活动中的切身感受。现在举一个例子；在光学中，最早认为光线入射到界面时在该点即发生折射和反射，但1947年两位德国科学家(F.Goos和H.Hänchen)在实验中发现并非如此[20]。反射点距入射点有段距离，并不在几何光学预期的位置；这称为Goos-Hänchen位移现象。产生GHS的原因在于入射波不是理想的单一平面波，而是多个平面波组成的波束。在界面上，反射波相对于入射波会发生相移；而在不同极化条件下相移的计算公式不同，故在TE、TM两种不同极化条件下造成的GHS也就不同。

有一段时间我指导博士生研究“负GHS现象”。过去所有文献都说，依靠平滑金属表面可获得负位移，但入射波必须是TM极化。自2012年起，博士生姜荣对纳米级金属膜的GHS作实验研究，对象是厚度30nm、60nm的铝膜，用真空镀膜技术蒸镀在厚18μm的聚乙烯片上，而该片贴在三棱镜底部，构成Kretschmann式结构。实验结果发现在采取TE极化时也能得到负位移——实际上在TE极化时GHS可正可负。当然她的实验和我的另一个博士生曲敏早期(2010年)的实验一样是在微波进行的[21，22]。那时就发现了在Otto结构下采用TE极化时会出现负位移；而在采用TM极化时的数据，虽然少数为负，多数却是正的。

我的两位博士生在实验中都得出了与西方传统理论不同的结果，这让我感到意外。作为她们的导师应当有个态度，作出合理解释。在确定实验无误的前提下，我给姜荣以鼓励，指出“创新己来到我们面前”。我解释说，观测负GHS与激发表面等离子波(SPW)不同，不一定要求有与膜表面垂直的电场分量；其次，实验是在微波进行的，规律与光频会有区别；再者，纳米膜与大块金属也不一样。……这时已是2013年夏季，我鼓励她向国外投稿。结果是论文受到西方的重视——秋天投稿，2014年2月即在名刊《Optics Communication》上刊出[23，24]。当然她是第一作者，我仅为第二作者。这篇论文其实在理论上和实验技术上并无创新，但打破了西方科学界的传统认识——这是所谓“方法依旧、数据全新”的典型例子，对我和学生都产生了深刻的影响。

因此，中国研究人员不能一切以西方文献为准，而应深入思考课题的内在逻辑性，并且首先要尊重事实。在过去，中国的科学技术比较落后，因而在大学和众多的研究院、所中，基本的作法都是向欧美国家学习、看齐，这并不奇怪。但现在不同了，科学界不妨冷静反思一贯以来的作法，敢于提出新思想，倡导一些与西方不同的东西。2016年3月末在报纸上有一则新闻，标题是“清华接待冒牌洋富豪引发争议”；文中有一句话引起我的注意：“这场丑事凸显了中国大学盲目崇洋媚外的问题”；话语虽然尖锐，却按响了警铃，值得我们考虑。不久前，有一位物理学家对我的一篇新作论文发表评论。他首先表扬我“深入钻研、精神可嘉”，然后罗列了多位西方科学家对这个论题的意见；然而他没有提供自己的分析和观点，似乎洋人们的见解就是他的观点；他也未提及别的中国科学家就该论题有何高见。这真让人匪夷所思，难道中国人的“崇洋”已到达了不愿意思考(因为已有了洋人们的思考)或认为不必思考的程度？

我认为有两个趋势是我们必须警惕的；一是以民主、自由为核心价值观的西方世界也有文化专制主义，例如那里的青中年科学家如反对大爆炸宇宙论就会受压制(见《New Scientist》2004年报道)。二是即使前进方向不明，也并未妨碍某些科学家不遗余力地鼓动本国政府投入巨资上大项目。然而基础科学的成果常常是模糊的，花钱太多、交代不了怎么办？他们的应对方法，一是不断宣传“××设备正常运转”或“××卫星正常完成测试任务”，以便让政府和公众安心。另一方面，每过几年他们公布一些“成果”——一般人看不出问题，但细心的科学家会发觉其所谓成果不明确、不对劲。这些人还有另一高招：游说Nobel委员会，给个奖(Nobel物理学奖绝大多数很有威信，但有时不那么合适，例如几年前为“暗能量”课题授奖)，再大的经费投入也能在后来应付过去。我觉得过去的欧洲强子对撞机、美国GP-B项目，以及西方一些有关暗物质、暗能量的项目，乃至引力波项目，都有这种不诚实的气味。这与科学精神背道而驰!可叹的是，这种风气似已传入中国。但是，即使你“有×个科学卫星”，思想却是从西方抄来的；你有不同的“探测计划”，走的全是西方人的脚印——这样搞法有何意义？浪费人民的血汗钱就是了。

作为有良知的中国科学工作者，我一贯反对某些科学家诱导政府领导人拨巨款上“大项目”。创新成果的有无和多少并不与金钱投入成正比。对于寻找暗能量、暗物质、引力波，过去和现在我都不支持。2015年国内一位著名物理学家致函笔者说：“欧美科学家为了搞到科研经费以利生存和研究，总在忽悠好大喜功的政治家及缺少科学素养的大众，而不顾地球上还有那么多贫困地区及人口。”又说：“寻找暗物质，这也是守株待兔(X)的科研项目；连X是什么都是猜测的，怎么找？”……不仅如此，我听说在中国某些以十亿、百亿美元计的项目已在准备之中。发展基础科学需要政府投入资金，这并不错；但对纳税人的钱该怎么花法？身为科学家的人必须慎重对待。对中国人来讲，要走自己的路。

无疑的，广大科学工作者期盼有一个较为合理透明的政府科研拨款的分配制度。而且应当严防、严惩在科研经费的申请、拨付、使用流程中的腐败现象，争取在科学界的活动中清理出一片净土。几年年就有高层人士揭露科学界的问题(专人跑“部”钱进及分包现象等)，如何解决迄无下文。窃以为这非国家之福！

2014年10月，科技部党组一份情况通报披露，审计署审计发现，5所大学的7名教授弄虚作假、套取国家科技重大专项资金2500多万元。审计发现，课题负责人通过签订合同将部分课题内容转包给关联公司，再通过关联公司套取科研经费，是最常见的一种情况。参与审计的科研项目多了，审计人员坦承，知识分子们套取科研经费的手段大多算不上“高明”，基本就是假合同、假票据，但就是这些算不上“高明”的手段，却轻易就套出了数额巨大的科研经费。

总之，在中国科研项目和资金的管理机制需要进一步改革，要开前门堵后门，通过好的制度引导和鼓励科技创新，有效激发科研人员的积极性和创造性，同时完善相关的监督制度，专项审计只是其中的一个部分。据了解内情的官员说，在各省市一直以来科研经费资源的分配是：分散，碎片化。为什么呢？便于寻租，分散的科研资金可以照顾到方方面面的关系。这个钱不是一个人掌握的，是一个“集团”掌握的。科技部门的处长和领导们都可以介绍关系来拿项目，权力最大的是某些厅级领导。处长把项目给了谁，厅长是知道的，因此厅长的关系处长也要照顾。……如此等等，科研经费成了分钱，与科学发展何干？!

6　必须大力培育中国杰出的科学大师

就这样，一连串思想的珍珠，揭示了大自然的奥秘——力学中Hamilton原理对质点运动的描述与光学中的Fermat原理相似。正因为如此，20世纪的物理大师Schrödinger才说应把质点运动的力学过程建立在波动力学的基础上[25]；当然他也指出了Fermat原理的极限性。

上述例子说明，科学研究需要有创新的思想和精密的分析，一步一个脚印，才能撩起大自然的面纱，看清她那美丽的容颜。……那么，为什么中国人当中(特别是大陆本土科学家中)却缺少杰出的思想和真正的大师？很显然，如果没有新科学思想的不断生成，“建设具有中国特色的基础科学”这句话等同于痴人说梦！

那么，究竟怎样培育新思想？我认为必须鼓励人们对现存知识的某些部分提出质疑，允许他们探索、分析、研究和实验。改变盲目崇拜西方权威、不敢越雷池一步的习惯。为什么我们不尝试一下呢！科学精神要求不断求索，是一种批判精神，对理论的检验性实验，即使未成功也应鼓励。许多人读了小学、中学和大学，却对何为科学精神茫然不知，这种社会氛围确实产生不出大师。

我们可以看几个数字。在1900—2001年Nobel科技、经济奖获得者全世界共534人中，美国有230人，占43%，而中国人获奖人数极少。另外，有人统计了1999—2001年世界3所一流大学与中国6所包括北大、清华在内的一流大学在《Nature》、《Science》刊物上发表的论文数。结果是，6所中国一流大学总和只有20篇，还不及一个哈佛大学的零头(399篇)。这里并不是说这两个名刊上发表的论文都一定完全正确，只是想说明缺乏创新思想的中国大陆本土科学家很难写出能被名刊接受的论文。今天的中国能成功发射卫星，把载人宇宙飞船送入太空，下潜到数千米的深海。不过这一切并不是开创性的，而不过是在延续别人的理论，重复别人的做法而已。许多成绩不是来自于自己的独立思想，而是溯源于对西方的模仿。因此有人认为，中国的教育机制要负很大责任——从小到大的教育，妨碍创造性地思维；这种做法毁了两代人。因此从这两代人中要产生有创意的科学家难度极大。另一方面，中国是个“官本位”社会；连院士待遇也要套一个“副部级”。虽然多数科学家不计较这些，但对年轻人的影响是存在的。

2015年有报道说，中国人的造假论文在国际上被撤，“伪造同行评议丑闻让中国成为关注焦点”。对此事的议论是这反映中国学术界存在问题。多次出现报道说，“中国学术体系出现系统性欺诈，大批研究论文遭撤回”；“中国有一个代产论文的网络”；……还点了几个著名高校的名。也就是说，丢人已丢到了国外；科学追求被玷污。……总之，我们都要正视科学界的现实。

7　新科学思想从哪里来

既然在中国大陆本土科学家中尚未产生出世界级科学大师，我们必须寻找原因和解决的办法。前已指出，最大问题是我们的人提不出全新而杰出(令人惊叹)的科学思想，因此下一个问题便是“杰出的科学思想从哪里来？”笔者并非世界级科学大师，但参与讨论总是可以的；因此在这里谈谈自己体会较深的几件事。

众所周知，科学研究包含两大部分内容——提出问题和解决问题；二者有同等重要性，但有时候似乎前者显得更为紧要，亦即你的研究成果的大小首先要看你提的问题是否既符合客观规律的要求，又是科学界急于解决的问题。当然有时候也要看你是否慧眼独具，看出某个方向可以切入，一旦解决会有很大的意义。这种意想之中(或之外)的科学发现会带来巨大的惊喜，甚至终身难忘。

Vesselago的科学思想开始并未获得人们重视，几十年后的事态发展却使他的大名进入了科学史。转折点是在2000年，美国的研究团队(以D.Smith[27]为首)宣布制成左手材料(LHM)的复合媒质，并在以后发展为对超材料(meta- materials)研究的全世界热门的方向，人们这才回味Vesselago创新思想的深刻性和重要意义；称他为科学大师应当是没有问题的。不过，在这个例子中，“解决问题”(即制成体现其思想的体系)阶段，是英、美科学家完成的，时在“提出问题”的多年以后。

另一个例子是笔者在2003～2009年提出的一个想法[28]，即物理学的一系列基本常数(它们都已可以测量得非常精确)的值，为什么就是这么大，而不是别的值？对Planck常数(h=6.62606876×10-34J·s)、基本电荷(e=1.602176462×10-19C)、真空中光速(c=299792458m/s)等都可以提出这个问题。我关心的不是现时达到的测量精度如何，而是这些数值从根本上说是如何确定的；显然迄今没有人知道这一点！对神学家而言事情很简单——“一切都是上帝的安排”。科学家不信神，但也会有一种神秘感，冥冥之中似乎有什么我们不知晓的力量安排了宇宙中的一切？这些基本物理常数很多，除上述几个还有重力加速度(g)、Boltzmann常数(k)、Avogadro常数(NA)、等，对它们尽可以不断改进测量技术和方法[29]；但就是回答不了某些带有根本性的问题。……我提出这个Subject并无错误，也很引人深思；但自己觉得就是研究不了，不知如何下手。因此科学研究工作仅靠“正确提出问题”也是远远不够的。

还有一个有趣的例子是与航天技术有关的；懂微波技术的人都知道谐振腔(resonant cavity)，它是相当于高频电路中的LC谐振回路的东西。确实，谁都知道这东西，但无人想过它可以在天上飞。2015年笔者曾写文章介绍这个创新思想[30]——微波推进的电磁发动机(EmDrive)技术现已获广泛认同。在推进力的反方向产生的加速、反作用力遵守Newton力学，可能产生推力。基本器件是一个圆锥状的封闭谐振腔，用TE011模式。由于腔内的非均匀场分布，电磁合力F∑≠0，提供了腔体自主加速运动的推力。微波推进电磁发动机的发明人是英国工程师Roger Shawyer，它不携带燃料，推进器使用的微波能由太阳能转换而来，故适于作太空飞行。2006年6月有报道说，Shawyer用700W功率产生了88mN力；2007年5月用300W功率产生了96.1mN力。这说明早期即达到了(125～320)mN/kw水平。力虽然小，不断加速的过程有望获得非常高的速度。电磁发动机可对卫星作精确控制和定位，可能用在深空对小行星或月球探测。空天飞机可完成多种任务，例如作载人的长距离亚轨道飞行；未来可能用于星际探测。近年来这一方案已获得两个航天大国(中国、美国)的高度重视。虽然我们尚不能称Shawyer为“大师”，但他想人之不敢想的大胆尝试精神，给我们以深刻的启示。

据笔者所知，有的中国科学家已坚定地走上了不受权威约束、敢于质疑西方科学家的路，例如不久前福建学者梅晓春写出了质疑Riemann几何的论文，正努力争取发表。笔者支持这种精神。

上述各例虽然并不能完全回答“新科学思想从哪里来”，但从不同角度提供了思考的线索。笔者本人在漫长的一生中是有多方面科学创新的[31]，但从未认为自己的创新能力很强；在这里愿与读者共勉。

8　做科学研究需要有一种精神

最近《参考消息》报上有一篇原载于台湾报纸上的好文章[32]，其中说：“知识分子的高风亮节，必须是对金钱的追求有独特的智慧与把持。百年来，许多大师们或许在生活上一贫如洗，但留给历史的却是万古流芳。”文章然后举出多位先哲(蔡元培、胡适、梅贻琦等)的例子；在当前确有令人警醒的作用。

笔者的看法是，做科学家就不能再惦记钱；如心中放不下钱(它代表对更优裕生活的追求)，可以去从商。当然下海经商也有不小的风险，但它毕竟提供了致富的可能。如果做科学家，又从事基础科学(而非应用科学研究)，致富是根本不可能的！一个人能否做到“心如止水”、“宁静致远”，自己必须有提早的判断。

多年前国际科学界的一件事令我十分震撼。数学中有一个难题叫Poincarè猜想，它是1904年由伟大的法国数学家M.Poincarè提出的。许多大数学家都研究过这个问题，他们有的还给出了证明，但不久都发现有错。这个问题就是要确定我们所生活的空间的形状；对数学家来说，就是拓扑形状。用拓扑学术语来说，一个网球、高尔夫球或者足球都是同样的东西。而甜麦圈就不同了，因为中间有个洞。所以，如果问我们所居住的空间是什么形状，困难就在于我们生活在空间的内部。

你能区分球面和甜麦圈，也就是数学家所称的环面吗？从外部来看，我们很容易看到它们是不同的，但是对于生活在曲面上的二维生物来说，它们怎样来区分球面和环面呢？ Poincarè猜想的挑战就在于我们要从空间内部来决定空间的形状。对这个问题的解决，长期以来进展缓慢。到了2003年，俄国数学家G. Perelman在网上公布了三篇文章，声称给出了证明[33]。2006年，这位数学家拒绝领奖(数学中的最高奖Fields奖)。2016年，美国决定授予他高达百万美元的“千年数学奖”，再次被他拒绝。他对记者们说：“我不需要钱，我什么都不缺！”

这就是当代的贫穷数学家拒领百万奖金的故事。他出生于1966年，到现在也只不过50岁。对他而言，研究数学、证明最难的问题，并获得承认，这本身就是奖赏，就已经足够了！我们看到，在科学家中真有视金钱如粪土的人。Perelman不但是“无欲则刚”，而且流露出的是对人生的淡定和自信，是真正的科学家精神。

9　结束语

人们常说，建设中国特色社会主义是一项前无古人的事业，没有现成的理论和经验可用，必须在学习借鉴的同时依据国情自主创新。建设具有中国特色的基础科学，使国家、民族在自然科学方面真正强大起来，同样不是一件简单的事情；但确实应该开始着手了。

如今，科学界仍有为数不少的国人热衷于一切跟随洋人的脚印；言必称希腊、文必引西方，对自己的开始出现的优秀成果视而不见，甚至不屑一顾；这是我们不赞成的。实事求是地讲，我国现代基础自然科学研究起步较晚，需要吸收借鉴西方发达国家的有益成果。在这种情况下，有的科学工作者产生了自卑心理，认为凡是西方的理论都是正确的、先进的；实际上是奉西方理论为圭臬，甚至不问合不合理。这就丧失了应有的自信，失去了研究自然科学的本来意义。

建设具有中国特色的基础科学，不是说连西方文献都不看了，这是极大的误解。通过阅读名刊了解他们的工作，仍然不可或缺。但正如谢希仁教授所说，我们必须更多地想想(他们所宣扬所提倡的)“是真的吗”？不能认为“既然大家都公认如此”，那就一定正确。相信充满智慧的中国科学工作者会脱颖而出、后来居上。人们终将摆脱欲望和名利的诱惑，坚守科学家内在的沉静与尊严，做出无愧于国家和民族的业绩。

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[33]佩捷等. 从庞加莱到佩雷尔曼[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013.

(责任编辑：龙学锋)

Recurrence of Build the Fundamental Science withChinese Characteristics

HUANG Zhi-xun

(Communication University of China，Beijing 100024)

In the developments of natural fundamental science，our country is lacking in prominent and new scientific thinkings，then we are lacking for the great master as the famous scientist in the world. We find the reasons on this situation that first，Chinese scientist has become accustomed to follow the western counterparts and believe their theoretical and experimental works are most advanced level，so the Chinese scientist that feel be self-abased. Second，if a scientific theory has been commended by the people，perhaps it has much faith in this subject.

2016-03-04

黄志洵(1936-)，男(汉族)，北京市人；中国传媒大学教授、博士生导师，中国科学院电子学研究所客座研究员。

E-mail：huangzhixun75@163.com

N3

A

1673-4793(2016)04-0001-14