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張肇西院士:給同學(xué)們當(dāng)前自學(xué)的兩條建議 | 治學(xué)大家談

給同學(xué)們當(dāng)前自學(xué)的兩條建議

當(dāng)前新型冠狀病毒肺炎疫情嚴(yán)重,為減少同學(xué)們的近距離接觸,預(yù)防病毒的傳播,現(xiàn)在蘭州大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)上級(jí)指示精神,當(dāng)機(jī)立斷做出了延緩開學(xué)正式上課,并將延緩開學(xué)“多出來”的時(shí)間作為同學(xué)們自學(xué)時(shí)間的決定。為幫助同學(xué)們利用好這段自學(xué)時(shí)間,校領(lǐng)導(dǎo)希望我們老師對(duì)同學(xué)們的自學(xué)及時(shí)做出指導(dǎo)。因此,遵照校領(lǐng)導(dǎo)的意見,結(jié)合我本人的理解和成長(zhǎng)的經(jīng)歷,為同學(xué)們提出兩點(diǎn)建議:

其一是建議同學(xué)們,特別是高年級(jí)本科同學(xué)和研究生,在安排當(dāng)前的自學(xué)時(shí),結(jié)合歷史背景選擇一些近代科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)的原始文獻(xiàn)(論文)閱讀,其主要目的是從中學(xué)習(xí)科學(xué)大師思考問題的方法和他們?nèi)绾芜x擇問題、解決問題的經(jīng)驗(yàn)。

其二是建議同學(xué)們利用這段時(shí)間“復(fù)習(xí)”已經(jīng)學(xué)過的課程,但要站在一個(gè)更高的視角上“復(fù)習(xí)”!例如要打破已經(jīng)學(xué)習(xí)過的原來老師講的課程,諸如量子力學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)理方程、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理等的界限,將它們?nèi)跁?huì)貫通地復(fù)習(xí)理解。因?yàn)?,將來同學(xué)們?cè)谶\(yùn)用知識(shí)時(shí)是不分從哪門課程中學(xué)習(xí)到的,需要融會(huì)貫通地運(yùn)用。

01

選擇一些近代科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)的原始文獻(xiàn)(論文)閱讀

1.為何為同學(xué)們做出此建議

當(dāng)年(1963年)本人從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系畢業(yè),考取了中國(guó)科學(xué)院原子能所一部(高能物理研究所的前身)朱洪元研究員的研究生,開始了人生的研究生學(xué)習(xí)和研究階段。

1964年在朱先生的領(lǐng)導(dǎo)下,他的整個(gè)研究工作組開展了量子力學(xué)建立歷史的調(diào)查研究工作。雖然這一工作不是全時(shí)進(jìn)行,但是前后歷時(shí)了大半年。其工作方法是直接從原始文獻(xiàn)出發(fā),基本不借助二手材料。為了找到原始文獻(xiàn)(雜志),當(dāng)時(shí)研究組成員的我們分工查遍了北京的圖書館,關(guān)鍵的原始文獻(xiàn)都找到了。有些原文是德語和法語,組內(nèi)只有朱先生懂得這兩種語言,只好由朱先生先看找到的德語和法語文獻(xiàn),再由他講解文獻(xiàn)的內(nèi)容給大家。

從這項(xiàng)工作中,在朱先生研究組的我們收獲非常大,從第一手材料中結(jié)合文獻(xiàn)的引言和其中的內(nèi)容,大家深刻認(rèn)識(shí)到,人們?cè)诮鉀Q經(jīng)典力學(xué)解釋黑體輻射譜上的困難,是如何被“逼迫”由普朗克首先提出的任何物理系統(tǒng)的作用量(或者說相空間)都具有最小單位(?),從而成功地解釋了黑體輻射譜。這一大膽“假設(shè)”在當(dāng)時(shí)認(rèn)為是非常不可思議的,但是實(shí)驗(yàn)觀測(cè)事實(shí)證明了它是正確的,成為現(xiàn)代量子理論的基石,被物理學(xué)所接受。之后的完成量子力學(xué)誕生歷史事實(shí)走了兩條獨(dú)立的路,其中的一條路是以波爾和索末菲等為代表,總結(jié)出原子系統(tǒng)中,由于作用量有最小單位導(dǎo)致的原子系統(tǒng)受所謂的量子化條件限制,決定了原子系統(tǒng)的分立能譜,最后由海森堡發(fā)展完成的用矩陣(算子)表述的量子力學(xué);另一條路看起來截然不同,是抓住微觀世界的“波粒(波動(dòng)-粒子)二相性”,以德布羅意做出的“物質(zhì)波”的假設(shè)為基礎(chǔ),由薛定諤完成的用薛定諤波方程的“波動(dòng)力學(xué)”形式的量子力學(xué)。而人們緊接著發(fā)現(xiàn)(證明)這兩條路雖表觀不同,但所創(chuàng)立的量子力學(xué)卻完全等價(jià) ——“殊途同歸”了??梢娪袝r(shí)正確的路徑還不只是一條!

參與了朱洪元老師領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)工作,整個(gè)研究組所有成員受益匪淺。對(duì)我自己,其影響我后來的科學(xué)研究工作生涯重大!結(jié)合當(dāng)時(shí)背景從原始文獻(xiàn)上能夠了解歷史上大師們面臨實(shí)驗(yàn)事實(shí)是如何地思考和如何“被逼無奈”和“水到渠成”地建立起新理論的。這些大師們是如何地敢于做出“創(chuàng)新”,他們的勇氣值得后人學(xué)習(xí),另一方面,結(jié)合背景研讀這些原始文獻(xiàn)能很好地體會(huì)到做出重大“創(chuàng)新”并不是非常神秘的:只要人們平日基礎(chǔ)知識(shí)和基本功扎實(shí),對(duì)面臨的問題認(rèn)識(shí)透徹,到了突破、創(chuàng)新的其境時(shí),每個(gè)人都有機(jī)會(huì)的去‘捅破窗戶紙’,做出重大發(fā)現(xiàn),取得創(chuàng)新的成功。上述這些體會(huì)和感受是從教科書和/或科普文章中收獲不到的。

總結(jié)我本人的成長(zhǎng)和科學(xué)研究的實(shí)踐,作為經(jīng)驗(yàn),特意在此建議大家在自學(xué)中根據(jù)自己的情況,特別是有志將來從事科學(xué)研究的同學(xué),安排選讀一些著名的原始文獻(xiàn)作為當(dāng)前自學(xué)內(nèi)容。其目的不全在于學(xué)習(xí)知識(shí)本身,重點(diǎn)更在于學(xué)習(xí)和體會(huì)大師們是如何思考,如何解決問題的方法和經(jīng)驗(yàn)。

2. 如何選擇上述建議的原始文獻(xiàn)

不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)周邊人思考和解決問題的經(jīng)驗(yàn)和方法,并為我所用,來提高自己的能力,是促進(jìn)每個(gè)人成長(zhǎng)的重要環(huán)節(jié)。雖然這樣做是很重要的,但有局限性。因?yàn)橹車?、能常常接觸到的人的水平有高有底。即使很有幸,在他們中間就有大師級(jí)人物,人們可從直接接觸中比從讀幾篇大師的原始文獻(xiàn)中更能受益,可學(xué)到更多、更活的大師在做出創(chuàng)新的思考和解決問題的方法。但是在接觸到大師的期間,未必是大師處于最佳狀態(tài),更何況多數(shù)情況是在周圍能夠接觸到的人中沒有大師。所以為充分利用好當(dāng)前的自學(xué)時(shí)間,精選歷史上重要科學(xué)發(fā)展的背景下有代表性的原始文獻(xiàn)來閱讀,從中取得更多、更大的收益變得十分需要了。

當(dāng)前選擇有意義的背景下的原始文獻(xiàn),無疑可選上述當(dāng)年我們?cè)谥旌樵蠋熤笇?dǎo)下的量子力學(xué)創(chuàng)立背景的相關(guān)原始文獻(xiàn)。但是應(yīng)該指出我們當(dāng)年是一個(gè)研究組的力量,而且有朱洪元老師的領(lǐng)導(dǎo),所涉及的文獻(xiàn)古老(甚至100多年了)而且眾多,有些還是德語和法語的文獻(xiàn)(除非有閱讀德語和法語科學(xué)文獻(xiàn)的能力的),在當(dāng)前這段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),單個(gè)人是有些難于完成的!因此在此我不向同學(xué)們推薦也去追溯閱讀量子力學(xué)創(chuàng)立的原始文獻(xiàn)。

在挑選合適的背景和所要閱讀的原始文獻(xiàn),應(yīng)該選擇學(xué)科發(fā)展上有重要地位的發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵性原始文獻(xiàn)。因而選擇的文獻(xiàn)會(huì)是大師的文章(如果文獻(xiàn)作者在完成論文時(shí)還不被尊為大師的話,由于完成了該論文,作者一定會(huì)尊為大師的!)。因?yàn)楸窘ㄗh的目的是從中學(xué)習(xí)大師們思考和解決問題的方法,所對(duì)選擇的原始文獻(xiàn)的背景和科學(xué)內(nèi)容應(yīng)有些了解,這樣可少把精力花在了解背景上。

如果具體的同學(xué)已經(jīng)在老師的指導(dǎo)下有了研究課題,最好是結(jié)合已定的研究課題做出選擇。這樣不僅是學(xué)習(xí)了大師們思考和解決問題的方法,同時(shí)對(duì)解決已經(jīng)確定的課題有幫助。對(duì)于尚沒有確定研究課題的同學(xué),為了使同學(xué)們有概念,如何結(jié)合歷史上重要發(fā)現(xiàn)選擇閱讀的原始文獻(xiàn),為物理學(xué)院的高年級(jí)同學(xué),特別是將從事理論物理專業(yè)的同學(xué),以我自己熟悉的粒子物理理論專業(yè),下面具體建議兩個(gè)例子供同學(xué)們參考和選擇:

A. 宇稱不守恒的質(zhì)疑和發(fā)現(xiàn)

(背景:在此之前人們先驗(yàn)地認(rèn)為微觀世界中宇稱、電荷共軛、時(shí)間反演等分立對(duì)稱性不會(huì)破壞,然而實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了‘θ-τ之謎’)

應(yīng)選擇李政道和楊振寧兩位大師的原始論文:

題目

Question of Parity Conservation in Weak Interactions 

作者

T.D. Lee (Columbia U.),

Chen-Ning Yang (Brookhaven).

雜志

Phys. Rev. 104 (1956) 254-258

(可根據(jù)情況和自己的興趣,除了選擇原始論文和追蹤與原始論文相關(guān)的論文外,選擇合適的科普文章閱讀等,加深了解創(chuàng)立理論的背景,深入理解大師們成功的必然性和大師們高明之處;理解大師們?nèi)〉贸晒Φ年P(guān)鍵和學(xué)習(xí)大師們?nèi)绾吻〉胶锰幍刈龀鼋Y(jié)論等)

B. 電弱統(tǒng)一理論的建立

(背景:在非阿貝爾規(guī)范理論已建立,弱作用宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)后,弱相互作用的普適V-A理論確立的背景下,以輕子為例建立了理論)

應(yīng)選擇的大師們的原始論文有以下三篇:

題目

Partial Symmetries of Weak Interactions

作者

S.L. Glashow (Copenhagen U.).

發(fā)表

Nucl. Phys. 22 (1961) 579-588 

題目

A Model of Leptons

作者

Steven Weinberg (MIT, LNS). 

發(fā)表

Phys. Rev. Lett. 19 (1967) 1264-1266

題目

Weak and Electromagnetic Interactions 

作者

Abdus Salam (Imperial Coll., London & ICTP, Trieste)

發(fā)表

Conf. Proc. C680519 (1968) 367-377 

(可根據(jù)情況和自己的興趣,除了選擇原始論文和追蹤與原始論文相關(guān)的文獻(xiàn)外,選擇合適的科普文章閱讀,加深了解創(chuàng)立理論的背景,深入理解大師們成功的必然性和大師們高明之處等。

注:理解這些論文,需要一點(diǎn)群論知識(shí),對(duì)于沒有群論知識(shí)的同學(xué),理解大師們的思想會(huì)有困難,因此不建議這部分同學(xué)選擇本“電弱統(tǒng)一理論”的創(chuàng)建的論文。另外,其中的論文c).是會(huì)議錄,國(guó)內(nèi)不易找到,可略。)

我上述兩建議的精神是建議同學(xué)們根據(jù)自己的專業(yè)嘗試選擇本學(xué)科近代(現(xiàn)代)有重大意義的發(fā)現(xiàn),研讀第一手文獻(xiàn),從中學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)大師們的思考和解決問題方法和勇于創(chuàng)新的精神,為同學(xué)們有志將來遇到條件成熟時(shí),也能夠做出重大創(chuàng)新!因此,同學(xué)們完全可以根據(jù)學(xué)習(xí)的專業(yè)和興趣選擇重要發(fā)現(xiàn)的相關(guān)原始文獻(xiàn)來研讀,不要限于上述兩例子。

02

高視野地復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的課程

復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的課程,特別是對(duì)于一些自己覺得沒有學(xué)好的部分進(jìn)行復(fù)習(xí),是利用好當(dāng)前自學(xué)時(shí)間,鞏固和提高已經(jīng)學(xué)過的課程的很有意義的事情,而且是非常容易做到的!我這建議的重點(diǎn)在于進(jìn)行復(fù)習(xí)時(shí),將自己的“境界”提高,使“復(fù)習(xí)”已經(jīng)學(xué)習(xí)過的課程更有效果和收獲,對(duì)自己未來事業(yè)的發(fā)展更加有助益。

一般同學(xué)們?cè)诎才艔?fù)習(xí)時(shí),往往容易落入為考試取得好成績(jī)。即把關(guān)注點(diǎn)放在“對(duì)付”可能出現(xiàn)的考題上。而我現(xiàn)在的建議是要求同學(xué)們“站得高”,復(fù)習(xí)時(shí)是追求把已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)“融會(huì)貫通”,即打破已經(jīng)學(xué)習(xí)過的原來老師講的課程,諸如量子力學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)理方程、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理等等的界限,將所學(xué)到的知識(shí)能夠融會(huì)貫通地理解!因?yàn)橥瑢W(xué)們將來的工作和/或科學(xué)研究是要將所有學(xué)過的知識(shí)加以靈活運(yùn)用。而且如果這些學(xué)習(xí)過的知識(shí)還解決不了工作和研究中的問題時(shí),還需要“現(xiàn)學(xué)”或創(chuàng)造知識(shí)!因此利用現(xiàn)在的自學(xué)時(shí)間,高眼界的“復(fù)習(xí)”是非常有意義,而且這樣“高境界”的復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的課程內(nèi)容會(huì)使同學(xué)們學(xué)起來更加“有味道”、更帶勁、更有收獲。

03

小結(jié)

根據(jù)我本人的經(jīng)歷,為同學(xué)們提出上述建議,供大家考慮。當(dāng)前新型冠狀病毒肺炎疫情嚴(yán)重,衷心希望同學(xué)們?cè)谶@段自學(xué)時(shí)間中,做好隔離,使疫情在自己周圍不發(fā)生的同時(shí),更好地利用好這段自學(xué)時(shí)間,使自學(xué)更加有收獲!

作者簡(jiǎn)介

張肇西,中國(guó)科學(xué)院院士,中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員,蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授。

內(nèi)容來源 | 黨委宣傳部(新聞中心)教務(wù)處

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