廖 玮  华东理工大学理学院教授    

　　 常有人问我：物理学这么枯燥，你怎么会走上这一行。
　　 诚然，成为一个好的物理学家并且在物理领域有所建树是有一定的困难的。但是这并不意味着物理学枯燥，相反它自有其独特的魅力，物理学家自得其乐于其中。
　　 为理解物理学之乐，需要了解物理学之难以及物理学家是如何思考并克服困难的。
　　 物理学之难不仅在于解决一个未知领域的问题十分困难，还在于我们思考的问题并不一定是值得研究和思考的好问题。在学生时代我曾经听到何祚庥教授的一个说法：有四类问题需要仔细分辨，一类是真问题，一类是假问题，一类是成熟的问题，一类是未成熟的问题。我因而了解到我们研究的问题有可能是假问题或者是未成熟的问题，人们很难因研究此类问题而有所成就。
　　 回顾科学发展的历史，我们可以发现真正能够留下来的、有价值的东西很少，而各种思想潮流和研究方向很多，大量的研究工作没有经受住时间和实验的考验，消失在人们的记忆之中。这些研究工作一部分是因为问题没有被解决而被人遗忘，还有很多则因研究的问题为假问题或者不成熟问题所致。此外，对理论预言的检验常常要求超过当时水平的实验条件，因而大量的研究工作不能得到快速地检验，人们容易因此陷入对假问题或不成熟问题的研究和讨论之中，而不能及时得到实验纠正。所以，找到正确的问题、有效地思考问题并解决问题是对物理学家的巨大考验。
　　 即便如此，仍然有少数科学巨人能够在短短的一生中不止一次地获得巨大的成功。他们又是如何做到的呢？探究这个问题，就要了解物理学家是如何思考问题的。

物理学家如何思考问题

　　 兰志成教授曾经和我谈到一个故事。费曼和施温格是令美国人为之骄傲的两位美国物理学家，曾因对量子电动力学的贡献获得诺贝尔物理学奖。许多人都认为他们两人是天才，以为费曼只凭物理猜想而不需数学推导就能够得到正确的结果，施温格只要用些数学推论而无需物理图像就可以得到一些神奇的结论。女物理学家Nina Byers 曾经与他们两人都合作过。她后来说：我们都以为费曼和施温格是天才，但他们两人与我们这些人其实一样；他们也同样需要多种不同的方法去试图接近对问题的解决，只有能够使用多种不同的方法得到同样的结论后，他们也才会确信自己的结论有很大可能是正确的。他们两人的不同之处是：在发表的论文中，费曼只写出物理的部分，而施温格只写出数学的部分。所以在看了他们的论文之后，我们以为他们是只要很少的办法就可以到正确结论的不可思议的天才。
　　 后来我与兰教授谈到，这个故事十分类似于《庄子·天运》中的一个故事：孔子去见老子，老子对孔子说你所学习的不过是前人的“陈迹”而已，“陈迹”（脚印）是“走过”之后留下来的，难道脚印是“走过”吗？
　　 这些故事有两方面的教益。一方面，所有的研究论文都可以认为是“陈迹”，后来人（特别是初学者）学习的时候对这一点要有充分认识。有过一些科学研究经验的人常常发现写作论文时的思路与当初开展研究时的思路不同，对这一点比较容易理解。这个教益提醒我们，不仅应该学习前人留下的知识，而且应该通过对知识的学习来研习前人是如何思考、如何达到他们的结论的。另一方面，这个故事说明了物理学家是如何思考问题、探索未知世界的。
　　 探索未知世界和研究未知现象的最大的困难在于：人类之前发展的思想观念和理论方法是否适用于待探索的问题也同样是未知的，但是如果离开人类之前已有的知识我们其实一无所有，也就是说我们不得不依赖这些不知是否适用于未知世界的知识来探索未知世界。也许有少数天才能够脱离这个束缚，凭借单纯的直觉或观念飞跃至彼岸，但这不是人类能够倚靠以便持续且系统地探索未知世界的有效途径。为克服这一困难，在研究某一未知问题的时候我们常常需要许多不同的方法（例如10种）。也许有一部分方法是不适合用于研究这个问题的，但也有可能一部分办法是适合或部分适合于研究这一问题的。假如有4～5种办法能够达到同一个结论，我们就可以确信这个结论有很大可能是对的。因为这4～5办法中可能有部分方法（例如1～2种）是适用于或部分适用于研究这个问题的。
　　 当然，理论研究的结论最终需要实验检验。在此基础之上，我们才可以确认哪些已有的思想观念和理论方法适用于或部分适用于未知的领域。得益于这样较系统的研究，人类可以持续地猜想和发明出适用于新现象的新的观念和理论。

物理学之乐

　　 可以看到成为一个高明的物理学家不可避免地需要对物理学的各个分支以及各种知识有良好了解。如果没有广博的知识，物理学家就不可能在面对真正的未知的时候找到足够的方法接近对问题的解答，即便得到某些结果也很难确定自己的研究结果是否可靠。有人说有两类学者：一类人深刻，一类人广博。但是实际情况是：没有广博的知识，就很难有深刻的思想；真正思想深刻的探索者很少不具有渊博的知识。费曼和施温格，正如前述中国古代大思想家那样，不但具有深刻的思想，而且具有渊博的学识。
　　 此外，成为高明的物理学家不可避免地需要能够娴熟地掌握各种知识和理论方法。这不仅意味着需要对知识的内容有深入了解，以至于能够熟练运用，而且要对理论知识的已知适用范围有充分的认识。没有这样一种认识和心理上的警惕，开展科学研究的时候就很可能得到错误的结论而不自知，知识就可能变成通向成功的障碍。简言之，物理学家应该能够娴熟自由地运用各种知识、观念和理论，同时不被这些知识、观念和理论的局限性所束缚。
　　 当然，娴熟掌握各分支的各种知识和理论是一个巨大的挑战。初学者应该先努力掌握某一分支的知识、现状和发展，在这一分支的科学研究中积累经验，锻炼自己的能力，立足于个人既有的研究领域再逐步拓展自己的视野和思维，最终成为掌握知识和理论而不是被知识和理论掌握和限制的物理学家。物理学家就是在这对自然世界的知识的探索中丰富自己的知识，锻炼自己的能力，不断拓展自己的思维和视野，格知以致道，自得其乐于其中。
　　 精通各种游泳和潜水技能的运动健将能够畅游于大海之中、嬉戏于波涛海浪之间，在其中获得极大的快乐。物理学给研究者带来的乐趣与此类似。当物理学家能够娴熟自由地运用各种知识和观念而不被它们的局限性所局限之时，物理学家就能够自由轻松地畅游于思想观念之海而自得其乐于其中。他立足于已知探索未知，畅游于精神世界而不迷失于其中，独得其乐。古人云：乘天地之正，御六气之辨，以游无穷，得无为之乐。这就是物理学家的理想之乐。
　　 物理学的教益提示我们应该奋起自己的雄心，如那鲲鹏展翅，怒而飞，不断丰富自己的知识，锻炼自己的能力，拓展自己的思维和视野，使我们自己掌握知识而不被知识和思想观念所掌握和限制。只有这样，我们才能够成为思想自由的人，才能够畅游于思想观念之海而不迷失于其中，得逍遥无为之乐。这些就是物理学带来的关于人类精神和自由的启示。    

　　 廖玮，1996年毕业于武汉大学物理系，2001年博士毕业于中科院理论物理研究所，2001年至2007年在意大利和加拿大从事科研工作，2007年9月回国任华东理工大学特聘教授。从事粒子物理研究。