四堂金色的课(2003)

2020-09-22 19:20:09

大约一百年前,当我获得本科学位时,物理文献对我来说就像是一片广阔的、未被探索的海洋,在开始自己的任何研究之前,我必须先绘制其中的每一部分。我怎么能在不知道所有已经做过的事情的情况下做任何事情呢?幸运的是,在我读研究生的第一年,我很幸运地落入了资深物理学家的手中,他们不顾我的焦虑反对,坚持要求我必须开始研究,并在进行过程中获得我需要知道的东西。这是成败在此一举。令我惊讶的是,我发现这很管用。我设法很快拿到了博士学位--尽管当我拿到博士学位时,我对物理几乎一无所知。但我确实学到了一件大事:没有人什么都知道,你不必知道。

继续使用我的海洋学比喻,另一个要学到的教训是,当你在游泳而不是下沉时,你应该瞄准汹涌的水面。20世纪60年代末,当我在麻省理工学院教书时,一个学生告诉我,他想从事广义相对论,而不是我正在研究的领域,基本粒子物理,因为前者的原理众所周知,而后者在他看来似乎一团糟。我突然意识到,他刚刚给出了一个非常好的理由来反其道而行之。粒子物理是一个仍然可以进行创造性工作的领域。它在20世纪60年代确实是一团糟,但从那时起,许多理论和实验物理学家的工作已经能够把它理清,并将所有东西(嗯,几乎所有东西)放在一个被称为标准模型的美丽理论中。我的建议是选择乱七八糟的地方--那才是行动所在。

我的第三条建议可能是最难接受的。那就是原谅自己浪费时间。学生们只被要求解决他们的教授(除非异常残忍)知道可以解决的问题。此外,这些问题是否在科学上很重要并不重要--只有解决了这些问题才能通过这门课程。但在现实世界中,很难知道哪些问题是重要的,而且你永远不会知道在历史上的某个特定时刻,一个问题是否可以解决。在二十世纪初,包括洛伦茨和亚伯拉罕在内的几位著名物理学家正试图提出一种电子理论。这在一定程度上是为了理解为什么所有探测地球在以太中运动的效果的尝试都失败了。我们现在知道他们解决的问题是错误的。当时,没有人能发展出一个成功的电子理论,因为当时还没有发现量子力学。直到1905年,阿尔伯特·爱因斯坦的天才才意识到要解决的正确问题是运动对空间和时间测量的影响。这使他产生了狭义相对论。因为你永远无法确定哪些问题是正确的,你在实验室或办公桌前花费的大部分时间都将被浪费。如果你想要有创造力,那么你就必须习惯于把大部分时间花在没有创造力上,习惯于沉浸在科学知识的海洋中。

最后,学习一些关于科学史的知识,或者至少了解你自己的科学分支的历史。最不重要的原因是,历史在你自己的科学工作中实际上可能会有一些用处。例如,时不时地,科学家们会因为相信从弗朗西斯·培根(Francis Bacon)到托马斯·库恩(Thomas Kuhn)和卡尔·波普尔(Karl Popper)等哲学家提出的一种过于简单化的科学模型而受到阻碍。对科学哲学最好的解药就是了解科学史。

更重要的是,科学史可以让你的工作对你来说更有价值。作为一名科学家,你很可能不会致富。你的朋友和亲戚可能不会理解你在做什么。如果你在基本粒子物理这样的领域工作,你甚至不会有做一些立即有用的事情的满足感。但是,如果你认识到你在科学领域的工作是历史的一部分,你会获得极大的满足感。

回望100年前,回到1903年。1903年谁是英国首相,还是美国总统,现在有多重要?真正重要的是,在麦吉尔大学,欧内斯特·卢瑟福和弗雷德里克·索迪正在研究放射性的本质。这部作品(当然!)。有实际的应用,但更重要的是它的文化含义。对放射性的理解使物理学家能够解释为什么太阳和地球的核心在数百万年后仍然是热的。通过这种方式,它消除了许多地质学家和古生物学家认为的地球和太阳的伟大年龄的最后一个科学异议。在此之后,基督徒和犹太人要么不得不放弃对“圣经”字面真理的信仰,要么不得不听天由命。