丁肇中講述的五個故事

1、word文檔下載后（可任意編輯） 丁肇中講述的五個故事 美籍華裔物理學家丁肇中邀請新上任的外交學院院長吳建民（原駐法大使）到他家里做客，吳院長向丁教授提了一個要求，請丁教授到外交學院講課。丁教授欣然同意了。 外交學院為什么要請著名的物理學家丁肇中教授講課呢？吳院長說："道理很簡單，優(yōu)秀的外交官是通才，而不是專才，是雜家，懂的世界很廣，特別是對科學的理念要有一定的認識。'丁教授所要講的是對過去年物理研究的回顧。他現(xiàn)在正在國際太空站搞一個實驗，就是ams（lphamagneticspectrometer阿爾法磁譜儀），研究有沒有反物質(zhì)。吳院長曾問過他一個問題："你怎么想

2、起這個點子的反物質(zhì)？'他說："我是在家里散步的時候想出來的。'他家里有個小樹林，他經(jīng)常在那里散步。演講前，吳院長問教授，"你怎么把一個非常復雜的問題用簡單的話給大家講清楚？'教授回答說："真理總是很簡單的。' 我非常高興到這里來介紹我做什么：我是花錢最多、經(jīng)濟效益最少的人。我說的事情就是"尋找宇宙中最基本的結(jié)構(gòu)'。 在中國的古代對物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)有兩種不同的看法，一種看法認為最基本的結(jié)構(gòu)是粒子，粒子是可以數(shù)得出來的；另外一種認為宇宙中最基本的結(jié)構(gòu)是連續(xù)性的。粒子的觀念起源就是陽和陰。連續(xù)性觀念是公元前年道家創(chuàng)始人老子提

3、出的。他認為最基本的東西是永遠摸索不清的。在過去的兩千年里，西方國家對基本粒子也有不同的看法。在兩千年以前，西方認為土、氣、水、火是最基本的東西。世紀，認為最基本的東西除了土、氣、水、火以外，還有水銀、硫磺和鹽，變成了七種。在一百年以前，所有的科學家都認為我們已經(jīng)知道宇宙中最基本的東西就是化學元素，制定了所謂周期表。上世紀年代，我們認為宇宙中最基本的東西是原子核，也有一百多個。到了年代末期，我們認為宇宙中最基本的東西不是原子核，而是好幾百個基本粒子。現(xiàn)在我們認為宇宙中最基本的東西是六種夸克和三個輕子。所以，第一個觀念是：物理上的真理是隨著時間而變的。 現(xiàn)在我向大家介紹一下我所經(jīng)歷的實驗物理和我

4、的體會。我向大家說五個故事。 做科學的人，不要盲從專家的結(jié)論。 第一個故事，就是測量電子的半徑。 大家都知道電子是一百年前由英國人湯姆遜（josephjohnthomson）發(fā)現(xiàn)的。電子是我們?nèi)粘Ｉ罾锩孀钪匾模覀兠總€人天天用的任何東西都是由電子傳輸而來的。電子的半徑是多大？年，有一個電子理論稱電子是沒有半徑的。年，哈佛大學和康奈爾大學的專家們證明電子的半徑是厘米。那時，我剛拿博士學位，覺得這個實驗太重要了，所以我就決定重復這個實驗。年我在德國用不同的方法重做了這個實驗，發(fā)現(xiàn)電子的半徑確實小到不可測量，這是我的結(jié)果。實驗的結(jié)果和理論推測完全符合電子半徑為零的理論。這是我的第一個實驗?，F(xiàn)在人

5、們測量的結(jié)果是它的半徑小于厘米。我的第一點體會：對于一個做科學的人，不要盲從專家的結(jié)論。因為我沒有做這個實驗以前，另外幾個實驗都是由世界上最有名的專家所做的，但結(jié)果都是錯的。 要對自己有信心，做你認為正確的事 第二個故事，發(fā)現(xiàn)新粒子。在年代末期，人們對宇宙的觀念是這樣的：原子外面有電子，原子里面有原子核，原子打開有粒子，粒子打開有夸克。所以我的第二個故事就是講新粒子家族的發(fā)現(xiàn)。到了年代，已經(jīng)知道的基本粒子已經(jīng)有好幾百個，都可以歸結(jié)為由三種夸克所組成。我就問：為什么宇宙中間只有三種夸克？為了尋找新夸克，我決定建立一個高靈敏度的探測器。年代初期，我設(shè)計了一個實驗，目的是尋求新粒子組成，這個實驗要求

6、的精確度是非常高的。比方說，北京或者日內(nèi)瓦下雨的時候，每秒鐘有一百億個雨點，假使有一個是紅的，你要把這個紅雨點找出來。這個實驗不受物理學家的歡迎，因為學理論的人都說，所有已知的物理現(xiàn)象都可以用三種夸克解決，你這個實驗是沒有意義的。所以，他們認為世界上沒有人能做出這樣困難的實驗。這個實驗幾乎被世界上每一個加速器實驗室所拒絕。到了年，我們在美國紐約的布魯克海文（brookhaen）驗室完成實驗后，就發(fā)現(xiàn)了新粒子，發(fā)現(xiàn)新粒子后很快又有了新的發(fā)現(xiàn)。所以說有新的物質(zhì)存在，這是由新的夸克組成的，因此只有三種夸克的觀念是錯誤的?，F(xiàn)在我們已經(jīng)知道至少有六種不同的夸克。我的第二個體會就是：做基礎(chǔ)研究，要對自己有

7、信心，做你認為正確的事，不要因為大多數(shù)人的反對而改變。這可能是和外交不同的地方，因為科學的進步是多數(shù)服從少數(shù)，別人的意見是沒有意義的。 做科學，要對意料之外的現(xiàn)象有充分的準備。 第三個故事，是膠子的發(fā)現(xiàn)。大家還記得在中學念書的時候都學過，原子外面是電子，中間是原子核，電子和原子核中間的力量是由光來傳輸?shù)?。在年代，我們知道，原子核里面有夸克，那夸克里面的力量是怎樣傳輸?shù)哪?？理論上說是由膠子來傳輸?shù)?。實驗的結(jié)果表明，膠子果然存在。這就很快、很簡單地把一個很重要的物理現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了。所以，第三點體會：做科學，要對意料之外的現(xiàn)象有充分的準備。 善于進行國際合作。 第四個故事就是國際科學合作。我們知道宇宙是

8、由類電子組成的，就是說有六種夸克和三種電子。第一個問題是：到底有多少電子？為什么只有三種？電子有多大？電子能不能分成更小的東西？到底有多少種夸克？夸克有多大？夸克能不能分成更小的粒子？為了做這個實驗，過去年里我一直在西歐核子中心工作。我們在實驗室里制造宇宙誕生最初一千億分之一秒的情況。這是一個國際合作，有韓國、中國（包括臺灣）、印度、蘇聯(lián)、歐洲國家和美國等多所大學、余名科學家參加實驗，有大概個研究室。當時恰逢冷戰(zhàn)，但仍是由美國、蘇聯(lián)、中國和歐洲國家參加的一個大型國際合作。實驗開始的時候，只有個國家，做到一半，蘇聯(lián)解體了，就變成了個國家。經(jīng)費的來自美國，來自蘇聯(lián)，還有來自歐洲。目前發(fā)現(xiàn)，宇宙中只

9、有三種不同的電子。電子是沒有體積的，根據(jù)人們現(xiàn)在的認識，它的半徑小于厘米。大家想一想，這是非常奇怪的現(xiàn)象：我們天天用電，已經(jīng)用了一百多年了，但卻永遠找不到電子的半徑是多大。你晚上要是把眼睛閉起來想一想，這是非常奇怪的現(xiàn)象?？淇艘彩菦]有體積的，半徑小于厘米。很多中國科學家參加了我的工作。除了科學研究以外，對我個人來說，比較高興的就是，這個過程中誕生了很多很有成績的科學家。我的第四點體會是，領(lǐng)導一個大的國際活動，最重要的是要選科學上重要的題目，引起參加國的科學家的強烈興趣。第二，領(lǐng)導一個大的國際合作，對貢獻大的國家要有優(yōu)先的認可，使之得到國際上的公認，這才能得到參加國政府的長期優(yōu)先支持。 實現(xiàn)你的

10、目標：好奇心加勤奮。 第五個故事，就是向大家展示一下我現(xiàn)在在做什么。我在國際空間站上研究外太空的反物質(zhì)，就是所謂的實驗。國際空間站現(xiàn)在正在建造，長米，寬米，重噸。年后，它將是夜空中除了月亮和金星以外最亮的星。因為它繞著地球轉(zhuǎn)，所以大家可以看到。它的大小相當于三個足球場這么大。這個空間站是美國、日本、俄羅斯和西歐所有國家一起做的，造價是億美金，并不便宜。學外交的應(yīng)當知道億是什么概念。這個實驗經(jīng)過大量的國際競爭以后，成為空間站上惟一的大型科學實驗。 反物質(zhì)的存在是在年由英國科學家狄拉克（paulamdirac）推測出來的，年他獲得諾貝爾物理獎。我跟吳院長講過，拿諾貝爾獎有時候是很容易的。也有人說一

11、個天才的物理學家和一個神經(jīng)不正常的人之間的距離是很短的。可是，他為什么拿諾貝爾物理學獎呢？因為很快帶正電荷的電子就被發(fā)現(xiàn)了，就是電子的反物質(zhì)。電子帶負電荷，反物質(zhì)的電子帶正電荷。這就證明反物質(zhì)確實是存在的。這是年代。到年代，美國的紐約時報有一個消息：很復雜的反物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)了。這是我當年的第二個實驗。這個實驗什么意義呢？假使宇宙真的曾經(jīng)發(fā)生過大爆炸，爆炸以前什么都沒有，在爆炸的時候溫度非常高，有電子的話就應(yīng)該有正電子，有夸克就應(yīng)該有反夸克，有物質(zhì)就有反物質(zhì)，才能平衡起來，因為爆炸以前是真空。宇宙已經(jīng)有億年了，經(jīng)過億年以后，有各位，有院長，有我。那么，由反物質(zhì)所組成的宇宙到哪里去了？就是這個很簡單的

12、小問題。由于物質(zhì)和反物質(zhì)在大氣中互相湮滅，所以不可能在地面上探測到，只能將探測器放在太空中。因為原子和反原子有相反的電荷，所以找反原子也必須用磁鐵來測量磁場上的軌道。換句話說，正物質(zhì)與反物質(zhì)的轉(zhuǎn)向是相反的。所以，這是我們將用在空間站上的儀器。這個實驗是美國、中國（包括臺灣）、俄羅斯、芬蘭、法國、德國、意大利、瑞士、西班牙等個國家首次在空間的活動，也是空間站上惟一的實驗，是美國政府和俄羅斯政府在空間站上的重要合作。到了年，大家晚上沒事的時候往天上看一看，記住上面有一個小實驗。要找什么呢？如果宇宙起源于大爆炸，一半的宇宙是正物質(zhì)組成的，另一半是反物質(zhì)組成的，反物質(zhì)組成的宇宙在什么地方？為什么要這么

13、大的儀器在空間工作三年到五年呢？因為在三年到五年中，你可以測量到億個氦。如果億個氦里還沒有找到一個反氦，就說明你已經(jīng)走到宇宙的邊緣了。為了保證這個儀器能正常地工作，我們在中國南京的東南大學設(shè)計了一個和天上一模一樣的儀器，萬一天上出現(xiàn)什么現(xiàn)象的話，你可以在地面上審查它。萬一你要改程序，先在地面上把程序改好，再送到天上去。 我現(xiàn)在向大家說我的第五個體會，要實現(xiàn)你的目標，最重要的是要有好奇心，對自己正在做的事情感興趣，同時要勤奮工作。 從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用會有一段時間。 可能有的人要問，你花這么多的力氣，花這么多的錢，有什么用處？我給大家講一講過去一百年里面，最偉大的物理學家對新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象所做的預(yù)言：第一個

14、就是恩內(nèi)斯特盧瑟福（ernestrutherford）。這是非常有名的物理學家，拿過諾貝爾獎。他認為："通過打破原子來產(chǎn)生能量是不合算的，任何希望將原子嬗變轉(zhuǎn)化成能源的想法都是空想。'還有一位很有名的科學家李德福斯特（lforest），美國人。他說："電視從理論和技術(shù)而言是可行的，從商業(yè)和經(jīng)濟的角度來看，我認為是不可能的，它不過是個浪費時間的夢想。'上個世紀最偉大的英國科學家開爾文爵士（lordkelvin）說："x射線是騙局。'這三位著名科學家的預(yù)言都錯了。所以讓物理學家推測將來是不可信的。不過，總結(jié)后你就了解到：物理學是跟距離有關(guān)系的。年以前，最尖端的物理學是力學、熱學、光學，現(xiàn)在用在航空、航天、無線電和電視上。年代最尖端的物理學是原子模型、量子力學，現(xiàn)在用在半導體、激光、超導體。