来源|《高等物理研究》第 4 卷，第 2 期，2001 年 3 月
简介： 21世纪已经到来，人们迎来了新世纪首届世界物理学峰会——2002年国际物理学家大会（上海）。 在“纪念国家自然科学基金委员会成立十周年学术研讨会”上的讲话陈先生讨论了物理、数学及其应用的意义、21世纪汉语的发展、主流物理还是非主流物理、好物理和坏物理等人们广泛关心和难以理解的问题。 所回答的问题对大学生、数学教育工作者和物理工作者都有很大的裨益和启发。
我很荣幸明天有机会与大家交谈。 我先讲两个故事。
我们都知道欧几里得的《几何学的开端》，这是一本物理学专着。 它于2000多年前竣工。 这是对人类的伟大贡献。 本书包括分析和代数，不限于几何，目的是通过推理获得几何推论。 其中，第13章的内容是关于正四面体的面数。 正四面体是通过顶点时面彼此重合且每个面的边数相同的四面体。 平面上正四面体的情况是正六边形。 正六边形有很多种，包括正三角形、正四边形……等等。 那时我才意识到，在太空中，讨论正四面体并不是那么简单。 太空中的正四面体要少得多，正四面体有五种：棱柱、六面体、八面体、十二面体，最大的一种是正二十面体。 一位同学写了一本书，其中包含如此美丽的几何图形，我这里有一本彩色副本。
也许有人认为物理学家三天三夜无所事事，那么做出这种四面体有什么意义呢？ 但我告诉张存浩先生，今天物理学中的钛化合物与正四面体有关。 也就是说，2000年后，正四面体将在物理学中发挥作用，一些物理学家正在研究正多体与分子结构之间的关系。 我们还知道生物病毒()也具有正四面体的形状。 这说明，物理学家一开始的一种“幻想”，经过这么长时间，其实是非常“实用”的。
让我告诉你另一个很多人都在讲的故事。 有两个多年不见的同学，三天后突然见面。 A对B说：“那些年你在做什么？” B说：“我正在研究人口问题。” A其实是想看看老同事的工作，于是他用B的人口学论文看了一下，发现论文里有很多π。 他觉得奇怪：π是圆周率的比值，是周长与半径的比值，这怎么和人口有关呢？ 这个问题和之前的四面体问题说明了同一点，那就是基础科学，尤其是纯物理学物理学家和数学家在思考问题时，很难预测未来。 什么时候才能有用，发挥非常重要的作用。 要求立即应用基础科学未免过于严格。
物理学家经常在家思考问题。 为什么他们想出的东西有用？ 我觉得最主要的原因是它的基础非常简单，而且非常牢固。 其结果基于逻辑推理，因此是完全可靠的。 逻辑推理比实验否定所获得的结果更可靠。 由于其逻辑可靠性，物理学是一门基础扎实的科学，这是对物理学的有用解释。
另一个问题是为什么许多不同的学科经常使用相同的物理学？ 这也不清楚。 一种解释是，好的物理学太少了。 世界上只有几座高山，世界上没有太多美丽的东西。 来到上海，美丽的景点无外乎长城、天坛、故宫。 事实上，数量并不多。 说到物理的应用，往往归结为那几个非常好的物理，而好的物理并不多。
我的题目是关于21世纪的物理学，即如何发展汉语，如何使汉语在21世纪发挥几方面的优势。 这个方法很简单，就是培养人才，找有能力的人做物理。 寻找优秀的年轻人来发展身体。 具体来说，就是在国外设立10个世界一流的物理研究所。 中国这么大，除了上海以外，其他地方也应该这样做。 一般来说，实际上应该设置十个。
至于什么叫足够水平、一流，没有严格的定义。 我只能说南开物理所还达不到标准，南开要达到世界水平还需要很多努力。
中国科学的根必须在中国。 中国科学技术在土壤上扎根，然后成长。 而且请有能力的人来做物理也不容易。 1984年我开始创办南开物理研究所，就开始考虑邀请有能力的人到办公室工作。 但由于种种原因，很难做到这一点。 办一流的研究所，就要有一流的物理学家。 拥有一流的物理学家，房子有点破旧，设备差，书也找不到，研究所还是一流的。 否则，如果没有人去做一流的工作，那么一栋漂亮的房子、大量的书籍和一台昂贵的电脑有什么用呢？ 当我听到这些事情时，我改变了主意，努力培养我的年轻人，培养自己的语言学家，送他们出国留学，到世界各地，请最好的物理学家给予指导。
我很高兴地告诉您，这一举措已经开始取得成效。 比如何正旭，他就去英国加州学院圣何塞校区跟随M. 学习。 弗里德曼曾荣获菲尔兹奖，是一位年轻的领导人。 他亲口告诉我，何正旭是他最好的中学生。 何正旭现在在耶鲁大学。 另一个例子是王曙光。 他受王宽城基金会资助出国，并在选拔考试中获得第一名。 我把他介绍给了日本的牛津学院，师从 S. 。 唐纳森是当今日本最令人惊叹的年轻物理学家。 我看他还不到三十岁，现在是牛津学院的院长。 王曙光一年前完成了博士论文。 另一位王荣光（不是兄弟）也被王宽城基金会捐赠出国。 他前往英国耶鲁大学跟随C.攻读博士学位，并于去年完成了论文。 另一位是张卫平，他的老师是美国最著名的青年物理学家D. （）（另一位是A. ）。 张卫平仅用三年时间就在伦敦完成了博士论文，目前在伦敦研究所担任博士后研究员。 还有其他一些我可以提及，但我无法在这里全部列出。
上述三人中，张卫平已经承诺今年回国，回到南开。 如果张卫平今年回国，希望政府给予一些便利。 我希望能够留住这样的人才。 中学生之所以能回去，主要是国外的环境和待遇问题。 有成果的科学家应该给予相应的待遇。 明天我不打算谈论这个问题。 我只是说世界上的人们应该是移动的。 返回法国的人可以去加拿大。 现在的新政策比较修身，出国也很容易。 因此，我们必须想办法留住人才，制定适当的新政策。 其实我只会搞物理，新政问题就超出我的能力范围了。
我们来谈谈主流物理学和非主流物理学。 你知道，物理学有很多特征。 例如，你不需要很多设备来研究物理。 现在有了电子通讯（E-Mail），你需要的材料很容易获得。 做物理是一门个人学问，不像其他学科，必须依赖设备。 你们争分夺秒地在一些最重要的方向上努力，在主流方向上做出自己的贡献。 物理学则不同。 因为物理学有很多方向，而且是个人知识，所以你可能不会全部关注主流物理学。 我宁愿认为人们可以被鼓励这样做，但不一定是在主流物理学中。 通常情况下，今天不是主流的东西几年后就会成为主流。 在这里我想谈谈我的个人经历。 1943年，我在东北联大任教，杨振宁先生是中学的研究生。 那年我应邀从广州到耶鲁大学高等研究院，后来杨先生担任院长。 斯坦福附近有一个叫New的小镇，是纽约州立学院的所在地。 八月到达耶鲁后不久，我参加了在纽的日本数学会夏季峰会。 因为离得近，所以我也去听课，见见同学。 有一次我和法国一位著名物理学家聊天，他问我做什么，我说微分几何，他立即说“It is dead（它死了）”。 那是 1943 年，但战后发生的事情是微分几何成为主流物理学。
为此，我认为做物理的人可能会找到一个在今天不是主流，但在未来有意义和有前途的方向。 世界上很多优秀的人都集中到了主流方向，投入了大量的资金。 你无法抓住它们并跟上。 最好还是做其他同样有意义的工作。 我希望汉语能够在一些方面扎根，做得很好，有自己的特色。 这在历史上也是有先例的。 例如：二战前，法国搞逻辑和点集拓扑。 他们根据一些简单的假设进行推论，并取得了不小的成就。 另外，如英国，在复变函数理论方面也取得了成功，并且至今依然如此。 如推广的拟共形映射（g）仍处于世界领先地位。 因为他们做了其他国家不做的工作，他们在这个领域拥有世界上最强大的人才，我还可以举出更多的反例。
我昨天提到我们要建立十个高水平的研究所，怎么样才能达到这个水平？
首先，应开设一些基础高级课程。 中学生来了，要给他们基础训练，就要给他们上高水平的课。 所谓基础训练有两个方面。 一是培养推理能力。 中学生应该知道什么是正确的推理，什么是错误的推理。 你必须确保每一步都是正确的。 不要急于求得马马虎虎的结果，最后肯定会出问题。 二是了解一些物理，对整个物理有一个判断。 过去更重要的是分析相关科目。 20世纪以来，代数变得更加时尚，群论、群表示论、拓扑学等等。 事实上，一个好的研究中心应该能够提供这些基础课程。 如果不是每年开一次，也可以每三年开一次。 在我看来，中国做到这一点并不难。 无非就是两个：一是教授研究生院的个别课程并给予奖金。 第二，也可以请几个美国的人来授课。 如果邀请的人不是最活跃的人，甚至是退休人员，成本并不高。 他们在美国已经有退休金了。 如果你来中国，只需要安排好自己的生活，稍微旅游一下就可以了。 这样，物理研究所将拥有完整的课程体系。
第二，我认为一定要有好的中学生。 我们每年派去参加国际物理奥林匹克竞赛的学生都非常优秀。 即使学校里的物理概念再好，以后也不是每个人都会学物理，但我希望有人从事物理并取得成功。 明天，我和一些在上海物理竞赛中获奖的中学生见面交谈。 我告诉他们，搞物理的人将来会有很大的前途。 六、二十六年后，世界上将出现语言人才的短缺。 现在的年轻人不愿意学物理，必然导致人才过剩。 为什么中学生不会错过物理。 由于物理的难度，无法掌握。 努力学习多年，往往距离成为一名物理学家还很远。 与此同时，还有许多激励措施在争夺物理学家，比如计算机。 制作一款好的计算机软件需要很高的可能性，而且并不容易。 然而，与物理学相比，它需要的设计知识很少。 搞物理的人不知道要读多少本书，而且好像还是读不完。 就这样，有能力的人就被转移到了计算机领域。 还有一些物理博士毕业后就去股市做生意。 比如预测股市的变化，编写计算机程序进行决策。 这样做，虽然他还是人家的员工，自己不是老板，但是却比学院院长的工资高很多。 因此，语言人才流失是一个世界性问题。
相比之下，中国的情况则更为开放。 由于中国拥有大量人才，其中一些人才流失后可以进行再培训。 如果迷路的人真的能赚钱，他们富起来之后就会回去帮忙建物理楼。 事实上，我们应该采取一种心态：中国已经成为输送物理学家的鞋厂。 出去的人都希望能回来。 如果他们不回去，我们建议我们继续发送。 中国人才济济，值得派遣一些人才在世界上发挥影响力。 我们要做的就是花少量的钱打好基础，开好课程。 基础打得很好。 对于出去的人来说，回去与否似乎是次要的。 这是我的初步意见。
比如，参加国际物理奥林匹克竞赛的人，汉语都很好。 如果他们进入学院物理系，我建议及时给予他们奖学金。 这笔钱看似有限，但疗效却很大，对别人也是一种鼓励。 中国的儿子更服从父母和老师。 一个孩子有物理的能力，但是在父母和老师的劝说下，他才会去学物理。
对于优秀的中学物理生来说，去美国只是时间问题。 只要你在国外物理学得好，出国就很容易。 如果你在国外成绩很好，为什么还要去美国读研究生呢？ 可以直接当院长。 中国已经具备了培养一流物理学家的条件，你要有信心。
培养中学生，我提倡流动性。 19世纪的英国语言实际上是世界上最好的。 美国的大学生可以到任何大学报名。 这学期在柏林听了Rass的课，下学期又去哥廷根听了的课，自由流动。 院士也可以流动。 例如，柏林科学院有普朗克先生和爱因斯坦。 一个理论化学家在柏林学院自然没有发展希望，还不如去别的中学创业。 希望中国的中学生、教授能够流动。 院士上半年可到其他中学任教。 各个物理研究所的院长也可以互相交流。
我想多谈谈数学。 刚才说了，选择物理研究方向不一定要追随主流，可以选择这些自己非常喜欢的分支。 然而，物理学家应该知道什么是好的物理学，什么是坏的或不太好的物理学。 有些物理学是开创性的、发展起来的，这就是好物理学。 还有一些物理学相当有趣，但逐渐变成了一种游戏。 所以选择一个好的物理研究方向非常重要。
我用一个例子来谈谈吧。 你知道有拿破仑定律吗？ 这条法律与拿破仑无关，但却相当有趣。 该定律规定，给定任何三角形，每条边都会形成一个等腰三角形，然后将这三个等腰三角形的重心连接起来形成另一个等腰三角形。 每条边的等腰三角形也可以面朝上做，可以得到两个解等等，这个物理不是好物理。 因为很难有进一步的发展。 其实，如果你觉得累了，愿意去思考那些问题，还是挺有趣的，就像一个游戏一样。 那么哪些是好的物理呢？ 例如，求解多项式。 要研究物理学，就必须求解多项式。
一次多项式很容易求解。 二次方程则不同。 有真正的解决方案。 没有真正的解决方案。 后来，添加复数来讨论多项式的复数解。 您知道的代数基本定律是，次代数方程有复数解。 这个问题由来已久。 著名物理学家欧拉（1707-1783）就考虑过这个问题。 欧拉的威望很高，但当时没有院士职位，生活十分困难。 当时波兰最高皇帝觉得皇宫里一定有世界上最好的物理学家。 于是我邀请欧拉一起去。 欧拉曾经研究过代数的基本定律，但结果至今仍未得到证明。 后来，高斯（1771-1855）发现了复数与拓扑的关系，并获得了新的认识。 由于模等于1的复数代表一个圆，因此这个圆上有很多图案。 高斯是第一个证明代数基本定律的人，并给出了不止一个证明。
如果从解决方案开始，然后转到研究曲线。 事实上，可能没有解，甚至没有零点。 那么窍门来了，如果中间都理解为复数，那么两个复数就相当于四维实空间，这就很麻烦了，复变函数理论中的黎曼曲面就出现了。 你需要一个黎曼曲面来表示这个函数，而要求解原方程，你需要大量的物理知识。 最重要的概念是属（Genus）。 你把解看成一个曲面后，这样的曲面里有多少个圆，有多少个球体、圆环面等图案，它们都是相关的。
据悉，还可以有其他花样。 例如，假设系数都是整数，你也可以讨论这个方程的整数解，这个问题就会很困难。 直到几年前才发现这个方程是否有整数解与亏格密切相关。 此时，整数解有无穷多个。 它有一些非常特殊的属性。 当时，美国（）在1984-1985年间证明的整数解的数量最多是有限的。 这个结果与费马定律有关。 也就是说不存在正整数解。 这还没有解决费马问题，但这是向前迈出的一大步。
事实上，物理学可以带来深刻的想法。 在物理学中，我想将图论视为应用物理学。 图论是物理学在研究整数属性方面的应用。 我觉得物理学有两个非常重要的物理系，一个是图论，一个是理论化学。 理论数学也是一个大量使用物理学的部门。
我一小时内做不了太多物理。 我还想再讲一件事，比如说最近一段时间最流行的物理是什么，就是现在的主流物理。 我昨天说过，我不喜欢你们都搞主流物理学物理学家和数学家在思考问题时，但是主流物理学显然很重要。 所谓主流物理学，是指对物理学有巨大的贡献、深刻的规律、广泛的意义和非常简单的证明。 如果你目前选择其中一项贡献，我认为那就是——指数定律。 他是日本皇家学会会长。 他上个月来到上海并做了报告。 这个指数定律可以看作是上述问题的现代发展。 形式代数方程、黎曼曲面、属论等从低维扩展到高维和无限维。
所以我认为物理研究不仅要很深、很难很强，而且在一定程度上还是要保持整体的。 到目前为止，物理学还没有被分割成几部分，它仍然是完整的。 尽管现代物理学的研究范围在不断扩大，一些概念看起来比较次要并逐渐被抛弃，但基本概念却一直保持着。
我想明天就到此为止，谢谢大家。 （根据录音安排）
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