每个物理学家心底都潜藏着一个文艺青年

范洪义

编者按:物理学家往往给人以理性、认真、严肃、一丝不苟的印象,他们有着深邃的眼神和凝重的表情,让人感觉似乎宇宙万物的规律就在他们脑中有序运转。



作家对世界的感知是感性的,就像金庸写的那样:“啊,亲爱的你别生气,谁好谁坏一时难知。要戈壁沙漠变为花园,只须一对好人聚在一起。”


而物理学家通常被人们认为是完全按照世界的本来面貌去认识事物。金庸这句话要是在物理学家那里,可能变为:“要戈壁沙漠变为花园,只须足够的阳光、土壤、水源和适宜的温度”


然而,实际上每个物理学家的心底可能都潜藏着一个文艺青年。


以爱因斯坦为例,平常我们谈论较多的只是作为科学家的爱因斯坦,实际上,爱因斯坦也有十分文艺的一面。在所有的艺术中,爱因斯坦最推崇西方古典音乐,对巴赫、莫扎特和贝多芬的作品,他尤其酷爱。他常常同普朗克在一起演奏贝多芬的作品,弹钢琴者是量子论的创始人普朗克,演奏小提琴的,则是相对论的创始人爱因斯坦。量子论和相对论共同构成了本世纪物理学科的两大支柱。在科学上面他们共同描绘了物理学的一幅优美壮丽的图景,在音乐艺术中,他们同样能奏出扣人心弦的和声。除音乐外,爱因斯坦还推崇文学。他热爱莎士比亚、歌德、海涅、陀斯妥耶夫斯基和萧伯纳的作品。


心羡游僧处处家

散步是理论物理学家

的天职


德国著名物理学家亥姆霍兹(他是普朗克的老师,也是以光辐射的位移定律传名于世的维恩的引路人)有句名言:“散步是自然科学家的天职。”为什么如此说呢?因为自然科学家的天职是发现自然规律,这需要研究人员的灵感,而灵感往往产生于漫步时,放松、漫不经心的状态下好的想法会瞬间掠过脑海,或是说,“思想回路”的运作开通了。



例如: 狄拉克靠散步积聚灵感,想到了经典泊松括号与量子对易子的对应关系;哈密顿在步行去都柏林的勃洛翰桥时想到四元数;普朗克是个著名的登山爱好者,每天都做长时间的散步,有时他还带上护腿套,肩扛背囊,出没在德国森林深处。海森堡和伦琴也都痴迷登山。歌德说:“我最宝贵的思想及最好的表达方式都是在散步时出现的。”


我也喜欢散步,尤其是在长时间的脑力劳动后,“谁云贪墨无休日,到底磨人有倦时”,脑子累了迟钝了,就得外出走走。那时的心情正如陆游所描述的那样——“心羡游僧处处家”。我也曾写过两首关于散步的诗:

 

散步随感

久阅滞元神,出门倚黄昏。

逢雨忧雀冷,过树惜苔痕。

步远量思绪,暮迟失景深。

因缘楼群密,蛙鸣也醉人。

 

我在徜徉中,也偶尔有奇思涌出。例如,求系综平均意义下的费曼海尔曼定理就是我在合肥环城公园散步时突然想到的。



理论物理学家的“下盲棋”思维


唐代文人李肇曾写了《王积薪闻棋》这个故事:


王积薪棋术功成,自谓天下无敌。将游京师,宿于逆旅。既灭烛,闻主人媪隔壁呼其妇曰:“良宵碓遣,可棋一局乎?”妇曰:“诺。”媪曰:“第几道下子矣。”妇曰:“第几道下子矣。”各言数十。媪曰:“尔败矣。”妇曰:“伏局。”积薪暗记,明日复其势,意思皆所不及也。



此文写了婆媳分居两室下盲棋的对话被王积薪听录下来的故事。唐代围棋棋盘纵横各十九道线,双方均在横竖线交叉点布子。下盲棋是心中虚设一盘,围棋布子的位置与攻战过程全凭记忆。下棋自命不凡的王积薪暗暗记下婆媳的对话,次日在棋盘上复其势,发现她俩的意思(棋路)皆为自己所不及。说明了天外有天、艺无止境、“学”亦无止境的道理。作为一个理论物理学家,我读此故事的另一个收获是: 这下棋的婆媳脑中各有一个棋盘的图像以及“笛卡尔”坐标,她俩采用的是图像思维。而物理思维的基础是物理图像,所以我以为“下盲棋”思维应该是学研理论物理者的必修课再说,理论物理离不开数学推导,它与一般的数字心算不同,而是在脑海中推导数学公式,是一种特定的结合物理概念和数学演算的图像思维,是一种“自我对弈”,而这需要学物理的人从年轻时就开始有意识地训练。物理学家费曼就擅长于图像思维,依靠这种思维方式发明了量子场论的费曼图和量子力学的路径积分描述。



物理与禅


自从我听了禅宗六祖慧能的故事后,曾有一度对禅师很崇拜,觉得他们的悟性真高。慧能年轻时听别人念经就能参出佛意,太先知先觉了,如果他们学物理,一定能大有作为,尤其是慧能的顿悟说,更令我佩服得五体投地。


可是,有两个基本点我感到有些迷惘: ① 修行高的禅师能悟出能量有一个基本单位吗?即自然界存在一个基本的常数——普朗克常数吗?即便能,他能给出具体的数值吗?②  当两个人在争辩是风在动还是幡在动时,慧能的回答是你们的心在动。换句话说,倘若你们不注意幡,它就不动。这使得我联想到爱因斯坦对哥本哈根学派的诘难: 月亮只有在我们看它时才存在吗?鉴于这两个迷惘,我对禅师的说教一直保持戒心,即使我努力使禅说能对应上物理学家的经验。



譬如说,我读到了宋代禅宗大师行思的参禅心得:“参禅之初,看山是山,看水是水;禅有悟时,看山不是山,看水不是水;禅中彻悟,看山仍是山,看水仍是水。”就拿它来“套”物理。


就拿雨后的天空有时会显现虹来说吧。有人开始觉得特美丽、特有意思,待到他学了相关物理知识,知道虹的彩色也可以用分光镜来实现后,就感到索然无味了。所谓开始看时,虹是虹,再看时虹就不是虹了,是七色的组合了。


又譬如,理论物理学家看有关物理的数学公式也有这样的感觉。我们看麦克斯韦方程组,初看只是体会方程中字母符号代表的意思,E表示电场,B表示磁场等;再看就想到了电动机、发电机等;待到彻悟时,就能从这个数学式把握物理规律,如高斯定律、安培环路定律、位移电流、电磁波等,这才是真正的“看”啊。


说起看,对由狄拉克符号表达的量子力学公式,也有类似的认知过程和体会。


所以说,物理学家看一切东西,常常心有旁骛。看到海的蓝色并不去欣赏海,而是关注海水为什么是蓝色的,于是脑海里就涌出拉曼散射的结果;见到汽车鸣着喇叭开过来,就想到多普勒效应。而禅师在一旁打着坐,却漫不经心地说:“这是你的心在动。”



看吴冠中的画对研究物理的启示


我喜爱吴冠中的画,例如他画的江南风景《水乡》,只是一两笔带过的黑瓦屋顶,一两根灰直线画出白墙壁,再以淡墨衬以树石,江南人家的情调便在眼前。他是善于把复杂的事物归纳、锤炼成单纯、素净之美的高手。


吴冠中善于以简练的水墨线条和皴染的手法,以墨、灰、白三色为主调,成功地表达出中国情结。这种提炼手法和淡色调,是中国画的基本情调。吴冠中养成了一套删繁就简的特殊手段,复杂的景物对象在收入画面时,该去掉的就干脆去掉,该入画的便用极其利索的线形和色彩予以约定。



他擅长于把复杂的画面有条不紊地纳入一个统一的调子中处理,使混乱显出秩序,化为规律的美。在画面上画满纵的、横的、不规则的黑色、灰色,粗细不一的线,间以他爱用的印度红、翠绿、鲜黄的线或点。画面上满铺毫无规律的点和线,看起来十分复杂,但给你的印象不是乱麻一团,而是动中有静,乱中有序。作者的满腔激情,全都寄托于这些纵横错落、疏密阴阳、空(空白)中有色、色中有空、空即是色、色即是空的美妙秩序中。


我们学物理的,若能把复杂的现象有条不紊地纳入一个统一的理论框架中,彰显出规律,就是上乘之作。


我欣赏吴冠中的画的另一原因是仰慕他的人品和美学论。盖学画者先贵立品。立品之人,笔墨外自有一番正气浩然之概。文如其人,画亦有然。



却道天凉好个秋


环顾四周肃杀之状,耳听树杈的摇曳声,自然就想到欧阳修的《秋声赋》。欧阳公写道:

 

嗟乎!草木无情,有时飘零。人为动物,惟物之灵;百忧感其心,万事劳其形;有动于中,必摇其精。而况思其力之所不及,忧其智之所不能;宜其渥然丹者为槁木,黟然黑者为星星。奈何以非金石之质,欲与草木而争荣?念谁为之戕贼,亦何恨乎秋声!



翻译成现代文则是: 唉!草木是无情之物,尚有衰败零落之时。人为动物,在万物中又最有灵性,无穷无尽的忧虑煎熬他的心绪,无数琐碎烦恼的事来劳累他的身体。只要内心被外物触动,就一定会动摇他的精神。更何况常常思考自己的力量所做不到的事情,忧虑自己的智慧所不能解决的问题?自然会使他红润的面色变得苍老枯槁,乌黑的头发变得花白。(既然这样,)为什么要以并非金石的肌体,去像草木那样争一时的荣盛呢?(人)应当仔细考虑究竟是谁给自己带来了这么多残害,又何必去怨恨这秋声呢?


从1964年我考上中国科技大学至今已五十多年。五十年,对于宇宙的年纪来说只是片刻,而对人生来说是多么绵长!而能够聊以自慰的是,在这五十多年里,我时刻不曾懈怠。无穷无尽的格物思索袭扰着我的心绪,脑汁被绞尽去浇灌解决新问题的智慧,尽管这动摇着我的精神,使我早早变得鬓发花白,我却从不曾考虑究竟是谁给自己带来这形骸,也从未怨恨这秋声。


五十年来我犹自沉浸在那些物理定律与数学符号公式中,“饮泉尝淡泊,听瀑忘寒暄”。发表的800篇SCI论文——那些用沉甸甸的铅字所表达的自成系统的优美公式,是我的孩子,我的骨血。“为君向隅深沉吟,且在论著寄寂寥”,我为着它们的面世,呕心沥血;为着它们出落得更加俊美,细细梳理。


五十年来,日日读物理大师们的高论并努力发展之,如同与他们神交,我并不孤独,有科学与我做伴,我变得真实,不屑矫揉造作。


我虽不是驰骋在战场上的荷枪实弹者,但也饱尝屡败屡战的苦涩与艰辛,“一篇精湛文,几回梦里醒”。时光挟裹着那些数学文字,连同我倾注到文字缝隙间的智慧、情愫,到了它们该去的舞台——那是面向世界的崭新亮相,简洁、潇洒、神采飞扬。


所以,我坦然: 对得起这五十年的时光!


身在红尘,我还没有修炼到面对伤害无动于衷的境界,也没有淡泊到面对名声“却道天凉好个秋”,我承认,我不够真正意义上的坚强与超脱。好在,唐诗宋词之轻灵博大给了我无边的慰藉,沐浴其中,心境澄明,每每所思所悟,诉诸笔端,诗情画意,自怡自乐,“闲诗散步缉,灵感梦里寻”。


爱因斯坦在遗嘱中写道:“除了我的科学理想和社会理想不死之外,我的一切都将随我死去。”扪心自问,这世上,究竟有几人能有如此的底气说出此等豪言壮语?爱因斯坦做到了这一点,而平凡若我者,虽不能至,心向往之。



秋季,带着天地之严凝之气而来,我了悟她的前世今生,她经过迸发了全部热情的春天、倾泻了所有汗水的夏天一路走来,她经过了莺飞草长的萌动、骤然风雨的洗礼,这才显现高旷气爽的神怡。


我从容地迎候着这“一阵雨丝一层凉”的季节,“西风起旖旎,笑嫣遣入怀”。



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《散步是物理学家的天职》

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内容简介

本书作者致⼒于物理研究50余年,渐渐认识到物理学家是⼀些寻闲解悟的⼈。"寻闲",表⾯上看是没事找事,实际上是在平凡中寻奇崛,闲中现智、闲中求实。本书的闲话余笔就是围绕着物理学家的寻闲解悟展开的。读者可以从他们的闲思遐想中体会其思考问题的⾓度、模式和⽅法,在他们的闲情偶寄处体会他们的风雅、幽默和真知。读者在闲暇时间阅读和欣赏,品味和充养既久,就会变化⾃⽣,提⾼科学素养和⼈⽂素养,游离于流风俗⽓之外。书中既有反映西⽅物理学翘楚智慧和风雅的故事,也阐述了中华先贤优美⽂章中有关物理的教学理念和闲情逸致,⽂贯中西,既值得理学⼈阅览,也适合和⽂学⼈通读。


作者简介:

范洪义,现任中国科大材料科学与科学工程系教授。1947年出生于浙鄞县,著名物理学家、博士生导师。曾任上海交大物理系教授、中国科学技术大学材料科学与工程系系主任,意大利国际理论物理中心协联成员,美国名人传记学院顾问,我国首批18名博士学位获得者之一,我国理论物理界学术影响很高的学者之一。