温伯格第一次接受中文媒體訪談實錄_風聞

電-弱統一理論的創建者、物理學諾貝爾獎獲得者、多部教科書和科普著作作者、物理學大師史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）先生於北京時間7月24日去世，享年88歲。他的突然離世，震動了國際物理學界。先生對中國物理學界非常友好，曾多方面多層次深度參與中國物理學界和物理學家相關的科研和教學方面的工作。關於先生科學思想的一個簡單介紹，何祚庥先生推薦了1980年《科技導報》對温伯格的一次深度訪談。這也是温伯格先生第一次接受中文媒體採訪，不僅思想深刻，而且拳拳之心可鑑。時間已經過去40餘年，他關於科研方法和教學與科研關係等方面的思想依然鮮活。先生已去，精神長存。《物理與工程》公眾號特此編輯刊發當年的訪談記錄。學習併發揚，是最好的緬懷。（感謝湖南大學劉全慧教授執筆）

（1933年5月3日-2021年7月23日）

精華提煉

每個理論物理學家都必須具備一定的數學才能。這並不是説數學最好的人就會是最好的物理學家。很重要的一個素質是“進攻性”(agressiveness)，不是人與人關係中的“進攻性”，而是對自然的“進攻性”，不要安於接受書本上給你的答案，要去嘗試下一步，嘗試發現有什麼與書本不同的東西。這種素質可能比智力更重要，往往是區別最好的學生和次好學生的標準。當然，必須付出大量的艱苦勞動。當我説一個計算容易做，正是因為我做了大量的嘗試，經過多次失敗，最後才成功了。

……

“直覺”很重要的，但我並不真正知道它如何起作用。首先要有一個哲學觀點去指導，就如你們在中國相信粒子由粒子構成，粒子又由粒子構成，叫層子模型。有這個想法是好的，雖然我個人並不這樣看。

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我有時想，念一念科學史是很有用的，你可以瞭解科學家們如何走了那麼遠，然後停了下來，沒有走下一步；走到偏的方向是多麼容易。

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我在中國訪問時，曾向科學院的秘書長建議，不要試圖把每件事計劃得太周到，管得太死，要留變化餘地。不要過份嚴格分配哪個領域裏有多少科學家。

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培養一個優秀科學人才的“關鍵”是什麼？我想關鍵在於讓年輕人停止當學生，開始成為物理學研究者。

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教研分開的制度是非常糟糕的制度！從兩方面來説都不好。研究者失去了從與學生的接觸中所得的啓發。反覆地向學生講解自己知道的東西，這是非常有價值的。

《科技導報》記者：可否請你們用非專業的語言介紹一下你們這次得獎（注：1979年諾貝爾獎）理論的梗概？

温伯格：現在我們知道自然界有四種基本的作用力。有的為人所熟知，有的不那麼太熟悉。人們認識最早的是萬有引力，它使蘋果掉下來落在地上，物體互相吸引。我們對電磁力的認識也很早：磁石能吸鐵，電子靠電磁力束縛在原子中。到本世紀人們又發現兩種新的作用力，強作用力和弱作用力，前者使原子核保持穩定，後者引起一系列放射性衰變，並在恆星能源反應鏈的某些階段中起重要作用。日常生活中感覺不到強作用力和弱作用力，是因為它們的力程太短，強作用的特徵長度是10-13釐米，弱作用的力程更短。愛因斯坦就曾試圖統一引力和電磁作用力，因為那時只知道這兩種力。力圖用簡單的語言描述自然，用少量的原理概括複雜的現象，這是物理學家的一種“癖好”。現在已發展的統一理論符合愛因斯坦的精神，但方向稍有不同。不是引力與電磁力的統一，而是電磁力與弱作用力的統一。這裏的“統一”是指電磁作用和弱作用的理論，實際上是更深一層的理論的兩個不同側面。它本身既不是電磁作用，也不是弱作用的理論。

《科技導報》記者：請你解釋一下“更深一層”的含義，你是否指規範場理論？

温伯格：是的。規範場理論是一種特殊的量子理論。本世紀的物理學有兩次偉大的革命。一次是愛因斯坦的相對論，特別是1905年的狹義相對論，一次是二十年代中期由海森堡、玻爾、狄拉克、薛廷格、德布洛依（薛定諤、德布羅意 ——物理與工程編輯注）、玻恩、約旦、泡利等科學家發展起來的量子力學。這兩者的結合不可避免地導致量子場論。量子場論的基本觀點是，把場而不是把粒子當成宇宙中最基本的實體，例如引力場、電磁場和其他場（電子場、中微子場……）。當把量子力學應用於量子場論中，人們發現場的能量表現為分離的基元，或稱“量子” (quantum)。每種量子對應着一種粒子，如電磁場的量子是光子，電子場的量子是電子……。有些情況下，我們先知道場的方面，後知道其粒子方面，例如我們先知道電磁場，後知道光子。另一些情況下，又反過來。弱作用和電磁作用的統一理論就是建立在這種特殊的量子場論——規範場理論的基礎上的。

《科技導報》記者：你是否認為將來可以用規範場理論來統一這四種力呢？

温伯格：這是大家都想嘗試的。在這方面已經做了許多工作。大家期望把強作用也包括在這種規範場理論的框架內，即構成強作用、弱作用和電磁作用的“大統一”理論。下一步自然是試圖把引力也概括在內。但是這裏面有根本性的困難，因為至今還沒有令人滿意的量子引力理論。現在還很難預言這種理論將以什麼形式出現。很可能要有嶄新的想法來描述超短距離 (10-33釐米) 下的物理特性。這種情況下的引力很強，不再是微擾了。可能超出量子場理論和規範場理論的想法，甚至超出相對論和量子力學的概念。我想，我們不能不採取一種非常開放的態度。

《科技導報》記者：那末，你看下一個十年高能物理發展的方向是什麼呢？

温伯格：我想還有大量的工作需要做。不同的能量區域，都可能有重要的發現，其中有一個能量區域正在開始被打開，這就是指下一代的加速器。除了下一代超高能加速器以外，還有許多不用超高能加速器的事情要做。如測量中子的電偶極矩，對研究電荷宇稱守恆的破壞很重要，它不需要加速器，只用反應堆。甚至在長島 (Long Island) 現有的加速器可以做一些長期得不到解決的問題，如η介子和κ介子的衰變模式。這是在向更高的能量推進時被忽視的一個重要問題。

《科技導報》記者：理論方面會有哪些重要進展？

温伯格：這很難預言。理論與實驗不同。實驗要花十年以上的時間籌集資金，建造設備，至少能説清楚，要做哪一類實驗。理論則不然，真正能説清楚要解決哪一個問題時恐怕也把它做出來了。但是，理論方面會有重大的發展。有一類問題，例如量子色動力學，已經有了很好的理論框架，很可能是強作用的正確理論。問題在於如何得出正確的數學推論。這是一個數學物理的問題，有點像四十年代末量子電動力學已有理論形式，但直到五十年代才找出正確的解法。也許量子色動力學解決不了強作用的問題，但可以證明一些在實驗上可檢驗的結論。如夸克的禁閉等。不能計算在低能強作用下的許多效應並不妨礙它成為好的理論。就如我們還不能準確地計算鐵原子的許多性質，但我們毫不懷疑量子力學的正確性。另一類問題就是前面提到的大統一理論，還有量子引力的理論。這裏可能需要很根本的突破，但也許只需要一個很小的啓發。這正是物理學中常有的現象，現實世界中的問題都沒有貼上標籤，告訴我們它的解決是需要偉大的發現，還是隻差小小的一步，是需要留給子子孫孫後代解決的難題，還是一個晚上就可以找到答案。實驗中可能出現預期不到的結果，那會反過來對理論有重大的影響。

《科技導報》記者：這些年來在理論方面眾説紛紜，文獻浩如煙海，如何從中挑選富有成果的課題，不把精力耗費在無意義的方向上？請你介紹一些經驗。

温伯格：這個問題沒有簡單的答案，每個人的情況也各不相同。每人有自己的才能，應該根據自己的才能來選擇方向。規定誰去研究什麼問題，即是很笨的做法。我只能説我自己，我不喜歡做需要大量計算以至於必須依賴電子計算機的問題。是的，許多最重要的問題，例如天體物理中的問題，如果不做大量運算，是不可能解決的。我不做這些問題。甚至在處理量子場論問題時，如果它過於複雜(不是指困難，只是指令人生厭的複雜)，例如像S—矩陣這樣的理論，需要對多複函數論有一定的掌握，我對這些懂得不多，所以也不做這方面的工作。

有些事你會願意去研究，而另一些事你不願意去研究。如果你過深地捲進一個你不願意去研究的問題，那將是一個錯誤。因為你若對某些事特別感興趣，這至少顯示出這些事可以適應你的才能。強迫自己去做自己不喜歡的事情，是一個很大的錯誤。

《科技導報》記者：照這樣看，你是否認為美感與簡單性是一個指導原則？

温伯格：是的，我喜歡做能夠找到簡單的、優美的解的問題。但是當我開始工作的時候，我並不知道會不會得到這樣的解。有時候與願望正好相反。我想，這有點像目前量子色動力學 (QCD) 的情況。很多人正努力地工作，試圖以QCD出發預言一些事，算出例如説質子的質量。已經開始的某些方向可能是正確的。例如一些人研究多瞬子 (instanton) 系統，另一些人研究格點規範等等。可能他們是對的。但如果真是這樣，那麼這些辦法是非常複雜的。複雜到我想我自己做不來的。我喜歡E. Witten的想法，QCD裏大N (內部自由度維數) 近似，這只是一個感覺，這裏會有一些簡單、漂亮的東西。實際上當’t Hooft開始討論這些問題的時候，就很簡單。可以用幾行字在黑板上解釋的。

《科技導報》記者：你覺得哪些是科學家必須具備的素質？

温伯格：這個問題同樣因人而異，不同的人可以按不同的途徑達到很高的成就。每個理論物理學家都必須具備一定的數學才能。這並不是説數學最好的人就會是最好的物理學家。很重要的一個素質是“進攻性” (agressiveness)，不是人與人關係中的“進攻性”，而是對自然的“進攻性”，不要安於接受書本上給你的答案，要去嘗試下一步，嘗試發現有什麼與書本不同的東西。這種素質可能比智力更重要，往往是區別最好的學生和次好學生的標準。當然，必須付出大量的艱苦勞動。當我説一個計算容易做，正是因為我做了大量的嘗試，經過多次失敗，最後才成功了。當然，科學家還應具有許多其他重要的素質。最好能有哲學上的獨立見解來指導你的研究。這樣你的工作才能有一致性。有時你會發現必須修改舊的看法，那也不要緊，但不能沒有看法。在S—矩陣理論盛行的時候，對這方面有興趣的人大都持有一定的哲學觀點，這是非常好的。他們的哲學是在任何科學領域裏，絕不考慮不能直接測量的東西，因此他們放棄了量子場論，而只談S-矩陣元。雖然其後發現有比S—矩陣理論更好的處理強作用的方法，但如果當初他們沒有這樣的哲學觀點，他們不會做這樣大量的工作。

《科技導報》記者：人們常談論物理的“直覺”，這東西似乎很玄妙，只可意會，不可言傳。能否請你談點切身的體會？

温伯格：這是很重要的，但我並不真正知道它如何起作用。首先要有一個哲學觀點去指導，就如你們在中國相信粒子由粒子構成，粒子又由粒子構成，叫層子模型。有這個想法是好的，雖然我個人並不這樣看。另一個重要的因素是經驗，你試驗過各種事情，在許多領域裏工作過，知道哪些行得通，哪些行不通。用物理學家的語言説，也就是哪些“自然”，哪些“不自然”等等。漸漸地你學會鑑別一些只能解釋少數實驗事實的理論和另一些有很強的預言能力的理論。當你一直在思考物理問題，試着做什麼事情去解決這些問題時，你會有很多想法。你會説這與我的感覺與我的哲學吻合，看來是可以成功的。這其實是由你的經驗在一個説不出的、非邏輯性的、潛意識的層次裏活動。你是在用自己的經驗。你的經驗，還有你從別的物理學家的工作過程中瞭解到的經驗。我有時想，念一念科學史是很有用的，你可以瞭解科學家們如何走了那麼遠，然後停了下來，沒有走下一步；走到偏的方向是多麼容易。所有這些，你讀的、你試着去做的和想的，形成了你腦力活動的一部分。不管你是否想到它，它總在起作用，這並不神秘。我想，這很像乒乓運動員，當他把球擊回去時，他並不去想如何打，他已經打過很多次，每當球向他飛過來，他整個的身體自動地作出反應。因為他已對這種局面見得多了，他全部的經驗給他做準備，把球擊回去。實際上如果他還要想想的話，那麼他可能已經失去了這個球。在某種程度上，很像這種練習。科學的直覺是建立在經驗之上，不是能夠直接説清楚的。

《科技導報》記者：它們都是經驗的總和。另一個有關的問題也是令人深思的。照你上面講的精神，該如何培養年輕人更早地開始科學性的思考，經常向自己提出問題，並試圖形成某種哲學的思想體系？這就牽涉到不同的教育體制與個人成長的關係。你如何評價美國的教育制度在訓練一流的科學家方面的短長。

温伯格：美國教育制度的優點之一是有很大的靈活性。我們這裏有一位年青的物理學家，他原來在大學讀歷史，最後一年發現對物理有興趣，改學物理，現在很有成就。在我妻子任教的法學院裏，有些學生已經得了物理博士學位。不能單純地把轉行看成是浪費。如果一個在物理上有才能的人硬要強迫他學歷史，那才是浪費。我在中國訪問時，曾向科學院的秘書長建議，不要試圖把每件事計劃得太周到，管得太死，要留變化餘地。不要過份嚴格分配哪個領域裏有多少科學家。不能像政府官員那樣來管理科學家。有的人轉行做別的事，與國家當前需要的不一樣，看起來似乎是浪費。實際上，更多的人由於喜愛自己的工作，將會在工作中更努力，對國家、對社會只會有好處。

第二點是不要過分相信考試。研究生都要修一些課，考一些試，但主要不看這個，還要看他參加討論的情況，有沒有寫過些文章，研究做得怎樣等。在美國沒有非常大的考試，例如讓學生坐下來考一個星期。我們不相信考試可以顯示這個人有多好。到研究生院，學生要通過“資格考試”，表明對基本物理有一定掌握後才能做研究。但是考試只是一個入門，考得很好並不是最重要的。在美國能找到最好工作的不是成績考得最好，而是研究工作做得最出色的人。我想在研究生課程方面，各國的編排可能沒有多大差別，重點是做論文。美國學生可以自己選題目，選導師，導師也可以自由選學生。這樣自然的組合，做出工作來，對學生是很好的經驗。

至於上課的差別大概是：在美國，學生可以比較自由地發問。要注意培養學生批評文獻、批評講演，批評前輩的能力，與他們“鬥爭”。

美國和歐洲傳統的歐洲大學的另一個差別是美國的教授與歐洲的有些不同。在美國任何人成為教授而得到永久職位以後，他們的稱號都是教授，大家是平等的。在歐洲，一個研究所只有一個教授，儘管別人也有永久職位但卻得聽他的。有時這教授是一個偉大的人物，如N.玻爾 (N.Bohr)。他指導每一個人走向正確的方向，並把人們組成了一個很好的集體，做出極好的工作。有時候，教授是個老“官僚”。他提不出任何想法，也不知道他自己已落後了20年或50年。這是很糟的。我想歐洲正在從老的教授制向美國的變化。羅馬大學的物理小組就非常活躍，小組裏互相爭論，做不同的題目。

《科技導報》記者：照你們看，培養一個優秀科學人才的“關鍵”是什麼？

温伯格：我想關鍵在於讓年輕人停止當學生，開始成為物理學研究者。是的，每個人都從學生開始，你修課，教授告訴你讀什麼，給你問題，但是你知道他不會給你一個沒有答案的問題，而且問題都與課上講的有關係。在現實世界裏卻完全不一樣。首先不知道問題在哪裏，能不能解決也不知道，用什麼辦法解決更不知道。為了幫助學生完成這個轉變，在一定階段要停止上課式的教學，轉到不按步就班的學習。還沒有教學生A，B，C，……就要他們去學Q。到了發現為了學會Q必須懂得M時，才返回來學M。我自己有切身的體會。大學畢業後我到歐洲去了一年，原想帶一些書到玻爾的研究所去讀。去了以後，他就讓我做α—粒子衰變有關的研究。那時我根本不懂原子核，就先學核物理，直到最後還沒有搞清楚問題在哪裏。後來又換了一位導師。做了一篇關於李 (政道) 模型的論文。這篇文章並不重要，大概總共被別人引用過兩次。經過這一年，使我後來進普林斯頓大學當研究生時，就已懂得了重要的不是聽課，而是要懂得更多的物理。通過研究來學物理。

《科技導報》記者：這樣培養學生，對老師的要求更高了。有些國家的研究機構是與學校分開的。美國則大部分合在一起。你們覺得各有什麼利弊？

温伯格：教研分開的制度是非常糟糕的制度！從兩方面來説都不好。研究者失去了從與學生的接觸中所得的啓發。反覆地向學生講解自己知道的東西，這是非常有價值的。如果我失掉這個機會，我會感到非常遺憾。另一方面，教授不作研究就不能使學生了解學科的全貌，不能告訴他們什麼問題已經解決了，什麼問題還沒有解決。我力圖告訴學生哪些問題是複雜的，但不一定是最重要的，哪些問題是我自己也不懂的。我想教授應當給學生的不只是材料，而是一些關於學科狀態的觀點。我們站在什麼地方？問題看上去是什麼樣，其實又是什麼樣的。這就是為什麼教授自己一定要做研究的原因。有不少教授教量子力學，懂得量子力學的教材，但自己從未做過研究。這就失去了對這個領域的透視——什麼是重要的，什麼是不重要的。

二十世紀以來，美國很少有獨立於大學以外的研究所，我們沒有專做研究或專教書的教授。我最近訪問了一個國家，物理系和物理研究所互不來往，教書的不被請去聽報告，做研究的也不被請去講課。

在波士頓，我們有哈佛、MIT、布蘭戴、東北大學、波士頓大學等。人們總是從一個學術報告會到另一個。我想有些國家一個大學自己是一個世界，如果你在X大學作一個報告，同一個城Y大學的人就不來參加。Y大學要把你請去才行。最好的辦法是讓每一個人安排自己，並且決定我今天想去訪問某大學的朋友，聽聽他們有什麼想法。這些事不能由政府官員來計劃，這是一種可能導致進步的積極科學活動。

《科技導報》記者：你的意見很有價值，謝謝。

温伯格：謝謝你們。

本文經授權轉載自微信公眾號“物理與工程”。