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五科学前沿的展望3（第3页）

反应堆是一个非常复杂的近代科技，在美国是1942年第一个建造的，这个反应堆是费米教授主持的。费米教授当时参加了美国战时的工作，后来他在芝加哥大学当教授，是我的导师。中国在1956年建了第一个反应堆，是通过苏联的帮助设立的。原子弹在美国第一个炸出来的，是在1945年，在中国是1964年。氢气弹在美国是1952年，从原子弹到氢弹共花了7年时间；中国氢气弹是1967年，从原子弹到氢弹只花了两年零8个月时间；中国氢气弹的窍门是两个人想出来的：一位叫邓稼先，一位叫于敏。中国只花了两年零八个月解决了无数的技术问题，而且想出来这个窍门，当时大大引起震惊，因为法国还没有做出来，法国前后用了8年时间才把这个问题解决了。

中国卫星上天是1971年，这又是一个震惊世界的科技成就，中国的半导体元件，集成电路，每一个做出来都使得世界的科技界震惊。

如果总结一下刚才我所讲的几个时代，我们可以这样说：在公元1400年以前中国的科技是领先的；1400年至1600年是举步不前的；1600年至1900年是极端抗拒新科技的引入；1900年至1950年是以两三代的速度就引进了西方很多的科学；1950年至2000年，中国已经加入世界先进的科学国家之间的竞争。

那么，有人问，到21世纪会发生什么现象？要想预测未来当然是非常困难的事情，但是一个长远的社会动态通常都有很深的很长远的因素。我个人认为，以下的几个长远的因素是使得一个社会、一个国家能够有辉煌的科技发展的必要条件。第一个是需要有聪明的年轻人，有头脑做科学研究；第二是需要有重视纪律、重视忍耐心、重视勤奋的社会传统；第三要有决心；第四要有经济条件。我认为这四项在21世纪中国都会具备的。当然有人讲，你讲得太简单了，中国将有许许多多问题，会有政治动乱，有接班人问题、政治体制问题、贫富不均问题、外交问题，简直数不清的问题。

科学的发展

——从古代中国到现在

作者：李政道

李政道（1926——），美国华裔物理学家。生于上海。1946年移居美国，进入芝加哥大学物理学研究院。1953年任哥伦比亚大学物理学副教授，1960年任物理学教授。1956年与美国华裔物理学家杨振宁共同发现，在基本粒子的弱相互作用下宇称不是守恒的，揭示了宇称守恒定律并不普遍适用。他们的重大发现，是具有卓越的开创性的成果，并于1957年共获诺贝尔物理学奖。

整个科学的发展与全人类的文化是分不开的，在西方是如此，在中国也是如此。

可是科学的发展在西方与中国并不完全一样。在西方，尤其是如果把希腊文化也算作西方文化的话，可以说，近代西方科学的发展和古希腊有更密切的联系。古希腊时也和现代的想法基本相似，即觉得要了解宇宙的构造，就追问最后的元素是什么。大的物质是由小的元素构造的，小的元素是由更小的粒子构造的，所以是从大到小，小到更小。这个观念是古希腊时就有的（就是希腊字），一直到近代。可是中华民族的文化略有不同。我们是从开始就感觉到，微观的元素与宏观的天体是分不开的，所以中国人从开始就把五行与天体联系起来。五行的一个很原始的看法，那就是金、木、水、火、士。

可是在很早的时候，中国就有相当重要的科学观察结果，在全世界恐怕最早的即是超新星的观察。全世界最早的有关新星的记录，是甲骨文，原件在台湾中央研究院。这个名词是中国人定的，这是在公元前1300年，是全世界最早的记录。世界上最早最全面的超新星记录，是在宋朝1054年发现的。

中国很早的时候就有科学的仪器。这是商朝的悬机，大概是玉做成的。把它的中间架在一个架子上，当中一头对北极，而天是在转的，北极是不动的，因此这个星体正好是北斗。张衡的浑天仪是自动的，它有水源来推动，用齿轮的方法，自己会动，整个是自动的。第谷·布赖的观天仪器是1598年，张衡是125年，之间相差了1400多年。

从迈克尔逊和莫利的实验就产生了相对论，从普朗克的公式就产生了量子力学。到了1925年，整个基础科学的了解被人们完全操纵住了，之间还有第二次世界大战，到了1950年初，原子结构、分子物理、原子核能、半导体、超导体、计算机，这些20世纪的文化都已产生了。

如果没有量子力学，没有相对论，就没有20世纪的文件。再过了20年，70年代末，80年代初，这些理论已达到顶点。回顾以上一段科学史，可知基础科学、应用科学与我们的物质文化的关系是何等紧紧相扣、不可分割。我们现在正处在20世纪末，当我们面向21世纪时，不禁要问，什么是21世纪的科学文明呢？什么是现在面临的最重要的问题呢？这是今天我要讲的主要问题。

中国从商朝到汉朝，科学文明一直是走在前列的，为什么到明末清初（17世纪）中国的科学却落后了，文艺复兴完全在西方发展？道理之一是在物理上、在科学上。我们觉得所有的物质的动因、它的原理是由一些根基本、很简单的理论操纵的，我们能找出这些原理，就可以知道一切东西的原理，如19世纪的电磁理论和20世纪的相对论和量子力学。18世纪很难了解19世纪的文化，在19世纪根本无法想象20世纪的文化。同样，我们20世纪也很难猜测到21世纪的科学文化是什么。所以我提出，如何恢复中华民族在科技界的地位。在19世纪前，无疑中国是处于领导地位，今天不是。这里的主题至少有两个，第一个是要了解基础科学和应用科学的机制关系；第二个是当我们展望21世纪时，我们必须要了解当代科学的大问题，了解了这些大问题，才有可能突破，其他问题才迎刃而解。了解当代的大问题对于了解21世纪的科学发展无疑是有帮助的，当然，这只能是猜测。

当代的科学大问题，可以与19世纪末相当的大问题。在宇宙学里有两个：一个是类星体，一个是暗物质；粒子物质学里有两个：一个是对称破缺，一个是不可见夸克。若能了解这些问题，将对21世纪的科学发展产生重大作用。

下面谈一下暗物质。所谓看得见的物质是指用光学、红外、放射等手段，即凡是用仪器能推出有能量的物质。然而，我们发现，在银河系里，有个叫作星系群的圆球，里面有20个像银河系那样的星体，通过研究整个星系群里每个星云的运动可以推出地心引力，从地心引力里求出来，就发现在星系群里，有34的物质是我们看不见的，这就是暗物质。暗物质有很高的能量产生，有相当的普遍性。但我们不知道其原因何在，来源如何。以上两个就是当代天体研究上的大问题。

我们了解的理论，如量子色动力学、爱因斯坦的普遍相对论，所有这些理论有17个参数，都是对称出来的，可是在我们的宇宙里，对称的量子数是不守恒的。其中第一个重要发现就是宇称不守恒，现在还有不少东西不守恒。这就很奇怪，我们的很多理论是根据对称产生的，可是为什么我们的世界又是不对称的，这是非常奇怪的。那么是否我们相信对称就是错误的呢？不然，我们有很充分的实验证据表明，我们这个宇宙、我们这个世界是不对称的，这两个是非常奇怪的现象。这表明现有的全部知识是很不全面的，一定另外有一个力，这个力是推翻对称的。这个力是什么？我们不了解，它的存在我们知道。现在我们认为，真空在里面起作用。真空与以太不同，它是洛伦兹不变的，可它有很复杂的性质，真空很可能是可以变化，如果我们了解了不对称的来源，很可能我们可以了解质量的来源，包括暗物质。

第二个谜即看不见的夸克。所有的强子、核子是由夸克来的，有强作用。所有的强子都是由夸克构造的，但单独的夸克是看不见的，从来没有人看见过，这也是很稀奇的。但若你据此说夸克观念是错误的，那就不然。我们有充分的实验证据表明夸克是存在的。我们知道其质量不大，但就是看不见。所以，为什么一切强作用的物质是由夸克组成，而为何夸克又看不见，这是当代的一个很大的奇怪的事情。

现在我们猜不到21世纪的文化是什么，就如同在19世纪我们猜不到20世纪的文化将是怎样一样。同样，若我们真能激发真空的话，很可能我们对宇宙的了解要远远超过20世纪。将来的历史会写上：是在我们这个时代，把微观的世界和宏观的世界用科学的方法连结起来。

一个文明社会能生存多久

作者：鲁道夫·基彭哈恩

对于有生物栖息的行星，自然是只有当我们能够以某种方式和他们联系交往时，我们才感兴趣，而无线电信号似乎是这种联系的唯一可能办法。因此我们要问：银河系内这100万行星之中，有多少具备发射无线电信号的技术水平？如果这些地球外生物只要存在就不断发射信号，那么我们就会面对大致有100万个发射着信号的行星。可是蓝藻并不会发射无线电信号，而已经被原子弹毁灭了的智慧生物当然也无声无息。这样算来，合格的就只剩很小一个比例了。也就是说，这100万行星之数，既要考虑到一个文明社会具备发射信号的能力这段时期所占的百分比，还要估计到该处生命能维持多久。

这就说到了最大的不定因素！我们只能以自己这一文明社会的经验作为依据。我们达到能向空间发送信号技术水平，至今不过短短几十年。可是几乎同时，人类就初次造出了只要一次打击就足以灭绝全球一切生命的大规模毁灭性武器。我们人类将会动用这种手段吗？难道一个技术文明社会充其量只有几十年功夫能向空间发送信号，接下来便是自我毁灭吗？然而，我们甚至连正式的发送都还没有开始。我们还没有制订出有目的的有步骤地向宇宙空间发射信号的科研规划。不过，让我们乐观地假定一个文明社会是能够正确解决面临的问题的。不妨设想它会过上100万年的和平富裕生活，因而既能有充分雄厚的财力投入奢侈项目，也有足够的兴趣，在这整段时间向宇宙空间发送功率强大的无线电信号。这样算来，银河系中100万个有生物居住的行星之中只有100万年40亿年100万个。

也就是250个行星目前在发送信号。再假定这些行星是均匀地分布在银河系中，那么相邻两个发信号的文明社会之间的平均距离约为4600光年。我们发出的信号要飞行4600年才能传到离我们最近的发信号的文明社会，要等回音到达，则从头算起共需9200年。由此可见，抓住天仓五和天苑四那样两颗邻近恒星去搜寻简直是大海捞针，因为发信号的行星正好出现在它们身边的概率实在是太小了。看来明智的做法除非是搜遍4600光年内所有的类似太阳的单星所发送的信号。

圣经中的巴别通天塔自建造以来还不到4000年。如果一个文明社会生存并且发出信号的年代就限于这样一段时间，那么照上面的算法可得，银河系百万栖息生物的行星之中，当前正在发送信号的只有4000年40亿×100万个。

也就是只有一个。这意思是除了我们自己以外，眼下在整个银河系中最多还有一个别的文明社会可能会发出信号，要是一个文明社会发送信号的年限只有1000年甚至更短，那么我们用射电望远镜去深探银河系，苦觅智慧知音就难免成为徒劳之举。

我们提出了银河系中地球外生命的问题，我们回到了人类在地球上继续生存的问题。

科学的普遍性与国际合作

作者：卡洛·卢比亚

卡洛·卢比亚（1934——），意大利物理学家。生于戈里齐亚。曾在比萨大学学习，并获博士学位。现任美国哈佛大学教授。他与荷兰物理学家范德梅尔共同发现了弱相互作用的传递场粒子和。由于这一重大贡献，二人于1984年共获诺贝尔物理学奖。

现代科学方法问世于17世纪的伽利略时代，然而，只是到了18世纪后期和19世纪之初，自然科学才得以迅速发展。

在此期间，被公认为促进了这一过程发展的，是一些大学中少数出类拔萃的科学家，他们的影响迅速而广泛地遍及整个欧洲。这一发展，在很大程度上是基于如下的事实——修业于各自选择的大学里的年轻学者们打破了国家界线——从伦敦、巴黎到圣·彼得堡，从厄普萨拉到波洛尼亚，形成了早期国际性合作的雏型。与此同时，西方的工业化也在上个世纪得到了发展。科学与新兴工业之间的联系慢慢地在增加。其中最早的例子是称为上个世纪"高技术"的德国的化学工业，当时已为国际领先。这一发展经历，同时也使德国成为一个最早由政府参与创办较大规模研究机构的范例。他们扩充了大学教育系统，建立了凯撒·威尔海姆研究院，即今日人们所知的麦克斯·普朗克研究院。该院即建于1911年。

表明本世纪第一个25年间欧洲科学力量的例证之一，是在总共71位诺贝尔物理学、化学和医学奖获得者中，有68位是欧洲的科学家。

本世纪第二个25年间欧洲发生的灾难性事件，以及这一事件对科学活动的种种影响，这里就不必赘述了。然而，正是在第二次世界大战期间以及其后的年代里，人们终于普遍地认识到，科学对民用和军用产业的发展所产生的至关重要的作用。

美国政府迅速增加了对大规模自然科学和生物医学研究的支持。据估计，大战结束后不久，美国的科研预算已达当时全世界研究经费总额的一半。这些财力物力投资，加上这个国家的幅员辽阔和科学家们充分的自由交往和自由流动，使得美国在本世纪第三个25年期间在许多科学领域内成就卓著。

在其他工业化国家以及许多发展中的国家里，也一直存在着类似的情形。但与美国相比，只是发展得慢一些。但是，在同一期间，一种新型的、具有革命性的进行基础研究的方法已扎根于古老的欧洲大地，在经历了战争的创伤之后，倔强地形成了新的特色：即强有力的科学合作国际化运动——这一观念在当今如此流行——而在当时却根本无人知晓。其中一个突出的例子是，即设在日内瓦的欧洲原子核研究组织。该机构迄今已有30年的历史，目前支持着4500名在基本粒子领域内从事研究的科学工作者。