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[学者笔谈]曹庄琪:与自然分享简单美

日期:2012-04-16 阅读:1322

[编者按] 继2011年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后,从2011年10月起,我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者,重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践,旨在弘扬科学精神,激荡人文情怀,回归学术本位,浓郁学术气象,全面提升交大学术的影响力和传播力。

■ 认真严谨、细致缜密的科学态度是从事科学研究工作人员必需的素质,只有具备这种科学态度,才能在科学研究的道路上取得非凡的成就。

■ 每一项伟大的事业都是先从自信开始,并由自信跨出第一步。

■ 做学问要钻得进去,跳得出来,才会有创新的思维。

■ 用简单和美观的数学公式来描述我们研究对象的运动规律,是科学研究人员的一项重要使命。

   

如果从1970年进入核物理研究所从事科研工作算起,我在学术研究的道路上已经跋涉了40多年,时间不可谓不长。扪心自问,工作也不可谓不努力,但至今仍然辛勤不辍,不断求索。但作为一个常年耕耘在知识沃野的学者,把自己遨游学海的经验和心得作一梳理,自认为对启迪、滋养后辈有所裨益,遂倾囊而出,希望对大家能有所启发。

来不得半点马虎

首先,我想跟大家分享一个被誉为“中国核武器之父”的王淦昌教授的小故事。记得那是在1971年秋,我当时在西南核物理研究所工作。有一天下午接到通知,说王淦昌教授将来研究所检查工作。他当时是二机部副部长兼中国原子能研究所所长,是国内外享有盛誉的核物理专家。原以为他来参观指导,无非就是听听报告,参观询问,会像走过场一样。没有想到他正好来到我所在的小组检查,而且指名要听我的汇报。我当时是一个刚刚参加工作的实习研究员,见到这样一个大教授,紧张得满头是汗,作汇报时有些语无伦次。但王淦昌教授十分和蔼可亲,像一位年长的师长一样,跟我聊起了家常。让我更没有想到的是王教授的严谨认真、细致缜密的科学态度,只见他拿出备好的笔记本,把我介绍的情况一字一句地记录下来,而且还不止一遍地提出问题和改进的建议,临走时还鼓励我要认真工作,多向老的研究人员学习、请教。

作为一位大科学家,王淦昌教授一丝不苟、严谨认真的科学态度让我一辈子铭记于心,使我受益终身。它让我经常联想到在日常工作中,我们往往习惯于拖拖拉拉、马马虎虎的工作作风。对一个科学工作者来说,如不认真严谨, 细致缜密, 科研中常常会出现重大失误。举个例子,英国物理学家克鲁克斯在研究阴极射线时,曾发现抽屉里密封的胶卷莫名其妙地感光的现象,但他对此现象没有进行认真研究,就认为是胶卷的质量不好,要求厂家承担经济损失,结果他得到了一大笔赔偿。不久,德国物理学家伦琴也发现了这种现象,他通过认真细致的研究,认为这是一种穿透能力极强的射线的作用,并把它命名为“X射线”,为此,他成为第一个获得诺贝尔奖的科学家。克鲁克斯至此才恍然大悟,悔恨自己当初粗心大意,但已悔之晚矣!

我认为,严谨认真、细致缜密的科学态度是从事科学研究工作人员的必需的素质,只有具备这种科学态度,才能在科学研究的道路上取得非凡成就。

做科研要记住三件事

千帆竞发,百舸争流,中国进入新千年以来,经济社会取得了长足的发展,各项事业欣欣向荣、蒸蒸日上。但由于历史及其他多种多样的原因,在很多研究领域,核心技术方面还有很大的欠缺。很多高档仪器和设备都从国外购买,造成国家大量外汇流失,如何解决这个问题,已成为当前刻不容缓的任务。这就要求我国的科研工作者在当今世界科学技术异常激烈而残酷的竞争中,时时处处恪守科学求实的精神,勇于创新, 摈弃一些已经僵化的保守思想,在激烈的国际竞争中占有一席之地。

但对刚刚进入科研领域的工作人员来说,一般在思想上还处于比较模糊的状态。如何开拓创新当然不是一件容易之事。但我认为有三件事必须坚持,才能在科研创新的道路上有所作为。

一是要相信自己,不迷信权威。“天行健,君子以自强不息”,这是我国古代的文化瑰宝《周易》里的一句话。在五千年文明史上,中华民族之所以能够久历众劫而不覆,遇衰而复振,并不断地传承和发展壮大,根源一脉传至今,是与我们民族的自强精神息息相关的。自强源于自信,“自信”是一个科研工作者的必备素质,在科学探究上,缺乏自信、人云亦云,甚至心里有一些自卑感的人是不适合在科研道路上登攀的。传说中,女娲抟黄土做人,应该是公平的,她做的每个人都有四肢和头脑,每个人都是她的一件作品。当然我们不能据此说明每个人都是平等的,都有我们自身的天赋,但我们千万不要小看自己。所谓权威,其实只是在认识新事物方面走在前面的少数优秀的科学家,与他们相比,他们仅是先行者而已。我们可以相信、学习,但决不能迷信权威,因为科学的道路永远尽头,对真理的探究也永无止境。科学界不迷信权威,敢于发问,敢于挑战权威的例子不胜枚举。科学在不断向前发展,我们没有理由完全地迷信权威,以至于束缚自己的思维,凡事都要认真地从正反两个方面去思考,得出自己的正确结论,走出一条属于自己的路。

每一项伟大的事业都是从自信开始,并由自信跨出第一步。

二是选准方向,不要轻易变动。我们搞科学研究的人要选准一个研究方向,选择方向实际上是一件非常困难的事情。既要考虑前瞻性、先进性,又要顾及自己的研究基础和现实可能性。经过大量的调研和分析,我们需要从复杂的信息中理出头绪,找出存在的问题,确定自己的研究方向,这就是开拓创新的开始。

记得扬州八怪郑板桥曾有一首咏竹诗:“咬定青山不放松,立足本在破岩中。千磨万炼仍坚劲,任尔东南西北风”。这首诗形象地为我们描写了竹枝不畏坚韧、顽强生长的性格。从这里也使我体会到做任何事情要有竹枝“咬定青山不放松”坚韧,勇往直前,锲而不舍才能获得成功。

然而,现实中许多人却不是这样,往往这山望着那山高,在研究方向的选择上,也是随着学界的热点频繁地更改方向。一遇到困难,就打退堂鼓,做一个,丢一个,始终无法形成具有自己风格和特色,在研究方面也是浅尝辄止,这样的研究又怎么可能做出具有创新意义的成果呢?

三是既能钻进去,又能跳出来。选准一个研究方向不容易,但要在你选定的领域内做出成绩更不是一件容易的事。我们一定要抛弃一切杂念,静下心来,认认真真地思考,深入分析你要解决的问题,这个过程是很艰苦的。马克思说:“在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点”。这个道理简单而深刻,但要有所收获,必须付出巨大的努力。由于现代科学的学科分得越来越精细,科研人员往往立足于本学科的小环境,很容易在一些现象的细节中而不能自拔,对客观事物的认识难免有一定的片面性,正所谓“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。它给我们的启发是:观察事物,如果不是处在错综复杂的事物之外,就不能真正认识事物的本来面目。因此,有时候还需要你把握好时机,勇敢地跳出你研究领域的界限,学会从其他角度思考问题,往往会有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的感觉。科学的发展历程中不乏这样的例子,本学科无法解决的问题,往往以可在其它学科的研究中得到启发而获得正确的答案。因此,做学问既要钻得进去,又能跳得出来,这样才会有利于形成创新的思维。

学科交叉需破瓶颈

近代和现代科学发展的历史表明,科学上的重大突破、新的生长点,乃至新学科的产生,常常是在不同学科的彼此交叉和相互渗透的过程中形成的。

通过对诺贝尔奖分析,发现几乎所有的诺贝尔获奖成果都是学科交叉的产物。例如,发现DNA双螺旋结构的这四位科学家只有Watson毕业于生物专业,Crick和Wilkins则毕业于物理专业,Franklin则毕业于化学专业,他们具有不同的知识背景,在同一时间都致力于研究遗传基因的分子结构,在既合作又竞争、充满学术交流和争论的环境中,发挥了各自专业的特长,为DNA双螺旋结构的发现作出了各自的贡献,这是科学史上由学科交叉产生的一次重大科学成果。

近年来,学术界比较提倡跨学科研究,学科交叉已经成为一种研究趋势。但真正要做到不同的学科之间的交叉和合作,实际上困难重重。学科专业的设置障碍,学术评价制度的障碍等像一座座森严的壁垒,使得不同学科的交叉很难成为一种很好的科研载体。因此,从国家和学校的层面上,都应研究鼓励学科交叉和合作的机制,比如建立交叉学科研究院,重点资助交叉学科的研究等。而对科研工作人员而言,应重视与研究相关课题的不同学科人员之间的交流,通过走出去、请进来的方式进行近距离的交谈,可能一次、两次的交流没有效果,但经过多次的交流就可能找到合作的契合点,奠定好合作的基础。

与自然分享简单美

大道至简,尽管物质世界多姿多彩,纷繁复杂,但其运动所遵循的规律都可以用简洁的数学语言来描述。牛顿说过:“自然界喜欢简单化,而不爱以什么多余的原因来夸耀自己”,爱因斯坦也曾经说过:“上帝只会用美的方程来设计宇宙,诠释自然”。看到一个学生推导的公式复杂而冗长,爱因斯坦会毫不客气地说:“好丑”!

物理理论的表达式虽然简洁,美得令人赏心悦目,但其所体现的物理内涵的深刻,则更令人记忆深刻,耐人寻味。比如,牛顿运动定律,其物理内涵可包含大至宇宙、天体的变化,小到分子和原子的运动。而麦克斯韦方程不仅科学地预言了电磁波的存在,而且揭示了光、电、磁等现象在本质的统一性。由于麦克斯韦方程优美的对称形式,爱因斯坦称麦克斯韦为“科学的艺术家”。

我想,用简单、美观的数学公式来描述我们研究对象的运动规律,是科学研究人员的一项重要使命。

学者小传

曹庄琪,现为上海交通大学物理系教授,1968年12月毕业于哈尔滨军事工程学院原子工程系;1969年3月至1979年8月,在西南585所工作;1982年3月于上海交大物理系获得硕士学位并留校任教至今。1990年底,获英国皇家学会基金资助,赴英国格拉斯哥大学电子工程系访问,1992年回国。同年被上海交大物理系聘为教授,1996年聘为博士生导师。

曹庄琪教授的研究领域为导波光学、光波导器件和表面等离子波等。自2000年以来,主持国家自然科学基金重点和面上项目5项,已在国内外著名学术刊物发表论文200余篇,授权发明专利20余项,已出版专著《导波光学中的转移矩阵方法》、《光波导技术物理基础》、《导波光学》和《一维波动力学新论》。曾获教育部科技成果二等奖、上海育才奖和国务院特殊津贴等奖励。

曹庄琪教授现担任的学术职务有:《光电工程》和《上海交通大学学报》编委;《Chinese Physics Letter》特约评委;中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会常务理事、高级会员;中国光学学会光电专业委员会常务委员;上海交通大学学术委员会委员。

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