关于重大基础理论开创性-邢修三

关于重大基础理论开创性

研究的思考

邢修三（2010.3.15）

一、时代在呼唤科学大师

二、重大基础理论成果的体现

三、如何能取得重大科研成果

四、本人三个领域理论成果简介

五、小结

一、时代在呼唤科学大师

近代科学史表明，一个重大基础理论的出现，能改变人类的思想认识，引领世界科技发展。进化论，周期表，经典力学，统计热力学，电动力学，相对论，量子力学，信息论等就是各有关学科领域的重大基础理论。达尔文（华莱士）、门捷列夫、牛顿、克劳修斯、玻尔兹曼、麦克斯韦、爱因斯坦、普朗克、海森堡、薛定谔、狄拉克、香农等，则分别是这些理论的创建者。他们是顶级的理论大师。他们书写了科学史。他们的理论、方程、公式和模型等，构成了人类科学大厦的基石，长期为后人学习和应用。

我国近代科学落后。建国以来，我国在经济、军事、工业、农业、商业、科技等很多领域都取得了辉煌成就。但在基础科学领域，特别在基础理论领域，我们开创性的重大成果却寥寥无几。引用温家宝总理的话，则是“我国培养出像李四光、钱学森、钱三强那样有重大成就的杰出人才太少。”钱学森为此一再提问：“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”更有甚者，在自然科学领域，我国迄今尚未诞生过深刻影响人类文明进程的系统的基础科学理论。一个两千多年前就产生过大思想家孔子、老子、孙子等的民族，岂能在现代基础科学理论领域永远落后！

伟大时代呼唤着伟大人物的出现。今天，是我们中华民族全面复兴的时代，是党中央号召我国要成为创新型国家、要出一流科学家和科技领军人才的时代，是全国上下热切期待科学大师辈出的时代，我相信，随着我国教育体制和科技体制的不断改善及我国科学精英使命感的不断提高，我国定能不断产生自己的科学大师、新时代的达尔文、门捷列夫、牛顿和爱因斯坦等。中国人书写科学史，中国人的理论、方程、公式和模型等引领世界科技发展的时代一定会到来。

二、重大基础理论成果的体现

何谓重大基础理论成果？答曰：解决重大基础理论问题的成果。根据科学史，特别是物理学史，以实验为基础的物理学、生物学、信息科学等学科为例，重大基础理论成果，主要体现于下列几方面（数学属于另一类型，不在此类）。

1、新思想

一切科学革命都从新思想的提出开始，如日心说、进化论、能量守恒、熵增加、能量子、时空相对性等。在物理学领域，通常这些新思想还有定量的数学表述。

2、方程

这儿方程是指微分方程或微分积分方程，可分为基本方程和次级方程。

2.1、基本方程

以物理学为例，基本方程是物理基本运动（演化）规律浓缩成的数学表述，是物理学基本理论的核心和框架。300多年来，千变万化的物理现象，都受少数物理基本方程支配。迄今为止，物理学基本方程不超过十个，如牛顿运动方程、麦克斯韦电磁场方程，薛定谔方程，狄拉克方程，爱因斯坦引力场方程，杨（振宁）—米尔斯规范场方程等。其他基础学科的基本方程则是其他科学基本运动（演化）规律的数学表述。

2.2、次级方程

它们最终可由基本方程推导出。与基本方程相比，它们的应用范围和重要性较小，数目较多。如玻尔兹曼方程、热导方程、纳维—斯托克斯方程、波动方程、拉普拉斯方程等。

3、公式

公式，偶尔亦有人叫方程（应叫代数方程），是描述物理系统或其他科学系统的几个重要特征量之间的关系式，是科学规律的另一种表述。最重要的公式，如牛顿的万有引力定律公式，爱因斯坦的质能转换公式，普朗克的能量子公式，海森堡的测不准关系公式，玻尔兹曼的熵公式，香农的信息熵公式和通信公式，齐奥尔科夫斯基的火箭公式等。各学科还有其他好多公式，但大都没有这些公式重要。

4、模型

原子太阳系模型、DNA双螺旋结构模型、地学板块模型，这三者是普适性最广泛的三大模型。再如基本粒子夸克模型、原子核壳层模型、固体中位错模型等。此外，各学科还有好多自己的模型。

5、自成体系的理论

如弹性理论、半导体理论、激光理论、固体力学等，他们中既无革命性的新思想，亦无物理学中的基本方程。它们是物理学基本理论与本领域的实际规律相结合而形成的各种特殊理论，在本领域起着指导作用。

革命性的新思想、基本方程（包括少数重要的次级方程）、重要公式和模型，它们是重大基础理论的精华。它们及其创建者都将载诸科学史册。

评价一个理论家在科学上是否有重大成就的唯一标准就是看他是否解决什么重大理论问题。理论大师，应有重大理论成果。只有论文，不论多少篇，也不论在什么（国内外）科学杂志上发表，却就是说不清道不明解决什么重大理论问题，在科学史上恐怕很难有什么地位。

三、如何能取得重大科研成果

中外科学大师及其他行业杰出人士取得成就的精神素质、思路方法和经验教训却表明下列因素和方法可能有决定性影响。

1、树雄心、立壮志、明确理论奋斗目标

纵观那些有杰出成就之人，大都雄心勃勃，志向远大，强烈追求事业有成，而且奋斗目标明确。雄心是永恒的特效药，人生一切奇迹的萌发点和内在精神动力，促使人不断对准高目标冲刺，从而实现心想事成。若你想在理论上有所成就，可否进一步明确多大成就？解决多大理论问题？什么问题？试看那些理论大师的雄心、奋斗目标及其成就吧。达尔文20多年奠定了生物进化论；门捷列夫20年给出了元素周期表；麦克斯韦10多年建立了电磁场理论；爱因斯坦10年创建了狭义相对论、8年独创了广义相对论、最后30年献给了未建成的统一场论等等。再看国内的陈景润，文化大革命前，住房不超过10平方米，却专心致志、奋力拼搏，取得了哥德巴赫猜想1+2的重大成果。

改革开放30多年来，我国可谓太平盛世、经济高速发展，社会稳定，政治宽松，思想自由，绝大多数知识分子衣食无愁，不仅院士、教授、甚至多数副教授的经济条件恐怕都比陈景润当时的好，尽管如此，却未听说数学界有几个人取得了比陈景润更重大

的成果。实际上，不仅数学界，整个基础科学理论领域，重大创新成果都很少。这难道不值得知识精英阶层自我反思吗？

科学上成就一番大事业，通常都要消耗掉一个人十多年甚至几十年的精力，而且要全力以赴。若你把头衔与钱看得过重，当想到别人头衔提升得比自己快，钱拿得比自己多，就坐不住、睡不着、心神不宁，那能与科学大师有缘吗？人生大都有得有失。你这一生主要想要什么？若你什么东西都想要，都要耗精费神，其结果必然是什么东西只能得到一点，不能很多。在当今物欲横流、急功近利的中国，只有那些真正热爱科学理论、奋斗目标明确而又把世俗东西看得较淡的人，才有希望攀登到科学理论顶峰。

2、要有战略眼光、抓准重大科学问题

科学问题，有大有小。如同一棵树，最大的是树干，次大的是树枝，最小的则是细枝末节。一个学科中各个问题的位置亦是这样。细枝末节的小问题（以及那些既无基本理论意义又无应用前景的问题），即使出了百篇论文，亦不会对科学有什么大贡献，甚至根本没多少人看。大问题，一篇论文，就可能开辟一个新领域，甚至长期影响人类（如爱因斯坦的狭义相对论论文、狄拉克的狄拉克方程论文、麦克斯韦的电磁场方程论文（三篇））。不仅如此，任何一个小问题都可消耗掉一个人毕生的精力。短暂的人生，有限的精力，面对无穷无尽的科学问题，如何能做出卓有成效的贡献？这首先取决于是否有战略眼光、抓准重大科学问题。试看古今中外科学大师，有谁不是因为抓准重大科学问题并最终解决而功成名就。

领头找宝的人，一是要识宝，二是要知道往何处找。一个高级学术领导人必备的本领就是要有战略眼光，要能判断出那个科研方向有前途，那个问题能取得重大成果甚至知道如何做才能取得成果。二次世界大战后，在电子、原子结构和核物理等研究领域都扮演了领导角色的英国剑桥大学卡文迪什实验室，由于经费短缺，难以继续从事核物理研究，面临着研究方向何去何从的困境。当时的实验室主任布拉格，当机立断，将研究方向从纯物理转移到当时尚无端倪的射电天文学和生物大分子结构的跨学科研究。结果，布拉格的远见使得卡文迪什实验室又在这两个新兴学科上取得了辉煌成果，发现了DNA双螺旋结构，类星体，脉冲星等，造就了一大批诺贝尔奖获得者。布拉格的这种远见卓识的战略眼光，是值得每个不具有这种本领但却渴望取得成就的学者特别是高级学术领导人潜心学习的。

3、勇于创新、百折不挠

科学家的一个重要素质是对于自然界原始奥秘的好奇和探根求源。所有基础科学上的重大成就，归纳起来就是四个字：重大创新（发现）。要发现科学上的新理论，通常是靠那些热衷于思考新概念、精神奔放不羁、敢于打破常规、乐于向传统观念造反的人来完成。

要创新，就要有勇气、狂劲、冒险精神和信心。要敢于打破常规，大胆提出新假设，不怕失败，不怕别人反对。做第一个，做开创者，总要冒险。科学大师只能是那些敢于冒险、勇于开创的人。真正的大师是要敢于把非主流变成主流。热衷于追时髦，赶浪头，哪儿热闹往哪儿跑，老是跟在外国人后面大抄小改，即使论文等身，最多也只能是二流三流而已。

要创新，就要有新思想，甚至是奇思妙想。多想出智慧。科学上的新思想、新概念，是买不来的，更不能是偷来的，而是在已有实验和前人工作基础上长期朝思暮想、想、想、想出来的。只有长久的沉思，才有瞬时的顿悟。诚所谓“众里寻他千百度，暮然回首，那人却在灯火阑珊处”。