丁肇中讲述的五个故事

丁肇中讲述的五个故事

美籍华裔物理学家丁肇中邀请新上任的外交学院院长

吴建民（原驻法大使）到他家里做客，吴院长向丁教授提了一个要求，请丁教授到外交学院讲课。丁教授欣然同意了。

外交学院为什么要请著名的物理学家丁肇中教授讲课呢？吴院长说：“道理很简单，优秀的外交官是通才，而不是专才，是杂家，懂的世界很广，特别是对科学的理念要有一定的认识。”丁教授所要讲的是对过去３０年物理研究的回顾。他现在正在国际太空站搞一个实验，就是AMS（Ａlpha Magnetic Spectrometer阿尔法磁谱仪），研究有没有反物质。吴院长曾问过他一个问题：“你怎么想起这个点子的──反物质？”他说：“我是在家里散步的时候想出来的。”他家里有个小树林，他经常在那里散步。演讲前，吴院长问教授，“你怎么把一个非常复杂的问题用简单的话给大家讲清楚？”教授回答说：“真理总是很简单的。”

我非常高兴到这里来介绍我做什么：我是花钱最多、经济效益最少的人。我说的事情就是“寻找宇宙中最基本的结

构”。

在中国的古代对物质基本结构有两种不同的看法，一种看法认为最基本的结构是粒子，粒子是可以数得出来的；另外一种认为宇宙中最基本的结构是连续性的。粒子的观念起源就是阳和阴。连续性观念是公元前６００年道家创始人老子提出的。他认为最基本的东西是永远摸索不清的。在过去的两千年里，西方国家对基本粒子也有不同的看法。在两千年以前，西方认为土、气、水、火是最基本的东西。１６世纪，认为最基本的东西除了土、气、水、火以外，还有水银、硫磺和盐，变成了七种。在一百年以前，所有的科学家都认为我们已经知道宇宙中最基本的东西就是化学元素，制定了所谓周期表。上世纪６０年代，我们认为宇宙中最基本的东西是原子核，也有一百多个。到了６０年代末期，我们认为宇宙中最基本的东西不是原子核，而是好几百个基本粒子。现在我们认为宇宙中最基本的东西是六种夸克和三个轻子。所以，第一个观念是：物理上的真理是随着时间而变的。

现在我向大家介绍一下我所经历的实验物理和我的体会。我向大家说五个故事。

做科学的人，不要盲从专家的结论。

第一个故事，就是测量电子的半径。

大家都知道电子是一百年前由英国人汤姆逊（Joseph John Thomson）发现的。电子是我们日常生活里面最重要的，我们每个人天天用的任何东西都是由电子传输而来的。电子的半径是多大？１９４８年，有一个电子理论称电子是没有半径的。１９６４年，哈佛大学和康奈尔大学的专家们证明电子的半径是１０～１３厘米。那时，我刚拿博士学位，觉得这个实验太重要了，所以我就决定重复这个实验。１９６６年我在德国用不同的方法重做了这个实验，发现电子的半径确实小到不可测量，这是我的结果。实验的结果和理论推测完全符合电子半径为零的理论。这是我的第一个实验。现在人们测量的结果是它的半径小于１０～１７厘米。我的第一点体会：对于一个做科学的人，不要盲从专家的结论。因为我没有做这个实验以前，另外几个实验都是由世界上最有名的专家所做的，但结果都是错的。

要对自己有信心，做你认为正确的事

第二个故事，发现新粒子。在６０年代末期，人们对宇宙的观念是这样的：原子外面有电子，原子里面有原子核，原子打开有粒子，粒子打开有夸克。所以我的第二个故事就是讲新粒子家族的发现。到了７０年代，已经知道的基本粒子已经有好几百个，都可以归结为由三种夸克所组成。我就问：为什么宇宙中间只有三种夸克？为了寻找新夸克，我决定建立一个高灵敏度的探测器。７０年代初期，我设计了一个实验，目的是寻求新粒子组成，这个实验要求的精确度是非常高的。比方说，北京或者日内瓦下雨的时候，每秒钟有一百亿个雨点，假使有一个是红的，你要把这个红雨点找出来。这个实验不受物理学家的欢迎，因为学理论的人都说，所有已知的物理现象都可以用三种夸克解决，你这个实验是没有意义的。所以，他们认为世界上没有人能做出这样困难的实验。这个实验几乎被世界上每一个加速器实验室所拒绝。到了１９７４年，我们在美国纽约的布鲁克海文（Brookhaen）验室完成实验后，就发现了新粒子，发现新粒子后很快又有了新的发现。所以说有新的物质存在，这是由

新的夸克组成的，因此只有三种夸克的观念是错误的。现在我们已经知道至少有六种不同的夸克。我的第二个体会就是：做基础研究，要对自己有信心，做你认为正确的事，不要因为大多数人的反对而改变。这可能是和外交不同的地方，因为科学的进步是多数服从少数，别人的意见是没有意义的。

做科学，要对意料之外的现象有充分的准备。

第三个故事，是胶子的发现。大家还记得在中学念书的时候都学过，原子外面是电子，中间是原子核，电子和原子核中间的力量是由光来传输的。在７０年代，我们知道，原子核里面有夸克，那夸克里面的力量是怎样传输的呢？理论上说是由胶子来传输的。实验的结果表明，胶子果然存在。这就很快、很简单地把一个很重要的物理现象发现了。所以，第三点体会：做科学，要对意料之外的现象有充分的准备。

善于进行国际合作。

第四个故事就是国际科学合作。我们知道宇宙是由类电子组成的，就是说有六种夸克和三种电子。第一个问题是：到底有多少电子？为什么只有三种？电子有多大？电子能

不能分成更小的东西？到底有多少种夸克？夸克有多大？

夸克能不能分成更小的粒子？为了做这个实验，过去２０年里我一直在西欧核子中心工作。我们在实验室里制造宇宙诞生最初一千亿分之一秒的情况。这是一个国际合作，有韩国、中国（包括台湾）、印度、苏联、欧洲国家和美国等２０多所大学、６００余名科学家参加实验，有大概５０个研究室。当时恰逢冷战，但仍是由美国、苏联、中国和欧洲国家参加的一个大型国际合作。实验开始的时候，只有１５个国家，做到一半，苏联解体了，就变成了１９个国家。经费的１／３来自美国，１／３来自苏联，还有１／３来自欧洲。目前发现，宇宙中只有三种不同的电子。电子是没有体积的，根据人们现在的认识，它的半径小于１０～１７厘米。大家想一想，这是非常奇怪的现象：我们天天用电，已经用了一百多年了，但却永远找不到电子的半径是多大。你晚上要是把眼睛闭起来想一想，这是非常奇怪的现象。夸克也是没有体积的，半径小于１０～１７厘米。很多中国科学家参加了我的工作。除了科学研究以外，对我个人来说，比较高兴的就是，这个过程中诞生了很多很有成绩的科学家。我的第四点