溫景嵩：“西風(fēng)凋碧樹”境界之溫解

　　《創(chuàng)新話舊》第1章(2)

　　1．1．2 第一境“西風(fēng)凋碧樹”

　　1．1．2．1 “西風(fēng)”和“碧樹”的新解.

　　第一境“西風(fēng)凋碧樹”的境界，乃懷疑的境界，批判的境界。此處之“西風(fēng)”與“碧樹”要做新的解釋。對于從事自然科學(xué)基礎(chǔ)理論研究的人而言，你就是“西風(fēng)”。你所從事的研究領(lǐng)域中的一切現(xiàn)存知識、學(xué)說和理論就是“碧樹”。這棵“碧樹”枝葉長得再漂亮，再茂盛，它也是有隙可乘。由于客觀世界的復(fù)雜性和無限性，任何自然科學(xué)中的理論都有其局限性，甚至有某種錯誤存在。你完全可以把它“凋”得“七零八落”，這樣你就能夠“獨上高樓”，看到一條嶄新的道路，一個全新的光明前景。否則，人云亦云，你拜倒在你這個研究領(lǐng)域中現(xiàn)存的學(xué)說和理論之下，對它頂禮膜拜。你就沒有資格在自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論戰(zhàn)線上從事科學(xué)研究，因為在這種情況下你就不可能取得創(chuàng)新的理論成果，使自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論能做到與時俱進。

　　1．1．2．2 如何才能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有理論的問題

　　這里一個重要的問題是,如何才能從現(xiàn)有的理論中,發(fā)現(xiàn)其中的不妥當(dāng),甚至是錯誤之處或者發(fā)現(xiàn)其局限性呢? 就自然科學(xué)而言,最根本的一條當(dāng)然是把理論和實驗事實做對比。實驗當(dāng)然是第一性的。一部自然科學(xué)發(fā)展史,特別是現(xiàn)代物理發(fā)展史就說明了這一點。正是19世紀(jì)末一些新的實驗事實出現(xiàn),它揭示出經(jīng)典物理的局限性,這才有20世紀(jì)量子理論,相對論的創(chuàng)新發(fā)明，物理學(xué)才發(fā)展到現(xiàn)代物理的新階段。這充分說明了實驗是促進理論發(fā)展的根本動力。然而,這一點也不能強調(diào)得過分,而排除另外一種方法,即從理論體系自身的矛盾中,找出其中存在的問題,從而使理論向前推進。在過去“以階級斗爭為綱”的時代,就有過這種事情。政治運動一來,一切搞理論研究的機構(gòu), 如理論小組、理論教研室常常是首當(dāng)其沖，遭到被摧殘、被解散的命運。否定從理論體系自身的發(fā)展中，去開拓創(chuàng)新之路，把這種研究工作簡單地貶斥為“從理論來，到理論去”，并污蔑它是一條“修正主義路線”，這實際上阻礙了科學(xué)向前發(fā)展。事實上，自然科學(xué)的發(fā)展同樣也證明了，從理論體系自身的矛盾中去發(fā)展理論也是一條客觀存在的，行之有效的道路。

　　1．1．2．3從理論體系自身矛盾中發(fā)現(xiàn)問題

　　我們前面在“緣起”中提到的創(chuàng)新點（3）就是一個例子。1982年當(dāng)代國際流體力學(xué)大師，劍橋大學(xué)的巴切勒和我建立了多分散懸浮粒子沉降的統(tǒng)計理論。那是在巴切勒 1972年單分散沉降理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。那么，從1972到1982 這十年中，是不是有了新的實驗出現(xiàn)，揭示出1972年理論的問題，才有了1982年新理論的誕生呢？恰恰相反，1982年我們發(fā)表多分散沉降理論時，世界上還沒有一個多分散沉降實驗。那時侯，世界上還沒有人知道多分散沉降會是什么樣子，會和單分散沉降有何不同。我們之所以能在1982年建立起多分散沉降理論，完全是由于我們了解到1972 年理論的局限性。它僅解決了一個沉降積分中的積分發(fā)散難題，而未能解決另一個求粒子的統(tǒng)計結(jié)構(gòu)難題。解決這個難題則是一個數(shù)學(xué)問題。對于稀釋的懸浮體而言，就是要得到穩(wěn)定條件下粒子統(tǒng)計對分布方程的解。沒有必要等到實驗出來再去做這個數(shù)學(xué)求解工作，正是我們克服了數(shù)學(xué)求解上的困難，我們才能把1972年的單分散理論一舉推進到1982年的多分散理論階段。也正是由于1982年的理論揭示出多分散沉降會有許多新特點，和單分散沉降有巨大差異，才促使人們開展多分散沉降實驗的濃厚興趣。直到1988年美國學(xué)者伯德賽（Birdsell）與戴維斯（Davis），和1992年又是美國學(xué)者埃爾納法（Al-Naafa）與塞里姆（ Selim）取得了多分散沉降在不同條件下的第一批實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)他們的實驗數(shù)據(jù)和我們理論的預(yù)測相符，由此才確立了我們的理論的地位，成為沉降研究中的又一次突破性進展。經(jīng)歷了二十多年的考驗，到現(xiàn)在這一創(chuàng)新點已經(jīng)兩度被載入國際膠體科學(xué)發(fā)展的史冊，并成為這一領(lǐng)域國際同行經(jīng)常要引用的經(jīng)典理論。這是理論先于實驗的一個成功的例子。我們將在第四章中介紹這個創(chuàng)新點的誕生過程。

　　我們前面在“緣起”中提到的創(chuàng)新點（5），是另一個例子。1964─1966年我們建立起“對流暖云大云滴隨機生長的馬爾柯夫過程理論”。這是在1963年，我的一位朋友所建立的早期的云滴隨機增長理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這兩個理論發(fā)表的時間相差只一年，是不是在這一年中出現(xiàn)了一些實驗，證明他那個理論有問題，才有了我們的新發(fā)展呢？也不是，情況也和上面例子類似。

在那一年間，世界上還沒有任何實驗出來證實那個理論有問題。我們之所以能在理論上有所創(chuàng)新，完全是由于我們在學(xué)習(xí)、研究他那個理論時，發(fā)現(xiàn)他的理論體系中，對相關(guān)系數(shù)的處理有概念性的錯誤。糾正了這個錯誤，也就糾正了他那個理論夸大云中湍流起伏場作用的錯誤結(jié)果。由于我們的新理論解決了當(dāng)時的云物理中的一個大難題，從而引起了國際同行的濃厚興趣。三十多年來先后有英國、美國同行用數(shù)值試驗，風(fēng)洞試驗、野外對流云觀測實驗等方法，對我們的理論進行了反反復(fù)復(fù)的實驗檢驗。最后我們的理論終于得到國際同行的認(rèn)可，承認(rèn)我們是一個新的學(xué)派，由這一學(xué)派引發(fā)了云物理研究的一個新方向，贏得了劍橋科學(xué)家們的喝彩，并兩次載入國際云物理發(fā)展史冊。這是理論先于實驗的又一個成功例子。我們將在第六章中介紹這一創(chuàng)新點的誕生歷程。

　　1．1．2．4 從實驗中去發(fā)現(xiàn)問題

　　在我們的經(jīng)驗中，也確有從實驗中發(fā)現(xiàn)問題的例子。那就是前邊在“緣起”中提到的創(chuàng)新點（6），湍流不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)。1972年我們在長春郊外進行近地面湍流實驗。目的是觀測湍流的微結(jié)構(gòu)。

在實驗中我們驚異地發(fā)現(xiàn)，一維湍譜或標(biāo)量場的湍譜雖然服從國際公認(rèn)的柯爾莫果洛夫湍流理論所預(yù)測的-5/3定律，但是其實際各種尺度湍流的活動特點（即湍譜各分量的活動過程）卻和他 用以導(dǎo)出他的-5/3定律時，所依據(jù)的湍流物理模型相反。湍流理論需要重新塑造。這是實驗先于理論的一個例子。然而，我們在本書第七章中將會看到，這對理論是十分巨大的挑戰(zhàn)，直到現(xiàn)在理論工作者也仍然沒有能創(chuàng)造出一個新的理論，來回答這些實驗對理論提出的挑戰(zhàn)，在理論工作者面前仍然有一段長路要走。

　　1．1．2．5來自工程實踐的問題

　　我們的經(jīng)驗，還有另一類問題需要理論工作者來做，即來自工程實踐的問題。我們的基礎(chǔ)理論，是應(yīng)用基礎(chǔ)理論，不是純理論。因此我們這個領(lǐng)域的理論工作者，就肩負(fù)著兩個光榮的任務(wù)。一個是前面講的發(fā)展理論，進行理論創(chuàng)新。另一個就是應(yīng)用理論，為經(jīng)濟建設(shè)，國防建設(shè)和社會發(fā)展服務(wù)，進行知識創(chuàng)新。

前面“緣起”中提到的創(chuàng)新點（7）就是一個例子。那是應(yīng)我國一家研制遠程激光大氣工程的單位提出來的要求而進行。他們要求我們研究我國大氣湍流究竟會對激光工程產(chǎn)生什么影響，結(jié)果就得到了這個創(chuàng)新點— 我國整層大氣湍流強度分布的一個模型及其對我國遠程激光工程的影響研究。這類為工程服務(wù)的理論計算工作，對待理論的態(tài)度，與前面講的理論上的創(chuàng)新工作，兩者根本不同。前者對現(xiàn)有理論要持肯定態(tài)度，承認(rèn)的態(tài)度，只有承認(rèn)它，才有可能把它應(yīng)用于工程實踐。而后者卻與此相反，對現(xiàn)有理論持懷疑態(tài)度，批判態(tài)度。只有批判它，才有可能使理論做到與時俱進，創(chuàng)造出新的理論�？梢钥闯觯瑸楣こ谭�務(wù)的理論計算并不產(chǎn)生新的理論，但她卻能產(chǎn)生新的知識，是知識創(chuàng)新。而這些新知識是工程界所需，可以解決他們的問題。在本書第八章我們講到創(chuàng)新點（7）時，將更詳細地講到這一問題，并將看到這一類工作同樣具有重要意義，而且有同樣強的生命力。

　　1．1．2．6 理論創(chuàng)新之路

　　剛才把知識創(chuàng)新問題講過，現(xiàn)在再回到理論創(chuàng)新。從以上的論述中可以知道，人們應(yīng)該以實驗為檢驗并發(fā)展自然科學(xué)理論的根本方法，同時也要承認(rèn)和包容那種主要從現(xiàn)有理論體系自身的矛盾來發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從而發(fā)展科學(xué)的工作方法。自然科學(xué)正是在這兩種方法互相促進下，才不斷向前發(fā)展，人們才能夠在這兩種科學(xué)實踐交互作用過程中，不斷加深對客觀世界的理解，從而為人類造福。

在這過程中，有時理論走在前面，另一些時候?qū)嶒炞咴谇�。這很正常。諾貝爾獎金就肯定了這兩種途徑的存在。

看誰走在前面，獎金就授予誰。楊振寧、李政道的宇稱不守恒理論走在吳健雄的實驗前面，所以諾貝爾獎金就給了理論工作者。反之，若實驗工作走在前面，理論解釋走在后面，諾貝爾獎金就給予實驗工作者。由于極左思潮曾長期在我國存在過， 在這里需要著重指出重視理論的必要性。即使是實驗科學(xué)家，也應(yīng)加強他們的理論素養(yǎng)，加強他們在理論上的敏銳性。否則，就有可能在他們的實驗中出現(xiàn)了新的現(xiàn)象也會視而不見。80年代初 在劍橋時，曾遇到一位在著名的凱文迪什（Cavendish）實驗室(即劍橋大學(xué)的物理系)進修的中國科學(xué)院物理所的科研人員，他很感慨地告訴我說，凱文迪什實驗室的實驗條件當(dāng)然比中國科學(xué)院物理所要強，但并不象美國的實驗室設(shè)備那樣高不可攀。曾奪得諾貝爾獎的約瑟夫森隧道效應(yīng)，就是在這家實驗室發(fā)現(xiàn)的。然而在北京中國科學(xué)院物理所也曾在實驗室發(fā)現(xiàn)過這一現(xiàn)象。但是由于他們的理論素養(yǎng)不高，理論上不敏銳，從而把這一新現(xiàn)象視為實驗的誤差。因此和那一次諾貝爾獎失之交臂。雖然他們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象要比劍橋的約瑟夫森為早。這真是一件可惜的事，充分說明了單純的實驗工作，不可能自發(fā)地產(chǎn)生新的科學(xué)理論，只有把兩者巧妙地結(jié)合起來，才是推動科學(xué)前進的強大動力。

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