第三节 关于数学和科学的随想 作者：乌拉姆 乌拉姆（1909――），美国数学家。1945年，他同被誉为“计算机之父”的冯 ・诺依曼合作，首次引进随机遍历定理。1950年参加美国第一颗氢弹的计算工作。 1967年任美国总统科学顾问委员会顾问，并当选为美国国家科学院和艺术研究院院 士。他是美国导弹计划的发起人之一。 究竟什么是数学？许多人给它下了定义，但没有人能真正成功，定义和它本身 总是不尽相符。粗略地说，人们知道数学是用模型、关系和运算来处理数和图型的， 在形式上它包括公理、证明、引理、定理这些步骤，从阿基米德时代起就没变过； 还知道数学是用来构成一切理性思维的基础的。 有些人会说，是外部世界使我们的思维――即人脑的运转――形成现在称之为 逻辑的东西；另一些人――哲学家和科学家都可能――说，逻辑思维（思维过程）？ 是头脑的内部功能“独立”于外界作用而进化发展的产物。显然，数学是有二重性 的。它似乎是这样一种语言，既是描述外部世界用的，又或许更是分析我们自身的。 人脑这个器官有百多亿根神经，神经之间的连通物更多，在进化过程中，它肯定是 由于许多外界事变的影响才从原始的神经系统变化发展而来的。 数学是确实存在的，因为事实上存在着命题和定理。它们陈述起来是很简单的， 但证明就需要好几页纸来说明。没有人知道为什么应该是这样。许多这样的命题的 简明性既有美学上的价值又有哲学上的意义。 在数学的整个发展过程中，它的美学意义具有压倒一切的重要性。一个定理是 否有用倒没多大关系，重要的是它是否漂亮。不是数学家的人，即使是其他科学家， 也很少能充分理解数学的美学价值，但一个数学家在这方面就决不会是外行。但是， 也要从另一角度看到数学的可称为非常乏味的一面，这包括必须精雕细镂，每一步 骤都要搞到严格可靠。数学上不是粗笔勾勒就能完事的，所有细节都得及时交代清 楚。 庞加勒说过：“数学是一种无法用以表达不精确或含糊思想的语言。”我记得 他是许多年前在圣路易斯一次论述世界科学的讲话中说的。他还描述了自己说英语 而不说法语时的异样感觉，以此为例来说明语言对思维的影响。 我比较赞同他的说法。众所周知法语有一种明晰性，而其他语言就没有，我觉 得在进行数学和科学写作时这就会造成差别。思想会被不同的表达方式所驾驭。用 法语时，概括性充斥了头脑，促使我趋于扼要和简明；用英语时感受到的是实用观 念；德语则容易让人感到有些什么深意而其实并不见得有那么回事。 波兰语和俄语适合于一种思想的酝酿和发展，就像茶越来越浓那样。斯拉夫语 容易引起忧郁、深情、豪放，更富于心理意味而不是哲学意味；但并不像德语那样 朦胧或耽于词藻，词和音节重重叠叠，有时并没有多少关联的意思也被串到了一起。 拉丁语又另有一功，它整齐有序，总是很清晰，词和词的分隔很清楚，不像德语中 的词粘在一起，这二者的差别就好比煮得好的米饭和煮过头的米饭。 总的来说，我本人对各种语言的感觉如下：讲德语时讲的一切都显得太过分， 用英语则相反，感到没能充分表达。只有说法语觉得恰到好处，还有波兰语也是这 样，因为是我的母语，觉得很自然。 一些法国数学家写东西往往风格很流畅，不去过多地陈述那些具体的定理，这 比起现在的研究论文和著作的那种每页上满是符号公式的文体要舒服得多。一看见 行文很少而只有公式和符号，我就会厌烦。看着那么些东西但不明白主要想说明什 么，真是太吃力了。我怀疑有多少数学家会真正去阅读和喜欢这样的东西。 诚然，重要的然而不太顺畅和不那么漂亮的定理是有的，例如某些与偏微分方 程有关的工作往往形式上文体上不大“优美”，但它可能很有“深度”，很可能包 含着有待从物理上阐释的重要结论。 mpanel(1); 那么在今天人们如何去作价值评判？ 从某种意义上说分析自己工作的动因和原由也是数学家的职责，但连他们都往 往对自己不负责任，觉得自己的主要任务就是证明定理，至于对这些定理的重要性 在哪里哪怕作一些简要说明也认为是不必要的。这样看来，要把美作为惟一的标准， 不有点故弄玄虚吗？ 我相信未来几十年中对于美的程度甚至在形式层次上都会有更多的理解。当然 那时候评价标准可能又会有所变化，会有一种不可分析的高层次上的超级美。迄今 为止，想要极为精确地刻划出数学的美学标准而提出的定义都显得太狭隘短浅。美 的标准必须与关于外部世界的其他学说或人脑的发展过程联系起来考虑，除非是纯 粹惟美的、就音乐那样的领域来说的非常主观的东西。而且我相信就是音乐的本质 也是可以分析的――当然仅仅是在某种程度上――至少从形式的标准来看，通过把 类比的想法数学化就行。 一些多年没有解决的老问题正在处理。有些解决得很成功，另一些虽然解决了 但可以说还留有非议。看来同样重要同样令人感兴趣的问题中这两种情况都有。但 有一些甚至是著名的经典问题却是用相当特殊的方法解决的，以致这方面没有什么 再可提可说的了。另一些不那么有名而得到直接解决的则引起了兴趣，那些方面成 了热门，看来会开辟出新天地。 在出版物上，今天的数学家们几乎像被逼着似地要把他们获得结果的路子隐藏 起来。死于21岁的年轻法国天才埃瓦利斯特・伽罗华在那场致命的决斗前，写的最 后一封信里着重指出了实际的发现过程和最终见诸铅字的证明是多么不同。这是值 得再三强调的很重要的一点。 总的和一般地来说，工作着的数学家们对于独特成就和新理论的价值方面的确 都有上面所说的这种感觉。因此，即使还没有下定义，对于什么是数学给出的美感 的确存在着某些客观的确定的东西，有时候它也是和数学在本身和其他科学分支中 的有效性有关的。为什么数学对于描述物质世界那么有用，至少对我来说还是个哲 学上的谜。尤金・魏格纳写过一篇极富魅力的文章谈论数学的这种“不可思议”的 有效性，并以“数学的超乎理性的有效性”为题。 当然，数学是把所有理性思维形式化的一种很简明的方式。 由于做习题就像所有别的游戏一样能锻炼器官，所以数学在小学、中学和大学 阶段都有明显的训练大脑的作用。我说不出今天数学家的头脑是否比希腊时代的更 敏锐些，不过从长期的进化过程来看肯定是这样的。我深信数学可能具有伟大的发 生学作用，它可能是人脑臻于完善的很少方法之一。如果确是如此，那么对人类来 说，是作为一整个群体还是只有一些个人进入自身命运的一个新纪元就是最为重要 的了。数学可能是一条在物质上――从解剖学的意义而言――开发脑中新的连通线 路的途径。它有使思维敏捷的作用，尽管它的文献资料爆炸般地剧增有点让人受不 了。 每个形式体系，每个规则系统里都有某种戏法。犹太教法典甚至希伯莱神秘教 义的有些东西看起来对智力没有什么益处，它们是符合某种语法规则的烹饪配方法 的庞大集子，有的或许还有点想象力，有的就玄妙莫测，反正是相当随心所欲的。 但许多世纪以来，千万个学者对这些著作进行了钻研、记录、分析和归类，这些工 作可能就锻炼了人们的记忆力和推理能力。正像磨刀石可以磨刀一样，大脑可以在 思考对象之钝物上磨砺得敏锐起来，各种方式的勤奋思索都有它的价值。 数学上有许多命题，就像那个叫做“费马大定理”的，似乎很特殊，与数论的 主体无关。它们陈述起来很简单，却使得那些最了不起的天才想要证明它们的全部 努力都付诸东流。这些命题激发了青年人才（包括我本人）去思考更为一般的问题。 就费马问题来说，由于它本身的专门和自成一脉，在数学发展最近三个世纪里已经 导致了数学思想上颇有生命力的新概念的创立。尤其是代数结构中的所谓理想理论。 数学史上有一系列这样的创造。 可以创造一般的空间概念。它无疑是我们感觉到的物质空间的抽象，但既不完 全受其规律支配，也非惟一地为其映象；它可以推广到n大于三的n维甚至直到无限 多维空间；它至少作为一种语言在描述物理自身的基础上极为有效――这些都是人 脑的能力所创造的奇迹吗？还是物质现实的本性所展现的呢？无限有着不同的等级 和种类这一点究竟是发明还是“发现”，这对于敏感善思的头脑不仅有哲学上的影 响而且不止于此，还有显著的心理学影响。 说到数学当然还有其他科学――特别是物理――的奇异的魅力和神秘的吸引力， 不妨注意一下经常发生的一种现象，即下象棋的水平不高的棋手甚至普通新手走出 了很有深度的妙局。我经常注意不熟练的或棋艺平常的初学者。在约莫15步以后看 他们的盘面就常常会发现双方都有许多妙着可走，这大概总是出于偶然而不是事先 构想好的。我就奇怪，撇开那甚至尚未看出这些妙着的幼稚棋手不谈，从这盘棋本 身来说是怎么一步步走到这样极富艺术性和耐人寻味的局面的。我不知道“走”的 游戏里是否也会有类似的情况。虽然由于对这种绝妙的游戏的门道我本人知之不多 而无法判断，但我很想知道，一个内行面对游戏的一个局面是否就说得出这是偶然 造成的还是那巧妙游戏的正常的合乎逻辑的发展。 在科学上，特别是数学上，某些算法似乎有类似的奇妙而有趣的现象。它们自 身似乎有逐步展开的能力，就像求解问题的过程和观点的逐步发展形成，开始看来 只是为特定目的而设计的工具会有一些预想不到、出乎意外的新用途。 顺便说起，我想起一个我不知道如何解答的小小哲学难题：假定有一种单人或 两人玩的纸牌游戏过程中，玩牌者可以作弊一到二次。例如在坎菲尔德纸牌游戏里， 如果有一次而且仅有一次，将牌面改换一二张牌，游戏或者说对策并没有被破坏。 它还是一场数学意义上严格、完整的纸牌对策，不过是另一种纸牌对策而已，只是 内容变得更丰富一点、更一般化。但要是取一个数学系统，一个公理系统并允许加 入一二条错误的命题，结果马上就会是胡说八道，因为只要有一条假命题，就会要 什么结果就推得出什么结果。这两者的区别在哪里？也许在于事实上只有游戏可以 允许某一类的举动，而数学上一旦引入一条错误命题就会马上得出“零等于一”这 样的命题。因此必定有方法可以把数学对策加以推广，使得可以犯一些错误但不会 得出绝对的胡说，而只是得到一个更广的系统。 霍金斯和我考虑过如下的有关问题，这是由“20个问题”变化来的一个对策： 一个人想好一个1和1 00（这个数正好是小于22的） 之间的数，另一个人可以问最 多20个问题，对每个问题第一个人只回答是或不是。很明显可以这样来猜到那个想 好的数，即先问：这个数是在1 00的前一半里吗？然后下个问题再用“一半”来缩 小数的范围，这样问下去，最后在1092（1 00）次之内就能猜到这个数。现在假定 答者可以说一到二次谎， 这样要问几次才能得到正确答案？显然需要问n次以上才 能在2n个数里猜中一个，因为不知道什么时候说谎。这个问题没有得到一般的解决。 数学观念和灵感有二个主要的来源――一方面，由外部现实即物质世界的影响 而引起；另一方面，由人的生理或许基本上是脑的生理发展过程而引起。从一个不 太明显和比较特殊的意义上说，这一点在今天和不久以后的计算机运用上已经和将 会继续得到反映，有一个同态象。 即使最唯心的认为数学纯粹是人心的创造的观点也须得符合这样的事实：即几 何定义和公理――实际上大多数数学概念都是如此――的选择是由外界刺激和对在 “外部世界”里进行的观察实验的内省，通过我们的意识获得的印象的结果。例如， 概率论就是由有关机会的游戏中的一些问题发展而来的。今天，有许多计算机是专 为解决特定数学问题而设计的，靠它们就有希望大为广泛地进行思想实验，将经验 理想化，并概括出更为抽象的思维模式。 几年前在普林斯顿，庆祝冯・诺伊曼计算机建成25周年大会上，我在讲话时忽 然心血来潮，默默地估算起每年数学杂志上有多少定理发表（指那些标明为“定理” 的、发表在公认的数学杂志上的命题）。我很快地心算着，连自己也奇怪竟能在谈 着完全不相干的事的同时，算出每年约有十万个定理。我马上转过话题，把这说了 出来，听众不禁倒吸了一口冷气。读者可能会感兴趣的是，听众中有两个青年数学 家第二天跑来跟我说，由于被这极大的数字所震动，他们在院图书馆作了一次系统 详细的调查，将杂志种数乘以一年的期数，再乘上每期的页数和平均每页上的定理 数，估计下来一年有近二十万条定理。这样一个巨大的数字无疑值得好好思考。人 们如果承认数学的意义应该比游戏和智力测验大些，那么这就是一件令人担忧的事 情了。危险显然在于数学本身将遭到割裂，分成互不相关的不同科学或许多联系松 散的独立学科。我本人希望不要发生这种情况，因为如果定理多到让人无法概观， 那么谁能来判断什么是“重要”的呢？这也是个保存资料、存储和检索科学成果的 问题。而这现在成了个首要问题，没有人机对话，就无法找出最需要的东西。 要始终跟得上当代的成果，即使仅仅是那些突出的引人注意的成果，实际上也 是不可能的。那种认为数学将作为一门统一的科学存在下去的观点与此怎么一致得 起来呢？正像一个人不可能见过所有的美女或所有优美的艺术作品而最后只娶了一 个美人一样，可以说在数学上一个人是和他自己的小领域结婚的。正因为这样，数 学研究的价值评判越来越困难，我们大多数人基本上成了技术师。年轻科学家所研 究的数学客体的种类正指数倍地增长，也许，人们不应该把这种现象称之为对思维 的亵渎，不过它到有点像大自然造就了无数种不同的昆虫那样，使得世界丰富多彩。 但是，多少总让人感到，这同我们对于科学的本质观念，即要去理解、缩写、概括、 尤其是发展关于理智和自然现象的记号系统这一点有点背道而驰。 在科学发展上，只有那些出乎意料的东西、真正的新思想新概念对于年轻心灵 的震动，才会不可逆转地铸就一个人才。直到成年或老年，甚至已不大敏感或精疲 力竭时，那意外的东西造成的好奇还会引起新的兴奋。用爱因斯坦的话说：“我们 能体验到的最美的东西就是那神妙莫测的，这是所有真正的艺术和科学的源泉。” 数学产生出概念，它们将自己独立地生存发展。数学就这样创造了新思维对象 ――可以叫做超现实。它们一旦诞生，就不再是哪个个人所能控制的，只有一类头 脑，既永恒交替的数学家群体才能驾驭它们。 数学上的天才和智者很难定量地确定。我似乎觉得从碌碌之辈直到高斯、彭加 勒和希尔伯特那样最高层次的人的过渡是几乎连续的。很大程度上不仅仅取决于脑。 肯定有我所称的“内分泌因素”（由于找不到更合适的词）或品格特征：坚韧性、 体魄，工作的意愿，有些人叫做“激情”的东西。这些在很大程度上取决于多半是 儿童或少年时代造成的习惯，这里早期的偶然影响起很大作用。毫无疑问，那称为 想象力和直觉的特质基本上由脑的生理结构特性决定，但通过经验导致一定的思考 习惯和思考过程的方向后，脑的生理结构也是可以得到部分改善的。 是否愿意投身于未知和不熟悉的问题是因人而异的。数学家有截然不同的类型 ――一类喜欢进击现有的问题或者在现成的基础上进行再建，另一类喜欢摸索新模 式新路子。第一种人可能占大多数，约在80％以上。年轻人想要成名就往往去攻一 个前人已搞过但未解决的问题，这样，要是他运气好并且能力也行，那就会像个运 动员那样打破纪录，跳得比哪个前人都高。虽然通常有较大价值的是形成新的概念， 但年轻人即使懂得其重要性和美学价值也往往不愿作此努力，因为不知道这新思想 会不会被赏识。 我是那种不愿作改进和雕凿而喜欢开创新东西的。开创的基始越简单越“低” 我越喜欢。我不记得用过什么复杂的定理去证明更复杂的定理（当然，这都是相对 而言的，“太阳底下没有新东西”――一切都可以溯源至阿基米德甚至更早）。 我还相信一生中改换工作领域能够恢复活力。在一个小领域或狭范围的问题上 搞得太久就会固步自封，阻碍获得新观点，使人变得迂腐。不幸的是，这种不利于 数学创造性的情况并不少。 除了其壮观的前景、美学价值和对新现实的想象力以外，数学还有一种不太明 显或者说不太有益的特性即能使人上瘾。这或许类似一些化学麻醉品的作用。哪怕 最小的游戏题，一下子就看得出是肤浅或老一套的，也会有这种诱惑力，只要开始 去解它就会被吸引住。我记得《数学月刊》有一次偶然刊登了一位法国几何学家送 去的，关于在平面上排列圆、直线和三角形的极平常的问题，正像德国人所说的是 “次要的”。不过一旦开始去想怎么解法，这些图形就可能吸引住你，即使你始终 明白答案是不会导致什么令人激动或较有普遍性的问题的。这很可以同我提到过的 费马定理的情况对照一下，费马定理是导致创造了大批代数新概念的。二者的区别 或许在于一般问题经过一定程度的努力后总是能解决的，而费马问题却仍未解决， 一直保持着诱惑力。不过这两种类型的数学好奇心都能让数学爱好者上瘾，因为想 当数学家的人有分别感兴趣于普通枝节和最有感染的问题的。 在科学家工作习惯的其他方面，变化是比较慢的。今天科学象牙塔里的生活方 式的特点是科学会议更多，参与政府工作更多。 不过像写信这样既简单又要紧的事情上也有很大变化。这在过去往往是一种艺 术，不仅仅属于文学界的艺术。数学家写起信来是很长的，他们用普通手写体详细 地交流数学思想，也谈私人琐事。而今由于秘书代劳的便利，反倒使那种私人间的 交流成了难事，并且由于专业细节难于口授，一般说来科学家尤其是数学家之间通 信少了。我保存着所有相识的科学家来过的信，前后时间跨度40多年，从这些信里 可以看出一个逐渐发生，并在战后加速了的变化过程，即从长的、私人交往式的、 手写的信件日益变为公务式的、枯燥乏味的、打字的条子了。在我近年的通信往来 中，只有两个人写信还是用普通手写体：乔治・加莫夫和保罗・厄多斯。 诺贝尔奖获得者物理学家杨振宁讲过一个故事，说明了现在数学家和物理学家 在认知方面的关系： 一群人一天晚上来到某城，因为有衣服要洗，就上街去找洗衣店，找到一个橱 窗里有“此处接收需洗衣物”招牌的地方，其中一个人就问：“把我们的衣服给你 们行吗？”店主说：“不，我们这里不洗衣服。”客人说：“怎么，你橱窗里的招 牌上不是写着吗？”回答是：“这里是造招牌的。”这就有点像数学家的情形，数 学家是制作招牌或者说记号的，并且希望自己制作的记号能适合一切可能发生的情 况。不过，物理学家也创立过许多数学思想。 在社会科学方面，据我这样一个外行看来，目前还没有什么称得上理论或深刻 的学识的东西，这也许是因为我无知。不过我总有这样的一种感觉，即只要注意表 面，或者看看比方说《纽约时报》，就能在经济学上像大专家一样有眼光有学问了。 因为我认为除了一些人人都能懂的常识，目前那些专家没半点办法能创造出较大的 经济或社会――政治奇迹。 如果有朝一日发现宇宙中――可能在远离太阳系千万光年以外――存在其他智 能生物，那这一进展的影响将是我们所无法估量的，我认为它将比任何现在的宗教 信仰都要大得多。完全有可能突然发现并破译了很久以前发出的电磁波。如有迹象 或证据表明确有不可能与之进行双向通讯的那种东西存在，那对人类将有极大的影 响。这可能很快就会发生，它或者会引起极大恐慌，或者相反，造成新的信仰。 我们都读到过关于飞碟和其他不明飞行物的情况。 在爱德华・U・康登指导下 对这个问题作了彻底的研究。很容易证明了大多数情况要么是视觉上的幻象，要么 是正常的大气现象。 但还有一些是确有根据的令人大惑不解的UFO现象。例如威尔 逊山的天文学家曾在散步时看见一个很奇怪的流星状物，待回到天文台时又发现放 射量达到峰值。也有一些飞行物，由飞机上的仪器和雷达同时示踪，也没有得到解 释。 费米曾经问道：“众生何在？其他生命的踪迹何在？” 就我所见，未来10到15年内将比任何别的因素更能改变世界的生活方式的是新 的生物学。有些初看起来相当普通的发现已经对世界的组成发生了甚至比世界大战 更大的影响了：比如新的药品，像青霉素和避孕药就从两个相反的方面改变了人口 平衡。 我最近在一星期之内就听说了两项癌症研究上的重要成果，这足以说明生物科 学进展速度之快。一项是密执安的一位科学家在人乳腺癌细胞里发现了一种病毒。 另一项是在波尔德实际完成的实验，那里有一台极好的电子显微镜，用它搞成了一 种惊人的新技术。基思・彼特和他的同事们培养出了能取出细胞核的细胞，这些细 胞核并未损伤，可以移植到其他已去核的细胞里，所以这实际上是细胞间核的交换。 例如可以把一个癌细胞的核取出并放入正常细胞里，于是这新的细胞会变得正常起 来。这是非常了不起的成就，它说明有些指令可能不是像通常所认为的来自细胞核， 而是来自细胞质。 将来，影响地球上人类生活面貌和生活方式的，主要是食物生产和更换的新途 径，它将比任何现在词义上的政治――社会――经济进展的影响都大得多。所有这 些可能都是很显然的，但有时候很明显的事情，在实现以前还是有必要再三强调。 世界将大为改观。 加莫夫的兴趣，冯・诺伊曼的远见，巴拿赫和费米的工作，与其他人的才华一 起，都为扩展今日科学范围、大大拓宽物理和数学的前景作出了贡献。各门科学这 样偶然和侥幸的融合产生了那么多新面貌新成就，这真是奇迹啊！ （朱水林 译） 物理学的阴影 作者：惠勒 惠勒（1911――），美国物理学家。早年在巴尔的摩学院和霍普金斯大学学习， 1933年获博士学位。曾在哥本哈根大学从事核物理研究，在核裂变研究领域取得创 造性成果，确定铀为制造原子弹的原料。他是第一位从事原子弹理论研究的美国科 学家。曾任美国物理学会主席。著有《几何动力学》、《引力理论和引力坍缩》、 《黑洞、引力波和宇宙学》等。 我们能否希望终有一天抓住宇宙构造的中心原理呢？不错，爱因斯坦曾用一句 名言向我们说过：“这个世界上最不可理解的事情就是世界是可以理解的。” 爱因斯坦逝世24年以来，我们取得了多少进步呢？粒子物理学的巨大发展，统 一自然力方面的某些进展，等等。但是到头来我们必须说，所学越多，所知越少。 在发挥这个主题之前，让我试着概述一下将要讲的东西。我要提起那条古代的物理 学原理，“没有悖论，就没有进步。”此处我用“悖论”一词指的是困难、明显的 不一致、所期望与所发现的东西之间的歧异等等。没有悖论，我们就不能得到任何 真正新的东西；而有了悖论，我们就有了一点希望。为了取得进步，需要有两种因 素既相对抗又相平衡。 今日物理学使我们面临着两个悖论的挑战。没有比它们更大的阴影了，但由于 它们是破坏和建设的结合，也没有比它们更充满希望和鼓舞人心的了。第一个悖论 是破坏性的，它声称物理学在时间的大门口――大爆炸、大坍缩和黑洞――走到了 尽头；但另一方面，尽管有那么多表面上的变化，物理学在人们心目中始终仍在走 着它的永恒之路。所以说，物理学停止了，但是物理学在进步，这就是第一个悖论。 怎样消除这个困难呢？我想指出在物理学的描述中，“时间”不是一个原始范畴。 因此我们使用时间已临近“时间的大门口”这一观念是错误的，正是这个错误才使 我们陷入了第一个悖论。 第二个悖论是建设性的。它和量子力学有关，即与基本的量子观测行为――更 确切地说是记录行为――在“造成”对象方面所起的作用有关。悖论何在呢？我们 历来相信，物理学也总是预先假定：世界是存在于我们之外的，不依赖于任何观测 行为。然而量子力学却告诉我们，世界并非存在于我们之外和独立于所有的观测行 为。这就是第二个悖论。 这些悖论的教训是什么呢？可以用三句乩语式的格言来表达：“必须构造！确 在构造！怎样构造？”没有什么东西能逃得脱第一条教训：“必须构造”。大爆炸 告诉我们，无论粒子、力场还是自然规律都不可能永久存在，它们必定都有开端。 第二条教训是量子物理学的中心教义。每做一次基本的量子观测，我们就“构 造”了一个我们称为实在的微观小体。第三条隐语“怎样构造？”概述了一个中心 问题：怎样使一加一等于二？既然自然界已经通过基本的量子行为向我们显示了一 条我们用以“确在构造”的途径，那么我们又何须另外去执行“必须构造”的律令 呢？然而，不计其数的基本量子记录行为究竟是怎样结合在一起构造成大尺度水平 上的实在呢？对此我们还根本一无所知。“怎样构造”这条隐语就是旨在号召我们 解开这个谜。 我们并没有接触粒子和场物理学（这是当代进展所开拓的一个极宏伟的领域） 中的奇妙发现，却怎么能够径直达到中心点呢？答案是简单的：所学越多，所知越 少。 孩子们都喜欢送给他们中国套箱作为礼物。揭开一个，露出一个，揭开一个， 又露出一个，直至最后露出那个秘藏的珍品。然而，要是这一列套箱没完没了，孩 子们终究是会失去兴趣的。这难道就是我们在粒子物理学中的处境吗？我们从分子 开始，然后是原子、核子、中子和质子，再后是各种各样的夸克。我的一位在这一 领域贡献颇多的杰出的同事认为，我们能够做的只是设计更高能量的加速器，以便 打开通向更小尺度的道路，去发现粒子世界更深层次的结构。我们距离那个古老的 梦想――找到一种基本的单元，一种最终的粒子，一种其他所有一切赖以构成的魔 术般的建筑砖块，依然和过去的人们一样遥远。 如果根本不存在处于物理学最底层的魔术般的粒子，那我们为什么不能转而用 一种魔术般的力场来解释一切呢？在全部物理学中，再没有比电磁场、引力场与所 谓场――米尔斯夸克束场的“三和弦”更优美的东西了。人们相信这最后一种场把 夸克集在一起构成了中子、质子以及其它的基本粒子。这组“三和弦”解释了物体 运动的所以然。 能否将这些力统一起来，作为单独一种场的诸方面呢？在过去若干年里，某些 最有才能的物理学家已经向这个目标迈出了意义深远的步子。然而，不管我们是把 这三种场看作彼此独立的，还是设想它们处于某种尚有待发现的统一之中，我们在 今日的场与一百年前的弹性之间发现了某种相似性。只需要假定物体是匀质和各向 同性的，人们就能够用简单的对称性论证表明弹性是仅仅由两个常数就能充分刻划 的。在这个基础上，当时的物理学家建立了一个完备的理论，有定理，有分析方法， 也有工程上的应用。但是弹性对于物质的本性却没有提供任何线索。对弹性进行一 百年的研究也没揭示出分子与原子的存在。同样，对分子、原子之间的力作一个世 纪的研究也不会揭示出它们仅仅是建立在正负电荷之间的力以及薛定谔波动方程之 上。我们先得知道，不能用弹性来说明电子运动，而应该用电子运动来说明弹性。 在这个意义上，我们发现理解的方向不是从表面的对称性指向内部机制，而应该反 过来，从内部机制指向表面的对称性。 （童世骏 陈克艰 译） 空间科学为人类服务 作者：冯・布劳恩 冯・布劳恩（1912――1977），美国航天科学家。生于德国。早年就读于瑞士 苏黎世技术学校。1932年毕业于柏林工学院。1934年获柏林大学物理学博士学位。 1932年起在德国陆军军械部从事火箭研究。第二次世界大战期间，他到美国陆军装 备设计研究局工作。1950年到红石兵工厂研制弹道导弹。1958年任美国航空航天局 的领导成员。 1969年领导研制土星5号火箭，第一次把人送上月球。著有《火星计 划》、《高层大气物理学和医学》等。 我们现在有证据说明：我们有能力把空间技术用来为地球上的直接的永久的利 益服务――空间科学为地球、生态学和能源服务，如果你希望的话。 拿地球资源技术卫星来说吧，到今年年底，这种主要为观察地球表面而设计的 飞船， 将绕着地球进行摄影达7000圈。自从去年7月发射以来，它已经用无线电发 回1亿零115平方英里山脉、草原、沙漠和海洋、湖泊、江河、水库以及森林、牧场、 农场和城市的实况。100多万张照片已经分发给美国的312个调查机构和36个其他国 家。 从地球资源技术卫星1号所获得的情报和资料看，监视城市发展和计划未来土 地利用是可行的。我们还可以估计庄稼产量，查清木材资源情况。地球资源技术卫 星1号还帮助我们确定空气污染和水污染的地方， 绘制露天矿和森林火灾痕迹的地 图。它正在发现线性地形特征，这种地形特征已经导致一些令人惊异的考古学发现。 它帮助我们以现代化方式绘制地图、 海岸图和领航图。此外，地球资源技术卫星1 号还能监视火山，调查迁移性水鸟的繁殖地，研究水灾危险，确定海洋生物分布。 我们发射地球资源技术卫星1号， 路子确实是走得对的。最新的气象卫星“雨 云5号” 也是如此。它每天都在测量所有海洋上的雨量分布，这种资料是从来没有 得到过的，而对于长期预报又非常重要。但是资源管理系统要有意义，就必须在全 世界范围内使用。一切希望从它的巨大潜力中得到好处的国家都应该参加。即使在 当前紧张、冲突的世界形势下，我还是认为，在切实利用有效的全球性公共服务系 统方面，国际航空线树立了良好的榜样。 首先，我认为，我们必须强调空间计划对解决世界面临的最大问题所能作出的 贡献。除了核武器造成的大破坏以外，这个最大的问题就是人口爆炸。我们手头有 使人信服的证据说明，空间计划未来的重大贡献之一将是帮助更加有效地管理世界 资源的利用。 让我们看看原始事实吧：从耶稣降生到1700年，世界人口增加一倍。1700年至 1900年又翻了一番。根据联合国粮食及农业组织的最新统计资料，当前世界人口估 计为30亿多一点，到本世纪末将大大超过60亿。假设增长率不再提高――这是不大 可能的――到2025年， 地球将必须养活100亿到120亿人，等于今天人口的4倍。除 非我们找到解决这种局面的灵丹妙药，否则我们的子孙所生活的世界；对于人类的 绝大多数来说，将只是一个为生存而斗争的世界。 然而， 地球是可以养活更多的人的。在构成地理干燥陆地表面的人约360亿英 亩面积中， 现在只有9％用于耕种或养牲口。有70％的地区太冷、太贫瘠、太多山 或土壤不足，剩下的21％有使用潜力，但是开始时需要很大量的投资，以改善道路、 建筑、电力和灌溉等条件。因此，从最低成本最早收益的观点看，我们的第一目标 还是提高现有9％耕地的生产率。 大体的比较表明：高度发达国家实际获得的三种 主食――麦、大米和玉米的产量，超过发展中国家产量的4倍。 我们已经学会了很多东西，已经能够为这项工作研制相当好的多光谱传感器、 红外线扫描器等。不久以后，我们将能使这种设备臻于完善，有效地用来勘探矿物、 石油和天然气。已经有好几次，安装在卫星上的多光谱扫描器探测到森林大面积遭 受传染性疾病的影响，比负责同一地区的当地林警弄清问题的严重程度要早得多。 这些仪器还特别适合于研究水文过程，如对蓄水坝管理极为重要的雪径流量预计。 这些仪器对民用渔业和海产收成也有巨大的潜在价值。 卫星可能用来测量全球的盐浓度和水温。众所周知，这两种因素对鱼类回游有 影响。浮游生物――吸引小鱼，小鱼又吸引大鱼――是很容易凭它的微绿色辨认出 来的。盐浓度可以用偏振计测定。水温用红外线传感器很容易测出。因此，轨道资 源勘测系统不仅能很快地把鱼群如何回游的情况告诉全世界的渔船队，而且还能指 明在哪里才能抓到大鱼。 （陈安全 潘幼仲 译） 对人脑的新认识 作者：罗杰・斯佩里 罗杰・斯佩里（1913――），美国心理生物学家。生于哈特福德。1941年获芝 加哥大学哲学博士学位。1954年后任加利福尼亚理工学院心理生物学教授。是美国 国家科学院院士，美国科学促进会等组织成员，国际脑研究组织成员。因研究揭开 大脑两半球秘密和功能分工，为人们了解人脑更高级功能提供了新观念，于1981年 与人共获诺贝尔生理学和医学奖。 我们稍许回顾一下。我们记得，即使小的脑损伤，假如选择性地损伤于左半球， 那么可能选择性地破坏人的阅读能力，而同时却保留说话和交谈的能力。书面文字 继续能看见，但这些文字失去了它们的意义。这种情况通常出现于左半球角回的病 灶性损害。根据这些病例，自然地得出结论：左半球负责阅读，相反，未损害的右 半球必定是“患字盲症”的，或对书面文字无理解能力。 这同样适用于理解口头语言的能力。在靠近左侧半球的魏氏区内发生病灶性损 害，或者这个区域与来自皮层听觉接受中心的输入通路受到损害，其结果，别人的 口语能听到，但失去了意义，这些病例似乎告诉我们，对语言的理解被限于左半球， 右半球是既患语聋症，又患文字盲。 随着左半球的而不是右半球的病灶性损害破坏了语言的理解和表达能力这类观 察的积累，使人们产生了神经学上的传统观念，即认为，大脑有优势的、起主要作 用的左半球和劣势的、起次要作用的右半球。次要半球除了无言语能力、无书写能 力及患语聋症和患文字盲症外，还由此推论出，它缺乏与语言和符号处理联系在一 起的更高级的认识能力。 50年代至60年代早期所收集到的损害的大部分证据都集中地支持一个是主导的、 进化得更高级的、理智的左半球以及相比之下另一个是相对落后的右半球的设想。 对于典型的惯用右手的人的脑来说，右半球不但是无言语能力和无书写能力的，而 且是读宇困难的，患语聋症的和失语症的，通常缺乏更高级的认识功能。 60年代早期出现了令人惊奇的事，对施行脑连合部切开术的病人或“裂脑”病 人所作的测试似乎表明：在右侧即所谓“次要”半球存在着相当大的认识理解和语 言理解以及既能写又能说的能力。这些就是洛杉矶白碑医学中心神经外科主任菲里 浦・沃格尔和医师琼赛・布根的病例。这些病人为了控制严重而难治的癫痫，忍受 了胼胝体及其他前脑连合部中央的外科切断，以作最后的尝试。手术切断了作为两 侧大脑半球直接联络的所有神经交叉联系。从这些手术病人的经验以及最近10年的 裂脑动物的研究，可以预言：这种裂脑的结果不会严重地使其不能从事一般日常活 动。这被证明正是如此。在无其他重要的脑部病变情况下，给予前脑连合部完全切 断的病人6个月至一年的恢复时间， 若偶然第一次相遇或交谈，或者甚至通过一次 全面的常规性医学检查，通常不会被发现。 我们与米坎尔・卡扎尼加一起对这些病人的早期研究，似乎从一开始就显示出， 分离的右半球并非像预想的那样是患语聋症的，也不是患字盲症的。单侧性语言能 力的测试证明了右半球在很大程度上是无言语能力和无书写能力的，但在适当高的 水平上，当检查者言语说得响些时，则能够理解词意。分离的有半球也能阅读闪现 在左视野的书面的词汇――用按照各种状况在供选择的一列物品中选择或指出对应 的物体或图片来证明。脑连合部切开术的病人也能够用右半球去选择与呈现的物体 和图片相匹配的正确的书写或口述的词，以及正确地说出书面的词汇，反之亦然。 对于不直接地提及而仅仅用复杂的口述短语例如“一个测量仪器”，“液体的盛器” 等等来描述的物体，也能通过右半球达到正确地触摸取出。就分离的右半球来说， 这些病人还可以用剪下的字母拼出三四个单字，并可以用触觉默读出这些单字。最 近，赞德尔应用了经他改革的可作长时间观看的巩膜透镜技术，并由他证实了右半 球的这些语义的能力，并扩展到综合性的一系列实验。在60年代早期，同时代的神 经学说竟是如此强烈的相反， 以致于Bogen医师对从我们初期的一些关于语言的论 文中抽掉他的名字表示诚挚的感谢。 我们深信，对于这些语言测试的答案必定来自右半球，而决不是来自大脑的左 半球。这是以单侧试验过程为根据的。在这个试验中，用接连查问词语问题的方法 证明：负责说话的左半球对右半球作出的回答和行为一无所知。每个被分离的半球 好像都意识不到另一侧半球的认知事件――正像路南德・迈耶在芝加哥大学开始的 和我们在50年代用动物做的裂脑研究那样。换言之，每个大脑半球都似乎有它自己 的、大量独立的、具有自身的感知觉、学习与记忆经验的认知领域，在表面上所有 这些都是在另一侧半球中被湮没的相应的事件。尽管人类的基本的半球失去联络综 合征与早先在猫和猴身上作出的研究基本上相似，但在人类患者身上的表现形式更 具有戏剧性。这些病人中的负责说话的半球会用其自己的词汇直接告诉我们，但它 对正确回答测试的不说话的、合作的半球的有关内部经验却一无所知。不仅仅是一 侧功能缺乏或不存在时，而且当两侧同时存在时，也可以推论出脑功能的偏侧化现 象。 （张尧官 译） ------------------ 小草扫校中国读书网