钱致榕教授在香港科技大学
做科学实验筹划是很好的工作训练
物理领域有很多值得研究的问题，我对粒子对撞这个问题感兴趣，我就想做。想做的话就要说服很多人，因为我自己做不成。得先说服我的同事，然后说服其他学校的人。等到人手够的时候，大家就一起到美国国科会、国防部，或是英国政府去申请经费，申请到了以后才能开始做实验。要开始做实验需要造大的加速器，我们再鼓动另外一批人造加速器，然后造探测器。造探测器的话要把零件仪器组装拼凑起来，同时要造一个实验大厅。通常我们会告诉负责搞土建的专家，我们需要一个实验大厅。而且我们一定是参与建设的，因为事先跟土建专家一定讲不清楚，所以要从一开始就实际参与设计和建设过程。有这样的工作经验，使得我在后来的工作中从来不会说这个是我的工作，那个不是我的工作，而是为了达到做成事的目的，需要什么就去做什么。钱不够的时候去搞钱，美金不够就搞卢布，需要工具就去搞各式各样需要的工具——这是一种非常独特的训练。
科学是文明，有用的是技术
《敢为天下先：三年建成港科大》 钱致榕 著，钟月岑 整理，活字文化 策划，生活·读书·新知三联书店 出版，2024年8月
我们常常把科、技连着一起谈，其实科学跟技术是两码事。我们一般讲的都是技术的进步，比如说中国的四大发明都是技术，只要社会有需要，技术就会发展，这是我从历史里面归纳出来的一个规律。科学的发现则不然，刚开始没有任何需要，是基于人类的好奇心，比如说牛顿发现万有引力定律。我们现在的嫦娥奔月，登陆到月亮上去，基本上靠的是牛顿的万有引力定律。万有引力定律是一条自然规律，是当初牛顿对开普勒的三条行星运动定律感到好奇：为什么那么复杂？
这三大定律是开普勒根据第谷等人的观测数据和星表，进一步观测和分析出来的。第谷在16世纪和17世纪之际花了四十年的时间，用尽了他自己以及他舅舅的家产，雇用了四十个学徒，自己造天文台，用非常简单的六分仪，测量天上七百个星体的角位置，整整测量了四十多年，才得出那些数据的。那时候这么做是没有任何实际用处的，耗尽家产，就是因为第谷对世界充满非常强烈的好奇心。但是第谷并没有发现什么规律，留下的全是测量的数据。他退休前两年收了一个徒弟叫开普勒，没多久，第谷就去世了。开普勒把全部数据带走之后，花了二十年时间，从数据里一点一点地分析，最后了解到每一个星体的运行轨道是椭圆的，并且它在单位时间里扫描的面积是一样的，还有行星运动周期是跟它的轨道大小有关系。
开普勒研究出来这三条定律在当时是没有任何用处的，可是牛顿看到后，他觉得上帝造东西不会那么复杂，后面一定还有一个规律。传说中是牛顿坐在苹果树底下，苹果掉下打了他的头，他就发现了万有引力。我曾经到剑桥大学的三一学院那个苹果树下坐了一个下午，我自己拿个苹果往头上一砸也没砸出来什么道理。实际上，科学的发现不单靠灵感，更靠扎扎实实的实验。牛顿花了十多年的时间研究开普勒那三条定律。最后他发现他的数学工具不够，于是他发明了一种新的数学方法，从三个定律中导出了万有引力定律。那个数学方法就是后来的微积分。
当手段变成目的，就发生问题
我们中国人的这种探索的精神差多了，假如回到航海时代的话，西洋人是一而再、再而三的一圈圈地绕，到一个地方不够，还要往前去，去看看前面是什么。我们的郑和到了东非就回来了，来回走了七次，没有想要绕过好望角到西岸去，这个原动力很不一样，可以看出民族性。所以李约瑟问科学为什么在中国没有发生，我觉得好奇心是非常重要的，我们非常讲究实用，动不动就问有没有用！
这种实用主义今天到一个什么程度呢？我们上课时学生都问，老师这个考不考？不考，学生就不学了。而不是说，唉呀老师啊，我们探讨真理，原来宇宙是这么回事！如果话题说开一点的话，我就会想到，钱学森问，为何中国教育产生不出杰出人才？这个问题回答起来非常容易，因为我们被实用主义彻底绑架了。加上大家都是刷题背书，背是最有效的，立刻可以考高分，立刻可以提高升学率，各项效果都出来了。但要是我们一直被这种思想给控制住的话，我们的科学就不会发展出来。
我们现在所做的都是技术，都是来料加工。你看现在我们的论文发表数目全世界第一，我们已经是世界的论文工厂，别人做过的题目拿来照样做，把它扩大，做得比别人快，篇数比别人多，再互相引用，引用次数不断增加，就像我们的加工厂一样。可是我们即便是世界工厂，也是可以一下被打趴的。因为最尖端的、最重要的技术没有掌握在我们手里。
从实用开始，它只是一个手段，可是我们现在把它变成目的了。就拿我们刚才说的高能物理来讲，我们为了要发现这个夸克，需要技术；技术不存在，我们就去创造。为了达到这个目的，我们需要一个大加速器；大加速器没造过，我们就去研究怎么样造，怎么样使它的能量达到更大更高，并且怎么样更省电。这些都是我们自己搞基础科学研究出来的，然后就变成技术，技术还可以用。我举一个例子，我们跟丁肇中共事的时候，做一个实验，用一大组大约七百多吨重的仪器，我们的探测器在最里面，我们需要做一个设备，把一个粒子束流打到那个靶子上去，由一米之外打到一个一毫米的靶子上，中间要经过磁场，我们自己就设计了这样的加速器。加速器通常是一个房子那么大的，多层楼高的。我们找到一个新的加速原理，使得那个加速器只有一米长，可以放在桌上。我们只是为了做基础研究需要这个工具，于是造出来，最后就变成一个实用技术了。
应用到什么方面的技术呢？举个例子，1986年前后，飞机场的安检都在忙着搜查各种塑料炸弹，塑料炸弹里面没有任何金属，但是有很多氮原子。所以一般的X光机是照不出来的。但若是用小加速器把中子束流打到行李上，如果里面有很多氮原子，它就会发出特定波长的光来。从这个光上面我们就晓得里面有大量的氮，有大量氮的话就可以确定行李有塑料炸弹了。于是我们的实验还没做完的时候，帮我们造第一架加速器的一个小工厂已经拿这个技术去给机场使用，然后它继续造小加速器去卖给其他地方。这就是科学为了研究，推进技术，把技术发明出来。
我调查了一下，美国应用仪器制造和技术科学人才培养最多的是高能物理领域。为了达到实验的目的，研究人员要创造各式各样的仪器，实验做完以后，成员会到各行各业去，有人发展电子显微镜，有人造了CT、PET、MRI扫描仪，等等，美国这些医疗仪器都是从高能物理研究领域当中发展起来的。还有一些人到情报局去做事，他们不是去当间谍，而是各式各样的人造卫星收集出来的资料，他们能够判读或找出更好的判读方法去处理大数据。
我们搞了几十年的高能物理，回过头来看，我们解决了宇宙里面很多基本的问题，比如现在我们知道宇宙的结构是怎么样的，我们知道宇宙是一百三十八亿年前演变而来的，我们知道了时间的奥秘，等等。如果问知道这些东西有什么用？今天是看不出来的。可是在我们研究的过程里，为了解决那些问题，我们培养出一大批人才，这些人才充满了好奇心。有仪器我们就买，没仪器我们就造！我计算过我们高能物理培养出的人才，大概只有一成留在高能物理研究领域，其他的九成都到各个行业去了。按照中国的传统说法，是人才流失了，是损失！但是我觉得毕业生离开专业投入另一行业，不是人才流失，是对社会创新贡献，这些人有探讨精神，有好奇心，能够开始去探索各式各样问题。一流大学培养的人才应该如此！
我培养的学生里面，有一位叫罗伯特·卡森(Robert Carson)的学生就研发了今天大家常用的CT扫描软件技术，他先学物理，后来决定学医了。学医以后，他说我不是要研究医学，我觉得医学的诊查技术太不合理，CT扫描已经问世，可是它的软件不行。他抓到这个问题，申请到美国的卫生研究院NIH的研究项目经费来解决这个问题。
还有一个例子，当年美国的F16战斗机研制出来了，但是它的通讯问题始终解决不了，他们雇了上百位电机博士都解决不了这个问题。后来我们加州大学洛杉矶分校的一个高能物理博士后到那里，从最基本的电磁学开始，做了两三个月把这问题解决了。所以休斯飞机公司(波音的前身)的经理就问这位博士后有没有其他同学，可以一起请来。一般人印象中F16战斗机的通讯问题跟高能物理完全没关系，但是七八个高能物理的博士后一起把问题解决了。只要彻底掌握了基本知识，常常可以解决新的技术问题。
基础科学是培养人才最好的方法
物理是一个非常好的培养人才的基础学科，将来需要什么样的人才，在物理学领域都可以培养出来。像语言、历史、数学，这些全世界最有用的学科(因为我们做什么事情都超越不过这些学科的范围)的人才都可以培养出来。我说物理学可以培养历史学生，不是说他将来要去做历史学科这个或那个项目的研究，而是说他一旦有自我学习的能力，有质疑、敢于探险的精神的话，什么样的问题都会去解决。
基础科学是培养人才最好的方法，这是我的信念，也是我的经验。是美国科技界的共识，也是华为任正非的卓见。原因是我们抓到一个问题，让自己的好奇心一直往前冲，不管这个问题是不是属于这个行业的，反正为了达到目的必须解决这个问题，这种不懈的精神是基础科学才有的。
我从我自己五六十年的经验体会到基础科学是应用科学的基础，基础科学是训练人才的最好办法。未来需要什么人才我们不知道，但是有这种探索精神的人、有这种自信的人，并且具有一定基本知识的人，可以成为探索的先锋。所以我觉得任正非这个人真是不简单，他是所有企业家里唯一一个觉得基础学科很重要的人，他养了两三万基础学科的人才在他的企业里，这是很不容易的一件事情。
本文节选自《敢为天下先：三年建成港科大》
钱致榕 著 钟月岑 整理 |
