专访丘成桐：有了钱，科学家才能做出大学问

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专访丘成桐：有了钱，科学家才能做出大学问 

原创 2017-01-03 丁家琦环球科学ScientificAmerican

撰文 《环球科学》记者 丁家琦

他是当今最优秀的华人数学家，也是当代世界最有影响力的数学家之一。1976年，27岁的他就证明了微分几何领域的卡拉比猜想，在数学界一举成名；以他的名字命名的卡拉比－丘流形（Calabi-Yau manifold）成为弦论中的基本概念，他也囊括菲尔兹奖（1982）、沃尔夫数学奖（2010）这两项数学界的最高荣誉。现在，丘成桐是哈佛大学数学、物理学教授，除了自己的学术研究之外，他也一直热心推动着中国数学事业的发展，建立数学研究所与研究中心，培养来自中国的留学生，并关心教育事业。

2016年，他又成为了热议的中心，不过来自一个完全不同的方向——关于中国是否应该建造巨型粒子对撞机的争论。12月18日，他应邀出席东润创新与未来教育论坛，《环球科学》也借此对他进行了专访，聊了对撞机、弦论、数理与人文艺术之美等话题。丘成桐教授认为，与很多大型投资相比，巨型对撞机消耗的经费并不算最高昂的，但建成后能够引进一万名全球最优秀的科学家，对中国科学发展和经济的促进作用是无价的。谈到做数学，他希望大家不要相信像电影和小说里描述的那些“天才”，仅凭天分就能解决大问题是不太可能的，做数学首先需要学习前沿的科研成果并产生深刻的了解，此外，还需要有良好的生活条件和充裕的经费。

丘成桐教授（图片由受访者提供）

弦论至少在数学上是完美的。

《环球科学》：您早期最著名的工作是在几何学方面，这是数学中的领域，它是如何与物理学的弦论产生联系的呢？

丘成桐：一个世纪前，爱因斯坦提出广义相对论，他发现引力就是由时空的几何变化产生，二者是等价的，几何学家因此开始对引力产生极大兴趣。而弦论的产生，对如何用几何方法研究引力场，并将几何学与量子力学结合起来做出了很大的贡献。几何是弦论的基础，但弦论刚诞生的时候只是粒子物理领域的理论，跟几何无关，只是在后来的研究中人们慢慢发现它与时空引力有着密切联系。我做的工作就是构造出了一些时空的结构，可以支持物理学家的理论。

我1976年完成卡拉比－丘流形的工作，在1984年时，物理学家找了我，发觉这些流形可以用来建造弦论的模型，这是一个非常重要的工作，它一开始是在数学中被提出的，解决了很多重要的数学问题，但在弦论诞生后，物理学家发现卡拉比－丘流形正是他们所需要的东西——它可以解释一些物理现象。大量物理学家的加入对卡拉比－丘流形这一数学领域的发展带来了很大帮助：我们原先对卡拉比－丘流形的直观概念不够丰富，而物理学家从弦论带来的直觉和猜想对我们有很大的帮助；反过来，数学对弦论的发展也极有帮助：因为弦论还不能通过实验来证明，而数学家通过证明得出的结论是极为严格的，而且几乎是完美的，不可能有错，因此，数学可以给物理学家的猜想提供部分证明。

《环球科学》：您认为通过数学上的推导和计算就可以“证明”弦论的正确性，但一个科学理论的正确与否难道不需要通过实验来验证吗？

丘成桐：我们都同意这个观点，即一个科学理论的正确性最终需要通过实验来验证。但是数学能够严格证明和这些理论有关的猜想，是极为重要的贡献。同时弦论涉及时空和粒子最基本的结构和他们中间的关系。这是人们自古以来就一直想研究清楚的大问题，不是一朝一夕能够完成的事。想在三四十年的时间里就能提出基本理论并用实验证明它，几乎是不可能的，牛顿力学也经过了八九十年的发展才完善。弦论目前不能用实验来证实确实是它的一个缺陷，但这么宏大的事物，试图用三四十年的时间就证实它，这样的想法未免太过急切。弦论刚开始流行时，有些物理学家夸大了它的地位，认为它就是大统一理论，是所有学问的终结，这是不对的，不应该这么讲。可是弦论还是很重要的，我们目前没发现它有矛盾，它至少在数学上是完美的。

我们不能因为不知道会产生什么样的现象就不去做实验，我们要开辟一条别人没走过的路，这才是创新精神。

《环球科学》：正如您所说，一门学科的建立、发展和实验验证需要很长时间的努力，您近几年一直大力呼吁中国建设巨型对撞机，也是为了给最终实验验证弦论铺路吗？

丘成桐：从牛顿力学开始萌芽到今天，我们的实验能力有了很大的提升，自法拉第做了电磁学实验、麦克斯韦提出电磁理论之后，如今电子仪器工业的发展已经有了很大的进步，现代计算机编程技术更是让实验科学如虎添翼，这反过来也促进了我们对大自然的了解和理论的发展。如果不去做实验，科学发展就会受到限制。建设大型对撞机就是为了实验科学的发展，它不直接服务于弦论，它促进的是高能物理的发展。对粒子物理的了解加深以后，我们就可以了解一些基本的东西，比如宇宙的结构、宇宙产生的原因、星体产生的原因等等。为了探索新的现象，我们需要进一步提升大型对撞机的能量，因为在不同的能量下可能会有意想不到的现象。我们不能因为不知道会产生什么样的现象就不去做实验，我们要开辟一条别人没走过的路，这才是创新精神。当年哥伦布航海也不知道要去哪里，就是一直往西方走，最终发现了新大陆。科学的发展就是这样，不可能每次都思考得清清楚楚以后再去找。科学上的大发现能够震惊全世界，往往是因为它的出现并不是一般科学家预料会发生的。

《环球科学》：科学探索当然永远是有益的，但我们可能也要考虑性价比问题。建造一个甚至比LHC还要大很多的巨型对撞机需要大量的经费，如何回应公众在这方面的质疑？

丘成桐：其实花的钱也没有你们想象的那么多，有些人把对这个计划的描述扭曲了。巨型对撞机的建设大概需要30年，第一期是15年。15年用400多亿人民币，平均一年26亿左右，国家现在办很多大型活动，都比这些投资大。我有很多朋友是做地产的，投资比这个对撞机计划多几倍。许家印在海南岛投资了一个小城市，据说要花1500亿，上海迪士尼乐园大概也差不多吧，但你认为这些和对撞机相比哪个更重要呢？建造巨型对撞机，不仅对物理学的发展有好处，对中国的经济也有好处，同时学术上的贡献是恒久不灭的，中国人难道不想在基本物理出人头地，领导世界吗？

通过建设巨型对撞机，我们可以用最简单的办法引进一大批科学家，这将彻底改变中国的科研氛围。

《环球科学》：这些好处具体体现在哪些方面？

丘成桐：LHC项目现在有6000名科学家、4000名工程师，都是世界第一流的。中国为了引进人才，开设了“千人计划”，再过一段时间，需要的经费可能差不多也有400亿了，但引进的人才不过几千名。而且，就算对撞机项目只吸引来5000名科学家，也比千人计划成功，因为这些来自全世界的顶尖科学家全部时间都在中国，可以改变整个中国的科学氛围。最近中国设立了很多科研园区，每个园区都需要1000亿以上的资金来建设，大部分的科研园区都没有一流科学家。但科学的发展最直接的推动力就来自科学家，你在这个楼里放十多个有能力、有才华的科学家，我担保不出两年就会有国际一流的科学成果。而且，世界一流的科学家在一起讨论，在一起做研究，这样的风气也会感染全国其他科学家的发展。

通过建设巨型对撞机，我们可以用最简单的办法引进一大批科学家，这对科研的发展、对高校和科研院的影响是巨大的，这些优秀的科学家可以给科研圈注入很大活力。很多研究生在北大、清华做不出一流的博士论文，但到了哈佛、斯坦福就能做，因为他们可以跟一流的科学家交流，自然而然地就能学到做学问的方法和精神。哈佛大学是公认的世界顶尖名校，哈佛文理学院的教授只有800个，加上博士后等等，人数也不会超过两千个，加上MIT及其他大学和研究机构，整个波士顿的科学家加起来可能也就有1万名科学家，波士顿算得上是全球科研最鼎盛的地方了，所以你想想建设对撞机能吸引1万名科学家对中国的影响有多大。

像电影和小说里讲的那些“天才”，是不存在的。

《环球科学》：作为一名卓有成就的数学家，您认为在数学研究方面，是天分更重要还是勤奋更重要？

丘成桐：作为科学家，完全没有天分也不大可能，因为你至少要了解前沿的科研成果，不仅要知道，还要理解它具体和深刻的意义，这是学习的过程，再进一步也要看你的文化、思想、与人交流的能力。但是，像电影和小说里讲的那些“天才”是不存在的。我曾经看过一部电影叫《心灵捕手》（Good Will Hunting），讲的是MIT一个清洁工，在一个晚上的时间里就解决了一个著名的数学问题，但是现实中这种事情是不会发生的。数学有两千多年的发展历史，中间出现了多少天才，伟大的数学家可能有好几百个，他们累积下来的这么多的学问，经过不断的修改，去粗取精才留到了现在，要想不经过太多的学习，仅凭“天分”就能超越他们，是不大可能的。好的科学家要有文化，有思想，有兴趣，去深入地思考，这样才能完成大的事业。

《环球科学》：您在演讲中多次提到数学和艺术的关系，在您看来，数学、理论物理的美与艺术的美之间有什么联系？

丘成桐：以画画为例，画家所描绘出来的事物与我们看到的常常是不一样的，因为他们的作品经过了自己内心的观念和感情的加工。无论作画也好，还是做数学也好，都有自己的感情成分在里面。我看到某个景物最漂亮，我就去画这个景物，因为它让我很兴奋。我做某一方面的工作，是因为对我而言，它呈现出来的美是让我感受最深的。对于别人，看到的可能是它另一方面的美，所以他们做的工作就和我不一样。那谁能看到最精彩的地方，或者说，做出来的结果更可取呢？那就看这个人看到的是不是最普遍的地方。写小说也一样，有的人可以找到重点，然后把它描述出来。

此外，我们要了解一个事物，就要先建立一个框架。怎么建立框架呢？也跟这个人对事物的看法和感受有关。曹雪芹写《红楼梦》，他写了一百二十回，结构是很严格的。他为了有条有理地描写贾府的兴盛和衰落，每部分的安排都很严谨。我们做数学、物理也一样，想要了解某一件事，需要先建立一个框架，然后再做里面小的零件，这是做大学问所需要的。怎么挑选好的问题，怎么建立框架来深刻地了解大自然，这一点跟作画、写作都有相似的地方。

教授不担心衣食住行，才能做好学问。好的学问基本上还是在经费充裕的情况下才能做出来。

《环球科学》：您对中国数学研究的提携人所共知，您认为中国数学在最近十年里有没有取得一些进步？怎么才能进一步促进中国数学的大学教育和科研呢？

丘成桐：中国改革开放以来，真正有大成就的学者不多。海外的留学生做出的成果较多，在中国本土的很少。但是有一点比较好的就是，现在很多留学生愿意回国发展，也愿意研究一些比较重要的问题。近十年来确实有进步，可能也与中国近年来经济发展有关系。科研环境好，才能研究重要的问题。

虽然进步是有的，但我认为科研经费还需要提高。现在北京、上海这样的大城市，教授的住房、生活条件不好，买房越来越困难，餐厅吃饭、买衣服比国外还要贵，但是薪水还比国外少，这是一个很严重的问题。教授不担心衣食住行，才能做好学问。一些人，包括政府官员认为，好的学者在最贫困的时候才能做出最好的结果，这是完全错误的想法。我专门研究过18、19世纪主要的大数学家，一百多人里面，只有两个是比较穷的，其他的一些人都经济充裕，甚至非常有钱。好的学问基本上还是在经费充裕的情况下才能做出来的。只有政府投入大量经费到基本科学中，中国才可能做出世界一流的学问。

现在中国在学术资助制度上有了一些改革，但还是差得很远。有些制度甚至是莫名其妙的，比方说，我们请一个海外的专家到中国来定居任职，第一件事就是让他去体检，体检没有通过就不行，这在国外是很莫名其妙的。我有个朋友，因为肾脏有问题没有通过体检，但这是天生的问题，并不是有意造成的。还有一点，就是他夫人需要生孩子，因为没有保险，不能在中国生产，只能回德国。这是在美国和欧洲都没有听过的。中国没有给他们提供良好工作环境的能力，这就是资助的问题。只有体制不断改革，经费不断提高，中国的科学才有可能进步。