中国粒子物理学术传统分析范文

《自然辩证法通讯杂志》2015年第五期

根据此前对中国粒子物理（高能物理）学科及其学术谱系的历史讨论，本文分别从研究传统与精神传统两个方面讨论我国粒子物理学家的学术传统。学术传统，或称之为“科学传统”，按美国科学哲学家劳丹（L.Laudan）的说法，研究传统是关于一个研究领域中的实体和过程，以及该领域中研究问题和建构理论的适当方法的普遍假定。“一个研究传统就是一组本体论和方法论的‘做什么’与‘不做什么’。”而科学传统，不仅包括研究传统，还包括科学价值观和行为规范（本文称之为“精神传统”）。

一、中国粒子物理学家的研究传统

首先，我们选择赵忠尧学术谱系与张宗燧学术谱系为代表，分别讨论中国高能实验物理学家与理论粒子物理学家的研究传统。

1.高能实验物理学家的研究传统──以赵忠尧谱系为例与王淦昌、张文裕等高能实验物理学家相似，赵忠尧的学术谱系难以从中国高能实验物理学家学术谱系的整体网状结构中完全分离出来，此处仅举其典型分支加以阐述。赵忠尧被称为中国核物理、中子物理、加速器和宇宙线研究的先驱者和奠基人之一，授徒众多。在1950年代，以其“四大弟子”为代表的年轻学者，大多仅受过大学教育，赵忠尧对他们的教导与训练几乎从零开始。在赵忠尧的嫡系弟子中，以叶铭汉──郑志鹏一支最为突出。叶铭汉1950年加入赵忠尧领导的小组，作为赵忠尧的主要助手参加静电加速器的研制，后任V2静电加速器组副组长。他还做了一些基于加速器的实验研究。深受赵忠尧的言传身教，叶铭汉积累了静电加速器的建造、运行以及核实验的丰富经验。1975年之后，叶铭汉开始转向高能物理实验研究，1984年被任命为高能所所长。其此后的研究工作与赵忠尧鲜再有交集。郑志鹏于1963年开始在赵忠尧、叶铭汉指导下，利用V2加速器进行核反应实验研究。“”结束后，郑志鹏赴欧洲核子中心进行了一年多的研究工作，研究范围与视野大为开阔。回国后，郑志鹏成为叶铭汉的副手，1986年后全面负责北京谱仪（BES）的研制。尤其突出的是，1992年升任高能所所长后，郑志鹏领导BES合作组完成的τ轻子质量的精确测量，在国际高能物理界产生了重要的影响。郑志鹏的弟子读研时多从事基于北京谱仪的实验研究工作，陈少敏就是其中较为突出的一位。1994年博士毕业后，陈少敏在国外研究多年，后到清华大学负责组织中微子物理研究小组，参与日本超级神冈中微子实验和中国大亚湾核电站反应堆中微子实验。博士毕业后，陈少敏与其导师郑志鹏鲜有学术关联，更遑论赵忠尧、叶铭汉等前辈了。从赵忠尧到叶铭汉、郑志鹏，再到陈少敏，历经半个世纪，从他们从事实验研究的领域、方向到设备、方法，都已今非昔比。赵忠尧主攻低能核物理研究与低能加速器研制，叶铭汉完成了从低能核物理研究到高能物理研究的转型。郑志鹏则更进一步，在改革开放之前就参与了国际高能物理合作研究，此后在高能实验方面取得了举世瞩目的成就。陈少敏则已是我国高能物理学科发展成熟之后所培养出的具有国际视野的新一代高能物理学家，其研究工作与国际同行相比已处于同一起点。在研究对象与工具、研究方向与方法等诸多方面，从第四代物理学家身上已找不出其学术“先祖”的特征与印记。以赵忠尧为代表的老一辈高能实验物理学家对后代弟子的学术影响，因客观环境、条件的发展而逐渐淡化，唯有一些精神层面的感召力常存于世。

2.理论粒子物理学家的研究传统──以张宗燧谱系为例张宗燧步入量子场论研究领域，主要受到玻尔（N.Bohr）的影响。从两人的通信中，可以看出张宗燧对理论研究的偏好。而在理论研究中，张宗燧又有明显的数学倾向。其研究特点为：数学技巧强，善于应用数学解析物理理论问题。在物理研究中，他主张多做群论和对称性的工作。其研究成果中数学计算和表达都相当“清楚、干脆、可靠”，结论简明准确。仅就量子场论领域而言，张宗燧的弟子数量相对有限，以戴元本和侯伯宇为代表。他们分别以中科院数学研究所（后转到理论物理研究所）与西北大学为根据地，形成了两支较有影响的研究队伍（如图1）。在数学研究所主持理论物理研究室工作期间，张宗燧未曾与他所领导的室成员有过量子场论方面的合作。张宗燧的大弟子戴元本多与朱洪元合作。受两位前辈学术思想的影响，因而戴元本能兼收并蓄。他与朱洪元合作及独立研究的方向，与他此前的研究兴趣基本一致，而与其导师张宗燧的研究方向则显著有别。他“重视对热点问题作深入的了解，但不人云亦云。……形成了自己的研究风格。”

戴元本对同室的师弟与年轻研究人员的科研工作也发挥了积极的引领作用。用朱重远的话说“：名份上他是我的师兄，实际上亦师亦友。”侯伯宇所从事的数学物理研究与其师有相近之处，但其课题为个人选定，非由张宗燧相传。在读研期间，他基本上是一个独行者，仅见其在一篇文章的结尾对导师的指导与支持表示了感谢，而对导师的学术论著并无参照与引用。在张宗燧学术谱系的第三代中，黄朝商与其导师戴元本类似，其学术活动有兼收并蓄的特点。其研究范围广泛，未局限于其导师的研究领域。除了与戴元本合作的研究论文之外，在黄朝商的其它论文中，鲜有对其师工作的引用，除非他本人曾参与该工作。正如戴元本所言：“黄朝商跟我还有些不同，……他后来在我没有工作过的一些方面也做了一些工作。”①在侯伯宇的门下弟子中，石康杰的地位与黄朝商在戴元本门下相当。侯伯宇的几位重要弟子都是与石康杰共同指导。在科研生命力旺盛的导师身边，石康杰这位优秀的“海归”在教学、科研方面发挥了重要的辅助作用。黄朝商与石康杰在“”结束后皆已人到中年，比他们的“师叔”朱重远还要年长。而他们的老师学术生命依然旺盛，在我国学位制度健全之后又培养了多位年轻的弟子，并从关注国际粒子物理学的发展及国际同行的工作而重新起步，由跟踪研究开始，力图赶超。第三代学者更是如此，与其说他们是第二代学者的学术传人，勿宁说他们是在第二代学者的带领下，向国际同行学习的追踪者。黄朝商的弟子李田军，硕士毕业后赴美从事粒子物理学习与研究，达10年之久，之后回国任理论物理研究所研究员。虽然其研究领域与其前辈有部分交叉、重叠之处，但从研究的方向、风格与兴趣而言，已关联不大。他近年所著研究论文及指导研究生所作学位论文与其学术“先祖”已相去甚远。在侯伯宇与石康杰共同指导的多位研究生中，岳瑞宏是比较突出的一位。获得博士学位后，岳瑞宏曾先后于国内外多个学术机构作博士后与访问学者达7年之久。其研究范围比起其老师已有所拓展。根据“中国期刊全文数据库”与“Google学术搜索”的检索结果，自李田军与岳瑞宏回国后，以他们为第一作者的论文中鲜有对其导师工作的引用。名师出高徒，科学大师、著名科学家往往会对弟子产生较为深远的影响。但据上述，我们可以看出，这种影响未必就表现为研究方向、技能与方法的传承。张宗燧的学术成就在老一辈粒子物理学家中有口皆碑。其弟子、再传弟子中也人才辈出。但就研究领域、风格与特点来说，几代相传，张宗燧谱系的研究传统已显模糊。虽大体可以戴元本与侯伯宇为两种研究风格的代表，但第四、五代的研究工作与其先辈已相去甚远。可以说，基于张宗燧的学术谱系，并未形成一个持续传承的研究传统。个中缘由，既有学科发展的影响，也有研究兴趣的转移，更重要的应当是学术交流的日益广泛与深入所致。

二、中国粒子物理学家的精神传统

以下从共性与个性两个方面分别讨论中国粒子物理学家的精神传统。

1.共性精神传统中国粒子物理学科从萌芽到兴盛，在几十年的学术传承中，形成了一些有中国特色的，有些是阶段性的精神传统。我们将之总结为以下几个方面：因陋就简，白手起家的拼搏精神。早在民国时期，中国亚原子物理学家就开始因陋就简地从事零星的研究工作。新中国成立之后，研究机构、队伍以及各种物质条件得到了改观，但与前沿高能物理研究的实验需要还相距甚远，我国第一代高能物理学家艰苦朴素的精神依然没有改变，而且在他们的言传身教之下，第二代高能物理学家继承了这种精神。这种因陋就简，在艰难困苦中仍能顽强拼搏，从事科研活动的精神，是在我国高能加速器建造成功之前，支撑高能物理实验研究稳步发展的主要动力之一。量力而为，封闭中求发展的自强意志。科研基础薄弱，对外交流困难，理论研究不能与高能实验研究有机结合，限制了我国粒子物理学科的早期发展。自新中国成立至“改革开放”的30年，我国长期处于“与世隔绝”的封闭状态。在这种状态下，中国第一、二代粒子物理学家自强不息，在艰难的条件下发愤图强，立足于国内，努力做出一些有意义的研究工作，并形成了一定的传统。从而才使得我国的粒子物理研究不掉队、不断线，在改革开放后不久即融入了国际学术潮流之中。精诚协作，后来者求居上的团结奋斗精神。新中国的粒子物理研究，长期落后于西方。但处于全面追赶阶段的中国粒子物理学家从不甘人后，他们团结合作，以一种后来者居上的奋斗精神，在不利的条件下仍不断做出一些出色的工作。在粒子物理学萌芽之际，由于中国在该领域的研究者稀如凤毛麟角，采取合作研究，互相取长补短，是他们开展科研的有效方式。这种合作研究的方式在一定范围内长期存在，高能加速器建设[10]、层子模型[11]与规范场理论研究就是其中的典型代表。积极交流，海纳百川的开放精神。我国学者一直都有着对外交流的强烈需求与渴望。在有限的国际交流中，他们把握机遇，着力创新，在交流中做出了骄人的成绩。早于1956年在苏联杜布纳联合原子核研究所，王淦昌、周光召等人就在交流中取得了举世瞩目的成就。我国学者切实地在国际交流合作中得到了训练，开阔了视野。北京正负电子撞机就是在对外交流的过程中，在国外专家的建议与帮助下确定能量指标并最终建成的。借助外国同行的技术与经验支持，是我国粒子物理后来获得蓬勃发展的一个重要因素。积极交流，海纳百川，这是中国老一辈粒子物理学家们所形成的一个得到最有效传承的学术传统，在后世不断得到发扬光大。

2.个性精神传统──以朱洪元谱系为例在中国理论粒子物理学界，朱洪元学术谱系既具有代表性，又具有其特殊性。除了具有前述精神传统外，该谱系还自朱洪元而下，在特定的阶段形成了独具特色的精神传统。“三严”作风。朱洪元的“严”在理论粒子物理学界是公认的。何祚庥就“强烈地感受到朱洪元先生在学术问题上一丝不苟的‘严格、严密、严谨’的学风。”戴元本也称“他对自己的工作非常严谨，……他也不能容忍别人工作中的错误，有时近于严肃。”朱洪元所著《量子场论》一书成为中国粒子物理学界几代人的教科书、参考书。其弟子黄涛“后来几次想提笔写一本新的量子场论参考书，总感到要写出一本包含最新量子场论发展的像朱先生那样结构严谨、逻辑严密、推导严格的书是很不容易的。”“以勤补拙”。“以勤补拙”本是朱洪元的弟子张肇西的自谦语，反映出了朱洪元培养弟子及其对科学研究的另类严格。黄涛与张肇西都对此印象尤深。1960年代，在弟子们入门之初，朱洪元会安排他们阅读经典著作及论文。一段时间后要学生汇报其对所学习、阅读经典文献的理解与体会，随时提出问题，常使得报告人“难以招架”，朱洪元就会毫不客气地当头棒喝，逼着弟子再埋头苦干，直到完全掌握为止。张肇西在这种反复的“阅读──报告”中感受到了老师施于其身的认真、负责的精心教导，“以勤补拙”，从而不断地在学术上取得进步。他还有意识地按老师培养自己的这种方法来培养自己的学生，从而使这种严格的学术训练在后代弟子中得到了传承。“直接上前沿”。对于入门不久的学生，在“时间紧、任务急”的情况下，朱洪元会安排学生以“拿来主义”的态度，在前人研究的基础上，直接开展前沿研究，而跳过系统学习预备知识的阶段。在追求数学形式的“漂亮”和追求物理实质的关系上，更注重后者。张肇西认为，正是在老师这样“手把手”指导和“压迫”下，他才完成了自己的第一次完整的科学研究过程。从那之后，才真正开始了研究理论物理的人生道路。

朱洪元的另一弟子杜东生也对此印象深刻。后来他自己做了导师，用同样的方法带他的学生，也“取得了良好的效果”。朱洪元在科学研究和人才培养中所引领的精神传统，无疑是其传授给弟子们的最宝贵的财富。正如杜东生所言：“他的严谨的学风、做研究的方法会一代一代永远传下去，并被后辈发扬光大。”但客观地说，“三严”只是朱洪元的一个优秀学术作风，超常而非独具。即便其弟子们将该作风“一代一代永远传下去”，这种超常的“三严”作风也会逐渐淡化，“泯然众人矣”。至于“以勤补拙”的反复“阅读──报告”训练和只争朝夕的“直接上前沿”的科学研究与人才培养方法，至今仍然适用。但在研究生培养制度日益完善的情况下，系统学习基本上已成为踏入科研的必要前提。这些方法所能适用的时机与范围也并不广泛。由此可知，由朱洪元所确立，并在两代弟子之间传承的这种精神传统如今仍能在一定范围内得以传承，但传至久远，则不免式微。再论中国粒子物理学家的共性精神传统。我们应该注意到，时过境迁，其存在、传承的一些前提条件、基础已不复存在。学术研究的封闭环境已一去不返，相比过去的量力而为，现在大可以“甩开膀子”跟国际同行竞争了。精诚协作当然还是必要的，但在过去那种特定环境中形成的“同仇敌忾”的研究气氛已为“携手共进”所取代。尽管先辈是“后来者”，但几代之后的晚辈却已成为国际同行的“并行者”。努力攀登，跨越高峰，是大家共同的信念。不拘国内、国际，从事粒子物理研究者的精神面貌已无甚本质不同。至于积极交流的传统，过去存在，当今仍存在，但早已不似过去那般渴望，无需过去那般艰辛。如今国际同行之间的学术交流几乎已是从事前沿学术研究者的“家常便饭”，依然珍视，却少了诺多企盼。

三、中日学术传统对比

同处东亚，中国与日本包括粒子物理在内的近代科学无不移植自西方。作为科学后发国家，二者在粒子物理学科的建立与发展、学术谱系的成长与发育、学术传统的形成与演变等方面具有一定程度的可比性。日本的物理学家学术谱系中，最耀眼的无疑是长冈半太郎—仁科芳雄谱系（如图2）。长冈半太郎（NagaokaHantaro）1887年开始攻读研究生时，所研究课题就是英籍教师诺特（C.G.Knott）之前研究课题的继续。1893年，获得博士学位的长冈赴德国留学，期间得到发现X射线的消息，立刻将其介绍到日本国内，使日本开展起研究。1900年得到居里夫妇关于镭的放射性实验研究成功的消息，长冈很受启发，于1903年提出原子结构的“土星型原子模型”。1918年，在长冈的劝导下，仁科芳雄（NishinaYoshio）立志师从于他从事物理学研究。研究生毕业后，仁科赴欧美留学，师从（E.Rutherford）卢瑟福、玻尔等科学大师。回到日本后，仁科成为长冈之后日本现代物理学研究的领袖。同时，他也将哥本哈根精神带到了日本，注重理论与实验相结合，提倡学术上的自由、民主。他还先后邀请狄拉克（P.A.M.Dirac）、海森堡（W.Heisenberg）、玻尔访日，与国际同行保持密切的联系。在仁科的培养与熏陶下，汤川秀树（HidekiYukawa）、朝永振一郎（Sin-ItiroTomonaga）、坂田昌一（S.Sakata）等第三代物理学家很快就脱颖而出。在引进西方科学技术之前，中国与日本走过了一段相似的发展道路，从闭关锁国，到被西方列强以武力叩开大门。意识到落后的封建王朝决心改革，开始学习、引进西方科学技术。但不同的是，日本在学习西方科技知识的同时，全方位地借鉴、吸收了西方科学、教育的体制、机制，实现了“华丽转身”，从此高速发展，很快成为世界强国之一。而长期受封建传统桎梏的中国却放不开老祖宗的遗训，“中学为体，西学为用”，只片面地学习与引进西方的工程技术，“师夷长技”，却不知夷技何长，故而不能制夷，却仍为夷制。甲午战争的胜败结局，宣告了日本明治维新的成功和中国洋务运动的破产。

胜败之分，也反映在中日物理学家学术谱系的发源。长岗于1893年获得博士学位时，中国第一位物理学博士李复几时年12岁，还在接受家塾教育。长岗归国后即带领团队开展起物理学研究，而李复几归国后则一直在工业部门从事技术工作，从此告别了物理学。撇开未形成学术谱系的李复几不论，与之同为中国第一代物理学家的胡刚复、饶毓泰在20岁前后赴美留学时，还没有接受过系统的大学教育。他们都在美国渡过了约10年的光阴才获得博士学位。回国后，他们为中国物理学的发展培养了大批人才。尤其使我们感兴趣的是，在南京高等师范学校与南开大学，胡刚复与饶毓泰分别启蒙了一位学生：吴有训与吴大猷。此“二吴”是中国第一代粒子物理学家的物理启蒙老师。在日本，从长岗到仁科，再到汤川、朝永，由原子分子物理研究，到原子核物理、粒子物理研究，历经三代，已开始接连做出诺贝尔奖级的成就。而在中国，从胡刚复、饶毓泰到吴有训、吴大猷，再到张宗燧、彭桓武、胡宁等人，也是由原子分子物理研究，到原子核物理、粒子物理研究，同样历经三代，却只是使粒子物理学科在中国建立，学术谱系开始形成，在原子物理、核物理发展的关键时期，日本人就较早地参与了前沿物理学研究。尤其重要的是，以长岗为代表的日本第一代物理学家的辐射作用在开明的社会体制下得到了较好地发挥。需要指出的是，长岗对仁科的培养是研究生阶段的教育与训练。这与胡刚复、饶毓泰对吴有训、吴大猷的培养截然不同，后者只是大学阶段的基础教育。据吴大猷回忆，他在南开大学读书时物理系的毕业生仅他一人，教授也仅有两人，所有物理方面的课程全由饶毓泰一人讲授。

如此简陋的物理系，自然难以对学生进行全方位的培养。而军阀混战的社会环境，也根本不可能为科学教育提供有益的土壤。仁科于1920年代赴欧洲留学时，正值量子力学创建与发展的重要时期。经过剑桥大学卡文迪什实验室、哥廷根大学、玻尔研究所几个世界著名的物理研究中心的培养、训练与熏陶，仁科回到日本不久就建立了自己的研究团队。几个欧洲物理重镇的科学传统也随之浸透了仁科研究室。理论与实验并重，注重团队精神，仁科实验室很快领日本物理学研究风气之先，并成为新的辐射中心，进而培养了朝永、汤川与坂田等世界一流的粒子物理学家。吴有训、吴大猷回国后，除了像他们的老师一样，在为数不多的几个学术机构教书育人之外，他们也已试图培养、训练学生参与物理研究实践。在战乱中还零星开展了研究生教育。但在这一时期，他们还难能在本土培养出优秀的物理学家。受到他们物理启蒙的中国粒子物理的几位拓荒者赴海外留学时才掘得其粒子物理研究的“第一桶金”。

经过两代人的积淀，在仁科的培养下，或者说在仁科研究室优秀科研传统的熏陶下，日本第三代物理学家朝永、汤川与坂田立足于日本国内，做出了世界一流的粒子物理研究成果。而中国第三代物理学家张宗燧、彭桓武、胡宁、朱洪元赴欧美留学时已是1930-1940年代。入门较晚倒不是他们的最大问题，问题在于他们回国之后进入了一个几乎完全封闭甚至混乱的环境。信息闭塞，使他们难以了解西方粒子物理发展的前沿；国内研究基础薄弱，也使他们一时难以跟上国际同行前进的步伐。落后在先，基础薄弱，自然难能在以他们为源头建立的学术谱系基础之上形成引领潮流的研究传统。虚心、务实的学习、引进，使得日本在科学领域“全盘西化”，造就了肥沃的科学土壤。在粒子物理发展的黄金时期即加入世界科学竞争的行列，日本物理学家因而得以在国际同行中崭露头角。从引入西方科学，长冈─仁科谱系仅历三代即取得了诺贝尔奖级的成就，且后代弟子克绍箕裘，踵事增华，传袭优秀的学术谱系，也形成了优良的学术传统，从而人才辈出、成果频涌，奠定了日本粒子物理学的百年基业。而中国粒子物理学家已历经五代，虽前赴后继，发奋图强，已在国际粒子物理学界拥有了一席之地，但与引领世界潮流的科学“领头羊”尚有差距。究其原由，则不一而足。基础薄弱、起步较晚、未能赶上粒子物理发展的高潮期也许只能算作借口，科学与教育体制的僵化则是深层次的因由，而经世致用的传统与现代科学精神的悖离可能才是最根本的致命毒瘤。

四、结语

由上述可见，在几十年的发展中，中国粒子物理学家未能形成持续传承的研究传统；而随着时代的进步，我国第一、二代粒子物理学家所形成的一些精神传统，对于改革开放以后的后辈学者已难以产生显著重要的影响。研究传统阙如，精神传统淡化。这是通过对中国粒子物理学家学术谱系的考察而得出的一个自然而然的结论。高能实验物理如此，理论粒子物理更甚。在新的历史条件下，交流频仍，则特色无多，“地球村”中已鲜有特立独行者。对于当代中国粒子物理学家而言，这是走向世界的时代，但也是传统缺失的时代。

作者：丁兆君 单位：中国科学技术大学