中國工程院院士、中國工程物理研究院高級科學(xué)顧問杜祥琬 李子鋒 攝
在9月18日于北京大學(xué)舉行的第十三屆創(chuàng)新中國論壇上，圍繞“在應(yīng)用研究中感受基礎(chǔ)研究”的發(fā)言主題，中國工程院院士、中國工程物理研究院高級科學(xué)顧問杜祥琬講述了幾個(gè)故事。
前兩個(gè)小故事，分別是關(guān)于理論物理和粒子物理學(xué)家周光召及核物理學(xué)家于敏在“兩彈一星”相關(guān)研發(fā)中的科學(xué)軼事。
周光召：“一個(gè)大膽的懷疑”
在原子彈研究初期，蘇聯(lián)專家曾提供過一些技術(shù)數(shù)據(jù)。但是后來研究人員當(dāng)時(shí)利用“九次計(jì)算”（一種解方程的模擬方法）得出的一個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)與蘇聯(lián)專家所提供的技術(shù)指標(biāo)不符合，引起了大家的爭議。
周光召從頭至尾重新算了一遍，開始懷疑：會不會專家給的數(shù)據(jù)錯(cuò)了？
這是一個(gè)大膽的懷疑——一個(gè)沒有搞過原子彈的人，否定專家給的數(shù)據(jù)，談何容易。
周光召發(fā)揮了他深厚的數(shù)理基礎(chǔ)功底，他從能量利用率入手，利用“最大功原理”證明了“九次計(jì)算” 結(jié)果的正確性和蘇方數(shù)據(jù)的不可能。后來，這個(gè)問題就解決了。
于敏：“用物理概念發(fā)現(xiàn)一個(gè)晶體管壞了”
另外一個(gè)類似的案例——于敏“用物理概念發(fā)現(xiàn)一個(gè)晶體管壞了”，這個(gè)故事同樣精彩。
在突破氫彈的過程中，研究人員用晶體管計(jì)算機(jī)對理論模型進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果都會打在一條紙帶上，紙帶上詳細(xì)記錄著該時(shí)刻的速度、加速度、壓力、坐標(biāo)等物理量。研究人員就在計(jì)算機(jī)前盯著紙帶上密密麻麻的數(shù)字，觀察物理量的變化。
有一天，于敏和杜祥琬正看這些數(shù)據(jù)，突然，于敏說：“這個(gè)量錯(cuò)了！”
杜祥琬回憶說，一般來說計(jì)算機(jī)算出來的數(shù)據(jù)，是很難靠人腦算出來的。但于敏就發(fā)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)算出的數(shù)據(jù)有問題——他看到某個(gè)物理量變化趨勢的異常，他的物理學(xué)功底告訴他，這個(gè)數(shù)據(jù)不對。
于是，大家開始排查，物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算方面的專家齊動手，發(fā)現(xiàn)物理參數(shù)、方程沒問題，計(jì)算編程、程序指令、程序邏輯也沒錯(cuò)。
但于敏堅(jiān)持其中一定有問題。當(dāng)時(shí)的晶體管計(jì)算機(jī)是由裝滿晶體管的大柜子組成的，它們一個(gè)個(gè)擺在大廳里。會不會是計(jì)算機(jī)出了問題？后來，計(jì)算機(jī)專家就去檢查計(jì)算機(jī)有沒有問題。最后，還真就發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)加法器的晶體管壞了。他們把壞掉的晶體管換下來，對那個(gè)物理量重新計(jì)算了一遍，最后的結(jié)果果然對了。
計(jì)算機(jī)專家們非常驚訝：“你們從物理量出發(fā)，能找到計(jì)算機(jī)硬件的一個(gè)錯(cuò)誤，實(shí)在令人佩服?！?/span>
杜祥琬半開玩笑地說，這大概是基于物理的“人工智能”了。而于敏之所以能夠質(zhì)疑計(jì)算機(jī)的功底，就緣于其在理論物理學(xué)上打下的深厚基礎(chǔ)。
“基礎(chǔ)學(xué)科根基深厚的人才，在應(yīng)用研究中會解決重大難點(diǎn)問題?！倍畔殓偨Y(jié)說。
杜祥琬自己的“另一個(gè)故事”
杜祥琬接著講的故事則是另一番景象：應(yīng)用研究當(dāng)中始料未及的問題，推動了基礎(chǔ)學(xué)科的新發(fā)展。
在核能利用中，大家都認(rèn)為著名的“中子輸運(yùn)方程”一定是線性的，因?yàn)樵雍说拿芏缺戎凶哟蠛芏唷?/span>
“然而，在實(shí)際工程中，我們發(fā)現(xiàn)在聚變反應(yīng)很劇烈的地方，可能會出現(xiàn)中子密度比核密度還要大?！倍畔殓f，在這種情況下，中子之間的碰撞就不能不考慮，而此時(shí)線性的中子輸運(yùn)方程就不足以描述這種情況了。
“于是我們提出了‘非線性中子輸運(yùn)方程’的概念，這在之前是從未有過的。”杜祥琬說，1984年，他們把這一提法發(fā)表在《計(jì)算物理》雜志上，代表中國科學(xué)家率先在國際上提出了非線性中子輸運(yùn)方程及其解法。
“從這樣幾個(gè)例子中，我認(rèn)識到基礎(chǔ)科學(xué)跟應(yīng)用學(xué)科之間的辯證關(guān)系，可分為兩個(gè)方面：一是基礎(chǔ)科學(xué)的革命性的突破能夠引領(lǐng)創(chuàng)新的方向，能夠開辟新的領(lǐng)域；二是應(yīng)用研究提出的基礎(chǔ)科學(xué)的問題，可以反哺和推動基礎(chǔ)研究應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展。”杜祥琬總結(jié)說。
對于當(dāng)前如何加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的問題，杜祥琬認(rèn)為，科技強(qiáng)國的一個(gè)標(biāo)志是，具有基于厚重的基礎(chǔ)研究的科學(xué)發(fā)現(xiàn)能力。
他建議，當(dāng)下要注重創(chuàng)造更加友好的基礎(chǔ)研究環(huán)境，鼓勵(lì)科技人員憑興趣做想做的事情，并給以理解和寬容。
此外，基礎(chǔ)研究應(yīng)“從娃娃抓起”，學(xué)校教育應(yīng)該培養(yǎng)孩子們愛質(zhì)疑、愛提問的創(chuàng)新素質(zhì)。
來源：中國科學(xué)報(bào)
