像爱因斯坦一样思考

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爱因斯坦对物理学的重大贡献，主要是创立相对论、提出光量子假说成功解释光电效应等等，重塑了大众对自然界的理解。‌爱因斯坦能取得如此巨大的成就，主要得益于他独特的思维方式。如果爱因斯坦只是循规蹈矩，不敢质疑既往的科学理论，则根本无法提出诸多革命性的观点。

爱因斯坦的思维方式有何独特之处？本刊就这个问题，采访了兰州大学物理科学与技术学院教授罗洪刚。

问：《视野》杂志本期的主题是爱因斯坦，他可谓举世闻名，但公众对他的了解事实上并不深，有时甚至存在诸多误解。罗教授，您是何时接触到爱因斯坦及其理论的？爱因斯坦在您心目中是一个怎样的人？您认为大家对爱因斯坦的误解主要在哪些方面？

答：爱因斯坦作为家喻户晓的科学家，我应该很早就有所耳闻，但具体何时何地开始的，不记得了。印象非常深的是，在1992年上半年，我与一位同学一道去段一士先生家中咨询上研究生事宜，看到段先生家中客厅墙壁上挂着一幅爱因斯坦的巨幅全身像（现在挂在兰大格致楼一楼的一间讨论室），崇敬之情油然而生。爱因斯坦遥不可及，但我较为熟悉段一士先生，段先生家中这幅全身像，将爱因斯坦在我脑子里的印象加深了不少。之后，只要涉及到爱因斯坦相关的素材，就会多关注一些。爱因斯坦在兰州大学师生中有较多的影响，是与段一士先生早年从事相对论中能量-动量张量协变理论的研究离不开的。在我所认识的兰州大学理论物理专业学生中，不乏有对爱因斯坦崇敬甚至到膜拜程度的同学。举个例子，如有人发表有损爱因斯坦在他个人心目中形象的言论，他是要生气的。

对我而言，我还是更关注爱因斯坦的科学成就。在我心目中，爱因斯坦一开始是像神一样的存在。本科毕业后，我师从杨孔庆老师，学习了一些微分几何和几何量子化方面的知识，后来在博士研究生阶段转向凝聚态物理方面的研究，没有过多关注相对论方面的工作，对爱因斯坦的印象也就停留在了本科毕业后的那个阶段了。后来做了学院院长，从院长的角度推动学院教育教学改革，回头重新梳理物理学的发展，特别是最近几年有更多的时间了解物理学在十九世纪末、二十世纪初发生的革命性变化，对爱因斯坦在其中扮演的重要角色有进一步的了解和理解后，我不再把爱因斯坦看作一个“神”，而是一个活生生的伟大科学家。他通过他的科学论文与论著、在各种场合的发言、与同行和朋友的通信以及个人的自述中，展现出一个活生生的爱因斯坦：他是如何成长的、他是如何思考的以及他在思考什么。正如爱因斯坦1946年在他写的一篇自述短文中所强调的：“像我这种类型的人，不在于我做过什么或取得过什么成绩，而在于我在思考什么问题以及我是如何思考的。”在这一点上，我觉得爱因斯坦是可以学习的，而且在某种程度上，是可以学得来的。

每个人对爱因斯坦或多或少有不一样的感觉，这里面我觉得不能谈误解或不误解什么的，而是说我们对爱因斯坦本人提供的素材理解和把握到什么程度。有的人人云亦云，而有的人愿意通过第一手素材来了解而已。

问：爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论是20世纪物理学最重要的发现之一，这些理论不仅改变了我们对质量、能量、空间和时间的理解，而且对现代物理学和天文学产生了深远的影响。您是怎么理解爱因斯坦的相对论的，能简要地分享一下吗？

答：爱因斯坦本人有关于狭义相对论和广义相对论的科学论文和科普作品，也有很多关于这方面的资料供阅读。坦率地讲，我的理解非常粗浅，也只是皮毛而已。所以，我不去谈相对论的细节，但我想提醒一下，相对论和量子力学这两大现代物理学的支柱理论还没有在一个统一的框架下得到充分理解（尽管有不少理论企图完成这样的目标）。相对论是关于时空的理论，时空自身不只是舞台，还是演员的一部分；而在量子力学中，时空仍然扮演舞台角色。时空如何量子化，也是理论物理学家孜孜追求的研究课题之一。

问：您不止一次提到并倡导学生“像爱因斯坦一样思考”，请和我们谈谈爱因斯坦式的思维方式，他的思维方式有哪些独特之处？

答：这个我倒愿意多谈一点。正如前面所说，爱因斯坦在我的心目中，已经从一个“神”转变成一个活生生的人，一个有特点、有相当高度的伟大科学家。这个转变是通过阅读爱因斯坦的科学论文和科普作品、他在各种场合的发言和通信以及他自己的自述获得的。记得我很早就买过《爱因斯坦文集》（商务印书馆出版），但当时读不懂。一来年轻，积累不够；二来也没有认真读；第三，说实在话，那时也没有人建议或引导，说要花点时间，认认真真读一读这些素材，比如爱因斯坦和英菲尔德（波兰物理学家）在1938年合著出版的《物理学的进化》，全书没有一个数学公式，但将物理学的发展写得像侦探故事一样，娓娓道来，读上十遍八遍，还担心你对物理学没有感觉？！

正因为如此，我近年来积极提倡“像爱因斯坦一样思考”。为什么讲这个？是因为爱因斯坦在1946年写了一个《自述》，在这个《自述》中，爱因斯坦明确地定义了什么是“思考”。他说，首先你得有一个感官印象（通过阅读、体验、交流等方式在头脑中形成的对某一事物的直观的物理图像），这还不是思考；第二，由一个感官印象联想到另一个感官印象，这仍然不是思考；第三，这许多的感官印象都出现在脑海中，在这个过程中，脑海中冒出来的某个东西，能够将这些感官印象联系起来，这个先前没有但冒出来的东西才是思考的结果，这个才是思考。通过语言、概念等将冒出来的东西表述出来，就是创造。我想，这是我所见到的最明确，而且是可以学习培养的对思考的描述。现实情况是，我们离爱因斯坦定义的思考还有很远的距离，甚至第一步都没有完成。

我还愿意提一点，仍然在《自述》中，爱因斯坦提到，他的成长过程的关键转折点在于，他放弃了短暂的和眼前的，而是从概念上、思想上把握事物。这句话太有启发意义了。从概念上、思想上把握事物，就是抓住事物的本质和关键，这不就是物理学所追求的东西吗？！

这时我想起了我们的先贤——孔子，他所倡导的“一以贯之”的思想。孔子问子贡说，你们问我任何问题，我都能回答，你们是不是认为我把这些东西都记住了？子贡回答，那当然，要不然你怎么知道那么多！孔子回答道，不是这样的，我是“一以贯之”，我理解了一个概念或掌握了一种方法，我就应用这个概念或方法到很多事物上而已。所以，我也强调，孔子的“一以贯之”非常值得体会和学习。

问：结合中国目前的教育现状，您认为青少年在学习和生活中该如何借鉴爱因斯坦式的思维方式？

答：中国目前的教育现状，迫于历史的惯性和现实的竞争，应试教育痕迹过重了。这种教育现状，对工程是有利的，对技术谈不上有太大的帮助，但对科学绝对是有害的。多读书，读好书，多体验，多交流。你得有图像，有很多图像，才能在众多的图像中衍生出新的图像和概念，这才是创造。

问：在今天，我们说起物理，尤其是理论物理，感觉离日常生活很遥远。您认为理论物理在哪些方面改变了您的世界观，甚至人生观与价值观？

答：我本科进入兰州大学，是按照理论物理专业方向进来的。现在不是这样的了，大多按一级学科划分，就是按数学、物理学、化学等进入一个专业学习，部分高校更是按理科、工科等划分，学习一段时间后，再选择专业门类。说起理论物理，我经常听到的是，哇，很高深。所以，您提到，感觉离日常生活很遥远。实际上，不是这样的。我们觉得遥远，是因为我们没有这么多人问为什么，特别是关于自然界，就是我们的物质世界。如果你把问为什么作为你的习惯了，特别是你自己问你自己，你就来到理论物理的门口了。你再回答了几个你好奇的问题，你可能就是“理论物理学家”了。当然，实际情况远比我说的困难得多，但学会问为什么，一定使你更容易变成一个真正的理论物理学家。而且，学会问为什么，你会发现，你可以把很多事情做得更好。记得几年前，我写过一篇短文，“用研究的态度对待生活学习”，说的就是这个事情。我担任过物理科学与技术学院的院长，我是把院长这个职位当作一个课题来研究的，很自然，这个研究富有成效。

问：今年是兰州大学建校115周年，您能不能和我们谈谈近几十年兰州大学在物理学科方面取得的重要成就？在兰大求学期间，您对哪些老师印象深刻？他们对您的学习、生活产生了怎样的影响？

答：很好的问题，这也是我感谢兰州大学很好的机会。首先祝贺兰州大学跨过了115个春秋，筚路蓝缕，一路辉煌！很感谢兰州大学为我提供了求学、工作和发展的平台！我在兰州大学求学期间，从1988年入学，到1999年获得博士学位，历经十年有余，所有担任过我课程，特别是物理学专业课程的老师，我都记得他们当年的音容笑貌。比如，《力学》课程的张之珪老师，说话铿锵有力；《热学》课程的高崇伊老师，耐心细致，娓娓道来；《原子物理》课程的周尚文老师，板书细致，不过，浓浓的甘肃口音，一个月后才慢慢听清楚他说的话，很纳闷，居然没有影响课程的学习；《力学实验》课程的李重森老师，要求严格，有一个实验，所有学生的成绩都在80分以下，一个同学就好奇地问了，李老师，为啥都是80分以下，李老师回答，我做这个实验这么多年，也就能得80分，你们做一次还想超过我？《电磁学》课程的曾维扬老师，上课下课都乐呵呵，很是喜气，尽管这门课程我的期末考试成绩并不喜气，69分，是我专业课考得最差的一门课。不说了，他们都在脑子里，以后慢慢说。还有后来的研究生导师，还有辅导员老师和系里办公室老师和领导，比如单纲书记，一个周六下午单书记召集新生座谈时，兰州附近发生了地震，灯晃得厉害，我们都跳起来了，但单书记稳如泰山，说这个楼抗八级地震，不要惊慌；辅导员老师牟克雄，后来去了中国科学院理论物理研究所工作，亦师亦友，对我的成长帮助极大！

问：《视野》杂志的主要读者群体是中学生，您认为除了高考之外，中学生还应该注重哪些方面的提升？请您给他们一些建议。

答：我自己的中学生阶段有些遥远了，而且这三十多年变化非常之大，所以做不到设身处地为现在的中学生朋友提建议。但有那么几点，我想是可以有帮助的。第一，要有个人愿景，不管你何时何地以及你处在什么环境，这个愿景是你每天起床、做事、生活的原初动力；第二，积极向上，保持努力，努力是一种习惯，而不是为了摆脱困境而一时采取的手段；第三，努力提升认知能力，恰当而正确的选择，往往比周而复始地劳作要有效得多，可供选择的越多，表明你的能力越强，反之，你的能力越强，你的选择余地就越大。