沈惠川:关于物理学和饭碗问题的讨论with许晏(2)

2008.5.24许晏来信

沈老师，您好！
    我前一段时间忙于考试和一些琐事，之后又休息了几天，同时看了点Einstein关于广义相对性原理的文章，以及Landau《经典场论》广义相对论的开头部分，因而阅读Gibbs的计划就耽搁了一周。
    由于我暑假要做本科生的实验助教，每周三次实验，另外还要备课和批改实验报告，时间上可能会比较紧。既然要趁着年轻做点事，就得有所取舍。
    “广义相对论”在物理学中确有倾国倾城之美，令我欲罢不能。吴大猷先生的一套理论物理教程我都有，而且是台湾联经出版社的，去年我专门嘱托一个台湾同学替我买的。您推荐过的有关广义相对论的参考书，吴先生的书中也有提到。思前想后，我觉得Landau最好，故准备将其读完。
     同Hume的书比起来，Einstein，Landau和Gibbs要好懂得多。在开始读Hume的《人性论》之后，我才真正理解了Einstein思想的根源。Einstein受Hume影响之深，以至Einstein的相对论完全是Hume认识论在物理学中的最坚定的贯彻（从Einstein的文章来看，他自己也是承认这一点的）。
                 许晏

沈惠川2008.5.24回信

许晏你好！
     你能抓紧时间学一点东西做一点工作，我很高兴！
一般相对论的书，吴大猷先生还有一本，是台湾出版的，不厚。去年吴大猷的学生林尔康送我一本。（林先生还送我一本《典范永村：吴大猷先生纪念文集》）
     Landau的《场论》不是有中文版吗？很容易看的。Bergmann的书无论如何要看（也有中文版）。另外就是Pauli的书《相对论》。
     物理学如果没有相对论，就不成其为物理学！
     祝你成功！
                   沈惠川

2008.6.10许晏来信

沈老师，您好！
       我从上周开始带暑期物理实验。班里有二十多个本科生，每周两次实验（每次2小时），还有一次习题课（2小时），另有3个小时的答疑课，以及批改实验报告和考试卷。一个星期下来，暑期助教比我想象的要花费更多时间，而且报酬很低：六周的助教，只有2000美元，刚好够我付三个月的房租。相比之下，上个学期我的助教工作就轻松多了：批改博士研究生的统计力学作业，每个月的工资近1500元（交了税后也就1300元不到了）。
      我的研究导师前段时间和我谈过一次，鼓励我暑期看一看有关统计力学中Potts模型的文章，并学习用数学中的图论方法去解决统计力学的一些问题。
      兴趣和饭碗之间有着紧密而不可分的联系：如果不把饭碗顾好，就不可能有条件做自己感兴趣的事情；但是仅仅把与饭碗相关的事情做好，而不去腾出时间做自己喜欢的事，那么生活本身也就没有意义了。这只是兴趣和饭碗之间显而易见的表面联系。
     从我这几年来的体验（吃了不少亏），发现两者间还有着更微妙的共生关系：一个人是不论何时都必须要把与饭碗有关的事情（生存，养活自己）做好的，因为从中可以培养一个人的自律精神，而这种自律精神（自我约束，有规律地生活，有韧性地工作）是实现自我理想的终极保证。假设一个人没有衣食之忧，不用去为生计操劳，那么即使此人有远大的抱负，也不可能持之以恆地完成自己感兴趣的事情。兴趣只能提供短期（两三天）的动力；做成任何一件有意义的事都需要至少十年的艰苦不懈的求索，必须要具备坚定持久的自律精神，而这种自律性只能从生存的压力和现实的严酷性中不断学到。温室里的理想之花是结不出经风耐雨的成功之果的。
      Gibbs在《原理》序言的结尾处写道：“It seemed desirable, however, to separate sharply the purely thermodynamics laws from those special modifications which belong rather to the theory of the properties of matter。”Gibbs的深刻洞察力和远见使得他成功（创造性）地将物理系统之纯粹热力学行为属性同来自物质结构理论之个别的修正性描述明确分开了。前者具有本质不变性和普遍性，而后者具有个别可变性和特殊性；《原理》全书就是要告诉人们，对前者的最真实也是逻辑上最简单的描述，必须并且只能是系综的。
      从历史的发展来看，Gibbs的这一“分离”完全不亚于Newton对初条件和运动方程之“分离”，其意义甚至是有过之而无不及。仅仅在Gibbs逝世后20年，量子力学的诞生给了建立在经典力学基础上的物质结构理论以致命一击，以往有关物质结构性质的描述在微观世界中全都要改写！有趣的是，早在二十多年前，Gibbs就极具远见地将物理系统的纯热力学属性同有关物质结构的“修饰性”描述明确分开了，也就是说，“系综”并不依赖于物质结构的具体性质，它不仅适用于宏观物体，同样也适用于微观世界。这样，统计力学的系综理论不但在量子力学的革命性浪潮中屹立不倒，还拯救了量子力学，即它为量子力学的诠释提供了一条避免走火入魔的出路。Bohr和Heisenberg等人生硬地将概率行为归咎于微观体系的“本性”，却不知许多年前Gibbs就已经把体系的概率行为（纯粹热力学属性）用系综理论深刻完美地揭示出来了，何需那些鼠辈瞎折腾？
      从上述意义来看，Gibbs的《原理》具有与Newton《自然哲学之数学原理》同等的重要性，均为开山鼻祖之作。
      以上是我最近的一点想法，不当之处还请您批评指正。
                   许晏



沈惠川2008.6.11回信

许晏你好！
     来信收到。你说得很好。Gibbs的眼光远大。系综理论确实是一个很妙的理论，不光是方法论，也是世界观。
我最近一直在重新安排我的统计力学讲义，我打算将一些重要的思想写进去。统计力学的应用是要兼顾的，但思想和逻辑更重要。
    我想你还是要抽空将翻译的工作做好。这不仅是脑袋的需要，也是可以部分解决饭碗问题的。有一本好书出版，有名有利，假以时日对你以后的发展有好处。况且，你的英语水平较高（你译的Sakurai量子力学的片断就很不错），200页在你是小菜一碟。
     科研、教学、学习与翻译不矛盾，只要将时间分配合理就可。
     我刚到科大的时候，就翻译了一本苏联Krutkov关于应力张量的书，没有想出版，纯粹是为了科研和教学。译稿至今仍在。其中部分内容已写进《经典力学》的第一章第三节。所以，做过的事总会有用的。
     我的《经典力学题谱》已进入最后校对阶段，估计快的话7月份就可面世。
     Hume的《人性论》我没看过。我觉得这件事倒可以放一放。清华大学出来的人比较讲究实效，纯哲学的思辨可以以后再说。
     说到哲学，你倒可以研究一下Einstein的哲学。可以与Bohr、Heisenberg的哲学对比一下。
     Einstein写过“序”的相对论书没有几本。Bergmann的、Pauli的、Tolman的，就是这样的书。
     我觉得你还是应将重点放在统计力学和量子力学方面，其他都是无关紧要的。广义相对论和《人性论》对你来说只是修身养性之需要，以后再说未尝不可。
                   沈惠川

沈惠川2008.6.12回信

许晏你好！
    昨天我去学校书店看了一下，Hume的《人性论》有中文商务版上下两册，每套35元。翻了一下。
                   沈惠川

2008.6.12许晏来信

沈老师，您好！
      您的来信我认真读了。我觉得有必要把我自己的想法详细说一说。不论是物理学理论还是哲学说教，如果不能和经验联系起来，都只不过是智力游戏或者空中楼阁，毫无实际用处。如何将理论说教同实际经验联系起来呢？只能经由实践去体证，除此之外，别无他途。既然要实践，就要做事（译书），身体力行。这是躲不掉的。问题是如何去做？
     《老子》的一套学说很好，可是孤零零的道家理论本身没有任何用处；如果把道家学说同做事结合起来，那就变化万千，威力无穷了。Hume的《人性论》看似纯哲学思辨，但是Einstein把Hume对时空观念的思辨与解决实际物理学问题结合起来，就促成了相对论。Poincare和Lorentz都有着几十年科班训练的背景，他俩的数理功底比当时（1905年）的业余物理学爱好者Einstein不知深厚多少倍。可惜二人联手尚且功亏一篑，而解决问题所需的决定性的临门一脚却是当时还不起眼的Einstein想出来的！显然，Poincare和Lorentz没有仔细读过Hume的《人性论》。他俩哪怕没有兴趣耐着性子读完全书，只要接触了该书第一卷第二章“论空间和时间的观念”，就完全有可能冲出绝对时空观念的鬼门关。
       历史发展的经验告诉我们，26岁是人生的转折点。Newton在26岁时就已经发现了万有引力定律并发明了微积分（Newton在26岁这一年正式接替Barrow成为Lucasian教授）；Einstein在26岁（1905年）就写出了那划时代的三篇论文：Brownian运动，狭义相对论，光量子假说。如果Newton和Einstein的例子还不能让人信服，那么近代以来最杰出的天才Hume又是怎样的呢？Hume最重要的哲学著作《人性论》完成于他26岁那一年（1737年）。
      当然，我们这些常人对于不世出的天才只能高山仰止，自愧不如。人贵有自知之明，没人敢以那些天才自比。但是我想说的是，他们的事例说明了一个很重要的问题，即一个人如果在26岁之前还没有形成属于自己的原创性信念，那么这个人在步入学术界和社会之后就会缺乏洞察力，不断地受外界影响，被别人牵着鼻子走。我们只要看看现在物理专业的研究生毕业后（选择学术道路的）都在搞些什么，就会发现其中很多人同江湖郎中或者巫师术士没有什么区别。即使有智者给他们劝诫，他们不愿也没有能力自我反省，原因很简单：这些人已经过了26岁这个转捩点了。
     我已经24岁了，距离26岁只有一年半了。要悟道，只能由实践去体证；要实践，就要做事，身体力行。这是躲不掉的。问题是哪些事情是最重要的，一定要在26岁之前完成；相比之下，哪些是次要的，可以等到26岁以后再做。经过反复慎重的思考，我觉得一般相对论的学习可以放到26岁之后去做，《老子》可以等以后再慢慢品读，婚姻大事也必须推后。
     当今物理学的根本症结是量子力学的诠释问题，这绝对不是“公说公有理，婆说婆有理”的枝节性争论，而是关乎物理学甚至是人类认识发展的根本性问题！我选择了统计力学作为研究方向，一方面由于统计力学尤其是其系综理论源于热力学经验定律，真实而且实用；另一方面在于统计力学的系综理论和量子力学的诠释其实是同一个问题，前者为后者的最终解决提供了关键性的启发（在前一封信中我略有所及；感谢Gibbs）。
     我说统计力学的系综描述和量子力学诠释是同一问题，并非就已经认定量子力学的最终诠释一定就是目前所谓的“量子系综理论”。明确回答这个问题为时尚早。两者都出现了概率性，而且我认为这种概率性不同于一般数理统计意义上的随机现象，否则问题就变得trivial了，就不至于成为当今物理学的根本症结。这个问题极其复杂，水深得很。它背后所牵扯的是因果关系下的概然性问题（不是一般的没有涉及因果性的随机现象）。Einstein是幸运的，他当年所面对的是时空问题，是能够从事物复杂的因果关系中暂时“分离”出来的相对“抽象”一些的观念。而现在面临的因果概然性问题，要复杂深刻得多。
      从2005年起，我开始对量子力学的诠释问题断断续续地有过一些尝试性思考。我当初的许多想法在现在看来是幼稚的，这里不妨谈一谈。刚开始时我思考的出发点是数学（逻辑）的和谐（简单性），（最近才知道这竟是Einstein后期哲学思想的一部分），于是下定决心要把数学学好。我旁听和自学了一些数学系课程。其实也没下太多功夫，不过是记了点笔记，看了点书，没做几道题，学得很不扎实。之后就是来了石溪，转了物理系。直到今年4月前，我都是一个有理想的纯粹理性主义者，信仰世界的“前定和谐”，认为理性可以解决问题。
      如何解决关联着统计力学系综描述的量子力学诠释这一因果概然性问题呢？（de Broglie写过一本非线性波动力学，副题就是“因果性解释”，想必他也认为量子力学诠释背后牵涉的是因果关系问题？）我预感这是挑战人类认识能力的艰巨问题。破Bohr和Heisenberg一点不难（仅一个EPR就够他们受的了），关键是如何“立”：如何寻找最真实且逻辑最简单而又完备的理论？我对自己完全没有多少信心，只能战战兢兢，一步一个脚印慢慢来（好在还有Gibbs，Einstein，以及de Broglie这些先行者）。
      Hume写的是18世纪的英文，又是深刻的哲学问题，如能把这块硬骨头啃下来，翻译Gibbs就几乎没有语言理解上的困难了。这是我坚持读《人性论》的部分原因。更重要的动机，在《人性论》对于因果关系和概然性问题有深入的探讨，这将为我领悟Gibbs系综理论和尝试解决量子力学诠释问题提供哲学上的重大启发，正如Hume对时空观念的批判唤醒了沉睡的Einstein（当然，我不是要把自己同Einstein类比，而是要学习Einstein成功的经验）。翻译Gibbs的计划我是不会放弃的，请老师您放心。
      有了Hume的批判哲学和Gibbs的系综理论，还缺什么呢？缺的是解决物理问题的实际操作能力。这一点我可以在解决具体统计力学问题的科研中不断学习体会。我很庆幸自己能有这么大好的条件趁着年轻去做点事情。我希望自己能够十年磨一剑，吃苦耐劳，坚持不懈，走出一个有意义的人生。
                     许晏

沈惠川2008.6.13回信

许晏你好！
     哲学说得再好，也要与物理学的实践相结合。我不知道Einstein发现相对论时受Hume的影响有多深，但成功的最后是Einstein。有些哲学是好的、有用的，有些哲学则是不好的、无用的。Einstein的哲学中，不光光有Hume的，还有其他人的。你不可能将所有的哲学都学完，再去搞物理。边干边学才是正确的做法。
     北大、科大出来的学生都容易走入空想的陷阱，不如清华出来的学生来得务实。你要防止这一点。
     有时间研究哲学，还不如花时间研究科学史。即使研究哲学，也要有所选择。而且，大部分有哲学家身份的物理学家都是在做出成绩后才研究哲学的。像我这样的年纪去看哲学书还差不多，你年轻，应该多建功立业。
     de Broglie的《非线性波动力学》是“非正统量子力学”物理学家的圣经。据我看，此书比Dirac的《量子力学原理》在物理学上不知要强多少。
     原创性的工作不是在想象中产生的，而是在思考物理问题的过程中产生的。我建议你好好学学de Broglie、Gibbs的书，也许还有Schrodinger和Bohm的书。
     统计力学和量子力学中的“隐关联”问题才是重要的。这是我打算写进书中的思想（也有计算）。
                    沈惠川

2008.6.14许晏来信

沈老师，您好！
      来信收到。我完全赞成您的看法。您的批评我会铭记在心。
      世界（自然与精神，科学与宗教的统一体）是复杂多变的，是所有印象和观念的综合体。一个人陷入“空想的陷阱”，始于对世界这一复合体之其中某些部分的不恰当的夸大，并将其与其他部分对立起来。Kant之后的哲学就是如此：从Hegel把自然和精神对立时起，人类的哲学思辨就走上了一条不归路，这就是务实的人对形而上学产生厌恶感的原因。我过去也常常在务实与务虚之间徘徊，以致陷入迷茫。您信中批评的是过去的我。
      如果仅仅是源于对形而上学的厌恶，就去回避问题，只务实而不务“虚”，便是再次把实用科学和形而上学对立起来，走向了另外一个极端。“虚”和“实”是统一的，实实虚虚，虚虚实实（《老子》哲学的精华）。没有必要把两者对立起来。正如您和我的认识是完全一致的，只不过由于人生体验不同，我们各自强调的方面不同，是从不同角度表达同一观点。我认为只有实践（对一个物理研究生来说，就是解决实际物理问题）才能把“虚”（哲学）和“实”（物理）统一起来。只想不干不能称实践，只干不想也不配叫实践。
      如何实践？当然是做实事：修课，翻译Gibbs，研究具体的统计力学问题，通过系里的博士生综合知识考试（9月初），通过科研开题报告（计划年底完成），锻炼身体，人际交往，等等。
      实践是辛苦的。不过有条“捷径”可走（Newton提示大家的），即站在巨人的肩膀上思考问题。到哪里找“巨人”？借问“巨人”何处有，牧童遥指杏花村：故纸堆里就是喏。王阳明，Descartes，Newton，Hume，Kant，Gibbs，Einstein。找到了“巨人”，买了巨人们的书，勉强算是爬到他们的肩膀上去了。可惜事情还没完。要思考的。站在巨人的肩上思考，真的不一样吗？灵吗？白痴饭桶跑到书店，买几本书，摆个姿势，作沉思状（雕塑家的最佳素材），也灵？
      没有Einstein，Gibbs等一系列巨人的著作打底，再加上我自己多年来的切身体会，我根本看不懂也不会想到要去看Hume。我完全同意您的看法，“边学边干”才是王道！只学不干是空道，只干不学是蛮道。
    “北大，科大出来的学生都容易走入空想的陷阱”，您的话说得很好。1952年院系调整后，北大的工科几乎都并入了清华，科大自建校以来始终是重理轻工，学科结构不合理所造就的学术气氛使得两校的学生思辩多于实干，比起以工科为主体的清华自然缺了几分务实精神。有趣的是，科大重理轻工无文，北大是重文轻理更轻工，故两校学生的“空想”又同中有异。
      可见院系调整的弊端之大（1949年以前培养出来的杰出人才个个能文能武）。我十几年来是重文轻理，重理轻工。直到今年4月在认识论上取得重大突破后，才悟得一些放在从前就会对其嗤之以鼻的真“道”。
                    许晏


沈惠川2008.6.14回信

许晏你好！
     我昨天又去了一次书店，将那套Hume的《人性论》又翻了一遍。正好旁边有一本李醒民写的《爱因斯坦》，我在里面找到了Einstein受Hume影响的介绍。书中说Hume是英国早期启蒙哲学家，主张经验论和怀疑论。Einstein在怀疑论方面受Hume的影响。然而，Einstein所受影响除了Hume以外，还有其他哲学家。Einstein融会贯通了所有这些思想，逐渐形成了自己的哲学。所以我认为，只要弄懂Einstein的哲学就可，基本上用不着再回到Hume。
     记得前苏联编过三卷《Einstein文选》，其中第三卷收集了Einstein除相对论以外的大部分论文。这一卷我没有看到过（可能被哪位好事者拐跑了）。其实将这一卷中Einstein关于量子力学的文章研读一遍，肯定能学到许多“好的”哲学。我在博客上所发表的关于Einstein在量子力学方面的部分信件就是出于这一目的。我曾建议少年班的张鹏飞编一本这方面的书。如果真能有人出版这样的书，那真是功德无量.
     张鹏飞也建议我将de Broglie的文章编成书出版。（我有许多de Broglie的文章的中译文，都是原来搞的。）
光练不说傻把戏，光说不练假把戏，又说又练才是真把戏。
在基础理论方面能搞些什么，你要留心做调研。我觉得热力学的理论体系方面（我称之为“分析热力学”）还有许多事可做。另外，相变理论方面，也可有所图。做事就要努力做得像Einstein那么漂亮！这就是为什么要学习广义相对论的原因。（Born说，由于Einstein在广义相对论方面做得太漂亮了，所以他发誓不在这一领域工作。）
     《Einstein：科学家和哲学家》这本书，你应当看看。
                       沈惠川

沈惠川2008.6.15回信

许晏你好！
     雅默（Jammer）的《量子力学的哲学》你可搞一本看看。这本书我有中文复印本（在学校复印的），而且少了106－107两页。到上海图书馆都没借到。北京图书馆估计会有（de Broglie的一本关于经典力学和热力学的书也只有北京图书馆有）。我原来是在交通大学图书馆借到的，现在交通大学图书馆也找不到了（或许给拐跑了）。
      此书不错。文献中经常被引用。你看后肯定爱不释手。
                    沈惠川