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让我现在回到主题,"美与物理学",物理学我刚才讲了有三个领域,大的领 域,(1)、(2)、(3),这三个领域,每一个领域有不同的美。先讲在实验, 比如说是我们讲虹跟霓,我想在座每一位,小时候看见了虹跟霓都会说这是非常 之美,等到你年纪稍微大了一点的话,你如果会做实验的话,那么你可以量那个 虹是多少度,霓是多少度,你如果去量了以后,你就发现虹是42度,就是它这个 角是42度,而霓是50度,而且你继续观测以后,你就知道红在外、紫在内,霓是 反过来的,是红在内、紫在外,这些都是你观测了以后了解到的,这个非常美妙 的现象是实验的美。可是你进步到了唯象理论以后,你就懂为什么会有虹和霓呢? 是因为太阳光在水珠子里头可以有一个全反射,一次全反射就出来虹,两次全反 射就出来霓,而且你经过全反射这个计算可以算出来,一个是42度、一个是50度, 这个是唯象理论的美,我想任何一个学生,第一次算出来这个42度和50度的时候, 不可能没有一个非常深的感受,觉得这真是妙不可言。可是这个还不够,为什么 要有全反射、为什么要有折射?这些要到理论架构里头,到了麦克斯韦方程出现 以后,你就可以了解到,为什么缘故要有全反射,而且可以知道为什么在水里头 要有折射,这个把它的根源找出来,所以这个是更高层的美。
今天我们如果看物理学的理论架构,上边有,里面有也许八九个、九十个方 程式,其中刚才我给大家已经介绍了狄拉克的方程式,我也给大家大概介绍了海 森伯方程式、麦克斯韦的方程式、牛顿的方程式、爱因斯坦的方程式,这许多方 程式里边所描述的是宇宙的秘密,这些许多方程式,大可以讨论到星云群里头的 现象,小可以讨论到基本粒子里头的内部的结构,时间长,可以讨论到十亿年, 短,可以到十的负二十七次方秒,这样子大的,这么多包罗万象的东西,它的解 释都建筑在这几个支柱上边,所以,而且他们都是非常浓缩的语言,所以我想了 解了这些以后,你会同意我讲这几个基本的结构是造物者的诗篇。说它是诗不只 是因为它们是非常之浓缩的语言、浓缩的符号,还因为它们的内涵,往往随着物 理学的发展而产生新的、当初所完全没有想到的意义,比如说是爱因斯坦在1916 年写出来他的"广义相对论"的时候,他并没有能够完全了解到那个里边的含义, 而这个含义最近这三四十年,通过宇宙学的发展,比如说是黑洞,这个里头有非 常深邃,现在还没有能完全了解的一些新的内涵,那么这个当然跟诗一样,你们 大家都晓得你在10岁的时候所念的诗,到20岁时候再看,原来10岁时候没有完全 懂,你到30岁时候再看,你就了解到你20岁的时候也还没有完全懂这个诗,诗有 这个现象,而刚才我所讲的这几个基本结构是也有这个现象的。所以我想如果要 描述一个学物理的人或者是一个做物理工作的人,在了解到一个基本的结构的时 候是什么感受?最好用诗人的话来描述。
200年以前威廉·布莱克曾经说"To see a World in a Grain of Sand,And a Heaven in a Wild Flower, Hold Infinite in the palm of your hand And Eternity in an hour ",这个台湾有一个散文家把它翻译成一粒沙里有一个世 界、一朵花里有一个天堂,把无穷无尽握于手掌,永恒宁非是刹那时光。
在牛顿过去的时候,一个大诗人蒲柏写了这样两句"Nature and nature's law lay hid in night:God said,let Newton be!And all was light。", 我把这个翻译成"自然与自然规律为黑暗隐蔽,上帝说让牛顿来,一切遂真光明", 这些用诗人的语言来描述物理学的美,当然是描写得很好,可是我觉得不够,一 个对于物理学的基本结构了解,知道它们能够对于那么多的复杂的现象给一个那 么准确的解释的时候,还有一些美的感受,这个感受是诗人所没有写出来的,是 什么感受呢?是一个庄严感、是一个神圣感、是一个第一次看见宇宙的秘密的时 候的畏惧感。那么我想这个所缺少的感,正是哥德式建筑的建筑师,他们在设计 哥德式这个建筑的时候,他们所要歌颂的,他们所要歌颂的是崇高美、灵魂美、 宗教美、是最终极的美。
工业的物理也有趣,有价值
物理学的前沿现在非常之广,这个广,我们也可 以问为什么发生这种现象,原因是因为在第二次世界大战里头,因为物理学的重 要性跟战争的发展有决定性的影响,最主要的两个,一个是雷达的发现跟发明, 跟第二个原子弹的发明。所以第二次世界大战以后,全世界的国家都极力支持物 理学的发展,那么今天物理学是因为这个支持,以及因为他在工业界所产生的巨 大的影响,所以今天是在里面工作的人的数目,跟五十年以前是多的多了。
在这情形之下,里头有很多发展,很多的领域,比如说是激光,激光是五十 年代才发现的,今天激光能够用的方向是数不清楚的,而且前途的应用也是许多 现在没有办法想象的,但是对于医药的影响,这个是一个大的方向。在座哪位对 于光学发生兴趣、对于激光发生兴趣、对于光纤发生兴趣,我想这是非常好的领 域。天文物理,现在再再发生非常不可思议的,而还不完全了解的现象,这个我 想是一个极为重要的科目。至于跟工业有关系的物理的发展,那更是数不清楚的, 所以我觉得我的建议,对于年轻的人,是尽可能的在没有选专业以前,多把你的 触角伸的远一点,使得你对于整个这个领域,有什么澎湃发展的方向,多注意一 些,然后本着你自己的能力,跟你过去的经历,选择一个最能够可能发展的方向。
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