诺奖获得者邓肯·霍尔丹：正规的科学教育是造就科学家的前提

诺贝尔物理学奖获得者、美国普林斯顿大学教授邓肯·霍尔丹

　　“我们需要什么样的科学教育来推进和促进以技术为导向的社会，培养出有科学素养的公民？我们又需要什么样的科学教育才能够带来创新技术，才能造就有创意的科学家，甚至造就将来的诺贝尔奖得主？”在9月17日举办的中国科技峰会——科普高峰论坛上，诺贝尔物理学奖获得者、美国普林斯顿大学教授邓肯·霍尔丹在演讲初始，就向所有听众抛出了连续的追问。

　　在邓肯·霍尔丹教授眼里，不可能指望每一个人都成为科学家，只有少部分的人会成为科学家。而造就一名科学家的前提，则是正规的科学教育。“一旦拥有了正规的科学教育，比如物理这样一门量化的科学，有很多人就会开始了解一种科学。虽然最终在充满竞争的世界当中只有一小部分人真正去追求科学的真正研究，但是科学教育是值得推进的。”

　　以下是邓肯·霍尔丹的演讲全文：

　　接下来我要谈一谈教育和科学，实际上，这不是我通常谈的话题。我是科学家和教育工作者，但是我不敢说我非常精通教育，今天勉为其难的发表一下自己的看法。

　　我做的一些获奖的工作很难向一般的公众来解释，我刚刚得奖不久就回到教室里上了一堂课，这张照片就显示了教育课堂的现场。当然作为教育者，我当时是在授课。我就是这样很幸运的得到了奖。

　　我们要问的问题，可能是说我们需要什么样的科学教育来推进、来促进以技术为导向的社会，培养出有科学素养的公民？我们又需要什么样的科学教育才能够带来非常有活力和创新的技术，才能够造就有创意的科学家？甚至造就将来诺贝尔奖得主。当然，我不敢说我们有这些问题的答案。但是我想说的，当我们听到人们谈论，我们今天早上讨论了中学化学老师的重要性。实际上，要想鼓励、激励未来的科学家的话，确实中学化学老师的作用非常重要。

　　当我问我的同事说，是什么把他带到这条研究道路的时候？可能大多数人会说有某个老师当时激励了我。可以说这些中学优秀的老师是一个国家的“国宝”，一旦能够将老师的这种热情和灵感传达给学生的话，那就会有非常好的效果。

　　怎么样才能成为一名科学家？正规的科学教育，比如说，从教科书中学习，这显然是一个前提。如果只学教科书的话，按说每个国家都应该科学成果百花齐放。因此，我们还要重视人与人之间的师徒教诲。当然，你要培养一个技术的掌握者专家，你就通过传达传授技术就可以了。我们也不可能指望每一个人都成为科学家，只有少部分的人会成为科学家。大家都会学乐器，只有很少的成为专业的音乐家，可能你学一些基础性的东西就能够享受音乐。

　　一旦拥有了科学教育。比如说，像物理这样一门量化的科学，有很多人都开始了解一种科学，但最终在充满竞争的世界当中只有一小部分人真正去追求科学的真正研究。科学教育是值得推进的。比如说，大家学习科学或者类似的这一门科学学科，一种定量量化的思维进行思考。如果说，成为科学家梦想不适合所有人的话，至少我们可以做好准备去追求所谓的像物理学量化学科的职业未来。有些我的学生，最后他们到了哈佛、斯坦福当教授，还有一些学生进入了大企业，像麦肯锡或者华尔街去工作，这些工作在华尔街也是非常重要的一些机会。有些可能最后并没有让他成为下一个爱因斯坦，但是我们当初热爱科学的这种热情是没有问题的。

　　大家可能有来自中国的学生，大家都知道爱因斯坦是一个英雄，大家都有一个科学的梦想。这种科学的梦想不一定每个人最后都成为爱因斯坦，但是科学的教育能够不断地扩散开来，不断的传播是非常重要的。所以我觉得像物理学量化或者定量的学科是非常重要的思维。

　　在科学和音乐当中，一个富有热情的教师通常能够发挥关键的作用，能够激励一个学生去实现自己将来成为科学家或者音乐家的梦想。科学的教师不应该被机器人或者人工智能替代。因为现在大家都非常强调说慕课大规模在线开放工程，说多么重要，多么范围广泛。那我觉得在世界上有很多教授在做这些工作，但我觉得学习科学和音乐这样的内容，你学习一个具体技术的话，你可以通过慕课去学习，但是你要想点燃别人的灵感和热情的话，还是要面对面学习。

　　成为科学教育的要素来讲，就是要能够从传授技能过渡到寻找家庭作业里边这个问题的真正答案，或者去寻找一些亟待解决问题的真正答案，这样是为了推动整个世界社会的发展。可以说我们去寻找答案保持好奇心，但我们要能够询问问出有价值的问题，然后去追寻这样的答案。技能，本领最好是在导师和学生之间亲密的教师来实现。

　　科学和教育，实际这两个术语是有区别的，大家通常会连用。这是中国科学峰会，可以和技术放在一起使用。在我们讨论这两个术语的时候，虽然是相关的，但它们有两个不同的目标。对于技术的人员来说，他们的主要任务是寻找切实的答案，对于科学家来说，他们是确定找出界定问题，然后敢于去梦想、去探索这些问题。有些梦想可能在将来能够开花结果，能够找出很好的未来。

　　我本人非常的荣幸、有幸能够在剑桥大学进行学习，当时我找到了一位非常卓越的良师益友，获得了非常好的机会。菲利普·安德森是我的导师博导，当时他已经获得了自己的诺贝尔奖，是在完成我的论文之后。但是现在我们是在普林斯顿大学的同事，他教会我的不光是一些技术性的东西，而是更多的跟他讨论，带着我切实的问题跟他交流，教会我全新对物理学进行思考的方式、方法。通过跟他反复的探讨、交流，学会了一种很好的思维方式。这是一种创新的思维方式，一种不同的方式对物理学加以探索和思考。

　　这幅图是我们在普林斯顿大学的时候拍的，当然他也是获得了诺贝尔奖。他可以说是物理学方面的鼻祖，我非常荣幸跟他结识，能够认识我的导师。还有我的同学教会了我很多，像计算的技巧、计算的一种形式论，这些工具非常有用，获得了非常好的这方面的训练，这些都是要学习的。但这些东西只是工具，我更多的还是需要跟老师这种非常有专业度的探讨，我们去讨论一些非常重要的专业议题，这是非常有趣的，能够带来很多改变。我从我的导师安德森那里所学的非常关键的经验就是能够对于真实的材料素材所繁杂的细节进行抽丝剥茧的高度概括，能够把它简化为一种容易理解的方式或者叫做玩具模型。这样你就能够抓住简化后的本质、精髓。在近年来这种研究的方法已经越来越受欢迎。

　　我很幸运能够有机会在卓越的学府和导师进行深度的交流。剑桥是非常了不起的学府，那里所谓精英式的培养模式来培养创建卓越中心，在这里创业的人们以一种非常独特的思维方式来思考科学并且把它传递给年轻一代。这是最好的一种途径，能够给我们打造并且维持一种国家的科学文化。这样的一种文化反过来又能够通过传播科学的素质来促进科学发展。

　　人们现在可以建很多的建筑，要花费很多的资金。事实上，要找到非常合适的人们来在一起进行研究是非常关键的。我认为精英式的打造卓越优秀精英的模式是非常好的，你不管他研究的学科是什么，但要保证他们非常有创意。

　　对于那些小国家或者发展中国家来说，我们可以看到有很多很多的学生去了国外学习或者去接受培训。我们可以看到他们在学成之后会回来，可以看到他们回来之后会去到这些卓越中心当中工作，看起来这是一种最佳的策略，对于要创造非常重要科学文化范围的国家来说，我认为通过这样一种做法也能够让整个大众科学的素养得到很好的培养和提升和培育。当然，我们可以看到这样一种倡议未来需要得到更多的一些培育和培养，同时要得到很好的保护，特别是在资金的支持方面，给到他们更多资金方面的支持。因为，我们可以看到这些卓越当中的人才是非常重要的。我们现在看到很多国家，比如说，有些政府一开始拿出了一些资金的支持，后来当政治格局的变换有了经济危机的发生，这些国家的政府就不再给钱了。一开始是比较好的，但是我认为这些政府方面的资金支持计划是非常的重要，因为它是为回来的人才提供了很好的支持。有的时候，如果这些来自于国家政府层面的资金退出，整个资金当中差不多很大的一部分，15%、16%就失去了。

　　最后跟大家讲一下我所做的研究工作，说到我的工作，也就是我做的研发方面的工作讲的是关于量子力学现代的规律或者量子规律的原理或者法则。可以看到这是1925年到1932年之间一开始最初建立的，当时有这样的一个思维，科学家建立了最初关于量子力学的理论。从差不多1980年开始，可以看到有更多的科学家发现了一些关于量子力学方面的新的理念或者新的内容，这样新的洞察就开始出现。后来我们就看到有一个从来没有遇到过的，从来没有想到过的或者预期过的叫拓扑结构的量子态，我讲的是关于这些物质的量子态。那个时候可以看到关于拓扑结构的量子态开始被逐渐的发现，后来可以看到量子信息理论又开始越来越成为一个非常重要的方面，这样一种理论能够对今后的20年到30年当中的量子力学来进行重新的塑造和思维。

　　这里是非常的简单。也就是说，如果我们能够对量子力学了解的更多、了解的更好，未来我们将会看到有更新的可能性，来拿出越来越新的材料。同时，也能够让他们新的技术进行很好的出现，这样一种新的方法中心。也就是说，对整个量子物理学来说，它是属于整个常态的情况。现在所谓的量子力学当中的长老态已经被广泛的认识到了。事实上，它是属于量子力学当中非常重要化、最重要的方面。我认为现在这样一种量子力学当中的纠缠态未来将会能让我们认识更多关于量子力学的方面。

　　可以看到这是在1981年的时候，我发明了关于量子力学的理论叫做自旋转粒子1链条，讲的是关于整个的磁，原子当中自旋转1的例子，可能有一种新的态。从这个角度来说，我也做了更多的一些研究。现在这个方面已经被大家了解了，当人们了解的时候，它也被看作是现在叫做拓扑态，当时最最简单的理论。后来我在这方面做了更多的研究，发现我做的发现和很多传统过去的发现是不一样的，在这样的理论当中可以看到所谓叫纠缠态是最为重要的。可以看到左边是过去所预计的状态，右边是没有这样纠缠态的。但是当我发现了里面有自旋转的粒子之后，可以看到这里面确实发现了有这样一种粒子纠缠的状态。这是非常有意思的粒子。当时我的发明主要是来针对于大家所广泛了解的物理学方面的问题进行研究，我当时采用的这种方法是一种叫做非标准的观点，然后我后来能够发现所谓叫做常规的思维是非常非常不正确的，我认为在我的发明当中采用一种非常规的思维方式，这样我能够找到关于量子力学当中更多的一些发现。

　　我们可以看到在现实当中有各种各样不同的材料，这些材料是如何组成的？所以，在我的这样一个生涯当中，可以看到未来我期待的也就是在这样的领域当中未来将会有一些更多的科学家，更多的科学希望，他们能够来就我现在找到的这些结论或者我的理论来进行讨论和进行争论，这是最好的。

　　当时我们可以看到这样的一个原子，里面原子的情况，这里面的原理是非常难解释的，这是科学方面的问题。我们可以看到拓扑结构的量子态，它只是目前状态当中的之一。可以看到在微软公司当中也对所谓叫拓扑结构的量子态进行了很多的尝试，试图来找到非常好的晶界。说到量子计算科学，现在也在做了一些研究，我认为未来讲到量子计算机方面将会有更多的进展。

　　根据我过去研发方面的经验，首先有三个方面：

　　1.在我的研究过程当中，我就删繁就简把所有的复杂的去掉留下最简单的，叫所谓玩具模型的建造者。什么叫玩具模型的建造者？也就是说，要找到从来没有期望过，获得过的物理学方面的发现。

　　2.要有非常深层次的关于数学家的了解。

　　3.我们要采用非常先进的材料科学，拥有了解了非常先进的材料科学之后，才能够做我们的研究。并不是说我们人人都要成为像爱因斯坦这样的大科学家，而是说我们完全有这个机会，我们每一个人都有机会能够作为非常普通的科学家，我们都在希望找到共同的一些东西，我们都在做很多的发现。

　　当然，如果要找到很好的发明，首先要有很好的准备，这个准备是非常重要的。从这个角度来说，要从你们过去的工作当中来获得一些总结，然后通过过去的工作来展望一下未来你将会进行一些什么样的科研，还有未来你的研发当中将会有一些什么样新的理念。这里面有很多很多的准备，同时要有很多的承诺，承诺也是非常重要的。我认为如果大家看看过去一些非常成功的科学家，他们都具备这几方面的素质，我想在座的各位，中国的未来在你们身上，我完全相信未来的数年当中，将会有越来越多的诺贝尔获奖者在你们身上来产生。有时在你们的工作当中看起来好像是非常小的工作，但即使是你们做得普通的工作，它也可能让你们获得诺贝尔奖项的赞赏。谢谢大家！

　　（根据现场速记整理，未经发言人审阅）