科学在日本的一百年（上）传承与革新

汤川秀树

c2blog译

原文在这里，原载《亚太物理学会联合会 会刊》（AAPPS Bulletin） 2007年17卷，No.1 第11至14页

“汤川秀树百年纪念”专题

东京大学成立以来，独立科研的准备阶段持续了十年，直到1890年左右，不同科学分支的原创性成果才开始出现。从1890到1920的三十年间，各个科学分支都作出了很多成就。我只能提到它们当中的一小部分：在物理学，长冈半太郎和本多光太郎是杰出人物。关于长冈，我后面还会提到。本多光太郎以铁磁性和其它金属性质方面的成就而著称。在仅次于京都大学的第三老牌大学东北大学，他建立了金属研究所。本多是一个优秀的组织者，他培养了很多科学家，他和他们一起作出了重要成果。在东北大学，那时候有一个很强的物理学小组。其中有一位理论物理学家，石原纯曾在爱因斯坦的指导下学习相对论，对早期量子理论的进展也有贡献。他对下一代理论物理学家(包括我本人在内)的影响，是不容忽视的。

在化学方面，在很多人当中我只提在1910年成功生产维生素B1的铃木梅太郎。这是维生素类中的首个发现。医学方面，1915年山极胜三郎实现了世界上首个实验室动物的人工癌。因为我对提到的各个分支的成就不是很清楚，我就停在这里，又回到物理学吧。

后来成为日本物理学领袖的长冈半太郎，比本多年长五岁，当时还是东京大学物理研究所一名学生的他，在1888年就开始进行磁致伸缩的实验研究。他取得了一些新的成果，而且从1893年起留学德国的三年里继续着他的实验工作。在1900年巴黎举行的第一届国际物理学会议上，他被邀请去作磁致伸缩的演讲。他在物理学一个时兴主题的工作得到了国际认可，这激励了他的同事们。然而，长冈本人已经觉察到物理学革命时代的到来。在这次会议上，欧洲领先的物理学家们给他留下了深刻的印象。回到日本后，他在1903年提出了一个原子模型。由于没有足够的时间去交代这个模型本身的细节以及他的思想背景，我把那些留给板仓、木村和八木去年出版的长冈的传记去交代吧[2]。我想提的一点是，当时日本学术界的氛围，是不利于他继续这样一种雄心勃勃的理论追求的。在晚年，他似乎已预见到年轻一代将沿着他不得不中途停下的方向更进一步。事实上，在1926年，我有机会听到他题为“物理学，过去与现在”的著名演讲，当时我才19岁，进入京都大学才几个月。他60岁了，刚从东京大学退休，但他的青年人般的热情深深感染了我。当时正是量子力学诞生的时候，全世界物理学家大有狂飙突进之势。我下定决心尽可能多尽可能快地研读关于量子力学的论文。那些论文几乎都是由一大批年轻的欧洲物理学家所作，而且接二连三地出现。从1928到1930年的短时间里，一些有机会去欧洲的日本物理学家回国了，对量子力学的传播有所贡献。其中的仁科芳雄，在哥本哈根访问过几年，当时海森堡、狄拉克和其他很多优秀的年轻物理学家在尼尔斯•玻尔的领导下，高度活跃于量子力学的创建和发展，仁科芳雄也对此作出了贡献。与此同时，像索末菲、海森堡和狄拉克这样的物理学家到访日本并做了演讲。这一切大大激励了我们。以京都大学为例，那里有我同学朝永振一郎和坂田昌一和比我大四岁的武谷三男。他们后来成为了顶尖的理论物理学家。
1932年，又一股热潮波及日本，核物理和宇宙射线领域的重大发现和发明在欧美接连出现。这一次我们的准备比以前充分得多。科克罗夫特-沃尔顿加速器和回转加速器在几年之内建成了。因此，在十九世纪三十年代的最后几年，日本在核物理学方面配备的实验仪器，比美国以外的任何西方国家都要好。至于理论研究，重大成果也在这一时期出现了。尤其是，几年前建立的大阪大学小组，为打开通向基本粒子新世界的大门作出了很大贡献。
终结于两枚原子弹的第二次世界大战，其影响当然是非常深刻和广泛的。即使我们只谈日本的科学和科学家，我们能注意到战后各种新趋势的出现。其中之一就是很多的日本物理学家，特别是，我们核物理学家们已经开始承担起了重大的社会责任，去倡导或参加世界和平运动。另一个趋势是科学共同体的民主化。举办这次会议的日本学术会议，创建于1949年。这是世界上第一个这样的科学组织，其210名成员是从日本全体科学家选出的。民主化同时也在纯科学的不同分支中开展。比如说，所谓“基本粒子理论组”就是这个时候组建的。我不在这里谈它的细节啦，就留待《现代日本的科学与社会》这本书的相应章节来讲吧，那本书是最新出版的，而且包含了由日本科学史家翻译成英文的相关文章[3]。不过，值得指出的是，比起战前别的大多数共同体，以前的日本物理学家共同体还是更为开放和平等的。多亏前辈物理学家的开明态度，来自不同研究所的不同世代的理论物理学家都有很多自由讨论的机会。同时， 这也是自二十世纪早期以来物理学家国际共同体氛围的反映。

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1950年，仁科芳雄和汤川秀树。

战后的国际科学趋势之一，是研究风格的改变。1932年以来核物理学的飞速发展导致实验设备的规模和费用都急剧上升。战后，这种趋势加剧了。为了产生能量越来越高的粒子，越来越大的加速器一个接一个地建造起来了。只有美国和苏联这些超级大国才能负担起这些。西欧国家只有联合起来才可能建造这么大的机器。刚好相反，日本和战前不同，不得不滞后高能核物理的实验研究；虽然理论研究仍然像从前一样活跃。在其它许多科学分支里，“大科学”的趋势开始出现。最明显的实例就是空间科学。

与之密切相关而且更为普遍的另一趋势，是在一个课题中一起工作的科学家团队的规模增大。这在很多的实验研究中也许是不可避免的。这是17世纪以来现代科学发展进程中的一种畸变。大多数的当代物理学家都不得不如同一台机器的部件般运作。对其中任一个体来说，要从更广的角度去领会他们工作的意义变得更加困难了。一种与他人活动有关的失落感深化了，而且往往导致顺从。他不再向自己追问科学的意义和目的。不过，这只是一个反讽。正是因为上述的种种趋势，才使得更重要的科学家们全都去反思自己工作的意义。

现在，让我们来看大约二十年前开始的新变化。其中一个显著的进展来自生物学。众所周知，1953年由沃森和克里克作出的DNA双螺旋结构的发现，是现代分子生物学的起点。在我们物理学家看来，下列理由是相当矛盾的：正如已经提到的，始自二十世纪初量子论和相对论诞生的物理学革命，大有愈演愈烈地颠覆朴素实在论的势头。虽然17世纪以来现代物理学似乎已经摧毁了以亚里士多德物理学为代表的理解物质和运动的传统方式，但是对原子微粒以及连续的、机械的以太客观而永恒地存在的坚定信念直到十九世纪晚期仍被信守。这一套朴素实在论对于理解像电子和光量子这样的亚原子粒子显得站不住脚了，尤其是，自量子力学诞生以来。在此种种形势下，令人意想不到的是，生命体的许多基本属性原来可以根据分子生物学来机械地理解（从某种意义来说，分子生物学是联合德谟克利特和笛卡尔思想的路线的一个延伸）。当然，不要误会，如果我们更深入到分子内部以及分子之间运作机制的细节，我们要用的是量子力学而不再是古典物理学。

现在再次回到物理学正题，正如已经提到的，在二十世纪三十年代基本粒子的崭新世界被洞开了。二十世纪四十年代以来，越来越多意想不到的新型粒子在宇宙射线中发现了或在加速器中制造出来了。它们大部分都极不稳定，每个都只有非常短的平均寿命。为什么大自然中存在这么多不同种类的粒子？到目前为止没有一个物理学家能就这个问题给出一个令人信服的答案，尽管对基本粒子的统一理论的尝试是有很多。在这些情况下，大概从二十年前开始，我作过思考，我或者能够用到我所继承的或多或少异于西方的思维方式。其实，从五岁开始我就被祖父教之以大量的中国经典。在我那一代的小孩中这是不寻常的经历。在差不多15岁大的时候，我发现了像“老子”和“庄子”这样的道家书籍。我对它们很感兴趣，不过那时我还没有明确意向要做一名物理学家或是一个自然哲学家。多年以后这些书使我产生了新的兴趣。譬如，我惊讶于从《庄子》中找到下列句子。

“当一名铁匠想去铸造什么的时候，被铸造的金属跳起来说：‘我决心成为曾有的最好的剑！’铁匠会认为手上的是不祥之物。同样的道理，我们可以把天和地比作一个大冶炉，其中的万物包含着作为铸金的人和作为铁匠的造化者。无论人的生死存亡，不管发生什么，还有什么是不可能的吗？安然熟睡就行了。”

（原文出自《庄子·大宗师》：“今大冶铸金，金踊跃曰‘我且必为镆铘’，大冶必以为不祥之金。今一犯人之形，而曰‘人耳人耳’，夫造化者必以为不祥之人。今一以天地为大炉，以造化为大冶，恶乎往而不可哉！成然寐，蘧然觉”；英译文和原意似有出入――译注）

显然，庄子试图通过金属和铁匠的比喻来超越生和死。然而，我很惊讶，因为我已经隐喻地提及了“无形模具”的概念，用以直观地理解各种基本粒子的产生和湮灭。这听起来可能是纯属巧合，但至少，促使我偶尔重读老子和庄子的书[4]。最近，我得知，李约瑟教授指出了道教对于中国的科学和技术的重要贡献[5]。

这样说起来，我不禁想起长冈半太郎年轻时的一个故事，那是他晚年自述的。1883年，当他完成在东京大学理学部的第一学年，他想下定决心成为一名在一些科学分支有所建树的科学家。他认定自己不会自我满足于引入和传播现代科学。不过，对于东方人是否具备成为一名优秀科学家的禀赋，他还不能确定。所以他决定休学一年去考察中国经典，以寻求东方人禀赋的证明或反证。他发现，在古代中国人（包括庄子）写的几本书里，有一些科技发现和观察，甚至比西方的还早。这使他大为放心，无须多疑就重返校园了。这个故事听起来好像很奇怪，但我们必须回想他年轻时日本科研的状况。正如我提到的，当时日本的现代科学分支中还没有出现原创性成果。

我想用当前科学中更为普遍的认识来结束我的演讲。17世纪科学以伽利略惯性定律的发现为开端，是有象征性的。据此，如果任其自由移动，物体必定运动至无穷远处。从那时起，无穷大和无穷小的数学概念就在物理学以及相关的科学分支中扮演了一个重要的角色。但是，现实中的人类事业没有一个能够无止境地拓展。近年来，我们自己有限的地球变得越来越局促。始料未及的是，导致这种情况的主要原因恰恰就是科学技术的发展。在这方面，日本是其中一个空间狭小的国家，而且自然资源和自然环境破坏都是最显著的。不过，我们的祖先有着江户时代超过二百年几乎完全隔绝外界而存活的经验。所以我希望日本的科学家和工程师们，尽可能地为解决我们自己以及全人类的环境问题作出贡献。

最后，我要承认在准备我的讲稿时，用到了由日本科学史协会编写的25卷日本现代科技史。(完)

译者提示：

关于这篇文章，似乎有必要交代一下：
这是杨振宁先生提到过的关于日本科技发展史很重要的文章，与我国文化教育关系也甚大。
出处：http://www.networkchinese.com/region/nobel/08011602.html

[2] K. Itakura, T. Kimura, and E. Yagi, Biography of Hantaro Nagaoka (The Asahi Shimbun   Company, Tokyo, 1973), in Japanese.

[3] S. Nakayama, D. L. Swain, and E. Yagi, Science and Society in Modern Japan (University of Tokyo Press, Tokyo, 1974).

[4] Hideki Yukawa, Creativity and Intuition (Kodansha International, Tokyo, New York and San Francisco, 1973).

[5] Joseph Needam, Science and Civilization in China, 4 volumes (Cambridge University Press, Great Britain, 1961); Kiyoshi Yabuuchi ed., Studies on Science and Technology in Media

China (Kadokawa Shoten, Tokyo, 1963), mostly in Japanese.

[6] Society of History of Science of Japan ed., History of Science and Technology of Japan, 25 volumes (Dai-ichi Hoki Publishing Company, Tokyo), In Japanese.

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