杜祥琬院士：科学故事里的应用和基础、开辟和反哺

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来源：中国科学报

作者：赵广立

中国工程院院士、中国工程物理研究院高级科学顾问杜祥琬 李子锋摄

在9月18日于北京大学举行的第十三届创新中国论坛上，围绕“在应用研究中感受基础研究”的发言主题，中国工程院院士、中国工程物理研究院高级科学顾问杜祥琬讲述了几个故事。

前两个小故事，分别是关于理论物理和粒子物理学家周光召及核物理学家于敏在“两弹一星”相关研发中的科学轶事。

周光召“一个大胆的怀疑”

在原子弹研究初期，苏联专家曾提供过一些技术数据。但是后来研究人员当时利用“九次计算”（一种解方程的模拟方法）得出的一个关键数据与苏联专家所提供的技术指标不符合，引起了大家的争议。

周光召从头至尾重算了一遍，开始怀疑：会不会专家给的数据错了？

这是一个大胆的怀疑——一个没有搞过原子弹的人，否定专家给的数据，谈何容易。

周光召发挥了他深厚的数理基础功底，他从能量利用率入手，利用“最大功原理”证明了“九次计算” 结果的正确性和苏方数据的不可能。后来，这个问题就解决了。

于敏“从物理概念发现一个晶体管坏了”

另外一个类似的案例——于敏“从物理概念发现一个晶体管坏了”，这个故事同样精彩。

在突破氢弹的过程中，研究人员用晶体管计算机对理论模型进行计算，每个时刻的计算结果都会打在一条纸带上，纸带上详细记录着该时刻的速度、加速度、压力、坐标等物理量。研究人员就在计算机前盯着纸带上密密麻麻的数字，观察物理量的变化。

有一天，于敏和杜祥琬他们正在那儿看这些数据，突然于敏说：“这个量错了！”

杜祥琬回忆说，一般来说计算机算出来的数据，是很难靠人脑算出来的。但于敏就发现了计算机算出的数据有问题：他看到某个物理量变化趋势的异常，他的物理学功底告诉他，这个数据不对。

大家开始排查，物理、数学、计算方面的专家齐动手，发现物理参数、方程没问题，计算编程、程序指令、程序逻辑也没错。

但于敏坚持这其中一定有问题。当时的晶体管计算机是由装满晶体管的大柜子组成的，它们一个个摆在大厅里。会不会是计算机出了问题？后来计算机专家就去检查计算机有没有问题。最后还真就发现其中一个加法器的晶体管坏了。他们把坏掉的晶体管换下来，对那个物理量重新计算了一遍，最后的结果果然对了。

计算机专家们非常惊讶：“你们从物理量出发，能找到计算机硬件的一个错误，实在令人佩服。”

杜祥琬半开玩笑地说，这大概是基于物理的“人工智能”了。而于敏之所以能够质疑计算机的功底，就缘于其在理论物理学上打下的深厚基础。

“基础学科根基深厚的人才，在应用研究中会解决重大难点问题。”杜祥琬总结说。

杜祥琬自己的“另一个故事”

杜祥琬接着讲的故事则是另一番景象：应用研究当中始所未料的问题，推动了基础学科的新发展。

在核能利用中，大家都认为著名的“中子输运方程”一定是线性的，因为原子核的密度比中子大很多。

“然而，在实际工程中，我们发现在聚变反应很剧烈的地方，可能会出现中子密度比核密度还要大。”杜祥琬说，在这种情况下，中子之间的碰撞就不能不考虑，而此时线性的中子输运方程就不足以描述这种情况了。

“于是我们提出了‘非线性中子输运方程’的概念，这在之前是从未有过的。”杜祥琬说，1984年，他们把这一提法发表在《计算物理》杂志上，代表中国科学家率先在国际上提出了非线性中子输运方程及其解法。

“从这样几个例子，我认识到基础科学跟应用学科之间的辩证关系，可分为两个方面：一是基础科学的革命性的突破能够引领创新的方向，能够开辟新的领域；二是应用研究提出的基础科学的问题，可以反哺和推动基础研究应用科学的发展。”杜祥琬总结说。

对于当前如何加强基础研究的问题，杜祥琬认为，科技强国的一个标志是，具有基于厚重的基础研究的科学发现能力。

他建议，当下要注重创造更加友好的基础研究环境，鼓励科技人员凭兴趣做想做的事情，并给以理解和宽容。

此外，基础研究应“从娃娃抓起”，学校教育应该培养孩子们爱质疑、爱提问的创新素质。