前沿上的陈氏“莫比乌斯作坊” [复制链接]

第3版(教育·科技·文化)
专栏：

　　前沿上的陈氏“莫比乌斯作坊”
本报记者柏生
１９９０年３月，英国《自然》杂志以整版篇幅评论和祝贺中国著名物理学家陈难先教授，把数学上极其抽象的莫比乌斯定理用来解决了物理上既重要又困难的一系列逆问题。文章说，逆问题研究在科学技术上十分重要，陈的方法巧妙得像“从帽子中变出兔子”似的，并预计“新开张的莫比乌斯作坊”会“解决物理上一系列难题”。当时记者曾对陈难先教授这一创新性研究工作作了报道。时隔三年，记者从国家自然科学基金会的一份报告中获悉，陈教授的研究工作在国际学术界引起较大反响。最近，从报上看到陈教授又被继续推举为八届全国政协委员。为此，记者再次造访陈教授，向他询问这个“作坊”开张３年的“经营”情况。
陈教授对记者说：“数论中的莫比乌斯反演定理是上世纪４０年代建立的，它给出了逆问题研究的工具，但一直没有人在物理研究上使用过。说实在话，我是从事凝聚态物理研究的，怎么把现象和本质联系起来，这种联系和规律有什么用处，都是靠物理上的概念和直觉，以及技术上的需要和可能来判断的。莫比乌斯定理是我摸索碰着的，后来才由数学界朋友正式介绍给我当工具。我对它做得很不理想。但是，我从美国回到祖国６年多所做的工作，比在美国的６年更漂亮，总算略感欣慰。
陈教授强调说，逆问题研究多半是由表及里，由现象到本质，由宏观到微观，起着探隐索秘的作用。逆问题的研究发展多数不成熟，探索性风险性较突出，但在技术应用和事物本质的发现上往往十分重要。实际上许多重大课题都包含逆问题，如遥感遥测、地球物理勘探、机电设备故障诊断、人体内脏构象、材料设计、目标侦察、密码破译等。对于物理学发展来说，卢瑟福的α粒子散射逆问题确立了原子核的存在，也是材料组分随深度变化探测的重要手段；劳埃的晶体衍射逆问题确定了晶体内部原子的周期性结构，也是目前Ｘ光和电子显微技术确定材料结构的重要工具。医院里的ＣＴ技术就是解决Ｘ线或超声波经过人体组织吸收衰减的逆问题的结果。
记者根据最近国家自然科学基金会数理部主任的报告，知道陈难先教授的研究工作在国际上是占有一席地位的。他对黑体辐射逆问题的公式被国际著名天体物理杂志ＡＰＪ用来解决了星际尘埃温度分布的重要问题，并被称为“陈氏定理”。美国著名的《物理评论》，以“陈氏反演公式”发表专文讨论他对黑体辐射与声子比热逆问题的新结果。荷兰的《物理通讯》则不断称他的结果为“陈——莫比乌斯变换”。在国际学术界影响这么大，记者问这是怎么回事。陈难先教授告诉我：“一条数学定理一旦在物理上有了重要应用，把实验现象和物理本质联系起来，定理就常被冠以物理学家的名字。我用莫比乌斯公式做的是玻色子、费米子、格子系三大类物理上很重要的逆问题。国际上称Ｃｈｅｎ定理，我感到容易招人误解，我希望叫‘中华９９９定理’，因为这是中国人在中国做出来的，排行可能是９９９号，是老九们合作的结果。”
在这之后，陈难先教授应英国《自然》杂志要求，迎接了用莫氏定理解决高维物理问题的挑战。他在１９９２年一口气就解决了二维六方、三维体心和三维面心的问题。这在电子结构和材料的力学性能之间打通了一条快车道。英国Ｊｐｈｙｓ，荷兰ＰＬＡ立刻用这算出铜、镍、铬、钼等金属材料中原子间相互作用势、弹性模量和声子谱。
据２月１７日参加自然科学基金报告会的科学界朋友讲，陈难先教授还把莫比乌斯定理推广用来解决材料力学性能、半导体电子能态密度等，虽说都在做物理工作，在数学上也很有新意。陈难先教授自己的说法不是这样，他说：“研究问题就得甘心处于一知半解状态，我确实不懂数论，各种物理问题逼着我用就是了。一知半解，胆子就大些，用了再谨慎请教内行。也就是大胆假设，小心求证。”
他说研究逆问题，必须依靠多学科合作，这能促进新思想新方法的产生。新的思想必须是与别人不同的思想，逆向思维比顺向思维容易产生新思想。