科学家与科学之路

——姚期智院士在清华大学星火论坛的演讲

来源:解放日报 2012-05-13 姚期智

  姚期智 世界著名计算机学家,2000年图灵奖得主,现任清华大学交叉信息研究院院长、清华学堂计算机科学实验班首席教授,美国科学院院士、美国艺术与科学学院院士、中国科学院外籍院士。1975年至2004年,先后在麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、普林斯顿大学任教授,2004年加入清华大学。他创建了通讯复杂性和伪随机数生成计算理论,奠定了现代密码学基础,并在量子计算等领域作出独到的贡献。

  我从事科学研究这么多年,认识了许多很有名很杰出的科学家,今晚我想借这个机会,把我见到的一些科学家,以及我对于科学事业的心得和大家一起分享。

代表科学的两种精神

  萧伯纳在一个剧本里说过,“有的人看到已经发生的事情,问‘为什么会这样’;我却梦想一些从未发生的事情,然后追问‘为什么不能这样’。”我觉得这句话非常脍炙人口,正可以用来代表科学的两种主要精神。

  首先,我们要谈一谈什么是科学家,科学家做什么样的事情。在此,我想引用一位大文豪——萧伯纳(Bernard Shaw)在一个剧本里说的几句话:“有的人看到已经发生的事情,问‘为什么会这样’;我却梦想一些从未发生的事情,然后追问‘为什么不能这样’。”这句话非常脍炙人口,很多人用不同方法引述。我觉得这句话正可以用来代表科学的两种主要精神。属于第一种的,看到自然现象想到去解释“为什么会这样”,代表者就是牛顿(IsaacNewton):被苹果击中而推出万有引力。代表第二种的科学家,就是高锟教授,从玻璃梦想到用光纤通讯而成了光纤之父,得了2010年诺贝尔物理学奖,对整个世界产生了无比重要的贡献。

  在我的生涯中,遇到过很多这样的科学家。首先讲讲他们对我的启发。

  我早年在哈佛大学物理系的导师——格拉肖(Glashow)教授,是1979年诺贝尔奖得主。他并非出身于书香门第,而是生于从俄国移民到美国的工人阶级家庭,但他家里对子女教育非常注意。他从年轻时就像各位一样,对科学非常敏锐,上的是布朗士科学高中(Bronx ScienceHigh School),纽约市非常出名的中学。大家都知道,上很好的学术学校,最大的好处并不是为了证明自己的优越和聪明,而是你在这些地方能遇到很多杰出的同学和朋友,能够互相激励,最大限度地发挥每个人的天赋。他的一个高中同班同学,后来也成为诺贝尔奖得主。格拉肖教授对我很大的一个影响是,他是一个非常有创新力的人,能够很大胆地假设一些事情,觉得世界是这个样子,对自己所做的结论非常有信心。他所做的事情中,有一个非常杰出的,就是预测了粲夸克(CharmQuarks)。物理学家一开始觉得有三种基本的夸克(Quark),他推断有第四个存在,虽然他作出推断、得出结论的方法并不是那么严谨,但他有非常强的直觉。后来他的推断果然被证实,对物理界产生了非常大的影响。

  从格拉肖教授身上,我收获的是:我们要对自己有信心,敢于提出别人没有提出的观点。

  第二位是我在哈佛大学物理系的同学,戴维·波利策(David Politzer)。我们同一年读研究生,他2004年获得诺贝尔奖。他很有意思的一点是,第一篇论文发表于1973年,解释某种物质的基本构造,这篇论文成了他2004年获得诺贝尔奖的基本贡献。在座的同学应该得到鼓励,一个年轻人所做的事情,很可能就是非常重要的,不要妄自菲薄,研究生论文可能变成科学领域最杰出的贡献之一。在物理学领域,甚至有本科生就做出诺贝尔奖级别的成绩。这里还有一段有趣的插曲,波利策当年提出的问题,当时哈佛有一位博士后曾经也想过,他最先花了一年多的时间把所有的理论都证明计算了一次,计算了七八个不同的理论,剩下最后一个理论时他放弃了,让别人去做。就是这个理论,戴维·波利策拿来接着计算,结果验证成功而得了诺贝尔奖。对于那位哈佛博士后而言,这可算得上是功亏一篑。

  从中我收获的是:我们不能轻易放弃,要能吃苦并坚持到底。

  第三个例子,是大家比较熟悉的约翰·纳什(John Nash)。刚才我们讲人在年轻时就可能做出举世闻名的工作,我想这种英雄出少年的例子在全世界是很多的。比如1994年诺贝尔奖得主约翰·纳什,他的第一篇文章是1950年他还是普林斯顿大学的本科生时发表的一篇两页纸的论文,“N人游戏中的平衡点”( Equilibrium points in N -personGames)。当时博弈论有个未解的问题:就是当博弈有双赢的可能性时,怎样做一个对自己最有利的策略?这个问题即使博弈论的创始人冯·诺伊曼(Von Neumann)也不知如何解决。纳什把他的草稿请冯·诺伊曼过目,后者觉得没有什么价值,这让纳什很沮丧。但他的一个好朋友大卫·戈尔(David Gale),鼓励他说这个工作做得非常不错,应该好好写完拿出来发表。很幸运,约翰·纳什后来发表了这篇论文,并在45年后因此获得诺贝尔奖。

  这给我们的启示是:不要绝对相信权威,即使像冯·诺伊曼这么伟大的科学家,也会有误判的时候。

科学家的逸闻趣事

  1974年图灵奖得主、斯坦福大学教授高德纳非常多才多艺,他有三个特点让人敬佩:一是很专注,任何时候只专注于一件事情;二是追求完美,每件事情都力求尽善尽美;三是做事快、效率高。他曾把自己关在一个无窗的小阁楼里,一个下午搞定了三四十页的论文,且手稿绝少更改,好像莫扎特写乐曲。

  下面谈谈我在计算机领域遇到的一些人。第一位叫高德纳(DonaldKnuth),任教于斯坦福大学,1974年图灵奖得主。我第一次见到高德纳是在1975年,当时我刚结束计算机科学博士学位的学习,解决了一些问题,他邀请我去做一个夏天的访问。他非常多才多艺,数学上非常有造诣,编程上更有造诣。在美国计算机科学会举办的第一次编程大会上,他的程序比别人快很大一截。清华有很多编程高手,但我相信还是比不上他。

  他有三个特点让我很敬佩,一是很专注,任何时候只专注于一件事情。他是一个很有纪律的人,曾说过,今后两年的日历上每天做什么都应有一个计划。第二是追求完美,每件事情都力求尽善尽美。第三是做事非常快,做出来的程序比别人运行快,写程序的速度也很快。他这三个特点可以用一个他写Tex软件的例子来说明。大家都知道写这么大的软件非常花力气,他做的时候基本不做别的事情,全神贯注。一般做这样的事情需要一个团队,但他是一个人写的,因为他不放心别人能写出像他那么漂亮的编码,而他一个人完成得也很快。

  关于完美和效率,我还可以举另外一个例子。1975年夏天,我在斯坦福访问期间,我们一起做了几篇论文,他说写的部分不用我管了。他把自己关起来,别人都喜欢有窗户有花园有鸟鸣的环境,他却把自己关在无窗的小阁楼里,一个下午搞定了大概三四十页的论文。他的手稿绝少更改,好像莫扎特写乐曲,不得不让人佩服。

  高德纳最伟大的工作包括《编程的艺术》(Art of Programming)这一系列书。在1960年初的时候,计算机科学刚起步,美国的大学也刚开始有计算机科学系。他对计算机科学不但了解其数学理论,而且是编程序的高手,有很多写码的经验。他几乎是唯一的一个人,有这样的能力及学识,能写下所有的相关知识,来建立一门学科。他的这一系列巨作,使计算机科学成了一门科学。在1968年《编程的艺术》第一卷出版之前,他已经亲笔写好七卷共3000页的手稿。他的3000页跟我们一般想象的概念不一样,都是蝇头小字,很难相信是一个身高两米的人写的。在这一点上他很像《哈利·波特》的作者罗琳,她也是七卷手稿拟定后才一卷卷出版。我想各位如果曾经读过《编程的艺术》,就会发现该书写得非常流畅,能够把很多信息写得非常精细,而且用的篇幅很少。里面小小一段话,换了别人写可能好几页纸还说不清。

  这部著作到1973年共出版了3卷,另外还有4卷,但他对当时的排版技术不满意,认为排出的格式不够美观,他想设计一套好的排版系统,让效果更加完美。1977年我和他一起搭乘飞机去德国开会,他说要暂时中断关于《编程的艺术》的工作,因为要做这排版系统的工作,大概要半年左右。但是没想到十年一晃就过去了。倒不是说写系统花了很长时间,而是他发现不光是排版不够好,印刷的字体也不够漂亮。他是一个有着很深人文传统的人,喜欢以前西方古书里专人手写的字体,希望印刷技术能用科学方法做到和以前的字体一样美丽。他运用数学算法设计字体,因而耽误了出版的进展,最近第四卷才出来。他说还是要完成7卷,要做到80多岁,2030年可以做完。

  高德纳对中国很友好。有一天我在他办公室外见到两位从中国去的学者。当时是1979年左右,中国首批学者到西方学习研究,高德纳先生把他们请进房间,跟他们讲Metafont的工作,后来他们把它用在中文字体的设计上。这几位学者在斯坦福呆了一年多,我曾见过几次。上世纪80年代,我第一次回到北京参加科学院的会,很惊喜地见到我当初在斯坦福的这几位老朋友,他们现在都已经是中国科学院院士,在计算机领域担任非常重要的工作。

  再提一位,杰弗里·乌尔曼(JeffUllman),大家可能读过他的一些书。他本来在普林斯顿工作,后来被吸引到斯坦福去。他是一个有冷幽默的人。他曾讲过一句话让我印象很深。他说:“聪明人不值钱,一毛钱可以买一打,重要的是能对他人有影响。”他本身也在实践这个哲学。他自认有一个长处,就是对于新东西吸收很快,写书也很快。计算机科学日新月异,他对很多新的事情都用心学,很多领域他都开课写书。他还有另外一句话,关于写书的哲学:“如果材料好,写得差一点也不要紧。”在一个新的领域里,第一本书会有很多人用,会影响很多人。

  再来谈谈数学家保罗·埃尔德什(PaulErdos)。他写了1525篇文章,有511个合作者。我不是希望大家也学他写千篇文章,跟这么多人合作。现在文章写得多不算稀奇,我想说的是,他是一个完完全全专心做研究的人,而且他有一些特别之处。比如他是没有家的人,一年365天有360天在路上,在美国、欧洲各个地方旅行,基本所需都在一个行李箱里。他也不住旅馆,而是住在朋友家,而且基本都是数学家,从早到晚都可以交流。他有很多脍炙人口的小故事。比如Epsilon,微积分里用来代表“微小”、“小”的意思。他喜欢用Epsilon代表小孩子。朋友问他:“吃过午饭了吗?(Have you hadlunch?)”他回答:“我吃了一点。(Yes, I ate an epsilon.)”朋友笑他:“你是食人族,吃了个小孩子!”再比如咖啡,他用一个词“定理咖啡(Theorem coffee)”来指咖啡很浓,可以激发数学思维,证明出定理。他在斯坦福访问时,曾在我们家住过两天,称赞我太太储枫教授做的咖啡堪称“Theorem coffee”。他的整个思维,觉得数学不但是很高深重要的科学,也是社会合作的一个活动,觉得数学应该大家都参与,互相都合作,这是做数学最好的方式。科学界流行一个“埃数”(Erdos number)的概念,代表和埃尔德什合作的“最近”距离,可说是最早的一个社交网(social network)。埃尔德什的社交网络之广到什么程度呢?不仅数学家,甚至许多生物学家、经济学家都有一个近距离的“埃数”。

科学之路该怎样走

  组织一个团队,或者交朋友,都要看到别人的长处。抱着积极的态度会让人过得比较愉快,这样才能和别人合作,而多数工作需要团队合作。一个人的才能不完全是天生的,很可能是后天培养的,只要努力,总能变得更聪明更优秀。

  最后谈谈学问以外的事情。我在台湾长大,一直很用功,社会上也觉得读书是一件很辛苦的事。我在哈佛的导师格拉肖教授像电影明星一样,是很风趣、外向的人。他喜欢滑雪,喜欢吃好的喝好的。我在哈佛读书期间,他曾带我到法国马赛访问一学期,其间还到意大利西西里岛参加过一个夏令营。在那半年,我受他影响,体会到原来科学家不用像苦行僧一样生活。他曾带我去一个法国顶级的三星米其林(Michelin)餐厅用餐。我当时很土,当穿着燕尾服的服务生来问点什么饮料时,别人都点了鸡尾酒,我却要了牛奶,服务生非常吃惊,格拉肖更是笑得不可开交。我记得那时米其林餐厅的人均消费是150美元,相当昂贵。岁月如梭,辛苦不再谈。另一次觉得生活特有情趣的是1984年,在意大利西南海边的一个渔村开会,当地人的生活方式非常轻松写意,我们会后,傍晚时在海边一起聊天、跳舞、吃海鲜,我真正感受到完全放松下来,平时觉得非常重要的事情都没有那么重要了。那真是一段美好的记忆。

  我再说说高德纳的为人。他是一个对自己要求苛刻的人,而对别人却非常慷慨大度。他对每个人每件事都能看到其正面,又热爱音乐、艺术、文学等等。他的多元化态度是我们应该要学习的。组织一个团队,或者交朋友,都要看到别人的长处。抱着积极的态度会让人过得比较愉快,这样才能和别人合作,而多数工作需要团队合作。

  我去过很多地方,每个大学都有其不同之处,有些地方竞争非常强,有些地方很安静,但基本上每个环境都有它好的一面。有时听人埋怨所处环境不好,我想重要的是应该利用环境中好的地方。譬如一个地方来往的人很多,这是长处,可以扩大交流;一个地方非常安静,这也是机会,可以不受人影响,专心做出有深度的东西。

  还有最重要的一点,一个人的才能不完全是天生的,很可能是后天培养的。每个清华学生,毕业时应该比入学时更聪明。有很多人天生非常聪明,开始可能比人家好很多,但后来的成就未必突出。一个人只要努力,总能变得更聪明更优秀。我给自己一个挑战的方法,不想老是做一样东西,我每次要求一个新的方向,而且要越做越好。你督促自己做什么,就向这个方向走,即使不能完全达到,也能比别人走得更远。每次都做比自己能力更难一点的事,这样容易进步。我们应该要把自己变成最好的自己。同时,不能闷头自己做,要把握一个十年后仍然重要的方向。

  今天的听众我想多半是本科生,我下面说的可能更适合研究生。

  你可能会问,如果我想改变研究方向行不行?我告诉你:高德纳本科学物理,博士研究数学,最后成为计算机科学家;沃特·吉尔伯特(WalterGilbert),从物理学转而研究分子生物学,1980年获化学诺贝尔奖,他还是生化公司Biogen的创始人。

  该不该事业转型?没有人能给你最好的建议,你要听从内心的召唤。

  会不会太迟了?要有信念,值得做的事情会存在很多年的。

  会不会太早?还是要有信念,此外还需耐心,慢慢等到时来运转。

  现在大家都在谈创新、创造力。毕加索(Pablo Picasso)是20世纪最重要的、拥有伟大创造力的艺术家之一。他的工作改变了世界,但是你看他后期的作品,不会想到他早期是一个传统型的画家,写实性的,完全没有抽象的。我们平时总说,创新最忌讳模仿他人。但毕加索说的一句话我非常欣赏:“模仿别人是必要的,但老重复自己,炒冷饭,就可悲了。”这句话对我们搞创新很有启发。

  其实在科学以外,到处都有能让我们学习、鼓励我们前进的人和事。今年年初的澳网男单决赛(AustralianOpen),德约科维奇(Djokovic)对阵纳达尔(Nadal),长达5小时53分钟,是澳网史上历时最长的对决。纳达尔是网坛一哥,战无不胜,但这场他输了。大家一般认为他是乡土少年,不善言辞。但这次比赛后记者访问,他说的一番话,极具智慧,堪称完美。他说:“在这里比赛感觉很好,能不断尝试挑战自己身体的极限”,“我真的很喜欢这种感觉,我总是说享受痛苦是一件好事,不是吗?所以当你身体状况佳,有激情,有准备,你就不怕吃苦,而且能享受这种痛苦。今天我就有这种感觉,非常好的一种感觉。比赛很煎熬,但是比赛中遇到的所有困难都给了我乐趣。我不断努力去寻找解决困难的方法。我不断用心、用智,去克服困难,全力以赴在打比赛。虽然痛苦,却觉得真爽,那种感觉超越了网球之外。”

  我觉得他的这番话用来诠释科学家与科学之路,最恰当不过。

 

2012年05月14日 15:09:36  清华新闻网

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