第十五讲未来的物理学与创新分析.ppt

1公共选修课公共选修课现代物理概论现代物理概论  第十五讲未来的物理学与创新 主主 要要 内内 容容 一、二十世纪的科学技术一、二十世纪的科学技术 二、二十一世纪的科学技术二、二十一世纪的科学技术 三、引领物理学未来的三、引领物理学未来的25个问题个问题 四、科技创新四、科技创新二十世纪的二十世纪的科学技术科学技术二十世纪伟大的科技成就二十世纪伟大的科技成就一、四大基础理论一、四大基础理论 1）量子力学；）量子力学；2）相对论；）相对论； 3）基因理论；）基因理论；4）系统理论系统理论二、五大基本模型二、五大基本模型1）宇宙演化的大爆炸模型；）宇宙演化的大爆炸模型；2）物质结构的标准）物质结构的标准模型；模型；3））DNA双螺旋结构模型；双螺旋结构模型；4）图灵计算）图灵计算机模型；机模型；5）地壳结构的板块模型地壳结构的板块模型三、三大基本技术三、三大基本技术1）物质变化技术；）物质变化技术；2）能量转化技术；）能量转化技术； 3）信息控制技术信息控制技术二十世纪的五大基本模型二十世纪的五大基本模型（（1 1）） 1. 宇宙演化的大爆炸模型宇宙演化的大爆炸模型1））20世纪世纪20年代，弗里德曼在广义相对论的框架下，论证了宇宙年代，弗里德曼在广义相对论的框架下，论证了宇宙 胀缩，哈勃发现了星系红移。

胀缩，哈勃发现了星系红移2））宇宙大爆炸模型：宇宙大爆炸模型：200亿年前的宇宙是基本粒子组成的亿年前的宇宙是基本粒子组成的“宇宙汤宇宙汤” →大爆炸时的温度达大爆炸时的温度达100亿度以上亿度以上→ 四种基本力：引力、强力、四种基本力：引力、强力、 弱力、电磁力逐一分化出来弱力、电磁力逐一分化出来→物质形态依此演化为原子、气态、物质形态依此演化为原子、气态、 恒星体系、现在的宇宙恒星体系、现在的宇宙3））四项观测事实四项观测事实证明了大爆炸理论：证明了大爆炸理论： （（1）观测表明：任何天体的年龄都小于）观测表明：任何天体的年龄都小于200亿年；亿年； （（2）河外天体有系统性的谱线红移，表明宇宙膨胀；）河外天体有系统性的谱线红移，表明宇宙膨胀； （（3）所有天体的氦与氢的比例大致相同：）所有天体的氦与氢的比例大致相同：1:4；； （（4））1965年探测热辐射谱的微波背景辐射时，得到宇宙的温度约年探测热辐射谱的微波背景辐射时，得到宇宙的温度约为为3K二十世纪的五大基本模型二十世纪的五大基本模型（（2 2）） 2. 粒子物理的标准模型粒子物理的标准模型1））20世纪发现了世纪发现了数百种微粒子数百种微粒子,它们由两类它们由两类十二种基本粒子十二种基本粒子构成构成它们是它们是夸克夸克(上、下、奇异、粲、底、顶上、下、奇异、粲、底、顶)和和轻子轻子（电子、（电子、 子、子、 子、子、电子中微子、电子中微子、  子子中微子、中微子、  子子中微子）。

中微子）2）所有粒子的运动遵循）所有粒子的运动遵循四种基本力：引力、电磁力、强力、弱力四种基本力：引力、电磁力、强力、弱力的相互作用引力和电磁力在宏观世界可观察到，强力和弱力只有的相互作用引力和电磁力在宏观世界可观察到，强力和弱力只有在微观世界的粒子作用中才显露弱力在中子及其它粒子衰变过程在微观世界的粒子作用中才显露弱力在中子及其它粒子衰变过程中出现，强力是夸克相互间的作用力，其强度最大，这种力使夸克中出现，强力是夸克相互间的作用力，其强度最大，这种力使夸克组合成强子（现今发现的数百种粒子大多是强子）轻子只参与引组合成强子（现今发现的数百种粒子大多是强子）轻子只参与引力、电磁力、和弱力作用，而不参与强力相互作用若以强力的强力、电磁力、和弱力作用，而不参与强力相互作用若以强力的强度为度为1，则电磁力为，则电磁力为10-2，弱力为，弱力为10-13，引力为，引力为10-383）从四种力的作用来看，基本粒子为三种：）从四种力的作用来看，基本粒子为三种：夸克、轻子、传播子夸克、轻子、传播子（传递力的粒子）传递强力的是（传递力的粒子）传递强力的是胶子胶子（共有（共有8种，质量为种，质量为0 ），传），传递弱力的是递弱力的是W+、、W-、、Z0中间玻色子中间玻色子（质量是质子的（质量是质子的80-90倍），传倍），传递电磁力的是递电磁力的是光子光子（质量为（质量为0），传递引力的传播子至今尚未发现。

传递引力的传播子至今尚未发现二十世纪的五大基本模型二十世纪的五大基本模型（（3 3）） 3.DNA3.DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型A A（（腺嘌呤）腺嘌呤）——T T（（胸嘧啶）、胸嘧啶）、G G（（鸟嘌呤）鸟嘌呤）——C C（（胞嘧啶）胞嘧啶）是含氮碱是含氮碱基对，它们分别以基对，它们分别以2、、3个氢键相连，千万条碱基对组成遗传密码个氢键相连，千万条碱基对组成遗传密码二十世纪的五大基本模型二十世纪的五大基本模型（（4 4）） 4. 图灵的计算机模型图灵的计算机模型 1936年，图灵在其著名的论文《年，图灵在其著名的论文《论可计算数在判定问论可计算数在判定问题中的应用题中的应用（（On Computer numbers with an Application to the Entscheidungs -problem）》）》中，以布尔代数为中，以布尔代数为基基础，将逻辑中的任意命题用一种通用的机器来表示和完成，础，将逻辑中的任意命题用一种通用的机器来表示和完成，并能推导出结论这种机器，后人称之为并能推导出结论这种机器，后人称之为“图灵机图灵机” 图灵机由一个图灵机由一个控制器控制器和一个两端无限长的和一个两端无限长的工作带工作带组成。

组成工作带由大小相同的工作带由大小相同的方格方格组成，方格内记载着字母表上的组成，方格内记载着字母表上的符号控制器带有符号控制器带有读写头，它读写头，它可读出或改写方格上的符号可读出或改写方格上的符号这种机器能进行多种运算并可用于证明一些著名的定理这种机器能进行多种运算并可用于证明一些著名的定理 图灵还从理论上证明了这种假想机的可能性图灵机的图灵还从理论上证明了这种假想机的可能性图灵机的思想思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础奠定了整个现代计算机发展的理论基础二十世纪的五大基本模型（二十世纪的五大基本模型（5 5）） 5. 地壳结构的板块模型地壳结构的板块模型1））大陆漂移说：大陆漂移说：创始人是魏格纳，他在《海陆的起源》一书创始人是魏格纳，他在《海陆的起源》一书中论述了南美和非洲大陆可能拼合在一起的思想、大西洋两中论述了南美和非洲大陆可能拼合在一起的思想、大西洋两岸的许多生物有亲缘关系，在岩石、地层和皱褶构造等上也岸的许多生物有亲缘关系，在岩石、地层和皱褶构造等上也相当吻合相当吻合1950年代，古地磁学的研究结果进一步为大陆漂年代，古地磁学的研究结果进一步为大陆漂移说提供了有力证据。

移说提供了有力证据2））海底扩张说：海底扩张说：地球上部是岩石圈和软流圈，其下为高温地地球上部是岩石圈和软流圈，其下为高温地幔的环形对流体，它驱使地幔的炽热物质从洋脊的裂谷中涌幔的环形对流体，它驱使地幔的炽热物质从洋脊的裂谷中涌出，冷却后形成新的海底，并推原来的海底向两侧扩张，是出，冷却后形成新的海底，并推原来的海底向两侧扩张，是海底同大陆一起在地幔对流体上漂移海底同大陆一起在地幔对流体上漂移3））板块构造说：板块构造说：在大陆漂移说和海底扩张说的基础上，岩石在大陆漂移说和海底扩张说的基础上，岩石板块构造说成为新的全球构造理论板块构造说成为新的全球构造理论全球分为七大板块：太全球分为七大板块：太平洋、亚欧、印澳、非洲、北美、南美和南极板块平洋、亚欧、印澳、非洲、北美、南美和南极板块板块漂板块漂浮在软流圈上，在洋中脊处增生，在海沟处消减，其运动的浮在软流圈上，在洋中脊处增生，在海沟处消减，其运动的动力源泉来自地幔的热对流动力源泉来自地幔的热对流二十一世纪的二十一世纪的科学技术科学技术2121世纪科学技术发展总趋势世纪科学技术发展总趋势(1)(1)一、中心科学技术的转移一、中心科学技术的转移 1.1.信息科学技术信息科学技术 目前是发展高峰期，预计其中心科学目前是发展高峰期，预计其中心科学 技术的地位还可持续四十年。

技术的地位还可持续四十年 2. 2.生命科学技术生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计现在已开始注重其发展与应用，预计 21 21世纪世纪3030年代开始将逐步转变为中心年代开始将逐步转变为中心 科学技术科学技术 3. 3.认知科学技术认知科学技术 智能化趋势现已显露，预计智能化趋势现已显露，预计2121世纪世纪7070 年代开始将成为科学技术发展的中心年代开始将成为科学技术发展的中心2121世纪科学技术发展总趋势世纪科学技术发展总趋势(2)(2)二、世界科技中心（地区或国家）的转移二、世界科技中心（地区或国家）的转移 中国（公元中国（公元3 3世纪世纪——公元公元1313世纪）世纪）→→ 意大利（意大利（15401540年年—1610—1610年）年）→→ 英国（英国（16601660年年—1730—1730年）年）→→ 法国（法国（17701770年年—1830—1830年）年）→→ 德国（德国（18101810年年—1920—1920年）年）→→ 美国（美国（19201920年年— — ））→→ 可能转向东方（日本、中国）可能转向东方（日本、中国）高技术及其产业的领域高技术及其产业的领域(1) (1) 信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）(2) (2) 生物科学技术（包括生命科学技术）生物科学技术（包括生命科学技术）(3) (3) 新能源科学技术（包括核能科学技术）新能源科学技术（包括核能科学技术）(4) (4) 新材料科学技术（包括纳米科学技术）新材料科学技术（包括纳米科学技术）(5) (5) 环境科学技术（包括地球科学技术）环境科学技术（包括地球科学技术）(6) (6) 航空航天科学技术（包括空间及军事科学技术）航空航天科学技术（包括空间及军事科学技术）(7) (7) 海洋科学技术（包括地球科学技术）海洋科学技术（包括地球科学技术）(8) (8) 先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）(9) (9) 管理科学技术（包括软科学技术）管理科学技术（包括软科学技术）(10)(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）252121世纪改变人类的科学技术世纪改变人类的科学技术 科学科学 技术技术 物质科学物质科学 信息技术信息技术 生命科学生命科学 生物技术生物技术 纳米技术纳米技术 能源技术能源技术2653引领物理学未引领物理学未来的来的25个问题个问题541.宇宙起源：宇宙学观测表明宇宙是膨胀宇宙起源：宇宙学观测表明宇宙是膨胀着的。

通过对微波背景辐射和宇宙大尺度着的通过对微波背景辐射和宇宙大尺度结构等的观测，宇宙的历史可以追溯到极结构等的观测，宇宙的历史可以追溯到极早期发生的大爆炸我们所知的基本物理，早期发生的大爆炸我们所知的基本物理，比如广义相对论和粒子物理标准模型，在比如广义相对论和粒子物理标准模型，在那里都不适用为理解宇宙起源，需要了那里都不适用为理解宇宙起源，需要了解大爆炸时期的基本物理解大爆炸时期的基本物理  2.暗物质的本质：现代宇宙学观测表明宇宙中暗物质的本质：现代宇宙学观测表明宇宙中存在暗物质和暗能量但是它们的起源仍然是存在暗物质和暗能量但是它们的起源仍然是个谜  553.暗能量的本质暗能量的本质 4.4.恒星、行星的形成：天体的形成是天体物理恒星、行星的形成：天体的形成是天体物理学中的重要问题适合生物存在的行星，在银学中的重要问题适合生物存在的行星，在银河系中出现的几率到底是多少？河系中出现的几率到底是多少？  5. 5.广义相对论：广义相对论在所有尺度上都是广义相对论：广义相对论在所有尺度上都是正确的吗？正确的吗？  6. 6.量子力学：量子力学取得了巨大成功，但它量子力学：量子力学取得了巨大成功，但它描述的是自然的最终理论吗？也许它会在很小描述的是自然的最终理论吗？也许它会在很小的距离上和非常复杂的系统中失效，是否可用的距离上和非常复杂的系统中失效，是否可用来描绘整个宇宙也还值得探讨。

来描绘整个宇宙也还值得探讨  56 7. 7.标准模型：粒子物理标准模型无疑极为成功，标准模型：粒子物理标准模型无疑极为成功，但人们并没有理解夸克和轻子的质量混合的物但人们并没有理解夸克和轻子的质量混合的物理起源和中微子的质量等理起源和中微子的质量等  　　　　8.8.超对称：存在低能超对称吗？超对称伴超对称：存在低能超对称吗？超对称伴子的质量谱是什么？子的质量谱是什么？  　　　　9.9.量子色动力学量子色动力学( (QCD)QCD)：：量子色动力学可以量子色动力学可以完全求解吗？完全求解吗？  　　　　10.10.弦论：超弦理论是一个有望成功地统一弦论：超弦理论是一个有望成功地统一自然相互作用的理论，但它到底是什么？自然相互作用的理论，但它到底是什么？  　　　　11.11.时空的观念：时空是什么？超弦理论最时空的观念：时空是什么？超弦理论最终可能会放弃时间和空间这两个概念终可能会放弃时间和空间这两个概念  57 12. 12.物理理论是否与环境相关：物理的基本参物理理论是否与环境相关：物理的基本参数和规律都可以计算，还是仅由历史的或量子数和规律都可以计算，还是仅由历史的或量子的偶然性决定，或者是由人择原理来确定？景的偶然性决定，或者是由人择原理来确定？景观的图像是对的吗？观的图像是对的吗？  　　　　13.13.新物态：存在常规实验可探查的一般非新物态：存在常规实验可探查的一般非费米流体行为吗费米流体行为吗? ?  　　　　14.14.复杂性：对一般的复杂大系统而言，其复杂性：对一般的复杂大系统而言，其内在的混沌特性决定了系统的不可预测性。

如内在的混沌特性决定了系统的不可预测性如何运用计算手段来分析这类系统、鉴别哪些特何运用计算手段来分析这类系统、鉴别哪些特征？征？  　　　　15.15.量子计算机：如何防止量子计算中的量子计算机：如何防止量子计算中的“退相干退相干”？如何实际制造量子计算机？？如何实际制造量子计算机？  58 16. 16.物理学的应用：如何得到室温甚至室温以物理学的应用：如何得到室温甚至室温以上的超导材料？如何用电子材料上的超导材料？如何用电子材料( (如半导体如半导体) )制制造室温铁磁体？造室温铁磁体？  　　　　17.17.理论生物学：生物学的理论是什么？理理论生物学：生物学的理论是什么？理论物理学有助于生物学研究吗？需要新的数学论物理学有助于生物学研究吗？需要新的数学吗？如何描述生物体这样呈现出多时间尺度动吗？如何描述生物体这样呈现出多时间尺度动力学的体系？力学的体系？  　　　　18.18.基因组学：物理学家如何参与基因组的基因组学：物理学家如何参与基因组的“解密解密”？可能拥有一个定量的、可预测的进？可能拥有一个定量的、可预测的进化理论吗？甚至能否直接从基因组出发化理论吗？甚至能否直接从基因组出发“计算计算”有机体的形状？有机体的形状？  59 19. 19.意识的研究：记忆和意识后面的自组织原意识的研究：记忆和意识后面的自组织原则是什么？有可能在幼儿期测量到意识的发生则是什么？有可能在幼儿期测量到意识的发生吗？什么时候？如何发生？如何测量？能否制吗？什么时候？如何发生？如何测量？能否制造一个具有造一个具有“自由意志自由意志”的机器？的机器？  　　　　20.20.计算物理学：计算机能代替解析计算吗计算物理学：计算机能代替解析计算吗？如果是，那么将来物理学家所受的训练该如？如果是，那么将来物理学家所受的训练该如何相应改变？何相应改变？  　　　　21.21.物理学的分化：物理学自身发展日益分物理学的分化：物理学自身发展日益分化，如何面对这种状况？化，如何面对这种状况？  　　　　22.22.还原论：是否应该怀疑这个物理学的根还原论：是否应该怀疑这个物理学的根本逻辑？是否保持一个开放的态度？本逻辑？是否保持一个开放的态度？  60 23.23.“理论理论””应该扮演何种角色：应该扮演何种角色：““理论理论””是否应是否应仅仅靠实验来判断正误，或者应该是由基本物仅仅靠实验来判断正误，或者应该是由基本物理原理发展出来的对自然理原理发展出来的对自然““更高更高””层次的理解，层次的理解，而可以不顾及是否能在实际中实现？在对复杂而可以不顾及是否能在实际中实现？在对复杂系统的细节描述中，如何估价物理学家一贯坚系统的细节描述中，如何估价物理学家一贯坚持的持的““简洁性简洁性””和数学和数学““优美性优美性””等原则？等原则？  　　　　24.24.物理学未来发展中潜在的危险：如何面物理学未来发展中潜在的危险：如何面对越来越大、越来越难以实现的物理学实验计对越来越大、越来越难以实现的物理学实验计划？在这种形式下，新的研究途径该是怎样的划？在这种形式下，新的研究途径该是怎样的？理论在探索自然方面应该起什么作用？？理论在探索自然方面应该起什么作用？  　　　　25.25.物理学是否仍将是最重要的科学？物理学是否仍将是最重要的科学？  61物理学前沿问题探索物理学前沿问题探索 1．万有引力和万有斥力．万有引力和万有斥力2 2．宇宙膨胀（或收缩）过程中的时间和时．宇宙膨胀（或收缩）过程中的时间和时间矢间矢 3 3．原子核的放射性与宇宙的周期性运动．原子核的放射性与宇宙的周期性运动 4 4．合成超大原子核的可能性．合成超大原子核的可能性 5 5．制造储存放射性元素容器的设想．制造储存放射性元素容器的设想 6 6．低温超导现象和原子的特性．低温超导现象和原子的特性 7 7．电子和电磁力的产生．电子和电磁力的产生 628 8．恒星内部的大核裂变和外表的氢核聚变．恒星内部的大核裂变和外表的氢核聚变 9 9．． 原子核的结构与原子核周期表原子核的结构与原子核周期表 1010．． 同位素同位素 1111．电子与质子的关系．电子与质子的关系1212．放射性的指数衰变规律．放射性的指数衰变规律 1313．宇宙膨胀过程中光的传播速度．宇宙膨胀过程中光的传播速度 1414．太阳系的起源．太阳系的起源 科技创新科技创新科技创新的主力是青年人科技创新的主力是青年人●爱因斯坦于爱因斯坦于19051905年提出狭义相对论，年仅年提出狭义相对论，年仅2626岁。

岁●玻尔的原子结构理论诞生于玻尔的原子结构理论诞生于19121912年，其时他不过年，其时他不过 27 27岁●海森堡建立量子矩阵力学时不过海森堡建立量子矩阵力学时不过2424岁●狄拉克狄拉克2323岁为量子力学找到普适的数学工具，岁为量子力学找到普适的数学工具，2626 岁建立了相对论性量子理论岁建立了相对论性量子理论 ●19531953年年4 4月月2525日，英国《自然》杂志刊登了沃森日，英国《自然》杂志刊登了沃森 和克里克关于和克里克关于DNADNA双螺旋结构模型，其时沃森双螺旋结构模型，其时沃森2525 岁，克里克也不过岁，克里克也不过3737岁●哥德尔哥德尔2525岁提出并证明了哥德尔不完备定理岁提出并证明了哥德尔不完备定理●图灵图灵19361936年提出图灵机概念，时年年提出图灵机概念，时年2424岁大学生阶段作出了巨大创新大学生阶段作出了巨大创新 1. 1. 牛顿牛顿( (I.Newton)I.Newton)16651665年年(22(22岁岁) )发明微积分发明微积分; ; 2. 2. 图灵（图灵（A.M.TuringA.M.Turing））19361936年（年（2424岁）提出图灵机概念；岁）提出图灵机概念； 3. 3. 埃克特埃克特(J.P.Eckert)1946(J.P.Eckert)1946年年( (时为研究生时为研究生) )与莫切利与莫切利 ( (J.W.J.W.MauchlyMauchly) )发明计算机发明计算机; ; 4. 4. 皮兹皮兹( (W.PittsW.Pitts)1943)1943年年( (时为博士生时为博士生) )与麦克科洛奇与麦克科洛奇 ( (W.W.McCullohMcCulloh) )提出神经元的数学模型提出神经元的数学模型; ; 5. 5. 卡尔曼卡尔曼(Kalman)1960(Kalman)1960年年( (时为研究生时为研究生) )提出可控性、可观提出可控性、可观 测性、最优控制理论及卡尔曼滤波；测性、最优控制理论及卡尔曼滤波； 6. 6. 佩特里佩特里( (PetriPetri)1972)1972年年( (时为博士生时为博士生) )提出提出PetriPetri网网; ; 7. 7. 密歇根大学的许多博士生在上世纪密歇根大学的许多博士生在上世纪6060年代进行了遗传算年代进行了遗传算 法的开创性的研究法的开创性的研究; ; 8. 8. 比尔比尔. .盖兹盖兹19751975年年(1973(1973年年1919岁时离开哈佛从商岁时离开哈佛从商) )创办微软创办微软 公司公司, ,现已连续现已连续8 8年为世界首富。

年为世界首富 关于创新的几个关于创新的几个 值得思考的问题值得思考的问题关于创新的几个关于创新的几个值得思考的问题值得思考的问题1. 为什么中国中学生参加科学奥林匹克竞赛屡屡取为什么中国中学生参加科学奥林匹克竞赛屡屡取 得世得世 界冠军界冠军, 而大学毕业后与科学上的世界大奖就无缘了而大学毕业后与科学上的世界大奖就无缘了?2. 为什么三大数学猜想不是中国人提出的为什么三大数学猜想不是中国人提出的?3. 我国学人大都学过马克思主义哲学我国学人大都学过马克思主义哲学, 为什么没有用彻底为什么没有用彻底 的的 唯物辩证法精神去挑战传统理论唯物辩证法精神去挑战传统理论? 例如为什么电子可例如为什么电子可 一分为二的想法不是中国人提出的一分为二的想法不是中国人提出的?4. 中外科学史表明中外科学史表明: 许多重大的科学创新成就并不一定来许多重大的科学创新成就并不一定来 自名人自名人, 也不一定来自科研条件好的地方也不一定来自科研条件好的地方, 为什么在中为什么在中国国 本土上还没有产生一位诺贝尔奖获得者本土上还没有产生一位诺贝尔奖获得者?5. 究竟什么制约、甚至妨碍了创新？究竟什么制约、甚至妨碍了创新？科普与创新科普与创新（（费马大定理的证明费马大定理的证明））1. 什么是费马大定理什么是费马大定理? 勾股定理勾股定理: X2+Y2=Z2 费马大定理费马大定理: Xn+Yn=Zn 在在n>2时没有正整数解时没有正整数解2.美国数学家安德鲁美国数学家安德鲁•怀尔斯受科普读物影响而终成大器怀尔斯受科普读物影响而终成大器 1）与哥德巴赫猜想齐名的费马猜想是由法国人皮埃尔）与哥德巴赫猜想齐名的费马猜想是由法国人皮埃尔•德德•费马于费马于1637年提出的年提出的, 300多年来难住了一代代数学家。

多年来难住了一代代数学家 2）怀尔斯出生于英国剑桥（）怀尔斯出生于英国剑桥（1953），），1980年移居美国年移居美国1963年年他十岁时在回家的路上的图书馆里，看到埃利克他十岁时在回家的路上的图书馆里，看到埃利克•坦普尔坦普尔•贝尔贝尔写的科普读物《大问题》，受到吸引，产生了爱好，于是终身写的科普读物《大问题》，受到吸引，产生了爱好，于是终身从事数学后来成为数学博士、教授，并一直为实现童年梦想从事数学后来成为数学博士、教授，并一直为实现童年梦想奋斗终于在奋斗终于在1994年十月证明了费马大定理，他的论文发表在年十月证明了费马大定理，他的论文发表在1995年年5月的《数学年刊上》月的《数学年刊上》 3）费马大定理的证明被誉为）费马大定理的证明被誉为20世纪的重大科学进展之一世纪的重大科学进展之一 关于哥德巴赫猜想问题关于哥德巴赫猜想问题（（1））1.1.德国人哥德巴赫在德国人哥德巴赫在17421742年写给大数学家欧拉的信中提年写给大数学家欧拉的信中提 出这一猜想出这一猜想: :任何一个大于任何一个大于2 2的偶数都是两个素数之和的偶数都是两个素数之和 简记为简记为 “1+1” “1+1”。

2.19202.1920年，挪威数学家布朗改进了有年，挪威数学家布朗改进了有20002000年历史的埃拉年历史的埃拉 多然尼氏的多然尼氏的““筛法筛法””，证明了，证明了 “9+9” “9+9”3.19243.1924年，德国数学家拉代马哈证明了年，德国数学家拉代马哈证明了 “7+7” “7+7”4.19324.1932年，英国数学家埃斯特曼证明了年，英国数学家埃斯特曼证明了 “6+6” “6+6”5.5.原苏联数学家布赫夕塔布于原苏联数学家布赫夕塔布于19381938年与年与19401940年分别证明年分别证明 了了 “5+5” “5+5” 与与 “4+4” “4+4”6.19526.1952年中国数学家华罗庚在中科院数学所组织并领导年中国数学家华罗庚在中科院数学所组织并领导 了了““哥德巴赫猜想讨论班哥德巴赫猜想讨论班”” 关于哥德巴赫猜想问题关于哥德巴赫猜想问题（（2））7.19567.1956年年, ,中国数学家王元证明了中国数学家王元证明了 “3+4” “3+4”，同一年，原，同一年，原苏苏 联数学家阿联数学家阿•维诺格拉多夫又证明了维诺格拉多夫又证明了 “3+3” “3+3”，，19571957年，年， 王元又证明了王元又证明了 “2+3” “2+3”。

8.19628.1962年年, ,中国数学家潘承洞证明了中国数学家潘承洞证明了 “1+5” “1+5”，，19631963年，年，潘潘 承洞和巴尔巴恩又都证明了承洞和巴尔巴恩又都证明了 “1+4” “1+4”9.19659.1965年年, ,阿阿•维诺格拉多夫、布赫夕塔布与意大利数学维诺格拉多夫、布赫夕塔布与意大利数学 家朋比尼证明了家朋比尼证明了 “1+3” “1+3”10.10.我国数学家陈景润再对筛法做了新的改进后我国数学家陈景润再对筛法做了新的改进后, ,终于在终于在 1966 1966年证明了年证明了 “1+2”, “1+2”,取得了迄今为止最好的成果取得了迄今为止最好的成果3535 年过去了，哥德巴赫猜想问题仍然没有解决年过去了，哥德巴赫猜想问题仍然没有解决四色问题四色问题1.问题问题:任何一张地图只用四种任何一张地图只用四种颜色就能使相邻的国家有颜色就能使相邻的国家有不同的颜色不同的颜色2.四色猜想来自英国四色猜想来自英国,1852年年由格里斯兄弟提出由格里斯兄弟提出,1872年由数学家凯利正年由数学家凯利正式向倫敦数学学会提出式向倫敦数学学会提出,从而成为世界数学从而成为世界数学难题。

难题3.1976年年6月哈肯和阿佩尔在美国伊利诺斯月哈肯和阿佩尔在美国伊利诺斯大学用两台计算机大学用两台计算机,化了化了1200小时完成证明小时完成证明英国科学家马瑞斯英国科学家马瑞斯提出电子可分论提出电子可分论1. 科学家认为最基本的粒子是不可分的自发现科学家认为最基本的粒子是不可分的自发现 电子电子103年以来，还不曾有任何证据表明电子年以来，还不曾有任何证据表明电子 是可分的是可分的2. 美国布朗大学研究液氦的英国物理学家马瑞斯美国布朗大学研究液氦的英国物理学家马瑞斯, 根据量子力学理论根据量子力学理论(每一种基本粒子都可用每一种基本粒子都可用“波波 函数函数”来描述来描述), 经计算发现经计算发现, 电子的电子的“波函数波函数”可可 以分成两部分以分成两部分, 所以他认为电子可一分为二所以他认为电子可一分为二3. 美国佛罗里达大学诺贝尔奖获得者伽里说，如美国佛罗里达大学诺贝尔奖获得者伽里说，如 果马瑞斯的预言正确，他肯定会获诺贝尔奖果马瑞斯的预言正确，他肯定会获诺贝尔奖什么束缚、妨碍了创新什么束缚、妨碍了创新?（（1））1.中国长期的小农经济中国长期的小农经济, 形成了形成了“小康即安小康即安”“小富即满小富即满”的小农保守思想的小农保守思想, 这是妨碍这是妨碍创新的思想根源。

创新的思想根源2.中国文化中的神本主义文化中国文化中的神本主义文化, 即唯神、唯上、即唯神、唯上、唯书束缚了中国学人创造性的发扬唯书束缚了中国学人创造性的发扬3.中国教育中的唯书教育与应试教育妨碍了学中国教育中的唯书教育与应试教育妨碍了学生的自由与个性的发展，也就妨碍了创新生的自由与个性的发展，也就妨碍了创新因此要加强个性教育、素质教育与创造教育因此要加强个性教育、素质教育与创造教育4. 4. 中国学人习惯于跟踪不习惯于创新的一个重中国学人习惯于跟踪不习惯于创新的一个重要原因是缺乏自信心，不敢质疑和批判现存要原因是缺乏自信心，不敢质疑和批判现存的知的知 识体系，不敢提出创新的理论和方法识体系，不敢提出创新的理论和方法什么束缚、妨碍了创新什么束缚、妨碍了创新?（（2））5.5.我们的学科相对老化，没有跟上世界学科结构调整的我们的学科相对老化，没有跟上世界学科结构调整的 步伐；我们在体制和机制上还存在问题为此，要进步伐；我们在体制和机制上还存在问题为此，要进 行体制和机制的改革，营造良好的创新环境，弘扬科行体制和机制的改革，营造良好的创新环境，弘扬科 学精神，鼓励学术争鸣，加强学科交叉，保护不同意学精神，鼓励学术争鸣，加强学科交叉，保护不同意 见，宽容创新失败。

见，宽容创新失败6.6.我们的科研投入还不多，研究成果积累还不够，科研我们的科研投入还不多，研究成果积累还不够，科研 队伍还未形成不同的学派，这在一定程度上影响了原队伍还未形成不同的学派，这在一定程度上影响了原 始性的创新始性的创新 现代科学研究要取得巨大成就，必须借现代科学研究要取得巨大成就，必须借 助现代化的研究手段，还要有相当的研究成果积累，助现代化的研究手段，还要有相当的研究成果积累， 这是与过去的研究不同的地方一方面要加大科研投这是与过去的研究不同的地方一方面要加大科研投 入另一方面在人力、物力有限的情况下，一定要集入另一方面在人力、物力有限的情况下，一定要集 中力量办大事，执行中力量办大事，执行““有所为，有所不为有所为，有所不为””的方针创新要求创新要求高素质人才高素质人才什么是高素质什么是高素质 ? ?高素质即是高素质即是: : 1. 1.高尚的高尚的人品人品 2. 2.丰富的丰富的经验经验 3. 3.渊博的渊博的知识知识 4. 4.坚强的坚强的能力能力 5. 5.远大的远大的志向志向高尚的人品高尚的人品1.1.真诚真诚2.2.博爱博爱3.3.勤奋勤奋4.4.敬业敬业5.5.奉献奉献丰富的经验丰富的经验1.真诚待人的经验真诚待人的经验2.踏实工作的经验踏实工作的经验3.开拓创新的经验开拓创新的经验4.组织管理的经验组织管理的经验5.廉洁奉公的经验廉洁奉公的经验渊博的知识渊博的知识 知识知识( (Knowledge) =6W+2QKnowledge) =6W+2Q 6W 2Q Why(知因知因) Quality(质量质量) What(知事知事) Quantity(数量数量) How(知窍知窍) Who(知人知人) 特别要强调的是特别要强调的是: When(知时知时) 量变会引起质变量变会引起质变, Where(知地知地) 要掌握事物的度。

要掌握事物的度坚强的能力坚强的能力1) 学习能力学习能力 (learning)2) 思维能力思维能力 (thinking)3) 分析与综合能力分析与综合能力 (analyzing & integrating)4) 设计与计划能力设计与计划能力 (designing & planning)5) 决策能力决策能力 (decision making) 6) 竞争能力竞争能力 (competing)7) 创新能力创新能力 (innovating)8) 实践能力实践能力 (practicing)9) 沟通与合作能力沟通与合作能力 (communicating & cooperating））10)组织与管理能力组织与管理能力 (organizing & managing））远大的志向远大的志向Ø 人无志向人无志向, 生活无意义生活无意义;Ø 当前中国青年的最大志向是当前中国青年的最大志向是 振兴中华振兴中华;Ø 要把志向分解成每日的行动要把志向分解成每日的行动;Ø 志向可以培养兴趣志向可以培养兴趣;Ø 兴趣是创新之源兴趣是创新之源怎样进行创新怎样进行创新解放思想是创新的前提解放思想是创新的前提1.不唯书，不唯上，只唯实；不唯书，不唯上，只唯实；2.要克服要克服“小康即安小康即安,小富即满小富即满”的小的小 农思想农思想;3.淡泊名利淡泊名利,无私奉献才能解放思无私奉献才能解放思想想;4.解放思想要勇于质疑和批判过去解放思想要勇于质疑和批判过去;5.解放思想要有自信心。

解放思想要有自信心科学权威也会犯错误科学权威也会犯错误(1)Ø爱因斯坦曾竭力反对玻尔等人提出的量子力学统计爱因斯坦曾竭力反对玻尔等人提出的量子力学统计解解 释释, 他断言他断言 “几乎没有任何迹象表明能从原子中获得几乎没有任何迹象表明能从原子中获得能能量量”Ø核物理学奠基人之一的卢瑟福也曾说过，核物理学奠基人之一的卢瑟福也曾说过，“谁企图谁企图研研究从原子转换中获得能量，那他是在干一件荒唐的事究从原子转换中获得能量，那他是在干一件荒唐的事”Ø19世纪末担任英国皇家学会会长的开尔文是一位极世纪末担任英国皇家学会会长的开尔文是一位极富革新精神的物理学家，但晚年却宣称富革新精神的物理学家，但晚年却宣称“X射线将会被证射线将会被证 明是一种欺骗明是一种欺骗”，，“无线电没有前途无线电没有前途”Ø大发明家爱迪生曾强烈反对交流电，要求完全禁止大发明家爱迪生曾强烈反对交流电，要求完全禁止使使 用交流电用交流电 Ø海王星的发现者西蒙海王星的发现者西蒙. 纽科姆曾断言纽科姆曾断言“空中飞行空中飞行 是是属属于人类永远无法解决的问题于人类永远无法解决的问题”科学权威也会犯错误科学权威也会犯错误(2)Ø 1956年年6月月, 李政道、杨振宁在《物理评论》杂李政道、杨振宁在《物理评论》杂 志上志上提出提出“弱相互作用下宇称不守恒弱相互作用下宇称不守恒”。

当时遭到了不少权当时遭到了不少权威的反对威的反对; 1954年获诺贝尔奖的泡利（年获诺贝尔奖的泡利（W. Pauli) 愿押任愿押任何数目的钱来赌何数目的钱来赌“宇称一定是守恒的宇称一定是守恒的”，他认为吴健雄，他认为吴健雄作此实验是浪费时间，不会有结果；作此实验是浪费时间，不会有结果；Ø 1952年获诺贝尔奖的布洛克（年获诺贝尔奖的布洛克（F. Bloch)则说，则说，“宇宇称在称在 弱相互作用下不守恒能得到实验证明，我愿意吃掉弱相互作用下不守恒能得到实验证明，我愿意吃掉我我 的帽子的帽子”Ø 1970年，人们认为基本粒子都可归纳为三种夸克丁年，人们认为基本粒子都可归纳为三种夸克丁肇中对此表示怀疑，想进行有关实验，却遭到几乎所有肇中对此表示怀疑，想进行有关实验，却遭到几乎所有国家大型实验室的反对国家大型实验室的反对1972年至年至1974年，丁肇中等最年，丁肇中等最终发现了一种全新的夸克终发现了一种全新的夸克科学权威也会犯错误科学权威也会犯错误(4)Ø 曾任英国皇家学会会长、曾任英国皇家学会会长、1904年诺贝尔年诺贝尔奖得主瑞利曾发誓奖得主瑞利曾发誓“60岁以后不对任何新岁以后不对任何新思想发表意见思想发表意见”，这大概是因为他年轻时，这大概是因为他年轻时受到权威们的压制而引起的想法。

受到权威们的压制而引起的想法Ø 有一句名言也许是有道理的：有一句名言也许是有道理的：“当一位当一位杰出的老科学家说什么是可能的时候，他杰出的老科学家说什么是可能的时候，他差不多总是对的；但当他说什么是不可能差不多总是对的；但当他说什么是不可能的时候，他差不多总是错的的时候，他差不多总是错的创新的基础在学习创新的基础在学习 1. 情况是在不断地变化，要使自己的思想情况是在不断地变化，要使自己的思想适应新的情况，就得学习适应新的情况，就得学习 ——毛泽东毛泽东 2. 如果我比笛卡儿看得远，那是因为我站如果我比笛卡儿看得远，那是因为我站在巨人们的肩上的缘故在巨人们的肩上的缘故 ——牛牛 顿顿 3. 在科学上面是没有平坦大道可走的在科学上面是没有平坦大道可走的,只有只有不畏劳苦沿着陡峭山路努力攀登的人不畏劳苦沿着陡峭山路努力攀登的人,才有才有希望达到光辉的顶点希望达到光辉的顶点 ——马克马克思思 4.成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话少说空话 ——爱因爱因斯坦斯坦 工程技术人才必须具有的工程技术人才必须具有的最重要的科学基础最重要的科学基础1.数理科学基础数理科学基础 其中尤以其中尤以高等工程应用数学高等工程应用数学为重要；为重要；2.信息科学基础信息科学基础 其中尤以其中尤以计算机科学及软件设计学计算机科学及软件设计学为重要；为重要；3.人文科学基础人文科学基础 其中尤以其中尤以中国语言学及交流英语中国语言学及交流英语为重要；为重要；4.社会科学基础社会科学基础 其中尤以其中尤以哲学及公共关系学哲学及公共关系学为重要。

为重要需求是创新思维的源头需求是创新思维的源头1.1.创新的根本目的是推动创新的根本目的是推动社会进步和人类文明社会进步和人类文明; ;2.2.有什么需求，就有什么有什么需求，就有什么创新；创新；3.3.需求不断需求不断, ,创新不断创新不断问题是创新思维的起点问题是创新思维的起点1.1.问题来自矛盾问题来自矛盾; ;2.2.矛盾是事物发展的根本矛盾是事物发展的根本原因原因; ;3.3.提出一个好问题等于成提出一个好问题等于成功的一半功的一半分析是创新思维的钥匙分析是创新思维的钥匙1.1.一分为二是唯物辩证法的基本方法一分为二是唯物辩证法的基本方法; ;2.2.一分为二是创新思维的基本方法一分为二是创新思维的基本方法; ;3.3.分析才能深入到事物的内部分析才能深入到事物的内部; ;4.4.分析才能接触到事物的本质分析才能接触到事物的本质; ;5.5.分析才能为复杂的事物理出头绪分析才能为复杂的事物理出头绪; ;6.6.人类的认识从分类开始人类的认识从分类开始综合是创新思维的途径综合是创新思维的途径1.1.日本实施技术立国政策时提的口号：日本实施技术立国政策时提的口号： 综合就是创造！综合就是创造！2.2.中国古语云：中国古语云：集思广益集思广益3.3.综合是创新思维的最佳途径综合是创新思维的最佳途径: : 1) 1)演绎（分析）、归纳（综合）相结合演绎（分析）、归纳（综合）相结合 2) 2)逻辑思维、形象思维、灵感思维相结合逻辑思维、形象思维、灵感思维相结合 3) 3)哲学、艺术，科学相结合哲学、艺术，科学相结合演绎与归纳相结合演绎与归纳相结合1. 中国人思维方法的缺陷中国人思维方法的缺陷: 多归纳多归纳,少演绎少演绎;2. 许多科学理论许多科学理论,如麦克斯韦尔电磁如麦克斯韦尔电磁场场 方程等都是演绎得来的方程等都是演绎得来的;3. 演绎演绎(如分析、比较、分类、判断如分析、比较、分类、判断 推理等）能深入事物内部，归纳推理等）能深入事物内部，归纳 （如抽象、聚类、集成、综合、决（如抽象、聚类、集成、综合、决策等）能求得结果。

策等）能求得结果逻辑思维、形象思维、逻辑思维、形象思维、灵感思维相结合灵感思维相结合变换矩阵变换矩阵——CAD与机器人学的基础与机器人学的基础 A B A B P A B C P C D C D Q D E F Q M N S H I J R L M N S1. 二维变换矩阵二维变换矩阵: 表示点的位置变换表示点的位置变换2. 三维变换矩阵三维变换矩阵: 左上角产生比例、对称、错切、旋转变换；左上角产生比例、对称、错切、旋转变换；M、、N 产生平移变换；产生平移变换；P、、Q产生透视变换；产生透视变换；S产生全比例变换产生全比例变换3. 四维变换矩阵四维变换矩阵: 左上角产生比例、对称、错切、旋转变换；左下左上角产生比例、对称、错切、旋转变换；左下 角产生平移变换；右上角产生透视变换；右下角产生全比例变换。

角产生平移变换；右上角产生透视变换；右下角产生全比例变换4. 五维变换矩阵五维变换矩阵: 迄今不知何意迄今不知何意?!哲学、艺术、科学相结合哲学、艺术、科学相结合1.1.门得列也夫发明元素周期表是受音乐家作五线谱曲的门得列也夫发明元素周期表是受音乐家作五线谱曲的 启示2.2.哲学的发展观启发创新思维，如：哲学的发展观启发创新思维，如： 1) 1) 无限观无限观启示：超光速、超绝对零度、宇宙黑洞存在；启示：超光速、超绝对零度、宇宙黑洞存在； 2) 2) 一分为二一分为二观启示：电子可分；观启示：电子可分； 3) 3) 螺旋式发展观螺旋式发展观启示：世界科技中心转移趋势是：启示：世界科技中心转移趋势是： 不断向西转移，今后可能再次到达东方；不断向西转移，今后可能再次到达东方；3.3.中国古诗云：中国古诗云： 不识庐山真面目，不识庐山真面目， 只缘身在此山中只缘身在此山中 所以所以要在高层次上把哲学、艺术、科学结合起来要在高层次上把哲学、艺术、科学结合起来。

站得高才能看得远站得高才能看得远交流、碰撞、融合、创新交流、碰撞、融合、创新1. 著名物理学家海森堡说著名物理学家海森堡说: “科学扎根于科学扎根于交交 流流,起源于讨论起源于讨论”2. 开展学术交流开展学术交流, 繁荣学术园地繁荣学术园地, 推动学推动学科科 发展发展, 促进人才成长是科技团体的基本促进人才成长是科技团体的基本 职能3. 交流、碰撞、融合才能创新交流、碰撞、融合才能创新4. 现代科技成果愈来愈多地依靠团队集体现代科技成果愈来愈多地依靠团队集体 创新成功成功谢谢大家！。