物理英才||数学与万物有什么联系？皇帝也热爱科学？

“英才计划”是中国科协、教育部于2013年开展的中学生科技创新后备人才培养计划，主要任务是选拔一批品学兼优、学有余力，具有创新潜质的中学生走进大学，在自然科学基础学科领域的著名科学家指导下参加科学研究项目、科技社团活动、学术研讨和科研实践等活动。

 

2018年3月，中国科学院大学与中国科协携手，在国科大官方微信公众号开设“物理英才”频道，将以文字、音视频等多种形式展示“物理英才计划”实施情况，传播科学思想和科学知识。

本期是国科大物理英才频道推出的 “学不分科”系列讲座，以学不分科的态度聊聊过去、现在、未来那些学不分科的事儿。

本期主讲人： 李轻舟，毕业于重庆大学应用物理系。《大学科普》编辑部编辑，重庆市大学科学传播研究会理事，成都市科青联社会文化专委会委员，四川省机械工程学会摩擦学与表面工程专委会委员；编著译有《天文观测完全手册》（人民邮电出版社，2015）、《德尔斐的囚徒：从苏格拉底到爱因斯坦》（科学出版社，2017）、《量子迷踪：费曼和惠勒如何玩转时间与实在？》（中信出版社，2018待出版）。

数学——自然的语言

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当然，数学对自然规律的重要性已经无需再强调。1623年，伽利略在解释为什么要运用数学规律时，还专门写过一篇文章叫《试金者》。

伽利略·伽利莱（1564–1642年）

这个时候他处于什么阶段呢？他已经被罗马教廷警告，不能再宣传哥白尼的思想，但为说服教廷、罗马教皇，能允许他继续传播哥白尼的理论，他在当时做了很多努力。所以今天我们去看伽利略当时的很多作品，其实都可以理解为科普书。比如《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于两门新科学的对话》。

伽利略·伽利莱所作的《Il saggiatore》（《试金者》）

在今天看来，这两本书是物理学的开端，实际上当时它们起到的主要作用就是科普。他要说服当时西欧最高的意识形态权威——罗马天主教会。因为只有他们才能决定，这些内容能否在教会控制的大学里面讲授，能否在民间印书流传。他在书里面就专门提到这个思考方式的特点，告诉那些教会的人士，自然的语言其实就是数学的语言，我们数学中使用的所有的模式，几何的模式、代数的模式，其实就是自然界本身存在的语言。他们对“数”不像我们今天理解的，好像就是一个用于表达的工具；他们当时对“数”的理解是，宇宙万物就是从数中诞生出来的，而这种观念还可以追溯到过去。

卡尔·弗里德里希·高斯

另一方面，“数学王子”高斯的贡献那就更不用说了，他在物理学和数学都有最重大的贡献。他有句很著名的论点就是“数学是自然科学的皇后”，而作为数学中的一部分，研究自然数最基本规律的数论，是这个皇后的皇冠。后面还有人给他这句话进行增补，“数论”这个皇冠上面有一颗璀璨的明珠，那是“哥德巴赫猜想”。其实从科学革命以来，我们为什么和古代的像亚里士多德那个时代、或者中世纪的像奥古斯丁那个时代，思索问题的方式出现了质的变化？又为什么说科学真正意义上在近代诞生？很重要的原因是大量数学语言开始进入到对自然哲学的表述中。那么，自然哲学加上数学语言其实就构成了物理学中最核心的理论部分，再加上伽利略创立的这种实验式探求知识的方法，构成了物理学的源头。

康熙的“历史观”

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康熙皇帝除了治国理政、开疆扩土以外，没事儿也在皇宫里面搞科学。

康熙（爱新觉罗·玄烨）

那为什么莱布尼兹想见一见他呢？因为在莱布尼兹那个时代，传教士从欧洲到中国，进入康熙皇帝的皇宫，为他服务，帮他订历法，帮他治病、帮他画油画。所以你会发现康熙皇帝之后，清朝皇帝就有油画画像了，之前都是中国传统画法，好像所有人都长一张脸，也分不清谁是谁，但康熙皇帝和雍正皇帝的画像就不一样。为什么康熙之后的清代皇帝画像更准确？因为西方的画家来了，进入皇家画院。比如康熙雍正时期著名的郎世宁，是一个很著名的比利时传教士，他们带来的除了画画以外，就是近代的科学技术。康熙当时向他们学习，学“欧式几何”，故宫现在都保留着康熙当年学欧氏几何用的教具，像三角板、圆规。此外，他的皇室子弟也都要学习。这方面他做得唯一不好的一件事情就是这个东西只能限于皇室子弟学习，而不允许传教士和民间接触。虽然在十六、十七世纪的欧洲科学革命时代，这些先进的东西也传到中国，但只在皇室、以康熙个人为核心的小圈子里面流传（其他人都没有机会接触）。那时文盲率很高，普通人肯定不可能学习，就是士大夫阶层、官员阶层也很少有人能接触这个东西。

而康熙在闲暇之余，曾专门研究一个问题，在进行实验之后，他对这个问题得出了一个很有意思的结论。圣祖仁皇帝（康熙）依古法遍试之，没有得到有效的结果。他说，既然宇宙的规律是不变的，怎么可能有所谓的“验于古而不验于今”——有什么古人可以做并能得到结果，今天来做就不行了？这是不对的。所以他最后得出的结论是，古代的那些所谓的应验，“如或偶有一验，知非古今之常，则事属渺茫，而益不足以为据矣”。他已经意识到科学实验的一个基本原则——有没有可重复性。

'有验'就不怀疑造假，而古代肯定有造假，这个毫无疑问，古书上记载的很多内容，比如张衡地动仪。按他的说法很难实现。个人对这个事情的看法是，要么张衡忽悠了史官；要么可能在当时为达到政治斗争的目的，他需要找一个神奇的说法来说服皇帝。假设这种可能存在，张衡自己可能根本不信这个东西，或者后面的记载把他神化了，这个东西可能根本不存在。个人对所谓的“侯风地动仪”就是这个看法。而康熙就把这个道理说明白了，不能相信没有可重复性的东西。 只有当规律和结果不受实验主体及时间的影响，才能把它作为（是否具有可重复性的）依据。当然他说的这个问题是所谓的“律数”，就是所谓的“侯气”，但是推广到其他实验或科学道理也是同理。

以下为完整版视频

关于英才计划

为贯彻全国科技创新大会精神，落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》关于“支持有条件的高中与大学、科研院所合作开展创新人才培养研究和试验，建立创新人才培养基地”的要求，切实推进高校和科研机构科技教育资源充分的开发开放，中国科协、教育部于2013年开展了中学生科技创新后备人才培养计划（简称“英才计划”）。

 

该计划的主要任务是选拔一批品学兼优、学有余力，具有创新潜质的中学生走进大学，在自然科学基础学科领域的著名科学家指导下参加科学研究项目、科技社团活动、学术研讨和科研实践等活动。