1996年12月4日人民日报 第10版

第10版(科技园地)
专栏:

  谈夸克
徐迟
漫游夸克奇境
60年代初,除了还有一些基本粒子可供研究之外,物理学家似乎已处在失望的边缘上。幸亏理论物理学家跑来帮忙,说全部的新粒子中间,都可以用三个假想的单位来解释清楚,这单位名字叫作什么?“夸克”。
当时是已经有相当多粒子要对付的。加州科技大学的盖尔曼和以色列的物理学家奈艾曼,想到要把数学的对称方法,来用在三十多个当时已知的强粒子、重粒子身上。一个一个的,他们发现这些粒子可以归入到八大家族中去,或十大家族中去,而和几何图案很适应。这倒跟前一个世纪的门捷列夫编制元素周期表时的情况有点相似。
起先大家并不重视这种方式。但是到1963年12月,人们发现了盖尔曼十多年前用这种方式曾预言的带负电的奥米茄,一下子便使大家正襟危坐,为之全神贯注了。对称观念还真有两下子呢。盖尔曼和他的加州同事茨魏格就演说了一番,说出他们俩是如何很自然地按对称方法,用不同的数学模式,得到了六个基本成员的。盖尔曼称它们为“夸克”。
什么是“夸克”?它来源于赫赫有名的爱尔兰大作家詹姆斯·乔伊斯的小说《芬乃庚醒来》里的一句话:“给麦克先生的三个‘夸克’(ThreequarksforMisterMark)”。乔伊斯的这部书是1939年出版的,他在文学上作了卓有声誉的文字实验。为担心用了这样革命性的名字可能通不过,盖尔曼就在1964年把他的论文送到了一家欧洲的出版社去,出了书,书里还引用了乔伊斯的原话。从此“夸克”这名字就广泛地流传开来了。足见这盖尔曼对文学和文字也是真有点研究的。
上面说明了它的命名来历。它们一共是六个“夸克”,可以分成三个小组。第一小组的两成员,一名“上夸克”(代号u),一名“下夸克”(代号d)。第二小组的两成员,一名“奇夸克”(代号s),一名“粲夸克”(代号c)。第三小组的两成员,一名“底夸克”(代号b),一名“顶夸克”(代号t)。他们就是组成质子、中子等基本粒子的砖瓦。
说是物质现在有了又一个层次,就是那新发现的,带着分数电荷的又一个层次,真是不能令人相信。除了它的分数电荷之外,还有其他的因素,也令人接受不了它。例如,这新发现的奥米茄负粒子,虽然给“夸克定律”带来了新的胜利,也带来了它另外的一个难题。这个奥米茄负粒子很明显的是三个同样的“奇夸克”一起组成的,这就跟物理学家泡利曾经定下来的“泡利不相容原理”不合拍,那可是不能容许的。
为了解决这个难题,物理学家格林倍建议,再给夸克增加一个“色彩”的区别。这样一来,夸克带上了色彩,共有三色:红、绿、蓝。这样三个同样的奇夸克中间,每一个的色彩都可以是各不相同的。而色彩不同的三个就可以合在一起,成了一个色彩中和起来的白色(不过这个“色彩”,并不是我们日常的概念,这是不可以误会的)。
在“夸克”的概念平平稳稳地定当了之后,物理学家就感觉到基本粒子的许多现象,都有了简明的解释。
“夸克”的猎取
在加利福尼亚州的斯坦福大学附近,280号公路跨过一个三公里长的斯坦福直线加速器中心。它就是最先证明“夸克确实存在的”试验场景的所在地。
“夸克”很迷人,很简单,却不肯公开地出头露面。试验者在宇宙线里寻找它,在陨石上寻找它,在海底下寻找它,都未找到。在高能的质子受到轰击后,也没有一个“夸克”飞出来。公开的解释是:“夸克”非真物,它只是符合于“宇宙中一切皆对称”的数学观念罢了。二次大战后,斯坦福大学用了新的强大的电子光流,曾看到质子,后来就建筑了上面说到的直线加速器SLAC。它于1967年才开始启动。在许多次试验中,他们想的就是要看到比电子更新的轻粒子。起初还不敢说,是找“夸克”,但是在粉碎了的质子中间,他们找到了极其微小而又极其坚硬的“部分子(Partons)”。其实他们已经找到了“夸克”,只是没有敢这么说出来。
然后是在瑞士的“舍恩”的大加速器上,在对中子进行的一次试验中,他们看到了这种“部分子”,而且是在每一个中子之中都有三个这样的“部分子”。盖尔曼的数学预言终于成了“夸克”的真实的存在。
22年后,SLAC在1990年,才得到了在1968年已在科学会议上报告而未明言的首次发现“夸克”的功勋,获得了诺贝尔奖。
在1974年,美国的两个试验里使一个更了不起的新的基本粒子曝了光。炎黄子孙丁肇中,给现代科学献出了一篇新的美文。他和斯坦福大学的李希特合得1976年的诺贝尔奖,为的是他们各自在1974年11月进行了一场发现J/?粒子的“十一月大革命”。
丁把他找到的高能粒子叫作J粒子,看来J这个字母很像他的姓,很像“丁”字。J粒子的发现令夸克家族添了个成员,它竟然就是“粲夸克”了!
在斯坦福大学的那位同道者,名叫李希特的,在一次试验负电子与正电子的对撞中,在某一种能量时,信号量突然大增。在成堆的数据资料的旮旯里,他发现了一个质量很大的高能粒子,叫?粒子。而当丁肇中来到斯坦福,了解到李希特的发现时,他就知道自己发现的实在也是这个同样的粒子。因此,这个粒子现在合起来,叫作J/?粒子。要看到这个夸克还是很不容易的。
到1975年,斯坦福大学一位彼尔先生又发现了一个相对于电子和“牟盎”(muon)粒子来说,可谓超重质量的“陶”?粒子,而且还有一个叫陶—中微子的反粒子。这样一来,本来已有轻粒子的数目四个:电子、电子—中微子、牟盎、牟盎—中微子,它们正好陪伴着上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克。现在又增加了两个轻粒子:陶子、陶—中微子了,增加了两个,要平衡它们,就得也增加两个夸克,才能稳当。物理学家决定加上一个顶夸克和一个底夸克(最初想过叫它们一个为真理夸克,一个为美丽夸克,后来物理学家认为,物理学的用词,要朴素一些,才改一个为“顶”,一个为“底”)。
我们的粒子物理学,现在已经由盖尔曼组装成了一个“标准模型”,从中我们可以了解到宇宙的根本程序。一切物质都是用12个基本粒子组成的。它们可以分为三家,每家四口,其中都是夸克一对以及和它们紧密相连的轻粒子一对。
第一家是上、下两夸克、电子和电子—中微子。正是它们四者,构成世界上的一般事物,掌握着日常现象。上、下夸克组成质子和中子,从而形成原子核,原子核吸引了电子而后组成许多的原子,这许多原子结成分子,就这样构成了我们丰富多彩的物质世界。
再有另外的两家,都是跟这第一家同样模型似的,构成了只有在宇宙线和高能物理试验中,才能出现的不稳定粒子。奇夸克、粲夸克,以及牟盎、牟盎—中微子组成了第二家。顶夸克、底夸克、陶、陶—中微子组成了第三家。
夸克似乎都找到了。物理学家还有什么事好做呢?他们还要建更大的加速器。为什么“舍恩”还要搞LHC(大型强子对撞机)?那是要找黑格斯粒子,因为粒子的质量都来自于黑格斯机理,影响一切,甚至真空。所以找到夸克,并不是一切都解决了,前面的路还很长。(附图片)
徐迟近照。 张新学摄


第10版(科技园地)
专栏:

著名古陶瓷专家、浙江省轻工业公司总工程师叶宏明教授是复活我国国宝名瓷的奠基人之一。他主持恢复失传七百多年的举世闻名的龙泉哥窑青瓷、南宋官窑瓷、龙泉弟窑青瓷,揭开了中国瓷器起源之谜,发明了用杭州紫金土研制南宋官窑瓷、尖晶石发色翠青釉瓷。图为叶宏明(左一)正在研究官窑釉色和瓷器新产品。新华社记者谭进摄


第10版(科技园地)
专栏:

  赞文学家的科学感情
陶钧
读完《谈夸克》,一定会有读者产生这样的疑问:此文作者与著名报告文学《哥德巴赫猜想》的作者是同一人吗?
这里可以明确地告诉读者:此“徐迟”正是彼“徐迟”。那么,一位耄耋之年的老诗人、著名报告文学家怎么钻研起“夸克”来了呢?
用徐老自己的话说,是在接触这门学问的过程中,“领略了许多东西,于是想用文学的笔,把它们挑一些出来介绍给读者。”徐老涉足高能物理领域,是从1979年采访云南高山宇宙线观测站开始的,当时他就下决心“非钻进去不可”。他买了两本《夸克》的书,一本已经读破了,还有一本,如今仍在研读。徐老回忆十几年来读《夸克》的经历时说:“每天晚上,在我家居之时,子夜过后,我必然醒来,并睡不着了,我就读这本书。”这是怎样的一种钻研精神!这怎能不使我们对这位有着深厚科学感情的文学家顿生敬意?
世上也许再没有比“夸克”更难懂的学问了,然而徐老却钻了进去,并用轻松的语言,道出了其中的许多奥妙。这对于我们不少新闻同行在报道科学成就时,只礼貌地碰一下科学的帽沿来说,徐老无疑是我们的楷模。
科学的恩惠已普泽人间,以反映社会与人生为己任的文学,也不应再退避三舍。愿越来越多的文学家同科学建立感情,用充满激情的笔调去反映科学的动态、讴歌科学家的奋斗精神,让科学更贴近社会,贴近生活,并将此视为文学的时代责任之一。


第10版(科技园地)
专栏:

  灵芝系宝绝非仙草
陈祖甲
看过《白蛇传》的人都知道这样一个情节:许仙上了法海的当,看到白娘子的原形,被吓得休克。为此,白娘子负荆上峨眉山去盗仙草。仙草者灵芝也。
我国古代绝大多数人将灵芝视为仙草、瑞草、神药,以为吃了灵芝便能长生不老,包治百病,起死回生。在那时的生产力水平上,对灵芝顶礼膜拜,尚可理解。到了现代,有的人夸大其药用价值,甚至神化成“抗癌灵丹”之类,牟取暴利,坑害群众,实不可取。灵芝真是仙草吗?非也。
我国古代的医药学家对灵芝早有研究。《列子》一书最早记载:“朽壤之上,有菌芝者。”以后东汉的《神农本草经》、晋代葛洪的《抱朴子》、陶弘景的《本草经集注》等书中都有记载。明代李时珍在《本草纲目》中记载了六种灵芝的药性和主治的病症,明确指出:“芝乃腐朽余气所生,而古今皆以为瑞草,又云服食可仙,诚为迂谬。”
灵芝又名木灵芝。近代科学把灵芝列为担子菌纲孔菌科植物。1881年,芬兰植物学家卡尔斯特(Karsten)首先建立了灵芝属。1924年,当柯(Donk)又建立了单独灵芝科,被国际公认。
据我国科学家的研究,灵芝主要长在热带和亚热带地区。那里的温度、湿度和植被有利于灵芝的成长和繁衍。尤其在森林里,一般在阔叶树干的基部或露出地面的根部,长出一枝或几枝红褐色或紫褐色的扇形的灵芝,像伸出的小舌头,故又称树舌。我国的有些地方利用椴木,人工栽培灵芝。所以,中国顺理成章地成为“灵芝的王国”、“灵芝的故乡”。
灵芝富含高分子多糖体、蛋白质、微量元素、有机锗、腺苷等成分,对滋补强身、提高免疫力、抗衰老、促进造血功能有作用。用于治疗慢性支气管炎、神经衰弱、高血脂及冠心病等,都有一定的疗效。有时也作肿瘤患者在化疗、放疗后的辅助药。科学家们提醒公众,灵芝孢子粉外面包着硬壳,如果未经破壳加工而直接服用的话,人体难以吸收。同时,它也不能速治心脏病、催眠、直接抵抗乙肝,不是什么“抗癌灵丹”,不可滥用。


第10版(科技园地)
专栏:

  企业依靠科技不断研制开发新产品,应该从何入手?需要注意什么?怎样做才能获得成功?安徽省天长市科技企业家赵宽从他们创业的历程中体会到——
社会需要乃研究开发之母
彭永举赵河广
在风景秀丽、素称“鱼米之乡”的安徽省天长市,一幢幢洁净明亮、宽敞宏大的厂房拔地而起。来自祖国四面八方以及欧、美、东南亚国家和地区的客商络绎不绝,各种订购产品的电话、电传、信函、电报连连不断。这,就是闻名遐迩的著名科技企业——中国安徽天康集团。
这个集团,原先只是一个由四个人以800元起家的县级小厂,主要产品是生产不锈钢阀门、线路金具等。而现在,它的核心企业天长市仪表厂已一跃而成国家机械部、化工部专门生产温度仪表、电线电缆的重点企业,先后研制开发出800多种不同规格的温度仪表产品,其中有多种省优、部优产品,有专利产品,出口免检产品,还有各种性能优良的高科技电缆、通信光缆名牌产品,今年可创产值近3亿元,跃居全国温度仪表十强之前茅。
这个集团为何能快步发展,取得如此显著的业绩?集团总经理、著名科技企业家赵宽很有感触地说:“一个企业的发展,离不开新产品的研究和开发,然而这些新产品的研究和开发,必须有的放矢,完全符合用户的需求。换句话说,社会的需要就是研制开发之母体和源泉,否则,一切科学研究和开发,就会与实际相悖,成了‘水中月,镜中花’,不仅变得毫无意义,而且还会浪费大量的人力和财力。”接着,他就叙述起这些生动的事例。
那是一个雪花飘舞的冬天,赵宽和另一位技术员来到大庆油田考察。油田的同志对他俩说:“我们使用的温度仪表产品,不仅用量大,而且价格高,它采用的全是进口材料,国内若是有一个企业能够研制生产这种产品,那该节约多少外汇啊!”这句话深深触动了赵宽的心,他想:“社会需要这种产品,就应该成为我们企业研制开发的方向。”接着,就带领科技人员奔赴上海、云南等地参观学习,并不辞劳苦地把样品背回拆开,一件一件地分析,一个数据一个数据地研究。为了尽快取得成功,赵宽和他的同事们七天七夜站在制图版前,蹲在生产车间里,饿了啃一点冷馒头,困了趴在桌上瞌上一会儿,眼睛红肿了,用热水毛巾敷一敷……经过反复的探索和试验,一种高性能的工业温度仪表终于诞生了。
在热工仪表生产方面,他们又何尝不是遵循“社会需要就是研究开发之母”这条重要的原则?80年代中期,赵宽从用户中了解到:热工仪表就像医生用的人体温度计,是工业企业不可缺少的设备,而原先所生产的铜热电偶,只能测量各种工业过程中50℃—150℃范围内的温度。赵宽立即组织科技攻关,通过无数次的探索,终于找到了一种性能稳定、测温范围广、热电势强的金属材料,研制出新型的热电偶系列产品,可准确地测量出各种生产过程中200℃—600℃范围内的温度,并可有效地使用于存在腐蚀类介质以及承受流速、压力的工作场所。紧接着,他们为了进一步满足社会用户的需要,又于1988年研制开发成功铂热电偶系列产品,先后被评为“省优”、“部优”名牌,产品供不应求,受到国内外用户的一致好评。
随着改革开放的深入,市场竞争愈来愈激烈,研制开发与社会需要一致的产品就变得愈来愈重要。为此,赵宽更加注意社会调查和信息反馈,当他派出数十名专家和技术人员调查了解到电缆十分急需,他就又下大气力组织科技攻关,研制成功了0.5—300平方毫米的各种高性能控缆、力缆等,年生产能力达8000公里以上。其产品可广泛用于各种电气设备、器具的电源连接线以及传输或分配大功率的电力系统中,已多次配套出口伊朗、印尼、巴基斯坦、越南等国家和地区。
1990年的初春,赵宽等来到广东、深圳等地调查。当他了解到通讯光缆具有足够的机械强度和优良的隔潮密封性能,并具有突出的弯曲特性和轻型化特点,可适应各种敷设环境,是一种理想的信号传输线路,具有电缆通讯所无法比拟的优势,极具超前意识的赵宽决定上马。当时,上上下下的人都曾为赵宽的大胆投入捏了一把汗。然而,他毫不犹豫地率领科技专家进行攻关,试验初期阶段,由于技术难度太大,工艺不成熟,加工工人的操作不熟练,因而导致产品报废相当严重,其报废的光缆多达几十公里长,损失上百万元。但赵宽仍不灰心气馁:“社会发展的需要,就是我们拼力研制的动力!”他还是本着这种崇高的信念与专家们苦苦探索攻坚,在无数失败挫折中终于找到了原因,发现了光纤的色散、衰度等一些重要技术数据间的关系,还发现了气温的变化也影响了光缆产品在生产时的质量。于是他们改善生产工艺,进行有效控制,终于研制开发成了新型的光纤光缆高科技产品,其合格率达98%,主要性能指标达到国际先进水平,大量出口到许多国家和地区。
“社会需要是研究开发新产品之母”,今日,青年科技企业家赵宽依然在用这种科学的态度,率领科技人员开发更新更好的产品,以便满足社会今日、明日以及未来的需要。


第10版(科技园地)
专栏:科技杂谈

  科学家的义务
司壮
与一位科学家聊天,问起工作的感受,回答是“太累”。
这“累”当然不是学术之“累”。科学家以科学研究为天职,对这些基本义务是不会叫苦叫累的。真正“累”的,是争课题、跑经费、搞行政,甚至办实体、理财务、管经营。而抱怨“累”,也并不是说不愿奉献,而是觉得这种“累”效率太低,大有浪费之嫌。说到这里,问题就来了:这些基本义务之外的“义务”,是不是每一位科学家都应尽的呢?
谈义务,有必要先来分析一下权利。科学家生活在一个相对独立的“科学共同体”中。在这个“共同体”内,科学家有学术研究的自由,有策划、选择和组织某一研究课题的权利,这一点已为大多数人所认同。但“相对独立”决不是“孤立”,科学家获得必需的研究经费和应得的报酬,使自己的成果为他人造福,都不是在这个小圈子里能够实现的。它需要“共同体”和外部世界的沟通,需要社会的承认和支持。简言之,需要双方之间达成合理而互利的契约。
在计划体制下,这种契约也是存在的,只不过它存在着偏离“合理互利”的可能。因为在那种体制下,市场是人为制造的,科学家的任务很多时候也是人为规定的。任务和市场之间的关系完全由权力来调配。调配的任何不适当,都将造成智慧的极大浪费。正因如此,80年代初期,以“中关村电子一条街”为代表,一批科研人员脱离开原来任职的部门,开办科研开发和产业化的实体,希望依靠自己的力量营造有利于科研成果转化的市场。修改原有的不合理契约,成了科技体制改革的主要内容。
应该说,十几年来的改革取得了巨大的进展。但不合理的现象并没有完全根除,甚至在局部,新的不合理现象又在生成。这也正是改革还需不断深化的主要原因。
应该看到,无论是采取何种体制,世界上都没有哪一个国家、哪一家机构会允许科学家无休止地消耗有限的资源。向社会揭示自己工作的意义以争取经费,是科学家应该具备的基本生存能力。但这决不是说,在经费的问题上,社会和市场可以放弃自己的责任。真正成熟的社会和市场是有远见的,它除了看到近期的经济效益,更能敏锐地意识到科学家们所从事的研究的深远意义。真正成熟的社会和市场也是富于责任感的,它不会对科学家说,你要获得必需的经费,就得自己去办实体赚钱,就得熟谙各种非正常的申请途径,就得当行政领导,好对自己的课题有更多的发言权。在那里,科学家可以由公正的决策程序,得到自己该做什么、不该做什么的判断;可以通过健全的法则或者是自己的经纪人,把成果转化的工作交给市场去完成;如果他对结果不满意或是自己有做市场的兴趣,也可以亲自操作。在那里,科学家在什么领域中领衔主演完全是自由的选择,该去则去,当回则回,既不会被捧上天,也不会横遭责备。
话说回来,虽然此文的本意,就是不愿科学家为了争取良好环境付出过大的代价,但如果没有一批人为探索出路而付出代价,也就没有日益走向合理的今天和明天。从这种意义上说,今天的科学家“累”一点还是值得的,只要它的前提不再是无奈的维持,而是肩负起了改革时代学术创新和体制创新的双重义务。


第10版(科技园地)
专栏:

  发展气象科技服务经济建设
温克刚
我国是一个自然灾害频繁发生的国家,在各类自然灾害中,气象灾害占百分之七十以上,每年因气象灾害造成的损失平均约占国民经济生产总值的百分之三至百分之五。在党中央、国务院的重视和关怀下,经过广大气象工作者的艰苦努力,我国气象事业获得了长足的进步。目前,基本建成了由大气探测、气象通信、天气预报警报、资料加工和气象业务服务系统组成的适合我国特点,门类齐全,布局合理,自动化程度较高的气象业务技术体系,形成了一个以国家气象中心为枢纽,联接七大区域气象中心和三十个省级气象台,并由计算机控制的自动化通信和转报系统。同时我国还参加了全球国际气象情报交换网,成为世界天气监视网的重要成员。随着风云一号极轨气象试验卫星的发射成功,我国天气预报已从传统的天气图和经验分析为主的方式向客观化、定量化转变。一九九四年六月,我国国家气象中心中期数值预报业务系统正式投入运行,使我国跻身于世界上少数几个能制作中期数值预报产品的国家。
以先进的科学技术和现代化的气象业务系统为依托,气象服务工作开创了一个新的局面,初步建成了由天气预报警报、气候分析应用、气象科技辐射、农业气象和人工影响天气等各种服务手段组成的气象服务系统,取得了显著效益。据在全国普查统计分析得到的阶段性成果表明,气象服务为国民经济各部门防灾减灾、趋利避害所产生的经济效益,已达到为气象事业投资的四十倍,经济发达地区近一百倍。
当今世界,科学技术突飞猛进,我国国民经济实行两个具有全局意义的根本性转变,并在“科教兴国”和“可持续发展”两个基本战略决策的推动下快速发展,对气象科技服务提出了更新更高的需求。
气象部门首先应高质量、高效益地坚持气象业务现代化建设。中国气象局将采取有效措施着力抓好现代化大型骨干工程即生命线工程的建设。建设由气象卫星、天气雷达以及自动化程度较高的地面、高空、专业气象和特种观测组成的气象综合探测系统,发展以我国新一代天气雷达为主体的全国天气雷达监测网,完成大气监测自动化系统、短期气候预测系统等骨干工程的建设。
全面提高气象服务的质量和水平,千方百计地做好各项气象服务,也是气象部门的任务之一。要进一步做好重大灾害性、关键性天气预报和气候预测服务,在防灾减灾的深度和广度上下功夫,提高对气象灾害预报的准确性。要始终坚持以服务农业为重点,紧密结合发展当地“两高一优”农业,做好农业气候资源的综合开发利用、农业生产布局、区域性农业发展以及农业气象灾害的监测、预测和防御对策的系列化服务工作。要增强气候资源、气候与环境意识,大力提高为国家合理开发利用气候资源作贡献的能力。要加强对云水资源的勘察、保护、开发、利用和管理工作,提高人工影响天气的科学水平、作业能力和作业效果。
全面实施“科教兴气象”战略,加速气象科技进步是当务之急。当前,要组织好国家、地方和部门“九五”气象科技攻关项目的实施。要深化气象科技体制改革,建立有利于科研与业务、经济相结合,促进科技成果转化的运行机制。抓好短期气候预测、中尺度灾害性天气监测预报技术、新一代大气探测技术与装备,以及重大农业气象灾害监测、预报和防御技术等重要科研项目的研究。有重点、有步骤地建设具有国际先进水平的开放实验室和试验基地,加强气象科学基础业务研究和建设,加强灾害性天气成因、气候演变的物理过程和规律、改善大气环境等相关基础理论的研究,保障气象科技稳步快速发展。 (作者为中国气象局局长)


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