科學(xué)家與科學(xué)之路
——姚期智院士在清華大學(xué)星火論壇的演講
2012年5月13日 08：08－思想者·連載 作者：姚期智
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思想者小傳
姚期智 世界著名計算機(jī)學(xué)家， 2000年圖靈獎得主，現(xiàn)任清華大學(xué)交叉信息研究院院長、清華學(xué)堂計算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)班首席教授，美國科學(xué)院院士、美國藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士、中國科學(xué)院外籍院士。 1975年至 2004年，先后在麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、普林斯頓大學(xué)任教授， 2004年加入清華大學(xué)。他創(chuàng)建了通訊復(fù)雜性和偽隨機(jī)數(shù)生成計算理論，奠定了現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)，并在量子計算等領(lǐng)域作出獨(dú)到的貢獻(xiàn)。
我從事科學(xué)研究這么多年，認(rèn)識了許多很有名很杰出的科學(xué)家，今晚我想借這個機(jī)會，把我見到的一些科學(xué)家，以及我對于科學(xué)事業(yè)的心得和大家一起分享。
代表科學(xué)的兩種精神
蕭伯納在一個劇本里說過，“有的人看到已經(jīng)發(fā)生的事情，問‘為什么會這樣’；我卻夢想一些從未發(fā)生的事情，然后追問 ‘為什么不能這樣’。”我覺得這句話非常膾炙人口，正可以用來代表科學(xué)的兩種主要精神。
首先，我們要談一談什么是科學(xué)家，科學(xué)家做什么樣的事情。在此，我想 引用一位大文豪——蕭伯納（Bernard Shaw）在一個劇本里說的幾句話： “有的人看到已經(jīng)發(fā)生的事情，問 ‘為什么會這樣’；我卻夢想一些從未發(fā)生的事情，然后追問 ‘為什么不能這樣’。”這句話非常膾炙人口，很多人用不同方法引述。我覺得這句話正可以用來代表科學(xué)的兩種主要精神。屬于第一種的，看到自然現(xiàn)象想到去解釋 “為什么會這樣”，代表者就是牛頓 （IsaacNewton）：被蘋果擊中而推出萬有引力。代表第二種的科學(xué)家，就是高錕教授，從玻璃夢想到用光纖通訊而成了光纖之父，得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎，對整個世界產(chǎn)生了無比重要的貢獻(xiàn)。
在我的生涯中，遇到過很多這樣的科學(xué)家。首先講講他們對我的啟發(fā)。
我早年在哈佛大學(xué)物理系的導(dǎo)師——格拉肖 （Glashow）教授，是1979年諾貝爾獎得主。他并非出身于書香門第，而是生于從俄國移民到美國的工人階級家庭，但他家里對子女教育非常注意。他從年輕時就像各位一樣，對科學(xué)非常敏銳，上的是布朗士科學(xué)高中 （Bronx ScienceHigh School），紐約市非常出名的中學(xué)。大家都知道，上很好的學(xué)術(shù)學(xué)校，最大的好處并不是為了證明自己的優(yōu)越和聰明，而是你在這些地方能遇到很多杰出的同學(xué)和朋友，能夠互相激勵，最大限度地發(fā)揮每個人的天賦。他的一個高中同班同學(xué)，后來也成為諾貝爾獎得主。格拉肖教授對我很大的一個影響是，他是一個非常有創(chuàng)新力的人，能夠很大膽地假設(shè)一些事情，覺得世界是這個樣子，對自己所做的結(jié)論非常有信心。他所做的事情中，有一個非常杰出的，就是預(yù)測了粲夸克 （CharmQuarks）。物理學(xué)家一開始覺得有三種基本的夸克 （Quark），他推斷有第四個存在，雖然他作出推斷、得出結(jié)論的方法并不是那么嚴(yán)謹(jǐn)，但他有非常強(qiáng)的直覺。后來他的推斷果然被證實(shí)，對物理界產(chǎn)生了非常大的影響。
從格拉肖教授身上，我收獲的是：我們要對自己有信心，敢于提出別人沒有提出的觀點(diǎn)。
第二位是我在哈佛大學(xué)物理系的同學(xué)，戴維·波利策 （David Politzer）。我們同一年讀研究生，他2004年獲得諾貝爾獎。他很有意思的一點(diǎn)是，第一篇論文發(fā)表于1973年，解釋某種物質(zhì)的基本構(gòu)造，這篇論文成了他2004年獲得諾貝爾獎的基本貢獻(xiàn)。在座的同學(xué)應(yīng)該得到鼓勵，一個年輕人所做的事情，很可能就是非常重要的，不要妄自菲薄，研究生論文可能變成科學(xué)領(lǐng)域最杰出的貢獻(xiàn)之一。在物理學(xué)領(lǐng)域，甚至有本科生就做出諾貝爾獎級別的成績。這里還有一段有趣的插曲，波利策當(dāng)年提出的問題，當(dāng)時哈佛有一位博士后曾經(jīng)也想過，他最先花了一年多的時間把所有的理論都證明計算了一次，計算了七八個不同的理論，剩下最后一個理論時他放棄了，讓別人去做。就是這個理論，戴維·波利策拿來接著計算，結(jié)果驗(yàn)證成功而得了諾貝爾獎。對于那位哈佛博士后而言，這可算得上是功虧一簣。
從中我收獲的是：我們不能輕易放棄，要能吃苦并堅持到底。
第三個例子，是大家比較熟悉的約翰·納什 （John Nash）。剛才我們講人在年輕時就可能做出舉世聞名的工作，我想這種英雄出少年的例子在全世界是很多的。比如1994年諾貝爾獎得主約翰·納什，他的第一篇文章是1950年他還是普林斯頓大學(xué)的本科生時發(fā)表的一篇兩頁紙的論文，“N人游戲中的平衡 點(diǎn)”（ Equilibrium points in N -personGames）。當(dāng)時博弈論有個未解的問題：就是當(dāng)博弈有雙贏的可能性時，怎樣做一個對自己最有利的策略？這個問題即使博弈論的創(chuàng)始人馮·諾伊曼 （Von Neumann）也不知如何解決。納什把他的草稿請馮·諾伊曼過目，后者覺得沒有什么價值，這讓納什很沮喪。但他的一個好朋友大衛(wèi)·戈爾（David Gale），鼓勵他說這個工作做得非常不錯，應(yīng)該好好寫完拿出來發(fā)表。很幸運(yùn)，約翰·納什后來發(fā)表了這篇論文，并在45年后因此獲得諾貝爾獎。
這給我們的啟示是：不要絕對相信權(quán)威，即使像馮·諾伊曼這么偉大的科學(xué)家，也會有誤判的時候。
科學(xué)家的逸聞趣事
1974年圖靈獎得主、斯坦福大學(xué)教授高德納非常多才多藝，他有三個特點(diǎn)讓人敬佩：一是很專注，任何時候只專注于一件事情；二是追求完美，每件事情都力求盡善盡美；三是做事快、效率高。他曾把自己關(guān)在一個無窗的小閣樓里，一個下午搞定了三四十頁的論文，且手稿絕少更改，好像莫扎特寫樂曲。
下面談?wù)勎以谟嬎銠C(jī)領(lǐng)域遇到的一些人。第一位叫高德納 （DonaldKnuth），任教于斯坦福大學(xué)， 1974年圖靈獎得主。我第一次見到高德納是在1975年，當(dāng)時我剛結(jié)束計算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位的學(xué)習(xí)，解決了一些問題，他邀請我去做一個夏天的訪問。他非常多才多藝，數(shù)學(xué)上非常有造詣，編程上更有造詣。在美國計算機(jī)科學(xué)會舉辦的第一次編程大會上，他的程序比別人快很大一截。清華有很多編程高手，但我相信還是比不上他。
他有三個特點(diǎn)讓我很敬佩，一是很專注，任何時候只專注于一件事情。他是一個很有紀(jì)律的人，曾說過，今后兩年的日歷上每天做什么都應(yīng)有一個計劃。第二是追求完美，每件事情都力求盡善盡美。第三是做事非常快，做出來的程序比別人運(yùn)行快，寫程序的速度也很快。他這三個特點(diǎn)可以用一個他寫Tex軟件的例子來說明。大家都知道寫這么大的軟件非常花力氣，他做的時候基本不做別的事情，全神貫注。一般做這樣的事情需要一個團(tuán)隊，但他是一個人寫的，因?yàn)樗环判膭e人能寫出像他那么漂亮的編碼，而他一個人完成得也很快。
關(guān)于完美和效率，我還可以舉另外一個例子。 1975年夏天，我在斯坦福訪問期間，我們一起做了幾篇論文，他說寫的部分不用我管了。他把自己關(guān)起來，別人都喜歡有窗戶有花園有鳥鳴的環(huán)境，他卻把自己關(guān)在無窗的小閣樓里，一個下午搞定了大概三四十頁的論文。他的手稿絕少更改，好像莫扎特寫樂曲，不得不讓人佩服。
高德納最偉大的工作包括 《編程的藝術(shù)》 （Art of Programming）這一系列書。在1960年初的時候，計算機(jī)科學(xué)剛起步，美國的大學(xué)也剛開始有計算機(jī)科學(xué)系。他對計算機(jī)科學(xué)不但了解其數(shù)學(xué)理論，而且是編程序的高手，有很多寫碼的經(jīng)驗(yàn)。他幾乎是唯一的一個人，有這樣的能力及學(xué)識，能寫下所有的相關(guān)知識，來建立一門學(xué)科。他的這一系列巨作，使計算機(jī)科學(xué)成了一門科學(xué)。在1968年 《編程的藝術(shù)》第一卷出版之前，他已經(jīng)親筆寫好七卷共3000頁的手稿。他的3000頁跟我們一般想象的概念不一樣，都是蠅頭小字，很難相信是一個身高兩米的人寫的。在這一點(diǎn)上他很像 《哈利·波特》的作者羅琳，她也是七卷手稿擬定后才一卷卷出版。我想各位如果曾經(jīng)讀過 《編程的藝術(shù)》，就會發(fā)現(xiàn)該書寫得非常流暢，能夠把很多信息寫得非常精細(xì)，而且用的篇幅很少。里面小小一段話，換了別人寫可能好幾頁紙還說不清。
這部著作到1973年共出版了3卷，另外還有4卷，但他對當(dāng)時的排版技術(shù)不滿意，認(rèn)為排出的格式不夠美觀，他想設(shè)計一套好的排版系統(tǒng)，讓效果更加完美。 1977年我和他一起搭乘飛機(jī)去德國開會，他說要暫時中斷關(guān)于 《編程的藝術(shù)》的工作，因?yàn)橐鲞@排版系統(tǒng)的工作，大概要半年左右。但是沒想到十年一晃就過去了。倒不是說寫系統(tǒng)花了很長時間，而是他發(fā)現(xiàn)不光是排版不夠好，印刷的字體也不夠漂亮。他是一個有著很深人文傳統(tǒng)的人，喜歡以前西方古書里專人手寫的字體，希望印刷技術(shù)能用科學(xué)方法做到和以前的字體一樣美麗。他運(yùn)用數(shù)學(xué)算法設(shè)計字體，因而耽誤了出版的進(jìn)展，最近第四卷才出來。他說還是要完成7卷，要做到80多歲， 2030年可以做完。
高德納對中國很友好。有一天我在他辦公室外見到兩位從中國去的學(xué)者。當(dāng)時是1979年左右，中國首批學(xué)者到西方學(xué)習(xí)研究，高德納先生把他們請進(jìn)房間，跟他們講Metafont的工作，后來他們把它用在中文字體的設(shè)計上。這幾位學(xué)者在斯坦福呆了一年多，我曾見過幾次。上世紀(jì)80年代，我第一次回到北京參加科學(xué)院的會，很驚喜地見到我當(dāng)初在斯坦福的這幾位老朋友，他們現(xiàn)在都已經(jīng)是中國科學(xué)院院士，在計算機(jī)領(lǐng)域擔(dān)任非常重要的工作。
再提一位，杰弗里·烏爾曼 （JeffUllman），大家可能讀過他的一些書。他本來在普林斯頓工作，后來被吸引到斯坦福去。他是一個有冷幽默的人。他曾講過一句話讓我印象很深。他說：“聰明人不值錢，一毛錢可以買一打，重要的是能對他人有影響。”他本身也在實(shí)踐這個哲學(xué)。他自認(rèn)有一個長處，就是對于新東西吸收很快，寫書也很快。計算機(jī)科學(xué)日新月異，他對很多新的事情都用心學(xué)，很多領(lǐng)域他都開課寫書。他還有另外一句話，關(guān)于寫書的哲學(xué)： “如果材料好，寫得差一點(diǎn)也不要緊。”在一個新的領(lǐng)域里，第一本書會有很多人用，會影響很多人。
再來談?wù)剶?shù)學(xué)家保羅·埃爾德什（PaulErdos）。他寫了1525篇文章，有511個合作者。我不是希望大家也學(xué)他寫千篇文章，跟這么多人合作。現(xiàn)在文章寫得多不算稀奇，我想說的是，他是一個完完全全專心做研究的人，而且他有一些特別之處。比如他是沒有家的人，一年365天有360天在路上，在美國、歐洲各個地方旅行，基本所需都在一個行李箱里。他也不住旅館，而是住在朋友家，而且基本都是數(shù)學(xué)家，從早到晚都可以交流。他有很多膾炙人口的小故事。比如Epsilon，微積分里用來代表 “微小”、 “小”的意思。他喜歡用 Epsilon代表小孩子。朋友問他：“吃過午飯了嗎？ （Have you hadlunch？ ） ”他回答： “我吃了一點(diǎn)。（Yes， I ate an epsilon.）”朋友笑他：“你是食人族，吃了個小孩子！” 再比如咖啡，他用一個詞 “定理咖啡（Theorem coffee）”來指咖啡很濃，可以激發(fā)數(shù)學(xué)思維，證明出定理。他在斯坦福訪問時，曾在我們家住過兩天，稱贊我太太儲楓教授做的咖啡堪稱“Theorem coffee”。他的整個思維，覺得數(shù)學(xué)不但是很高深重要的科學(xué)，也是社會合作的一個活動，覺得數(shù)學(xué)應(yīng)該大家都參與，互相都合作，這是做數(shù)學(xué)最好的方式。科學(xué)界流行一個 “埃數(shù)”（Erdos number）的概念，代表和埃爾德什合作的 “最近”距離，可說是最早的一個社交網(wǎng) （social network）。埃爾德什的社交網(wǎng)絡(luò)之廣到什么程度呢？不僅數(shù)學(xué)家，甚至許多生物學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家都有一個近距離的 “埃數(shù)”。
科學(xué)之路該怎樣走
組織一個團(tuán)隊，或者交朋友，都要看到別人的長處。抱著積極的態(tài)度會讓人過得比較愉快，這樣才能和別人合作，而多數(shù)工作需要團(tuán)隊合作。一個人的才能不完全是天生的，很可能是后天培養(yǎng)的，只要努力，總能變得更聰明更優(yōu)秀。
最后談?wù)剬W(xué)問以外的事情。我在臺灣長大，一直很用功，社會上也覺得讀書是一件很辛苦的事。我在哈佛的導(dǎo)師格拉肖教授像電影明星一樣，是很風(fēng)趣、外向的人。他喜歡滑雪，喜歡吃好的喝好的。我在哈佛讀書期間，他曾帶我到法國馬賽訪問一學(xué)期，其間還到意大利西西里島參加過一個夏令營。在那半年，我受他影響，體會到原來科學(xué)家不用像苦行僧一樣生活。他曾帶我去一個法國頂級的三星米其林（Michelin）餐廳用餐。我當(dāng)時很土，當(dāng)穿著燕尾服的服務(wù)生來問點(diǎn)什么飲料時，別人都點(diǎn)了雞尾酒，我卻要了牛奶，服務(wù)生非常吃驚，格拉肖更是笑得不可開交。我記得那時米其林餐廳的人均消費(fèi)是150美元，相當(dāng)昂貴。歲月如梭，辛苦不再談。另一次覺得生活特有情趣的是1984年，在意大利西南海邊的一個漁村開會，當(dāng)?shù)厝说纳罘绞椒浅］p松寫意，我們會后，傍晚時在海邊一起聊天、跳舞、吃海鮮，我真正感受到完全放松下來，平時覺得非常重要的事情都沒有那么重要了。那真是一段美好的記憶。
我再說說高德納的為人。他是一個對自己要求苛刻的人，而對別人卻非常慷慨大度。他對每個人每件事都能看到其正面，又熱愛音樂、藝術(shù)、文學(xué)等等。他的多元化態(tài)度是我們應(yīng)該要學(xué)習(xí)的。組織一個團(tuán)隊，或者交朋友，都要看到別人的長處。抱著積極的態(tài)度會讓人過得比較愉快，這樣才能和別人合作，而多數(shù)工作需要團(tuán)隊合作。
我去過很多地方，每個大學(xué)都有其不同之處，有些地方競爭非常強(qiáng)，有些地方很安靜，但基本上每個環(huán)境都有它好的一面。有時聽人埋怨所處環(huán)境不好，我想重要的是應(yīng)該利用環(huán)境中好的地方。譬如一個地方來往的人很多，這是長處，可以擴(kuò)大交流；一個地方非常安靜，這也是機(jī)會，可以不受人影響，專心做出有深度的東西。
還有最重要的一點(diǎn)，一個人的才能不完全是天生的，很可能是后天培養(yǎng)的。每個清華學(xué)生，畢業(yè)時應(yīng)該比入學(xué)時更聰明。有很多人天生非常聰明，開始可能比人家好很多，但后來的成就未必突出。一個人只要努力，總能變得更聰明更優(yōu)秀。我給自己一個挑戰(zhàn)的方法，不想老是做一樣?xùn)|西，我每次要求一個新的方向，而且要越做越好。你督促自己做什么，就向這個方向走，即使不能完全達(dá)到，也能比別人走得更遠(yuǎn)。每次都做比自己能力更難一點(diǎn)的事，這樣容易進(jìn)步。我們應(yīng)該要把自己變成最好的自己。同時，不能悶頭自己做，要把握一個十年后仍然重要的方向。
今天的聽眾我想多半是本科生，我下面說的可能更適合研究生。
你可能會問，如果我想改變研究方向行不行？我告訴你：高德納本科學(xué)物理，博士研究數(shù)學(xué)，最后成為計算機(jī)科學(xué)家；沃特·吉爾伯特 （WalterGilbert），從物理學(xué)轉(zhuǎn)而研究分子生物學(xué)， 1980年獲化學(xué)諾貝爾獎，他還是生化公司Biogen的創(chuàng)始人。
該不該事業(yè)轉(zhuǎn)型？沒有人能給你最好的建議，你要聽從內(nèi)心的召喚。
會不會太遲了？要有信念，值得做的事情會存在很多年的。
會不會太早？還是要有信念，此外還需耐心，慢慢等到時來運(yùn)轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在大家都在談創(chuàng)新、創(chuàng)造力。畢加索 （Pablo Picasso）是20世紀(jì)最重要的、擁有偉大創(chuàng)造力的藝術(shù)家之一。他的工作改變了世界，但是你看他后期的作品，不會想到他早期是一個傳統(tǒng)型的畫家，寫實(shí)性的，完全沒有抽象的。我們平時總說，創(chuàng)新最忌諱模仿他人。但畢加索說的一句話我非常欣賞： “模仿別人是必要的，但老重復(fù)自己，炒冷飯，就可悲了。”這句話對我們搞創(chuàng)新很有啟發(fā)。
其實(shí)在科學(xué)以外，到處都有能讓我們學(xué)習(xí)、鼓勵我們前進(jìn)的人和事。今年年初的澳網(wǎng)男單決賽 （AustralianOpen），德約科維奇 （Djokovic）對陣納達(dá)爾 （Nadal），長達(dá)5小時53分鐘，是澳網(wǎng)史上歷時最長的對決。納達(dá)爾是網(wǎng)壇一哥，戰(zhàn)無不勝，但這場他輸了。大家一般認(rèn)為他是鄉(xiāng)土少年，不善言辭。但這次比賽后記者訪問，他說的一番話，極具智慧，堪稱完美。他說：“在這里比賽感覺很好，能不斷嘗試挑戰(zhàn)自己身體的極限”， “我真的很喜歡這種感覺，我總是說享受痛苦是一件好事，不是嗎？所以當(dāng)你身體狀況佳，有激情，有準(zhǔn)備，你就不怕吃苦，而且能享受這種痛苦。今天我就有這種感覺，非常好的一種感覺。比賽很煎熬，但是比賽中遇到的所有困難都給了我樂趣。我不斷努力去尋找解決困難的方法。我不斷用心、用智，去克服困難，全力以赴在打比賽。雖然痛苦，卻覺得真爽，那種感覺超越了網(wǎng)球之外。”
我覺得他的這番話用來詮釋科學(xué)家與科學(xué)之路，最恰當(dāng)不過。
