諾獎(jiǎng)得主Kosterlitz：成功最需要的是“運(yùn)氣”，而我的優(yōu)勢(shì)是“無(wú)知”

2016年， J. Michael Kosterlitz、 David Thouless 和 Duncan Haldane 因“對(duì)拓?fù)湎嘧兣c拓?fù)湮飸B(tài)的理論性發(fā)現(xiàn)”（ for theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter ）共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

這一獎(jiǎng)項(xiàng)的重要背景之一，是他們對(duì)二維系統(tǒng)中相變機(jī)制的深刻洞見，即著名的 Berezinskii – Kosterlitz –Thouless（BKT）相變理論 。 該理論首次提出 ， 在二維系統(tǒng)中，相變可以由拓?fù)淙毕莸男袨轵?qū)動(dòng)。BKT 相變理論不僅在數(shù)學(xué)物理上具有深遠(yuǎn)影響，也為理解如二維超導(dǎo)薄膜、量子氣體、液晶、石墨烯等實(shí)際材料系統(tǒng)中的集體行為提供了重要理論支撐，成為凝聚態(tài)物理中里程碑式的成果之一。

并不被大眾所知的 是 ， Kosterlitz 教授 年輕時(shí) 是一位 世界頂級(jí) 攀巖 者 。 在攀巖界，他的名氣某種程度上甚至超過了他的學(xué)術(shù)成就。他的水平達(dá)到了當(dāng)時(shí)的頂尖水準(zhǔn)，主要成就包括：

完成了勃朗峰群Les Dru上American Direct路線（ED1難度，6c+）的首次重復(fù)攀登；在意大利阿爾卑斯 Orco 山谷首攀了 以他命名的" Fessura Kosterlitz "（ Kosterlitz 裂縫，難度f(wàn)6B/6a+）。

約 1960 年代末至 1970 年代初 ，J. Mike Kosterlitz在大若拉斯峰北壁Walker Spur的冰雪橫切段攀登 。 這條1200米的北壁路線是衡量頂級(jí)登山者的標(biāo)志。

更重要的是，他作為 Nuovo Mattino 運(yùn)動(dòng)的核心參與者，把英國(guó)自由攀登的倫理引入了意大利，推動(dòng)了這場(chǎng)攀登運(yùn)動(dòng)，深刻影響了歐洲阿爾卑斯攀巖的發(fā)展方向，挑戰(zhàn)了當(dāng)時(shí)以登頂、民族主義和英雄主義為核心的傳統(tǒng)攀登倫理，轉(zhuǎn)向自由攀登的創(chuàng)造性和技術(shù)革新。2017年他獲得了攀巖界的“奧斯卡”—— Arco Rock Legends 的 Climbing Ambassador 大獎(jiǎng)。

本期文章特邀普林斯頓大學(xué)博士后王勇對(duì)他的合作者 J. Michael Kosterlitz 教授進(jìn)行了一次深度采訪， 來(lái)了解這位 物理諾獎(jiǎng)得主 對(duì)科研 、 生活以及新興技術(shù)的看法。

采訪、翻譯|王勇（普林斯頓大學(xué)博士后 ）

J. Michael Kosterlitz （1943-）

一

個(gè)人學(xué)術(shù)經(jīng)歷

問：提出Kosterlitz-Thouless相變理論時(shí)，你處在什么樣的情況下？

答：當(dāng)時(shí)，我 攻讀完成了高能物理方向的 博士 學(xué)位， 然后 從1970年到1973年，我又花了三年的時(shí)間在伯明翰大學(xué)，在同一個(gè)領(lǐng)域做了三年的博士后。在經(jīng)歷了日復(fù)一日枯燥乏味的計(jì)算，且沒有取得太多突破以后，我決定嘗試改變一下，換 個(gè)領(lǐng)域 看看。于是，我不停地拜訪不同的實(shí)驗(yàn)室，看看有沒有人需要合作或者在某些問題上需要幫助。最終，我停在了 David Thouless 的辦公室，聽他介紹一些我以前完全不熟悉的概念和想法。他講到了在 層狀氦 - 4中 的超流現(xiàn)象 、 二維晶體 、 渦旋（vortices） 、 位錯(cuò) 、 拓?fù)湟约霸S多相關(guān)的話題。從那時(shí)起，我們開始了 合作。

David是一個(gè)無(wú)所不知的人，如果你犯了一些小錯(cuò)誤或者某些地方了解 得 不夠清楚，他總是會(huì)耐心地講解給你聽，有時(shí)甚至?xí)屇阌X得自己有點(diǎn)愚笨。

問：當(dāng)時(shí)二維物理這個(gè)領(lǐng)域，境況又如何呢？

答：我們 唯一了解 的就是由 Hohenberg 、 Mermi n以及 Wagner 提出的理論推導(dǎo)， 他們 指出在二維系統(tǒng)中沒有長(zhǎng)程有序，也沒有自發(fā)的相變。但David覺得這些二維系統(tǒng) 中 ，比如 二維層狀氦 - 4，一定存在某種相變。他給我展示了一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，顯示其中確實(shí)有相變，這就是他和我當(dāng)時(shí)需要去處理的沖突。在 沒有 任何頭緒的情況下，我們想到為什么不先假設(shè)二維系統(tǒng)可以有序，然后去思考什么東西可以破壞這種序，那就是渦旋 ； 進(jìn)一步，我和David將渦旋視為一種拓?fù)浼ぐl(fā)或缺陷。相同的思想也可以應(yīng)用到二維晶體的熔化，其中的位錯(cuò)扮演 了超流中 渦旋相同的角色， 即 拓?fù)淙毕荨?/p>

問：關(guān)于Kosterlitz-Thouless相變理論的文章發(fā)表以后，有什么影響？領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)人士對(duì)你們的結(jié)果很驚訝嗎？

答：不，這個(gè)工作被忽視了一段時(shí)間 。 但慢慢地，人們開始接受我們提出的概念，并引起關(guān)注，因?yàn)橛袔讉€(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了二維體系中的相變，而我們的工作似乎可以解釋這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

問：當(dāng)時(shí)你會(huì)想到你們的理論可以這么普適于各種各樣的系統(tǒng)嗎？

答：我沒有想到，事實(shí)上，我甚至在當(dāng)時(shí)都不太了解這個(gè)領(lǐng)域。在和David合作之前，我唯一知道的事，就是我是一個(gè)不成功的高能物理學(xué)家。那些拓?fù)涞母拍?，在別人看來(lái)可能是異端，但對(duì)我來(lái)說(shuō)，不算很不合理，因?yàn)槲覜]有太多領(lǐng)域內(nèi)的固有思維。所以 在研究 過程中，我對(duì)這個(gè)方向的無(wú)知變成了一種優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槲也粫?huì)被傳統(tǒng)觀念所束縛。而David呢，盡管 他 一直身處于領(lǐng)域當(dāng)中，但他時(shí)刻都 在 跳出 思維定 式 思考，我們 倆 當(dāng)時(shí)就 像 一對(duì)完美伙伴。

二

科研觀探討

問：在這一節(jié)，我想了解一些你對(duì)于科研的一些整體觀念和看法。比如，作為一個(gè)成功的科學(xué)家，你認(rèn)為對(duì)于一個(gè)科研工作者，最重要的品質(zhì)是什么？

答：我認(rèn)為 可能對(duì)我這種成功最 重要 的部分，是運(yùn)氣。我沒開玩笑，你想，要取得某些成就，你得在合適的時(shí)間解決合適的問題。這種契機(jī)你怎么去安排呢？只有幸運(yùn)能安排。在當(dāng)時(shí) ，我們只是在嘗試解決一個(gè)看起來(lái)有點(diǎn)奇怪的問題，它只是一個(gè)純粹的理論練習(xí)，我們并不知道 它 是否會(huì)變得重要。

問：我也同意運(yùn)氣在成功的事業(yè)中是很重要的，但是從個(gè)人角度來(lái)說(shuō)，哪些是我們應(yīng)該關(guān)注的因素？

答：對(duì)我而言，那就是樂趣（fun） 。 David和我在當(dāng)時(shí)嘗試去想辦法解決和理解理論和實(shí)驗(yàn)之間的某種沖突，我 在其中 收獲了許多樂趣。事實(shí)上，又有幾個(gè)人在意薄層氦中的超流呢，它基本沒有任何用處，但同時(shí)，這又是一個(gè)美妙的智力問題 。我很喜歡攀巖，在 休息的時(shí)候 ，我會(huì)坐 在 巖架或 半山腰上 ，思考研究的課題，想象那些渦旋漂浮在我的面前，嘗試?yán)斫?它 們 之間 的相互作用?？偠灾冶贿@個(gè)問題深深地迷住了。

問：近年來(lái)信息技術(shù)飛速發(fā)展，像人工智能（AI）讓信息的獲取和生成都變得更加容易。你是怎么看待這些技術(shù)的？

答：對(duì)我來(lái)說(shuō)，AI 只 是 另一種 工具。它就像一個(gè)超級(jí)高級(jí)的計(jì)算機(jī)。記得以前的科幻作品里， 描繪了 那種你可以跟機(jī)器對(duì)話，然后它還能回答你問題的情節(jié) ， 現(xiàn)在差不多 就像這樣 。但這些AI，它們 并 不會(huì)自己“思考” ， 我們的 大腦 有些很奇妙的運(yùn)作方式，是AI目前還模仿不了的。

盡管 電腦能做我們做不到的運(yùn)算——非常非常復(fù)雜的計(jì)算它們都能搞定。但問題是，AI自己沒法 提出 問題，是人類先提出問題，然后它才能解 ，盡管 一旦問題設(shè)定好了，電腦確實(shí)比你我 計(jì)算 得 更快 。 從這方面而言，AI和其他的電腦程序沒有什么區(qū)別，而且它的能力也取決于支撐它的數(shù)據(jù)。

問：是的，這其實(shí)是一個(gè)很重要的點(diǎn)。現(xiàn)在人們會(huì)構(gòu)建復(fù)雜的 AI 框架，并用高質(zhì)量的數(shù)據(jù)去訓(xùn)練它們，卻不太關(guān)心這些系統(tǒng)“內(nèi)部到底發(fā)生了什么”。他們相信，也許通過這種方式，我們就能造出類似人腦的機(jī)器。你怎么看待這種現(xiàn)象？

答：你說(shuō)的，其實(shí)從某種程度上，就是我們大腦的運(yùn)作方式，對(duì) 嗎 ？但這種說(shuō)法其實(shí)是 在 非常粗略、模糊地描述大腦的功能。 關(guān)鍵點(diǎn) 在于，我們其實(shí) 并 不知道應(yīng)該用哪一個(gè)層次的描述方式，比如你要做腦外科手術(shù)，那這種“模糊層面”的理解 和操作 顯然是不夠的。 對(duì)我而言， 生物學(xué)的問題真的太復(fù)雜了，以至于常常都不知道從哪兒開始著手 研究 。在物理或化學(xué)里，大多數(shù)人至少都認(rèn)同一個(gè)出發(fā)點(diǎn) 或者某種尺度 ，比如從原子開始建模。在物理中， 我們常常將粒子近似為具有有效參數(shù)的點(diǎn)粒子，以簡(jiǎn)化問題 ——這 其實(shí)和 現(xiàn)實(shí)差 得很遠(yuǎn)，但對(duì)我們感興趣的現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，這種簡(jiǎn)化是足夠用的。

可如果你面對(duì)的是像“大腦”這樣的系統(tǒng)，問題就不一樣了：你甚至不知道哪些變量是關(guān)鍵 的 ，哪些是可以忽略的。 總而言之， 我想說(shuō)的是：你提出的問題決定了你需要哪種“描述的層次”。但對(duì)于生物系統(tǒng) ，比如大腦 ，我們現(xiàn)在根本還不知道，那個(gè)“合適的 描述 層次”到底是什么 。

問：能給我們一些你對(duì)這種復(fù)雜性的見解和處理方式嗎？

答：如果我可以做到理解和處理這些問題，那我可能在等待我的第二個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)了，哈哈！

問：你覺得年輕人應(yīng)該如何去面對(duì)他們研究和生活中的挑戰(zhàn)？

答：這其實(shí)因人而異。就我個(gè)人來(lái)說(shuō)，年輕時(shí)的我?guī)缀踹^著“雙重生活”——一半時(shí)間在做物理，另一半時(shí)間在攀巖。而攀巖的美妙之處在于 ， 當(dāng)我在巖壁上時(shí)，腦子里可以完全放下物理的那些問題，什么都不用擔(dān)心。因?yàn)檫€有更緊急的事等著你，比如——怎么讓自己活著下山。而當(dāng)我回到物理工作中時(shí)，又能暫時(shí)忘掉攀巖時(shí)那些“擦肩而過的死神時(shí)刻”。這兩件事反而互相清空了彼此的壓力，讓我能更好地應(yīng)對(duì)各自的挑戰(zhàn)。

對(duì)我來(lái)說(shuō)，我需要一個(gè)愛好，把自己從研究的世界里拉出來(lái)。要是整天光想物理，我真的會(huì)瘋掉，攀巖則是一個(gè)完全不同的世界。

問：你怎么看待人們追求在頂尖期刊發(fā)表論文這種現(xiàn)象？在某種程度上這反映了研究人員的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，但如果過于執(zhí)著，也許也不太合適。同時(shí)，從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的視角看，你認(rèn)為我們應(yīng)如何更公平地評(píng)價(jià)一個(gè)科學(xué)家的貢獻(xiàn)？

答：這個(gè)問題確實(shí) 有點(diǎn) 不好回答。不過 ， 你稍微想一想就會(huì)發(fā)現(xiàn)：過去一年里，那些頂尖期刊上發(fā)表了多少論文？而其中真正重要的又有幾篇？答案是：很少。有些論文可能在一兩年內(nèi)還有一定影響，但你去看看三十年、四十年之后，那些文章還有多少是被人記住、仍然有意義的？在我看來(lái)，能經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的，才是真正重要的成果。如果你一輩子能做出一項(xiàng)這樣的工作，那你已經(jīng)非常幸運(yùn)，也做得非常好了。

甚至一直以來(lái)， 我 會(huì)想 ：假如有 99% 的論文從未被人真正看見過，那科學(xué)的進(jìn)展會(huì)因此受到嚴(yán)重影響嗎？我覺得答案是否定的。不會(huì)。所以我覺得，我們能做的，就是去研究那些自己真正感興趣的問題。如果你夠幸運(yùn)，你做的東西也許會(huì)很重要 ， 但也不用太在意貢獻(xiàn)這回事，就去享受科學(xué)本身 帶給你 的樂趣吧。

問：你是如何看待學(xué)術(shù)不端的？

答：這些行為當(dāng)然是不對(duì)的，為什么呢，因?yàn)檫@種事遲早會(huì)被發(fā)現(xiàn)。如果你偽造數(shù)據(jù)，別人是 無(wú)法 重復(fù)出你的結(jié)果 的 。 為什么會(huì)有人為了讓自己更成功而去造假？這些只是 短期的得失。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這 種做法看起來(lái)很 愚蠢 ， 真正重要的，是那些能經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的 創(chuàng)新 。

問：你以前是如何指導(dǎo)博士生的？

答：一般來(lái)說(shuō)，我會(huì)跟他們談一些我自己感興趣的問題，然后跟他們說(shuō)：“我覺得這個(gè)問題有意思，你要不要試試看？”有時(shí)候他們 自己也 會(huì)想到一些不錯(cuò)的主意， 繼而 在那個(gè)方向上有些進(jìn)展。

在 我讀博士的時(shí)候，導(dǎo)師也從來(lái)沒有告訴我“你該做什么”。 我更贊同這種給學(xué)生留有許多自由空間的模式 。 回頭看，我意識(shí)到這種 方式 其實(shí)對(duì)我很有幫助，因?yàn)楫?dāng)你開始獨(dú)立研究時(shí)，是需要你自己想問題和探索的 。 盡管這種模式中，早期的訓(xùn)練過程會(huì)由于缺乏指導(dǎo)而比較痛苦，但說(shuō)實(shí)話，它真的很好。

有時(shí)候我看到一些學(xué)生， 會(huì)很拼命地做 一個(gè)課題， 但其實(shí) 導(dǎo)師已經(jīng)把問題是什么、該怎么做都告訴他們了 ， 他們就 會(huì) 照著做，然后做出了一點(diǎn)點(diǎn)不同的東西，但本質(zhì)上還是一樣的 道路 。這樣下去，最后就只是在培養(yǎng) “可以復(fù)制的 技術(shù)員”。

三

對(duì)科研趨勢(shì)的看法

問：從你個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)以及歷史的角度來(lái)看，你是否仍然對(duì)某些具有重大應(yīng)用前景的科學(xué)方向保持樂觀，比如室溫超導(dǎo)？

答：我其實(shí)沒怎么去特別想這些事。但如果我們真的能用室溫超導(dǎo)體來(lái)制造電線和輸電線路，那當(dāng)然再好不過了。不過目前這方面還有似乎不少難題，也沒有人真正做成，但誰(shuí)知道呢？

對(duì)我來(lái)說(shuō)，所謂“應(yīng)用”，更像是一種錦上添花?？茖W(xué)的進(jìn)展，總是由不同的團(tuán)體，包括理論學(xué)家、實(shí)驗(yàn)學(xué)家 ， 還有工程師一起推動(dòng)的，每個(gè)人扮演的角色都不一樣，對(duì)吧？作為一個(gè)理論研究者，我并不一定非得看到什么實(shí)際應(yīng)用才覺得有價(jià)值。我更感興趣的是理解事物的本質(zhì)。即使一個(gè)現(xiàn)象暫時(shí)沒有應(yīng)用前景，但能弄清楚它是怎么回事，本身就很讓人開心了。

問：這正好引出我們下一個(gè)問題。在申請(qǐng)科研資助時(shí)，很多人會(huì)盡量把自己的研究方向與政府或工業(yè)界的戰(zhàn)略需求對(duì)齊，這樣可能更容易獲得支持。你覺得，應(yīng)該如何在這種“策略性選擇”和保持研究自主性之間找到平衡？

答：這個(gè)情況是無(wú)法避免的，畢竟，大多數(shù)事情都需要經(jīng)費(fèi)支持，這就是現(xiàn)實(shí)——做什么都要支付代價(jià)。個(gè)人而言，我很慶幸自己做的不是那種需要大量昂貴實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研究。如果哪天我真的得靠很復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)才能做出成果，可能我就直接放棄了，轉(zhuǎn)頭去研究別的課題。物理領(lǐng)域里，還有太多沒被解答的問題，不一定非得搞那些燒錢的項(xiàng)目。

問：但對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，如果想要放棄或者轉(zhuǎn)換研究方向，往往意味著巨大的挑戰(zhàn)和代價(jià)。

答：是啊，你基本上得重新開始學(xué)習(xí)，那也是科學(xué)（或者說(shuō)人生）有趣的地方。當(dāng)然，有時(shí)候你可能沒有那個(gè)勇氣，或者你還要面對(duì)很多現(xiàn)實(shí)的責(zé)任和問題。但這種選擇，其實(shí)很多時(shí)候在你早期的職業(yè)階段就已經(jīng)做出了。比如說(shuō)，像我這樣做理論的，其實(shí)轉(zhuǎn)方向的成本并不算高。我們需要的就是我們的大腦，有時(shí)候在電腦上運(yùn)行程序就夠了。但實(shí)驗(yàn)就完全不一樣了。他們需要大量設(shè)備，而且很多時(shí)候還非常昂貴。一旦 你把 設(shè)備都投入進(jìn)去了，就有點(diǎn)被 “ 困住“了，想轉(zhuǎn)方向就變得很難。

對(duì)我來(lái)說(shuō)，自由遠(yuǎn)比成就重要。如果我每天早上醒來(lái)就說(shuō)，“好！我今天要做點(diǎn)能拿諾貝爾獎(jiǎng)的研究！” ， 那就太可笑了，因?yàn)槟愀静恢滥阕龅臇|西未來(lái)是不是重要的。反而更現(xiàn)實(shí)的情景是：你醒來(lái)發(fā)現(xiàn)，自己已經(jīng)在某個(gè)問題上折騰了一個(gè)月，完全沒進(jìn)展。那你就得承認(rèn)，可能是時(shí)候換個(gè)方向，試點(diǎn)別的了。

問：你認(rèn)為“創(chuàng)新”或者“突破”是可以被規(guī)劃的嗎？

答：這要看具體情況。你說(shuō)的“突破”，如果是指那種能幫助我們理解自然本質(zhì)的思想層面的突破，我覺得那是沒法計(jì)劃的。但如果是實(shí)驗(yàn)上的突破，那在某種程度上是可以規(guī)劃的。因?yàn)楹芏鄷r(shí)候，它們本質(zhì)上就是一些工程問題。原則上，只要你有足夠的設(shè)備和資金，是有可能實(shí)現(xiàn)這些突破的。

問：那你怎么看公眾興趣在科學(xué)中的作用？

答：對(duì)我個(gè)人來(lái)說(shuō)，公眾的興趣不是特別重要。說(shuō)實(shí)話，我至今為止做的大多數(shù)研究，基本都沒有什么應(yīng)用價(jià)值。一個(gè)問題，我解決了也好，沒解決也好，對(duì)這個(gè)世界其實(shí)沒什么太大影響。

問：但像Kosterlitz–Thouless 相變這樣的理論已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到許多材料中，比如石墨烯。我想，這其中也有你的貢獻(xiàn)？

答：確實(shí)如此。石墨烯的出現(xiàn)令人振奮，人們用它做了很多事情。但你知道，它最初是怎么被發(fā)現(xiàn)的嗎？那位發(fā)現(xiàn)者只是把一段膠帶貼在石墨上，然后輕輕一撕——就這樣，一層原 子厚度的石墨烯，就留在了膠帶的粘面上。 沒什么高科技，也不是什么精密實(shí)驗(yàn) ，這才是科學(xué)真正的樣子 。

問：最后一個(gè)問題——如果你現(xiàn)在還年輕，生活在這個(gè)時(shí)代，你會(huì)選擇怎樣的生活？為什么？

答：我大概還是會(huì)走上學(xué)術(shù)研究這條路吧，雖然這份工作的薪水并不豐厚。但至少，它能給人一些自由，讓你去做自己真正喜歡的事，哪怕是在一定的限制之內(nèi)，也能自己決定人生的方向。

我 對(duì)攀巖的熱愛 也 教會(huì)了我如何在幾乎沒錢的情況下去旅行、去生活。為了抵達(dá)遙遠(yuǎn)的山地，我必須學(xué)會(huì)如何在極簡(jiǎn)條件下生存——睡帳篷，甚至睡在路邊的灌木叢下……如果可以再年輕一次，我想我不會(huì)改變什么，因?yàn)楝F(xiàn)在回頭看， 這些 經(jīng)歷 都 是不可思議的冒險(xiǎn)。

我特別記得有一次差點(diǎn)喪命的經(jīng)歷，當(dāng)時(shí)我直面死亡。而真正救了我一命的，只是一塊半埋在冰里的小石頭，正好卡住了我，讓我沒有從冰面墜落。

這讓我明白了，生活，無(wú)論多無(wú)聊，也是美好的。

文章轉(zhuǎn)載自“返樸”公眾號(hào)