科學也可以如此靠近

我們需要什麼樣的科普?| 袁嵐峰

3月
07
2018

2018年3月07日09時 今日科學 風雲之聲

風雲之聲

關注風雲之聲提升思維層次

解讀科學,洞察本質

戳穿忽悠,粉碎謠言

導讀

科普作品經常有兩類毛病,一類是有「科」沒「普」,另一類是有「普」沒「科」。在面向專家的技術性文章和面向群眾的過於粗淺而不準確的文章之間,我們的科普工作存在一個巨大的空檔,即面向那些值得科普的讀者,準確而生動地介紹科學原理和科學的思維方式。

大家好,我先來自我介紹一下。我是14歲進入中國科學技術大學讀書的,很多人因此以為我是少年班的,但這是個誤解,我經常需要糾正一下:我上的是化學物理系,不是少年班。少年班是一個院系,跟化學物理系是並列的。所以我是屬於「少年班之外的少年大學生」,這樣的人在科大也是很多的。

我23歲獲得化學博士學位,專業是理論與計算化學,現在的職務是中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室副研究員。更多的朋友可能是通過我的微博和我的科普文章認識我的,我的微博叫做「中科大胡不歸」,目前有100多萬粉絲。我的專業是化學,但我的大部分科普著作並不是關於化學的。那麼我是怎麼做起科普來的呢?在這裡就跟大家分享一下,我做科普的經歷和思考。

我開始做科普,是在2015年的3月。當時許多媒體報導了所謂「中科大潘建偉項目組實現量子瞬間傳輸技術重大突破」,大量讀者圍觀讚嘆,但最常見的評論是:「每一個字都認識,連起來就不知道是什麼意思了,不明覺厲!」為什麼會這樣呢?

《星際迷航》中的傳送術

剛好我對這項研究學過一些相關的背景知識,知道它在學術上叫做「多個自由度的量子隱形傳態」,屬於「量子信息」這個領域。因此我能看出來,記者並不知道自己在說什麼,報導完全不得要領,無怪乎讀者更加看不懂,——以己之昏昏,怎麼可能使人昭昭呢?當然,我並不打算對記者求全責備,這本來就是需要專業人士才能說清楚的東西。

因此,我打算基於我對相關領域的了解,加上對我認識的潘建偉研究組同事的採訪,來寫一篇說明白這項研究的文章。這就是我的第一篇有意為之的科普文章,標題叫做《科普量子瞬間傳輸技術,包你懂!》(),發表在我的微博上。

當時我的微博粉絲還不到8000人,但令我有些吃驚的是,這篇文章的反響意外的大,轉發和評論像潮水一樣湧來,許多大V就是在那時關注了我。後來我能夠理解,我為一個群體解決了一個疑難問題。這個群體就是:對量子通信感興趣的傳統通信工作者。

他們都聽說了,現在有一個新的學科量子通信,或者是自己想去學習,或者是領導建議他們去學習。但一學,困難就來了:直接看量子通信的教科書,發現看不懂,因為裡面的物理基礎量子力學沒學過;看網上的所謂「科普」文章,發現更看不懂,而且各種玄而又玄的說法滿天飛,讓他們以為許多基本觀念都被顛覆了,例如以為通信可以超光速了。這就好像腳下的大地隨時可能開裂,從事專業工作幾十年的安全感蕩然無存。

在這種茫然而驚恐的心情中,忽然看到我的文章,最大的感覺就是:終於有一篇文章能夠讓我對量子通信有所理解了!原來量子力學並不是什麼玄學,也是講道理的,而且這些道理可以說清楚!原來量子通信也不會超光速,懸著的心可以放回去了!

後來,在這些讀者朋友的推薦和鼓勵下,我寫了越來越多的量子信息科普文章,以及給若干機構做了科普報告。尤其在2016年8月16日世界第一顆量子科學實驗衛星「墨子號」發射之後,這方面的採訪和約稿簡直是絡繹不絕。我一個搞理論與計算化學的,怎麼成了媒體眼中的量子信息專家呢?只能說人的命運啊,當然要靠自我奮鬥,但是也要考慮到歷史的行程。

這話是開個玩笑。真正的感想是:科普作品,尤其是中國的科普作品,經常有兩類毛病,一類是有「科」沒「普」,另一類是有「普」沒「科」。

有「科」沒「普」的作品往往是業內專家寫的,但寫得太專業化了,基本相當於論文摘要,完全沒考慮讀者的接受能力。結果是只有領域跟自己非常接近的小同行才能看懂,連同一個一級學科的大同行都看不懂。換句話說,就是只有本來就懂的人才能看懂他在說什麼,本來不懂的人看了仍然不懂。這也就完全失去科普的意義了。

有「普」沒「科」的作品就更多了,包括大量的媒體報導以及大量的……不知該叫做科普文章還是該叫做偽科學宣傳的東西。過分簡化的比喻還算好的,更常見的是胡亂髮揮。在這方面,就以量子糾纏作為一個例子吧,它稱得上是一個重災區了。比如說量子糾纏的機制沒有人知道,說量子糾纏推翻了相對論,說量子糾纏說明存在高維空間,說量子糾纏說明粒子有意識,說量子糾纏說明靈魂存在,說量子糾纏讓我們對世界的認識崩塌了……類似這樣的文章,經常有人給我轉過來,問我怎麼看。就在我剛才上台演講之前,還有一位朋友給我轉了一篇。我的內心是崩潰的……你說我該怎麼看?!

注釋:對量子糾纏的正確理解,參見我的文章《你完全可以理解量子信息(7)》()。量子糾纏的機制科學家早就知道,就是量子力學。其實量子糾纏是一個被理論預言然後確實觀察到了的現象,而不是意外的實驗發現,所以,科學家怎麼可能不知道它的機制呢?最好把量子力學理解為一本微觀世界運行的操作手冊,你按照這本操作手冊就能做出精確的預測。許多物理學家說自己不理解量子力學,但這話的意思是難以理解這本操作手冊「為什麼」是這樣,而不是說這本操作手冊不清楚。

在內行看來,這些作者根本不知道自己在說什麼。但在吃瓜群眾看來,這些胡言亂語迎合了自己的口味,所以這種文章往往閱讀量還挺大,動輒10萬+。嗯,我想靜靜,別問我靜靜是誰。

我想靜靜

因此,我最重要的觀察是:在面向專家的技術性文章和面向群眾的過於粗淺而往往不準確的文章之間,我們的科普工作存在一個巨大的空檔,即面向那些值得科普的讀者,準確而生動地介紹科學原理和科學的思維方式。

什麼叫做「值得科普的讀者」?這話隱含的意思是,並不是所有的讀者都值得科普。其實在某種意義上,科學是一種「反人性」的思維方式,因為離日常生活經驗太遠。沒有受過長期科學教育的人,是很難理解和相信科學的。有許多人就喜歡把偽科學文章轉來轉去,對真正的科學棄若敝屣,甚至群起而攻之。那麼對於這樣的讀者,我們實在是沒有辦法,還是放棄治療吧。

但是我們國家這麼多年的科學教育也不是白給的,畢竟還是有不少人有一定的知識基礎,有好奇心,有宏觀視野。這樣的讀者真心對科學有興趣,也能問出有意義的問題,常常對科普作者也有啟發,達到教學相長的效果。他們的人數雖然不是很多,但往往是各個行業的骨幹,是社會的中堅力量。這些人就是值得科普的對象。把這些「關鍵少數」抓住了,科普工作就可以事半功倍。

事實上,科普工作的代價之一是,經常遭到各種不講理的人尤其是民科的攻擊、騷擾以至於謾罵。我知道有一些科普工作者因此遭到了嚴重的心理創傷,都不願意打開微博了。這些事固然很可惡,不過理性地想一想,這世界上總有些人是要惡毒攻擊科學的,你不能指望說服他們。真正有用的是說服那些有可能被說服的人,那些中間群眾,尤其是上面說的那些「關鍵少數」,提高群眾的科學素養。

在這裡,量子力學的創始人普朗克有一句名言,特別適用。他說:「新的科學真理的勝利不是因為說服了它的對手們,使他們看到了光芒,而是因為它的對手們終於死掉了,新的一代在成長過程中就對它熟悉了。(A new scientific truth does not triumph by convincing its

opponentsand making them see the light, but rather because its opponents eventually die,and a new generation grows up that is familiar with it.)」雖然聽起來有點令人哭笑不得,但道理就是這麼個道理,科普工作者確實需要這樣的覺悟。

普朗克

我們再來談談「準確而生動」這一點。這其實是個很高的要求,是很不容易做到的。它需要作者完全清楚自己要講的東西,而且能理順其中的邏輯關係,預先估計出讀者最容易在哪些地方感到困惑,在這些地方著力強調,並且用生動的語言描述出來。在許多時候,這需要你發展出新的邏輯順序,突破教科書或者其他科普文章的常見框架。

是的,人云亦云、互相抄來抄去也是我們的常見病,無論是在教材領域還是在科普領域。許多一知半解的科普工作者只會一套固定的說辭,無論對誰都是同一套,你一聽就知道他並沒有真正理解這個問題,你多問他幾句他就抓瞎了。只有當你能發明出新的說法、新的比喻,對不同的聽眾隨機應變,根據他們的背景現場構造出適合他們的說法,才表明你真正理解了你要講的東西。

看人挑擔不吃力,自己挑擔壓斷脊。但凡作過教師、講過課的人都知道,把一件事講得讓別人明白,是多麼不容易。在這方面,我的教學經驗對於科普工作很有幫助,我十分感謝聽過我的課的學生們。

當然,準確和生動這兩個要求是有內在矛盾的。當它們發生衝突的時候,你該怎麼辦呢?我的理解是:第一,你應該優先選擇準確,這總比犯錯要好;第二,其實呢,如果你不能準確而生動地解釋一件事情,這往往表明你並沒有透徹理解你要講的東西,或者表明這件事本來就不適合向公眾科普。

在這方面,我的博士後導師Roald

Hoffmann教授對我的影響特別大。他是1981年的諾貝爾化學獎得主,獲獎原因是他對定性分子軌道理論的貢獻。見到他之前,我以為科學家,至少理論家,都是一開口就是一串科學術語,不帶上數學公式不出門的,時常讓你為自己的無知感到慚愧。見到他以後,我驚訝地發現,這位老先生是一位非常熱愛教學的人,總是笑眯眯地給你講東西,而且他的教學從不故弄玄虛,總是給你一種感覺:定性分子軌道理論很簡單,很容易理解,通過少量的計算就能推導出大量的預測,雖然很漂亮,但絕不神秘。

2015年,作者與Roald Hoffmann教授在北京召開的第15屆國際量子化學大會上的合影

RoaldHoffmann有一個說法,我的印象非常深。他問:什麼是一個好的理論呢?然後回答:好的理論,就是儘可能簡單,你把它一減再減,直到再減你就什麼都剩不下為止,也就是說再減你對研究對象的描述就要出現定性的錯誤了。到這個時候,你就可以相信,剩下的每一條都是本質性的,這就是對研究對象的本質描述。愛因斯坦有一個類似的說法:「儘可能簡單,但不要過分簡單。(As

simple as possible, but not simpler.)」RoaldHoffmann的說法,相當於對愛因斯坦的話做了一個可操作的解釋。

聽Roald Hoffmann講科學,最顯著的感覺就是:所有的科學道理都是可以理解的。當然,如果有些道理不容易理解的話,那就是不適合他的理論研究的課題了。這時他就會說:這個問題很複雜。然後大家就會心一笑。因此,不是所有的科學道理都容易理解,但是只要是你真正理解的科學道理,你都能夠講得讓別人理解。

我們來重複一遍:只要是你真正理解的科學道理,你都能夠講得讓別人理解。這就是我從事科普工作的基本信念。

由此引出一件有趣的事。我沒有寫過定性分子軌道理論的科普文章,因為這不是一個普通人了解和感興趣的領域,只有化學和物理專業的工作者才會有興趣,但是在我科普任何其他領域的時候,無論是量子信息還是核聚變,Roald

Hoffmann教授的思維方式都具有基礎的重要性。這就引到我前面說的「巨大的空檔」中的最後一點:科學的思維方式,跟具體的科學知識同樣重要,甚至更加重要。

我們國家在字面上很重視公民的科學素質,例如中國科學技術協會經常開展中國公民科學素質抽樣調查。根據2016年的調查結果,2015年我國具備科學素質的公民比例達到6.20%,比2010年的3.27%提高了近90%。這當然是一件好事,不過科技工作者都知道,這種數字僅供參考。因為現在的科學素質標準很大程度上過於粗淺,只重視對若干具體知識的掌握,難以表現科學的思維方式。我相信,理解質疑、證明、邏輯體系、判決性實驗等科學思維方式的比例,遠遠低於6.2%,——有沒有到1%我都很懷疑。

當然這是個很高的標準,已開發國家公民達到這個標準的比例也很低。但我估計,總要比我們高一些。畢竟他們有幾百年的科技積累,用科技解決問題的思維模式已經很普遍了,而我們有太多的人還只熱衷於用道德、組織、文化等解決問題,根本沒有意識到科技的基礎重要性。你跟他講科技解決了一個什麼問題,他習慣性地要懷疑一下,或者把這歸結到某個社會原因上去,總是不肯承認科技本身能夠解決問題。在他們心裡,總覺得科技是「術」,另外的某些東西是「道」。其實,在科學界看來,科技本身就是「道」,而且是最重要的一個「道」。人類的歷史已經充分說明了這一點,不重視科學的社會必定衰敗。因此,科普的基本目的之一就是樹立科學的高大上形象,讓公眾形成有事找科學的思維模式。如果能做到這一點,我們離現代化就近得多了。

因此,讓我們來重複一下:在面向專家的技術性文章和面向群眾的過於粗淺而往往不準確的文章之間,我們的科普工作存在一個巨大的空檔,即面向那些值得科普的讀者,準確而生動地介紹科學原理和科學的思維方式。這就是我最重要的觀察。

最後,科普工作跟整個中國科技界的形象也有很大的關係。我所在的合肥微尺度物質科學國家實驗室的常務副主任羅毅教授,在2016年接受了澎湃的採訪(),對媒體界進行了一番強烈的吐槽,非常有意思,我來給大家念念:

「我感覺我們的文化裡面批評的成分太多,大家老是批評自己,其實我們這個國家的科學研究成就是世界公認的。你如果看英文的雜誌,你就覺得中國的科學真是非常非常的好,你要看中文的報導,就一塌糊塗。我們覺得是一個非常非常奇怪的現象。為什麼會出現這樣的情況呢?媒體把很多很差的所謂做科研的人,當成了科學家,當成了中國科學的代表,然後用他來批判那些做得非常好的人。」

羅毅教授

我想,中國大多數科技工作者對羅毅老師的這番話都會有強烈的共鳴。基本的情況就是,中國科技界在社會上得到的承認遠低於應得的承認,這既不公平,對國家也非常不利。當然,現在也有部分群眾以為中國的科技實力已經超越美國了,進而以為中國的科學在歷史上也多麼多麼先進,產生了自大的狂想,這種民粹情緒對國家也是大害。這些錯誤印象,都有待於我們的科普工作去矯正。事實上,我流傳最廣的文章並不是對量子信息或者任何領域知識的科普,而是一篇分析中國科技在世界上的地位的文章,叫做《中國科技實力正以多快的加速度逼近美國》()。

結語:為科技界發聲,既不妄自菲薄,也不妄自尊大,客觀、全面、平衡地評價中國的科技和發展趨勢,準確而生動地向社會中堅介紹科學原理和科學的思維方式,這就是我們最需要的科普。

下面摘錄幾段觀察者網讀者的有趣的評論:

橙色污賊:

什麼是值得科普的讀者?我認為最重要的就是尊重事實。尊重事實是最重要的,有很多人就是連擺在眼皮前面的事實都不肯相信,這樣的人需要的不是科普讀物而是心理治療。更好的是尊重事實的人也常常有實踐精神,理論能聯繫到實際,他看到的科學理論他會在實際運用中驗證它們。

Kcjby:

長兄於病視神,未有形而除之,故名不出於家。中兄治病,其在毫毛,故名不出於閭。若扁鵲者,鑱血脈,投毒藥,副肌膚,閒而名出聞於諸侯。科技最大的問題是只有1%的人懂,但能解決世界上99%的問題,絕大多數人都在不明白問題的情況下問題就已經解決了,反而覺得這些科學家什麼也沒幹。

Draugr:

科普工作不得不轉向「少數關鍵」本身就是我們科普工作失敗的寫照,如果學習風氣良好,遇到高深難懂的新知識,普通人也不會直接予以拒絕,而是逼迫自己去學習,否則就會落伍。我還記得90年代初時,群眾的科學學習熱情其實很高,當時各地都舉辦過很多科普展,尤其是青少年科普展,我自己就是這麼入的坑。那時實際上是我國「掃盲運動」的尾聲,科普工作附帶同期進行,硬要說的話那時這兩件事都有很大的強制性,然而實際上效果還是不錯的。在祖國知識的花園裡,所謂「民科」就是雜草,你不小心維護見一點除一點,那它就一定會蔓延開去,把我們精心培育的花苗淹沒,最後只剩下一片反智的蠻荒。超出慣常認知範圍的新知識不願意學,這是我們從幼兒教育開始就會遇到的問題。這種時候就不能指望單純依靠興趣求著他們去學,在社會上製造鼓勵學習乃至強制學習的氛圍是很重要的。實際上如今科普搞得如此艱難,並不是因為隨著經濟發展工作難度加大,只是我們以前積累的基礎沒有堅持下來,現在反而退回去了一部分於是不得不進行二次開墾。當然這事跟政府脫不開關係。按理說科普其實是個技術性比較強的事業,既要熟悉科學技術和理論,又要懂得如何讓大眾能聽懂,難度很不小,應該有專門的人來負責這一任務。然而我國現在的做法,基本上是讓那些業內專家來做。那些著急科普工作和潛在科技人才儲備的培養工作的專家也抱怨過,如今的科普工作費力不討好,占用日常研究時間不說,還無法納入績效考評。於是即使有任務分配下來也只是應付了事。業內專家的科研水平並不能代表其科普能力的水平。並不是誰都能像華羅庚一樣寫出那種通俗易懂的散文式的科普文章。新時代的特性更要求我們要重視科普的趣味性和娛樂性。當科普能重新成功向全民鋪開去的時候,我們才能遏制住那些把科學符號化神秘化搞成迷信的反智行為,避免我們的國民墮落成美國人。

Jonah:

中國科技背負著的東西太沉重了。由於近代以來的歷史原因,中國的科學與技術被賦予了非常強烈的使命感和民族自尊心。這在我們踏著別人的腳印追趕的時候起到了非常正面積極的作用。但是到了今天,我們處在坐二望一的位置的時候,應當意識到,科學技術,尤其是科學,首先是出於好奇心的。對待科學應當有一種「玩」的態度,讓科學變得有趣起來,引起公眾的興趣,也吸引到更多的年輕人參與進來。當我們走到領先地步的時候,「玩科學」的態度、科研人員的好奇心與自發的探索,才是新科學進步的核心動力。

浪子肖恩:

一個國家的未來靠科學技術,而現實是大眾化娛樂太泛濫,全民的科學素養卻很低。科普的責任非常重大,道路卻很崎嶇艱難。

背景簡介:袁嵐峰,中國科學技術大學化學博士,中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室副研究員,科技與戰略風雲學會會長,微博@中科大胡不歸,知乎@袁嵐峰()。2017年10月,亞洲教育論壇年會在成都舉行,這是作者在科技文化與科普教育分論壇上演講的文字稿。2017年11月23日,本文以《今天,我們需要什麼樣的科普?》為題發表於觀察者網()。

責任編輯:孫遠

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