陳難先院士：帶你認識科學探索和科技創新中的反問題研究

陳難先

清華大學物理系教授、博士生導師

1937年10月生於上海

1962年北京大學物理系畢業后

長期在北京鋼鐵學院工作

1980年陳難先作為訪問學者

赴美國賓夕法尼亞大學

電氣工程系進修

從事石墨和石墨插層化合物

光學性質的研究

1984年獲賓夕法尼亞大學

科學博士學位

1986年開始任北京科技大學教授

及應用物理所副所長、所長

1993年任北京科技大學副校長

1987年任國家863計劃

功能材料專家組組長

(1987-1990，1993-1995)

▲陳難先院士為物理與能源學院師生作學術講座

▲陳難先院士為物理與能源學院師生作學術講座

1991-2001年

任863新材料專家委員會委員、常委

1990年開始任中國材料研究會

和中國物理學會理事

1997年任科技部國家863新材料

模擬設計實驗室主任

1997年當選中國科學院院士

他在國際上明確提出玻色體系

費密體系和晶格及界面體系

四大類逆問題

並給出了系統的解法

和系列性的應用

《Nature》對他的工作曾有整版評論

陳難先院士

1993年獲國家自然科學獎二等獎

2007年獲何梁何利科學技術獎

創新是圍繞有價值的問題不斷試錯的過程

石油資源的探測

地下考古挖掘的開展

CT醫學掃描設備的發明

大型工業設備的定製開發......

在許多重大科技成果的背後

反問題研究

都發揮著至關重要的作用

愛因斯坦曾經說過

提出一個問題

往往比解決一個問題更重要

提出有價值的好問題

也是一切創新活動的開始

在陳難先院士看來

創新就是圍繞一個有價值的問題

不斷試錯的過程

▲我們做事情並不是要求每一件事情都對，而是要求每件事情都有價值

我們不要求

我們做的事情

每一次都是正確的

我們是要求

我們做的事情是有意義的

很多人就從來沒犯過錯

這種人大概也不會有什麼新的發明

因為他只是做根本不會錯的事情

所以我們做事情

並不是要求每一件事情都對

而是要求每件事情都有價值

做對做錯都沒有關係

反問題研究是創造新事物的過程

▲陳難先院士到中國科學院金屬研究所訪問講學

反問題的研究起源於數理方程

數學的反演演算法中

包含了許多反問題研究的方法和技巧

如果說正問題的研究

是從原因到結果的順序過程

那麼反問題研究

則是一個由表及裡、索隱探秘

發現新規律、創造新事物的過程

比如說原子之間的相互作用

我們隨便看到的事物

其實都是大量原子構成的

它怎麼構成

因為原子有相互作用

可這是看不見摸不著的

所以我們要從現象或實驗

來反推這樣一個原子間的相互作用

我們一旦反推出來原子相互作用

我們就可以解釋它的

很多很多性質和性能

像這樣一個問題

就是一個反問題

我們課本上講的是什麼

就是假定原子相互作用

是什麼樣什麼樣的

然後我們來做練習

說這個會引起材料性質的

什麼樣的變化

可是實際上

是我們觀察到材料是怎樣變化

我們要反推出來

為什麼要做這件事

因為你觀察到的事情

其實都是少數的幾件事

你一旦推出那個東西

你就可以解釋大量的不同的事情

所以這就叫反問題

反問題研究推動各學科融合發展

反問題研究的成果

已經廣泛應用在

探測 識別和設計相關的

工程領域

例如

石油通常埋在幾千米的地下

無法直接觀察油田的位置和儲量

以往靠打井的辦法來探測石油

不但費用昂貴

而且效率極低

而反問題的研究

為石油勘測提供了全新的技術方法

包括我們國家的石油勘探

地質勘探

這些埋在地底下

你能說得准嗎

地下有什麼東西

所以這就是一個反問題

就是你到底根據

地面上的什麼樣的信息

你就能來判斷下邊

如果沒什麼信息

你還主動的去擱一些大的電機

擱在那去刺激下邊

讓它有反饋

甚至於我們比方說

我們還可以用人工的地震

就是說我們做一些爆炸

來把地下的一些信息發掘出來

而不是去等待

通過地震波的測量

來判斷地球內部的結構

和地下礦藏的位置

已經成為地質勘探中

最為重要的手段

地質勘測

僅僅是反問題研究應用的冰山一角

在眾多反問題應用成果的背後

其實也離不開「正問題」的不斷積累

▲正問題和反問題的關係

我們在學習的過程中

其實也是一個不斷地

從正問題向反問題

發展的一個過程

沒有正問題的基礎

那麼反問題

其實就是更沒有基礎

就是正問題成熟了以後

比較成熟才能提出反問題

比方你連乘方都不會

就說我現在要研究開方

這就很困難了

近二十年來

反問題研究已成為

應用數學和應用物理領域

發展最快的研究方向之一

反問題研究

不僅為重大工程技術問題的解決

提供了新技術和新產品

而且已經成為一種重要的研究方法

推動著越來越多科學領域

不斷融合發展 創新突破

來源：今日科協微信公眾號

中國科協各級組織要堅持為科技工作者服務、為創新驅動發展服務、為提高全民科學素質服務、為黨和政府科學決策服務的職責定位，推動開放型、樞紐型、平台型科協組織建設。接長手臂，紮根基層，團結引領廣大科技工作者積極進軍科技創新，組織開展創新爭先行動，促進科技繁榮發展，促進科學普及和推廣，真正成為黨領導下團結聯繫廣大科技工作者的人民團體，成為科技創新的重要力量。——習近平