導師要有保護和樹立學生自信的意識導師要有保護和樹立學生自信的意識王德華 作為導師，很重要的作用和責任自然是指導學生的學業，讓學生在健康、和諧、寬鬆和專業的環境中完成學業。同時作為導師，很重要的一點是要盡力點燃學生心頭的理想之火，而最忌諱的則是不能把學生燃起的火苗澆滅，

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不管是有意還是無意。有些學生心理上很堅強，對于導師的批評也會理性地對待，具有較好地自我調整能力，凡是有利于自己學業發展的，就接受，對自己學業不利的甚至錯誤的，可能就不會去接受。也有些學生心理上很脆弱，對導師的評價非常在意，自我調整能力弱，經不起導師稍微嚴厲一點的批評，更不用說挖苦。有些導師在言語上也許是無意的或隨意的，如喜歡順口否定學生的一切想法，一切建議，這樣久而久之，學生覺得提了也沒用，想了也沒用，心理上受到了打擊，可能就不再有提建議的欲望了，也不會再有新想法了。更嚴重的後果是，這類學生心理上可能會發生變化，以為自己真的是能力差，真的什麼都不如他人，自己幹什麼都幹不好，總是自責，也開始處處否定自己。這樣的後果對于一個學生的健康成長和學業是很嚴重的，甚至可能是毀滅性的。師生間的溝通和相互了解在研究生的培養過程中很重要。我曾有過師生交流不暢而產生誤解的經歷。多年前，

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有個學生交來她的開題報告，我進行了認真修改後，返回給學生。過了一段時間，學生把她修改後的開題報告交給了我，讓我感覺有些不解的是學生沒有把我提的問題和建議進行修改完善，而是在研究內容等關鍵方面進行了大改。我以為學生通過閱讀新的文獻，又產生了新的想法，我認真修改後，又返回給她。過了段時間，學生再次把她修改後的開題報告交給我。我看後還是納悶，學生依舊是進行新的補充，完全忽視你提的意見和建議。我再次修改後，返回給學生。又過了一段時間，學生又交給我，依然對你提的意見和建議不理不睬。我強忍著火氣進行了修改，再返回學生。當學生第四次交給我，我發現她依然不理睬你的建議和意見時，我忍無可忍，火氣爆發了。我讓學生把前三次我修改批閱的開題報告都拿過來，攤在辦公桌上，我很生氣地問，為什麼你要這樣對我？每一次我都認真修改，根據自己的專業知識和理解，提出自己的意見和建議，本來希望一個課題經過認真討論、修改，就逐漸完善了，可是你為什麼總是不理睬我的修改建議和意見呢，每次都像是要另起爐灶開新題呢？ 學生聽完我的咆哮，滿心委屈，滿臉淚花，指著每一次我給她修改得滿篇紅的開題報告，給我認真地解釋著，她說她看到我每一稿都修改得那麼多，提了那麼多意見和建議，她就以為我每次都否定了她的想法，所以回去後就查閱新的文獻，希望能補充一些與前一稿不一樣的內容。可是，

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她每次努力後得到的結果是我再一次的“否定”。我意識到師生的理解錯位了，開始心痛起這位學生了。我不知道她經受了多大的心理壓力，花費了比他人更多的精力和時間，一遍一遍地幾乎是重新開題，又一次一次地經受我的“否定”。我知道，這當然是導師的過錯，怪不得學生。師生沒有及時很好地交流和溝通，其實無論導師還是學生只要多問一句，可能就會解除心中的疑惑。當時年輕，指導學生沒有經驗，也不會與學生交流和溝通。所以，

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導師不能讓學生失去信心。導師不能讓學生失去自信。導師要愛護學生的興趣。讓有靈氣的學生保持靈氣。讓有銳氣的學生保持銳氣。讓缺乏興趣、自信的學生找到自己的興趣，樹立起希望，樹立起信心，樹立起自信。導師要盡量了解學生的想法和能力，發現學生的優點和不足，師生間要多交流。導師的言語一定要注意，不刻薄，不挖苦，不打擊，不批判，要多鼓勵，多誇獎。1964年，當狄克準備探索宇宙中的微波背景輻射時，他一邊讓皮布爾斯做理論上的推導，一邊安排另外兩位研究生羅爾（Peter Roll）和威爾金森（David Wilkinson）進行實際的測量。當狄克接到那個改變命運的電話時，他們已經在實驗室的樓頂上建好了微波天線，基本準備就緒。彭齊亞斯和威爾遜在貝爾實驗室的那個天線原來是為了微波通訊設計的，只接收一個選定頻率上的信號。雖然只是單一的頻率點，他們收到的信號也已經足夠讓狄克和皮布爾斯肯定那就是他們想找的宇宙背景輻射。因為這個信號具備各個方向都沒有區別──各向同性──的特征，並且通過信號強度估算的輻射溫度與他們的理論模型相符。這個估算的原理來自19世紀的基爾霍夫。他發現物體發光的顏色與其溫度緊密相關。溫度比較低的看起來呈紅色，高溫物體則有更醒目的藍色、紫色。這就是打鐵、燒窯工匠通過“看火色”來判斷溫度的科學根據。當然，物體所發的光並不是單一色調，而是含有各種顏色，只是相對強度不同。看到發紅或發藍便是它在紅光或藍光的頻率上光強最大。基爾霍夫發現，把物體發光的強度依照頻率畫出來會是一條連續的曲線，便是該物體的光譜。所呈現的顏色對應于曲線峰值所在的頻率。基爾霍夫在1862年提出，如果設想物體能完全吸收外來的光、沒有一點反射，而物體又是以與週圍環境處于完全熱平衡的方式發光，那麼其光譜完全由它的溫度決定，與物體的形狀、材質等因素無關。因為這個理想化的模型完全吸收外來的光，他把它叫做黑體（黑體與後來的黑洞是兩個不同的概念。黑洞只吸收，完全不發光，也就不會有光譜）。黑體也是理論物理中“球形奶牛”式的簡化，在現實中並不存在。實驗物理學家只能用某些特殊情形──比如口子很小的火爐──來逼近。而理論家則可以由此進行便利的計算。因為麥克斯韋發現光是電磁波，他們可以用他的電磁理論結合熱力學來嚴格推導這個理想情形的光譜曲線。不料，這個看起來簡單的問題在世紀之交遭遇了巨大的麻煩：理論上的黑體輻射在頻率高時會趨向無窮大，顯然不符合物理規律。這就是顛覆經典物理的所謂“紫外災難”（ultraviolet catastrophe）。為了繞開這個困難，德國的普朗克（Max Planck）不得不發明“能量子”這個新概念，幾乎是無意地催生了20世紀初的量子力學革命。無論是伽莫夫、阿爾弗、赫爾曼還是後來的狄克、皮布爾斯，他們都意識到如果宇宙來自一個很小的“宇宙蛋”，那個蛋就應該是理想的黑體──因為那已經是宇宙的全部，不存在外來的影響。如果我們能夠看到整個宇宙的光，它應該具備標準的黑體輻射光譜。宇宙在大爆炸發生的38萬年之後才有了第一縷光。在其後的10多億年裡，這些光的溫度逐漸冷卻，成為今天微波頻段的背景輻射。好在黑體輻射的理論是普適的，並不局限于可見光。隨著溫度的降低，黑體輻射的譜線也整個地向微波頻率移動。只是它不再是“光譜”，而是更廣義的頻譜。如果假設這個背景輻射來自一個標準的黑體，那麼即使彭齊亞斯和威爾遜只測到了一個頻率上的強度，也能大致估算輻射的溫度。當然這只是一個假設。他們這個意外的發現是不是真的宇宙大爆炸所留下的遺蹟，需要也存在一個明確的實際檢驗：看它是否符合理想黑體的頻譜。×　×　×　×　×幾個月後，羅爾和威爾金森用自己的天線在另一個頻率上測量到了微波輻射，獨立地驗證了彭齊亞斯和威爾遜的結果。後者自然也放棄了他們原來普查銀河系的初衷，專心探究這個背景輻射。在改裝了他們的天線之後，他們測到了第三個頻率上的信號。一切都很順利。這三個不同頻率點的結果大致符合理想黑體輻射的預期。只是這三個點都集中在微波頻率比較低的區域，並不能反映曲線的全貌。再繼續下去困難就大了。因為高頻率的微波太容易被水分子吸收（這正是微波爐的工作原理），無法穿透地球的大氣層。1973年，在麻省理工學院潛心發明探測引力波的幹涉儀的年輕教授韋斯（Rainer Weiss，參看《捕捉引力波背後的故事（之四）：聆聽天籟之音的韋斯》）忙裡偷閒，用改造的巨大軍用氣球將微波天線升到大氣稀薄的高空，測到了背景輻射曲線高峰附近的第一個數據點。屆時，更多的物理學家加入了這場挑戰。他們運用氣球、火箭等各種工具突破大氣層。伯克利的年輕博士後斯穆特（George Smoot）甚至動用了美國空軍最寶貝的U-2高空偵察機。但他們都發現這樣的測量在儀器、操作方面困難重重，結果的可靠性一直不如人意。馬瑟（John Mather）當時也在伯克利，是另一個研究組的研究生。他在參加了高空氣球的測量後很是心灰意冷，覺得這個方向沒有前途。博士畢業後，他來到紐約市，在設于哥倫比亞大學的一個航天研究所做博士後。那個研究所在街口的一座大樓上，底層是一間招牌醒目的小飯館，後來因為在電視劇《宋飛傳》（Seinfeld）中作為主要場景而聞名于世。正當馬瑟忙于尋找新的課題時，他的導師看到美國航天局的一個廣告，征求利用人造衛星進行科學實驗的新建議，就鼓勵他去試一試。如果能把測量微波的儀器安裝到衛星上去測量，可以完全不受地球大氣層的幹擾。馬瑟和斯穆特都各自送交了提案。雖然他們都是初出茅廬、名不見經傳的小青年，他們的提議在幾千份申請中脫穎而出，得到了航天局的注意。航天局組織了一個由韋斯擔任主席的委員會，進行可行性論證。1982年，

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美國航天局批準了這個項目。他們將馬瑟、斯穆特和另一個人的提案合並，要建造一個攜帶三種不同測量儀器的衛星，同時對宇宙微波背景輻射進行三個不同方式的測量。這個計劃被命名為“宇宙背景探索者”（Cosmic Background Explorer），簡稱“科比”（COBE）。那一年，霍金、古斯等人正在劍橋的納斯菲爾德會議上從理論上論證了宇宙背景輻射中應該存在有微小的不均勻。他們悲觀地預計在有生之年不可能看到現實的證據。×　×　×　×　×科比頗有點生不逢時。最初的計劃是用大型運載火箭將衛星直接送上所需要的高軌道。但在1980年代，美國航天業奉行以航天飛機為主的方針。于是他們安排讓科比坐航天飛機，待在航天飛機的低軌道釋放後再用自己附加的推進器升入高軌道。等到科比改裝完畢、一切就緒時，1986年1月28日“挑戰者”號航天飛機在升空時發生爆炸事故，美國航天界蒙受重大損失。在航天飛機全面停飛後，他們不得不再次改建科比，終于在1989年11月18日用重量級的三角洲火箭（Delta）將它送入軌道。1990年1月，美國天文學會在首都華盛頓郊區舉行175屆年會。13日的日程包括那剛剛升空不到兩個月的科比的進展匯報。下午2點，馬瑟最後一個走上講台，開始他那限時只有10分鐘的報告。他介紹了科比衛星入軌後的儀器調試，告訴大家一切正常，大概要一兩年後才會有全面的數據……就在他準備結束之時，他似乎靈機一動，說道：其實現在也可以讓你們先看看我們已經有的一點初始數據。說著，

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他從文件夾裡取出一張透明膠片，不經意地置放到投影儀上。大會場裡坐著大約1000名天文學家，他們對馬瑟例行公事的匯報沒有怎麼留神。當馬瑟的圖片出現在巨大的屏幕上時，會場四處一下子傳出嘰嘰喳喳的交頭接耳聲。隨後，有人開始稀稀拉拉地鼓掌。不一會兒，全場集體起立，歡聲雷動。除了馬瑟和他的合作者，沒有人看到過這張圖片，沒有人哪怕事先得到過只言片語的提示。他們都在毫無思想準備的情況下突然面對著一個歷史性的突破。1992年馬瑟在記者招待會上講解科比測得的宇宙微波背景輻射頻譜。他展示的是1990年1月在美國天文學會大會上所用的同一張透明膠片。馬瑟展示的是一個非常簡單的圖：一條光滑的曲線上布滿了密密麻麻的小方塊。會場上的科學家不需要任何解釋就立刻領悟了個中含義：那條曲線就是理想黑體的輻射頻譜。它來自130年前基爾霍夫的創見，綜合著100多年經典熱力學和電磁學的理論，更蘊含了90年前普朗克的量子新思維。而那些小方塊則是科比測量出的宇宙微波背景輻射數據。它們一個個中規中矩地坐落在那條曲線上，看不出絲毫的偏差。可能是歷史第一次，物理學家真真切切地看到了一頭過去只在理論中存在的球形奶牛。在科比的眼裡，微波背景輻射是人類所知的最標準的黑體輻射。它只能來自宇宙初生時的那第一縷光。×　×　×　×　×與皮布爾斯一樣，威爾金森畢業後也順理成章地成為普林斯頓大學的教授。他沒有離開微波背景輻射領域，也是科比項目的重要角色之一。這天，他沒有去參加天文學會的年會，而是在相距不遠的地方給普林斯頓的幾個物理學家同事看了同一幅圖，也同樣地贏得了一片掌聲。但在座的奧斯特裡克等人依然不滿足，他們想知道科比上由斯穆特主持的另一個探測器的數據：微波輻射中是否存在有不均勻？彭齊亞斯和威爾遜發現的這個來路不明的輻射因為其各向同性的特征而被認定是來自宇宙的初期。但如果這一輻射是理想的各向同性，那麼我們這個宇宙便不可能有星星和星系。微波背景輻射在總體的各向同性之中，應該隱含著十萬分之一尺度上的不均勻──各向異性。只是我們在地球上的測量不可能達到這個精度。科比怎麼樣？威爾金森說，是的，他們也已經有了初步的數據：的確存在微小的各向異性。不僅如此，其程度與分布也與宇宙存在大量的冷暗物質的理論相符。古斯更關心的是進一步的分析結果。由他最先提出、經過林德脫胎換骨的宇宙暴脹理論在納斯菲爾德會議上在他與斯塔羅賓斯基、霍金、斯泰恩哈特的近距離切磋後已經對宇宙微波背景輻射中的各向異性分布有了非常定量的計算。科比的實際測量結果是否合乎他們的預測，對暴脹理論能否成立是一個非同小可的檢驗。1992年3月，古斯在一個會議上撞見威爾金森時急忙打探內情。威爾金森笑而不語，只含糊地暗示他會有好消息。一星期後，斯穆特專門給古斯打了電話，給他透露了一些細節。4月22日，古斯出席美國物理學會的一個年會，榮獲了學會給他頒發的一項大獎。第二天，會議日程的重大看點是科比團隊的報告。古斯來到會場時依然惴惴不安。他正好與斯泰恩哈特坐在一起。斯泰恩哈特手裡倒已經有了一張來自科比團隊的數據圖。他遞給古斯，耳語道：“這說明了一切。”（"This says it all."）1992年斯穆特發表的宇宙微波背景輻射中不均勻性的關聯數據。圖中灰色的帶子是基于暴脹理論預測的範圍，黑點是實際測量的數據及其誤差範圍。旋即，斯穆特等6位科比團隊成員依次走上講台，介紹了他們的新成果。斯泰恩哈特給古斯看的那張圖自然也在其中展示。圖中，暴脹理論的預測與實際測量的數據點重疊在一起。雖然與馬瑟的頻譜曲線相比，這張圖上無論是理論曲線還是測量的數據都有著更大的誤差範圍，但兩者的高度吻合卻是同樣的毫無疑問。斯穆特更是信心滿滿地宣布：不用6個月，所有的人都會因此相信暴脹理論。古斯如釋重負。從納斯菲爾德會議到這一時刻，才過了10年。×　×　×　×　×1993年1月，馬瑟再次在美國天文學會上做報告，兌現了他兩年前的承諾。當初他那張引起轟動的頻譜圖上的小方塊是科比只用了9分鐘測得的初步數據，約有百分之一的誤差。誤差範圍正是圖上那些小方塊的大小。兩年後，數據中的誤差已經降到萬分之三，小得無法再在圖上標識出來。沒有改變的是測量數據與理論上的那條光滑曲線的合絲合扣，分毫不差。宇宙背景輻射的溫度也被精確地鎖定在2.726度。科比以難以想象的精度驗證了宇宙背景輻射的理想黑體輻射特性。科比也證實了該輻射在總體上的各向同性，因而否定了伽莫夫、哥德爾曾經幻想過的宇宙整體的旋轉（因為如果宇宙在旋轉，必然會有一個旋轉軸，因此會存在與其它方向不同的兩個極點）。宇宙──至少是我們可以看到的這部分宇宙──沒有在轉動。同時，

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科比也發現了背景輻射的各向同性之中所隱藏著的十萬分之一不均勻性，定量地驗證了暴脹理論，為宇宙及其大尺度結構的起源和冷暗物質的作用提供了詳實的論據。2006年，諾貝爾委員會在把當年的物理學獎頒發給馬瑟和斯穆特時指出，科比的成就“可以說是宇宙學成為精確科學的起點”。×　×　×　×　×對學術界之外的大眾來說，科比給人印象最深的是斯穆特發布的另一幅圖。那是一張簡單明了的彩色圖片，乍看上去是熟悉的世界地圖形狀。但那個大橢圓不是地球而是整個宇宙。圖上不同的顏色標志所在方向的微波背景輻射溫度在十萬分之一精度上存在的微小差異。那正是暴脹理論所預測的、來自量子力學的隨機漲落。斯穆特和他展示的宇宙微波背景輻射全景溫度圖。宇宙微波背景輻射來自大爆炸後約38萬年之時。在那之前，宇宙是一個完全不透明的混沌世界。今天所看到的微波輻射來自宇宙伊始的第一縷光。因此，這張圖片是人類所能看到的宇宙初生時的第一張照片、第一幅肖像。在那之後，宇宙空間這些微妙的不均勻會引起冷暗物質在其中的一些區域相對密集地集中，然後又通過它們的引力招來越來越多的暗物質和常規物質，慢慢地聚集長大為宇宙中的大尺度結構，其中會含有星系團、星系、銀河、太陽系。同時，星球內的熱核反應和星球之間的碰撞會產生出豐富多彩的化學元素。斯穆特在講解這張圖片時頗為激動，曾脫口而出：“如果你信教，這就如同看著上帝”（"If you're religious錛 it's like looking at God"。）。與把希格斯粒子稱為“上帝粒子”（the God particle；萊德曼的本意是“上帝詛咒的粒子”：the goddamn particle）的萊德曼（Leon Lederman）相似，作為物理學家的斯穆特很快就後悔了這個帶有強烈誤導性的描述。科比衛星在軌道上運行了4年，于1993年完成其歷史使命。因為它的輝煌建樹，

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美國航天局幾乎馬不停蹄地開始了下一代計劃。1995年，他們宣布了“微波各向異性探測器”（Microwave Anisotropy Probe）──簡稱“地圖”（MAP）──的計劃。作為科比的繼承人，“地圖”將用更精確的儀器描繪宇宙微波背景輻射的內在圖景。（待續），