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科学难题:明知山有虎 精选

已有 8307 次阅读 2007-10-1 01:18 |个人分类:魔方和隐喻:也有老虎|系统分类:观点评述

科学难题:明知山有虎
明知山有虎,还要想办法向虎山靠拢。
最好的策略是:不要让老虎知道,也不要让其他人知道。因为:
“大张旗鼓地面对一个众人皆知的难题,将会冒很大的风险。”1982年的菲尔茨奖得主阿兰·孔告诉人们,“以后人们记住他的将是他的失败,而不是别的。” 阿兰·孔曾经在20年的时间里一直致力于攀登数学世界里的珠穆朗玛峰—黎曼猜想。
研究科学难题似乎不存在什么团队或群体效应,绝对不是课题组的人越多越好。研究小组最多也就2个人,否则,他们研究的就不是原创性的科学难题。
例如,研究庞加莱猜想的4个小组,每个组最多2个人。
佩雷尔曼,1个人(独上高楼,望见了解题之路)
布鲁斯·克莱纳(Bruce Kleine)和约翰·洛特(John Lott),2个人
Huai-Dong Cao and Xi-Ping Zhu,2个人(丘成桐场外帮忙)
约翰·摩根(John Morgan)和田刚,2个人。
诺贝尔,红尘数学:贾宝玉VS佩雷尔曼,待贴出
如果你的科研条件不好,你就应该选择一个比较难的科学问题进行研究;如果你的科研条件很好,你可以选择一个比较容易的科学问题进行研究。
为什么呢?
因为容易的问题谁都可以搞,条件好的人,可以随时加楔到你的前面,结果你永远在别人的后面。
对于一个比较难的科学问题,因为难,设备和经费方面的优势可能就发挥不了决定性的作用;同样,设备和经费的劣势也不会突出地显现出来。
如果你打算研究一个科学难题,首先你必须要面对科学难题的难题,否则,必然会无功而返,半途而废。
下面以魔方为例,谈谈科学难题的难题。
魔方(的研究)是一个科学难题(参看博文:难题的科学:玩尽黄沙始见金),因为:
魔方的状态花样是一个天文数字,这个巨大的天文数字又与对称性和周期性有关,而对称性和周期性又是自然界的普遍特性,这就决定了魔方的科学内涵。
如果用每秒1亿次的计算机,来清点(数)魔方的状态花样,需要1.3715×104(参看博文:难题的科学:玩尽黄沙始见金
不仅如此,还有一个观念问题反映在魔方上,多数人认为“魔方是一个玩具”,接着就会得出“玩魔方是不务正业”,再往下的事情就非常难办了。因此,观念问题也是科学难题的难题。
再接下来的难题,就是物质条件(设备和经费)。每秒1亿次的计算机,可能中国没有几台,20万美元(或者,又如250万加元)的项目,这在中国是绝对的大项目,一般人(包括大毛忽洞)是绝对拿不到的。一没有大计算机,二没有多少经费,还想研究科学难题(例如魔方),当然是难上加难。
观念不但影响到科学研究方面,还影响到教学方面。例如,如果让研究生搞魔方研究,答辩时很可能会通不过,这对研究生来说是一个致命的打击。因此,研究魔方只能是老师自己干(独上高楼,望尽天涯路),这也算是一个难处吧!
实际上,其他的科学难题也会遇到相同或者类似的难题。
科学难题本身就很难了,再加上科学难题的难题,这对于研究科学难题的人来说,相当于雪上加霜。
还是以魔方为例,简单介绍一点策略,供网友参考。
研究魔方问题的步骤(大毛忽洞自己的例子):
第一步,试探(选择已有的数学工具,别人也知道)
4.3252×1019种花样是转动出来的,描述转动的数据工具是群论(点群,转动群),如何用群论来描述魔方?
第二步,数学推导(细化、具体化自己的研究工具,每个人的都不同)
    用数学来描述魔方,就是描述魔方(3×3×3)的26个小块(实际是12个边块和8个角块)的运动,这是解决难点的特色化问题。
第三步,计算机编程(普通微机就可以了,程序语言用VB即可)
    有了计算机程序,就可以让计算机帮助你来玩魔方,既浪漫又轻松。
第四步,复位操作(微机仍然可以做)
根据循环操作,让计算机帮助你搜寻一般的复位操作,完全没有什么问题。
第五步,求解最短的任意复位操作(需要大计算机)
Cooperman求解出26步的复位操作,他除了有大计算机外还有特殊的算法。如果从任意一个魔方状态,根据随机的方法来搜寻一般的复位方法,根本是不可能的。
例如,魔方有6个可以转动的面,每个面有3种转动方式(90,180,270度),共有18种,排列之后有6.4023×1015比魔方的总状态数目小104需要1年的计算量(每秒1亿次的计算机)。这才是18步(排列)算法,就这么大的计算量,因此,寻找最小的任意复位算法需要快速计算机。
在没有大计算机的情况下,仍然可以做一些工作,例如,从群论的角度对魔方的状态进行分类,即子群分解。
此外,也可以研究一些快速算法,然后用魔方来检验你的算法是否可行。
如果把魔方作为一个模型,来类比研究其他领域(如分子对称性、DNA排列等),这就是魔方的科学隐喻,有很多问题可以思考。
总之,如果你要认定一个科学问题是一个科学难题,你需要进行相当深度的研究,才能品味出它是一个难题。
(魔方只是大毛忽洞的一个业余研究方向,2001年得到国家基金委5万元(科普专项)的资助,从此,魔方也纳入了工作的一部分。大毛忽洞选择研究魔方只是一种科研的策略,为什么要这样做,以后慢慢讲)
 


“10000个科学难题”征集
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