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偶然的科学发现 精选

已有 14560 次阅读 2018-8-9 13:01 |系统分类:科研笔记

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不想当厨师的士兵不是好司机,这可能只是一句笑话。不过在科学研究中竟然存在类似的现象,这被称为科学研究中的偶然发现。

 

闵超 / 南京大学


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注:安全玻璃是偶然的科学发现(图片来自百度图片


科学家在研究过程中得到了意料之外的有益发现,这被称为科学研究中的偶然发现(Serendipity)。你可能会认为“偶然发现”只是科学乐章里的一段小插曲,然而科学史表明,“偶然”的科学发现或许并不少见,以致于英国苏塞克斯大学的Ohid Yaqub对此进行了系统的调查和研究[1]。


偶然发现的类别


科学研究中的偶然发现是否具有不同的特征和模式?在分析了数百个被称为具有“偶然性”的科学发现之后,Ohid Yaqub发现可以用两个维度来衡量偶然发现:发现背后的原始动机与发现过程的最终产出。据此可以判断一个科学发现是否属于偶然,以及所属偶然发现的类型。Ohid Yaqub将偶然发现分为四种类型。


1. 刻意的寻找解决了意外的问题(Walpolian serendipity)


1897年德国化学家毕希纳在寻找从细菌中提取蛋白质以作免疫之用的方法时,不经意发现游离细胞的酵母提取物也可以将糖转化为酒精和二氧化碳。这一妙手偶得证明了发酵并不一定需要整个细胞的参与,因此开启了酵素化学的全新领域。类似的例子还有很多,现代化学药物疗法的诞生也是一例。

Serendipity这个单词源自英国作家霍勒斯·沃波尔(Horace Walpole)的创造。他在其童话《斯里兰卡的三个王子》中,讲述了王子们在旅途中总是能够通过意外发现他们并没有寻求的东西的故事。因此,这一类的偶然发现被称作Walpolian serendipity。


2. 刻意的寻找通过意外的途径解决了现有的问题(Mertonian serendipity)


科学社会学家默顿觉得沃波尔对serendipity的定义过于严格,并非只有解决了意外的问题才称得上“偶然”,通过意外的手段解决了手头的问题也算。例如,美国人古德伊尔为寻找使得橡胶更加耐热的方法花费了十几年时间而未果,直到1837年他不小心让硫磺与橡胶的混合物碰到了火炉从而发明了硫化橡胶。


3. 无意的寻找解决了即时的问题(Bushian serendipity)


Ohid Yaqub引用二战时期美国总统科学顾问范内瓦·布什(Vannevar Bush)的话说,恰当的科学发现“总是源自遥远而意外之处”[2]。他由此推导出第三类偶然发现:研究活动并无针对性,或者压根儿就不存在什么研究,结果却意外解决了眼下的一个问题。他很形象地用购物打了一个比方,你也许只是在商店里漫无目的地闲逛,什么也没想买,但是在闲逛的过程中却发现了一件正好可以满足最近需求的商品。很多药物新疗效的发现符合这种类型。1844年威尔士目睹了一位男士在笑气的作用下腿部受伤而不觉疼痛的过程,受到启发将笑气用作一种麻醉剂。1947年盖伊医生偶然听一位荨麻疹病人说服用了他开的一种新抗组胺药后再也不头晕呕吐了之后,晕海宁作为一种预防晕动病的药物诞生了。


4. 无意的寻找解决了未曾出现的问题(Stephanian serendipity)


爱因斯坦说过,提出问题比解决问题更重要、也更困难。第四类偶然发现却是在一个新问题被正式提出之前就把它解决了。劳动经济学家保拉·史蒂芬[3]将这种科学发现描述为“在问题提出之前就找到了答案”,因此Ohid Yaqub将其称为Stephanian serendipity。1903年贝尼迪库斯失手掉落一只烧瓶,令他吃惊的是虽然烧瓶摔碎了但是碎片并没有飞溅,烧瓶的形状几乎保持完好。他发现其中的原因是玻璃碎片都被粘在烧瓶内壁的一层胶膜上了,而胶膜则来自烧瓶曾经盛放的火棉胶的蒸发作用。这次事件之后,他了解到车祸的受伤者很多并不是被撞伤,而是被挡风玻璃碎片所划伤,于是发明了安全玻璃。


偶然发现的机制


偶然发现的上述四种类型并不是相互排斥的,也没有明确的界限。Ohid Yaqub认为更重要的是找到偶然发现背后的机制以及对科技政策的启示。他同样从大量的案例比较中找到四种反复出现的机制:(1)理论导致,科学理论的发展使得“偶然发现”实际上自然而然地就被人观测到,如同拼图游戏一般;(2)观察者导致,“偶然发现”可能只对拥有特定工具、技术或者特征的观察者敞开幸运之门;(3)失误导致,“偶然发现”可能出现于研究方法的偏差、设备的故障、实验的遗漏乃至失误中;(4)“偶然发现”也有可能涌现于一群具有不同技能与资源的研究者形成的网络中。


由此可见,科学的发展是多面的,科技政策不仅要关注科学与技术本身,还要关注科学与技术的内在发展逻辑如科技哲学、科技社会学等。对科学研究的资助也应是多元的,既要资助具体领域的科学研究,也要资助特定的人员,还要资助跨领域的协作团队。


偶然的科学发现与跨学科、人员导向、容忍失误与团队协作等政策与文化密切相关。



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[1] Yaqub, O. (2018). Serendipity: Towards a taxonomy and a theory. Research Policy, 47(1), 169-179.

[2] Bush, V. (1945). Science: The Endless Frontier. US GPO, Washington DC.

[3] Stephan, P.E. (2010). The Economics of Science. In: Hall, B.H., Rosenberg, N. (Eds.), Handbook of the Economics of Innovation. Elsevier, Amsterdam, 217–273.






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