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科学研究中的“突发奇想”,“不经意发现”与“运气” 精选

已有 14669 次阅读 2013-10-27 08:19 |系统分类:科研笔记|关键词:突发奇想,科学研究| 科学研究, 突发奇想

今年的诺贝尔奖项颁发接近尾声,科学网上有关诺奖情结的喧闹也逐渐趋于平静。我们该来探讨一下与这个世界级以科学技术发现为主要宗旨奖项的发生机制(本文所指诺奖均为自然科学技术奖项),尽管这是个经久不衰的老话题。这是一个重大哲学社会科学范畴,虽然我有点不自量力,但还是尝试谈点自己看法,算是抛砖引玉。在我的印象里,诺贝尔奖的宗旨主要以科学技术重大发现为基本的评价标准。百多年来,以其世界级水准与评审相对公正性得到全世界科学共同体的认同和赞赏。其中部分诺贝尔奖成果在不太长的时间里改变了人们的生活方式,提高了社会公众的生活质量。因此,每年的10月份诺贝尔奖颁发期间总要勾起我们国人期待诺奖的纠结心情。今年在诺奖获得者中出现了两位国人女婿也着实让一些人“欣喜若狂”了一阵子。具有浓厚诺奖情结的国人不断拷问政府和占有大量国家资源的科学家个体和群体:在我们的国土上,何时能拿到自然科学技术的诺贝尔奖?我想社会公众的这种心情完全可以理解,因为,现在我们国运昌盛,经济繁荣,对基础科学研究投入大幅度增加,一些大牛们的课题组无论从他们的科研平台和个人收入已经与“国际接轨”。用通俗一点话说,就是不缺钱。然而,无数事实说明,重大科学技术发现不一定用钱能砸出来,个中缘由科学家们心知肚明。以我这个“俗人学者”之见,我们当下科学界的浮躁社会环境(包括政府和个体)还缺乏孕育重大科学技术成果的“肥沃土壤”。靠“政绩工程”,“急功近利”,撞大运,碰运气,甚至投机取巧是不可能创造出造福于全人类的重大科学成果。

   其实如果以某些重大自然科学和技术成果产生过程为例,我们会发现,这些重大科学技术成果产生除了良好的社会环境和长期科学研究积累外,还具有三个显著特点:“突发奇想”,“不经意发现”和某种程度的“运气”。词典上是这样阐述三个词汇的意思(括弧内为博主的话):“突发奇想”是指一个人突然之间脑袋里冒出来的非常奇怪想法或突然想做某一件奇怪事。(当然这种“奇怪”想法最终铸造出震惊世界的科技成果)。“不经意发现”是指在没意识到、没有察觉到的情况下发现某一个有意义现象。(“有心栽花花不开,无心插柳柳成荫”也是这个意思。当然“不经意发现”的现象只有碰到有心人的深入研究才会产生出重大科技成果)。“运气”是指那些随机性强、无法计算且不可控制的情况下发生的小概率事件。(“运气”有时不以人的意志为转移,而且人们有时面对“运气”颇有点倍感无奈的感觉)。

重大科学发现过程可简单分为两类:一类属于目标明确,例如数学上证明某些猜想,这些猜想由前人提出,后人经过努力瞄准目标去证明这些猜想,只有极少数感兴趣的从事纯数学研究的人愿意从事这类研究。在我的学科也有类似情况,“地球磁场的形成机制”就是一个曾经被1947年美国地球物理学会理事长亚当斯提出的被誉为当代地球科学10大难题之一。地球磁场是一个客观存在的事实,即“目标明确”,提出科学合理,并能被大家普遍接受的成因机制,是地磁学家孜孜以求的梦想。20多年前,一些业余地磁科学爱好者曾经来信与我讨论这个问题。但是由于我的科学水平有限,还不能很好向他们解释地球磁场的形成机制。为了表达我对这些科学爱好者热情的支持,我曾经给重庆和杭州爱好者寄去过前苏联地球物理学家杨诺夫斯基撰写的“地磁学”专著。第二类就是一些“惊世骇俗”成果的问世,这些成果产生最初的目标并不明确。他们基本遵循了“突发奇想”和“不经意发现”及“运气”规律。

我们可以举出一些这样的案例,例如被誉为固体地球科学革命的“大陆漂移学说”的产生,据说当时德国气象学家魏格纳因病住院,在医院病床对面墙上挂有一幅世界地图。“无聊”之中琢磨发现大西洋两岸的海岸线形状之间相似性,使他萌发了“两者之间似乎存在某种关系”想法,并由此“突发奇想”地提出两岸大陆原来应该属于一个整体,后来由什么“神力”将它们分开,从而提出“大陆漂移学说伦”,奠定了“全球板块构造”的基础。尽管“大陆板块漂移”的动力学机制仍然存在争议,但是现代高精度卫星测量证实的“大陆板块移动”事实基本成立。这一学说被上世纪地球科学界誉为“固体地球科学革命”。

伦琴发现x射线似乎属于“不经意发现”类型。因为他在做一个既定实验时,“不经意发现”了“对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕(这个屏幕用于另外一个实验)发出了光,而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片,现在也变成了灰黑色这说明它们已经曝光了。这个一般人很快就会忽略的现象,却引起了伦琴的注意,使他产生了浓厚的兴趣。他想:底片的变化,恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线,它甚至能够穿透装底片的袋子,一定要好好研究一下。既然目前还不知道它是什么射线,就取名X射线。于是,伦琴开始了对这种神秘的X射线的研究。众所周知,这个成果已经广泛造福于全人类。
   
“运气”可以用被诺贝尔奖遗忘的号称天文学界玫瑰的“乔瑟琳.贝尔”作为一个负面案例。从相关报道看,1974年休伊什和赖尔因“改进射电望远镜和发现脉冲星”获得诺贝尔物理奖,这也是诺贝尔奖励委员会首次将物理学奖颁发给天文学家。然而对于“发现脉冲星”起主要作用的贝尔则被排除在外。个种原因至今并不清楚,也许需要50年后(2026年)这个奖项获奖过程解密才能知晓。贝尔自己说可能当时她只是一个24岁的博士研究生,导师就是休伊林,而赖尔为当时项目负责人。这项诺奖成果发表在Nature上,贝尔也实事求是排在导师休伊林之后的第二位。所以,从脉冲星整个发现过程看,贝尔是一个主要发现者,她无疑应该和导师一起获得这个诺贝尔物理学奖。然而事与愿违,诺贝尔物理奖与她擦肩而过。这似乎归于“运气”对贝尔女士不公来解释。据说,在诺贝尔奖历史上也存在其它运气成果。

显然,产生“突发奇想”、“不经意发现”需要自身拥有坚实的科学基础、优质的科学素养及良好的社会环境。我们可以剖析一些科学上有重大发现科学家的成长经历及他们重大发现成果的时代背景,从中可以寻找出一点规律。以“近代”获得诺贝尔奖的科学家为例,他们大多具有良好的高等教育和研究生学习经历,似乎还没有发现那位“自学成才”“无师自通”者能够取得如此重大成果。此外,我们总是抱怨在我们的国土上从来没有产生过诺贝尔自然科学技术奖及其它重大的贡献于世界人民的科学成果。我想这里有历史原因,我们源远流长的5000年古代文明历史还没有产生过足以让我们引以为豪的重大科学成果。正如1883年美国第一任物理学会长亨利.奥古斯特.罗兰说:“中国人知道火药的应用已经若干世纪,如果他们用正确的方法探索其特殊的原理,就会在获得众多应用的同时发展出化学,甚至物理学。因为他们只满足火药能爆炸的事实,而没有寻根问底,中国人已经远远落后于世界的进步”(杜祥琬,正学风强基础-对中国物理学会的两点期望,中国科学报2012925日第一版)。

我想,在我们的国土上产生足以让世人引以为豪的重大科学技术成果可能还有相当长的路程。我认为只有:具有普世价值的高等教育理念深入人心;社会大众普遍具有热爱和崇尚科学技术理念;拥有一大批埋头苦干、学风严谨、潜心学问的科学家队伍;拥有一批通晓基础研究、应用基础研究与应用研究三者之间关系的高素质的政府科技管理人才,由这些基本要素构成的“科学肥沃土壤”,重大成果的产生就会水到渠成。到那时,在我们的国土上就会像哪位大学校长说的,获得诺贝尔奖成为家常便饭的事情,当然,这个时间绝不会是10年,我们期待着。

(说明:关于乔瑟琳.贝尔资料来自“中国科学报,20131011日第五版人物周刊”)。

20131017初稿,27日完成。

 



2013年诺贝尔奖
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