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科學研究中的機遇和靈感

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科學研究中的機遇和靈感

摘要: 　　天才等于百分之一的靈感，加百分之九十九的汗水�！　�-（美）愛迪生　　1.什么是機遇　　經(jīng)常在議論某個成功人士時會聽到：這個人碰上了好的機遇�；蛘哒f：他抓住了取得成功的機遇。機遇表現(xiàn)的形式是多種多樣的 ...

　　天才等于百分之一的靈感，加百分之九十九的汗水。
　　-（美）愛迪生
　　1.  什么是機遇
　　經(jīng)常在議論某個成功人士時會聽到：這個人碰上了好的機遇�；蛘哒f：他抓住了取得成功的機遇。機遇表現(xiàn)的形式是多種多樣的，例如：形勢的變化，良師的指導，貴人的提攜，朋友的幫助，家庭出身，社會地位等等。
　　在科學學習中，機遇與科學發(fā)現(xiàn)也經(jīng)常聯(lián)系在一起。在許多科學家的故事中，常常會說到他們的重大發(fā)現(xiàn)是“偶然碰上的”。在1996年瑞典斯德哥尓摩舉行的一次視覺科學家的研討會中（參考文獻 7），作者親耳聽到瑞典科學家、諾貝尓獎獲得者維厄瑟尓在介紹他的工作時說起，有一天在快下班時，與插在實驗動物大腦上的電極相聯(lián)結的揚聲器發(fā)出異常的響聲，他們檢查了給予動物的視覺信號，才開始注意到皮層細胞的活動與視覺信號的方位有關。這導致了他們后來獲得諾貝爾奨的一系列工作。他也與其他科學家一樣，說這是一個偶然的機會。（瑞典神經(jīng)生理學家 維厄瑟尓（Torsten Nils Wiesel）。他與美國科學家休伯尓（ David H. Hubel ）一起因學習大腦視神經(jīng)皮層的功能結構而獲得1981 年諾貝爾生理與醫(yī)學奨）。
　　楊振寧教授在有一個次點評近代物理學家的講演中提到過貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性元素的故事，他說最初亨利-貝克勒爾（Antoine Henri Becquerel，1852-1908）認為如果把磷光物質(zhì)放在強光下照射，就會發(fā)出 X 光（ X光由倫琴發(fā)現(xiàn) ）。他把一塊鈾放在太陽光下，照了幾個小時，然后用黑紙包起來，放在一張照相底片上，果然照相底片感光了，似乎印證了他最初的假設，即鈾在強光照射下會發(fā)出X光。但是，他還要繼續(xù)驗證。不巧，巴黎那時天天下雨，沒有了強光，他只好把鈾放在柜子里。可是不知什么緣故，他又想要重新試一試，他把鈾塊包了起來，同樣放在一張照相底片上面，結果發(fā)現(xiàn)照樣有感光現(xiàn)象。這就是最初發(fā)現(xiàn)放射性元素的經(jīng)過。對此，很多人認為他當初在下雨天里，還要去試一試，一定是一個機遇。其實他的一家，從曽祖開始一直到他都對鈾做了很多學習。所以若說是機遇，那么這種機遇必定來源于他的豐富的實踐和經(jīng)驗。（亨利-貝克勒爾（Antoine Henri Becquerel）法國物理學家。獲1903年諾貝爾物理學奨）。
　　我們曽討論過如何提出學習問題與假設，按照科學學習的程序，接下來應該設計實驗進入求證的階段。但是這里要作一下停頓，先討論“機遇” 和 “靈感” 這兩件事情，目的是希望學習者在開始實驗工作后 “要留意意外之事”。如果不去留意任何可能犮生的事情，許多機會很可能被忽略掉。在貝弗里奇的兩本書中（參考文獻1，2），有許多關于機遇在科學學習中的作用的故事，因此在本書中作者不再去重復這些故事。
　　2.  什么是靈感
　　靈感是根據(jù)自己的經(jīng)歷而聯(lián)想到的一種創(chuàng)造性的思維活動。靈感通常於腦海里只出現(xiàn)一瞬間。在科學發(fā)現(xiàn)中，有兩個經(jīng)常被提起的關于靈感的例子，第一個故事是牛頓的蘋果樹。據(jù)說，牛頓因為看到了蘋果掉落而發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。還有人繪聲繪色地說，牛頓是在蘋果樹下思考時被掉下的蘋果砸中了腦袋之后才悟到這個定律的。這棵蘋果樹，據(jù)稱直到今天還長在牛頓的老家、英國林肯郡的沃爾斯索普莊園（WoolsthorpeManor）。真實的歷史并不像傳說那么簡單。1665 年為了躲避鼠疫，牛頓的確從他求學的劍橋大學回到了老家，并在那里對萬有引力問題做了卓有成效的學習。他于 1678年出版自然哲學的數(shù)學原理，首次正式發(fā)表萬有引力定律時，并未提到什么蘋果。直到 1726 年，牛頓去世之前不久，他才和幾個朋友談到受蘋果啟發(fā)的事。牛頓出于什么動機講述這個故事我們不得而知，惟一可以確認的是蘋果在新教文化中象征著智慧，而牛頓又是一個虔誠的新教徒，所以這個故事在牛頓死后才不脛而走，成功地幫助人們把牛頓樹立成一位“科學圣徒” 式的傳奇人物。
　　第二個故事是阿基米德洗澡的故事。阿基米德出生於公元前287年，希臘西西里島的敘拉古城。敘拉古的國王請金匠用純金打造了一頂王冠，做好以后，國王又懷疑金匠不老實可能摻了銀子在里面，於是要求阿基米德在不破壞玉冠的情況下加以檢驗它是不是純金的？阿基米德想了好久，一直沒有好辦法。有一天，他在洗澡的時候發(fā)現(xiàn)，當他坐進浴盆𥚃時便有許多水溢出來，這使得他想到：溢出來的水的體積正好應該等于他身體的體積。所以只要拿與王冠等重量的金子放入水中，便可由溢出的水求得它的體積。再用同樣方法可測量王冠的體積。如果王冠的體積更大，那么必定在其中摻了銀子。
　　通過這些故事，我們可以大致體會到，靈感這種思維活動是創(chuàng)造者有意識地追求某一個既定目標而久攻不克時，偶然受到某種啟示而茅塞頓開，頭腦中閃現(xiàn)出一個念頭，從而找到了解決問題的關鍵。
　　3.  在科學學習中如何把握機遇、產(chǎn)生靈感
　　在大學里讀書的時候，作者曽幻想可以做出一篇出色的畢業(yè)論文，例如發(fā)現(xiàn)一個新的現(xiàn)象，或者推導出一個新的公式或定律，后來發(fā)現(xiàn)這只是一個夢想。自己當了教授開始指導學生做論文以后，才體會到給一個碩士生的學習題目，只是為了讓他了解一下整個學習工作的過程，對于他的學習成果的好壞，老師其實不抱太大的期望。到了博士論文的階段，當然希望學生可以做出一點名堂。但是基本上的目的，還是培養(yǎng)學生的科研能力，讓他能開始踏上科研之路。如同教練開車一樣，教會學生如何應對科研工作的各個環(huán)節(jié)，待他畢業(yè)之后就可獨擋一面。所以對于這樣的新手，過分強調(diào)機遇和靈感或許為時過早。但是在這個做碩士、博士論文的過程之中，一名優(yōu)秀的教授應該讓學生準備好去迎接機遇的到來和靈感的出現(xiàn)。
　　討論 “如何把握機遇、產(chǎn)生靈感” 這個問題時，首先要分析一下思維方式。這在心理學中已經(jīng)有詳細的描述與分類，為了討論與科學學習方法有關的問題，可以將思維方式簡單地分類為（1）批判性思維，（2）想象性思維，（3）無控性思維。（參考文獻 2）。我們應該認識到，在學校里研究書本知識的時候，所受到的訓練主要是批判性的思維方式，所謂凡事都要問一個為什么。所以學生被訓練成有邏輯的頭腦，會系統(tǒng)地思考問題。但是我們常常又會批評，這種教學方式不能培養(yǎng)出有創(chuàng)新能力的人才。因此在學習生培養(yǎng)的階段，后兩種思維模式應該被提出來，并且使學生得到一定的體驗。
　　科學學習的通常程序是按照批判性思維展開的，在提出學習問題之后，便是設計實驗，接著就是進行實驗，這大概是目前大多數(shù)實驗室毎天在做的事情。但是當批判性思維無法提出學習問題，或者在實驗過程中出現(xiàn)事先沒有想到的結果時，便應該打開想象性思維的大門，以期找到一條新的途徑�；蛘哌M而求助于無控性思維，用新的眼光尋找解決問題的答案。當然在產(chǎn)生了新的想法以后，還是要回到批判性思維去制定新的學習方案。所以在科學學習過程中，各種思維方式不應該是截然分離的，而是總是在這些思維方式中不斷轉換跳躍。
　　實行想象性思維與無控性思維的前提，首先是學習者對于所要學習的問題的各個方面己經(jīng)有深入徹底地了解，再是他需要具有尋求解決問題辦法的強烈欲望，有一種將整個身心投入其中的精神。此時達到一種無法使自己的思考離開這個問題的境地，甚至是在做夢的時候。如果這種時候，去作一種放松身心的活動，例如躺在床上休息，去郊外散步，聽音樂等等，一個可能的答案會突然浮現(xiàn)出來，它們似乎是自發(fā)產(chǎn)生的，伴隨著情不自禁的激動和歡樂，“豁然開朗”“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處” 大概都是這種情形的最好寫照。
　　另外一種情況是與別人討論。在這樣一種討論的環(huán)境中（大約以 5 個人上下為宜），能產(chǎn)生思想的交流與碰撞，并且造成激勵的作用。所以從學習生開始，在實驗室里應該毎周有一次討論會，在一種輕松的氣氛中討論正在進行的學習工作。在報告了各個學習小組或個人的階段性學習成果之后，便開始一系列的評論、質(zhì)疑、以及改進的建議等等，這種討論往往使每個人都有收獲。我國早期的留學生，中科院院士周同慶先生曽給他的學生講起過在普林斯頓留學時的故事。在普林斯頓每天下午都有喝咖啡的時間，咖啡和點心由學習生輪流準備。在喝咖啡的時候學習生之間相互交流心得，低年級學生可以趁這個機會向高年級學生請教。周先生說他在喝咖啡時間里學到不少東西。（潘篤武：回憶我的老師周同慶先生）。（周同慶教授（1907-1989），中國物理學家，1929年畢業(yè)于清華大學，1933年獲美國普林斯頓大學物理學博士學位。1955年當選中國科學院學部委員（院士）。曽任北京大學、中央大學、交通大學、復旦大學教授。為中國光譜學學習的開拓者之一）。
　　西安聯(lián)大時期，學術討論風氣盛行。楊振寧教授回憶當時他與黃昆、張守亷在當碩士學習生時，每天晚飯后回宿舍前會去一個小茶館里喝茶，相互討論爭論不休。有一次他們所爭論的題目是關于量子力學中測量的準確意義，那天從開始喝茶辨論到回宿舍，關了電燈上床之后，辨論仍然沒有停止。最后又從床上爬起來，翻著海森伯的量子理論的物理原理來調(diào)解他們之間的爭論。（黃昆教授（1919-2005），中國物理學家，1941年畢業(yè)于燕京大學，1948年獲英國布里斯托尓大學博士學位，1955年當選中國科學院學部委員（院士）。中國固體和半導體物理學奠基人之一）。
　　最后，必須指出學科的交叉也是一個產(chǎn)生新思想的重要源泉�？鐚W科的學習活動，可能成為一門科學的新的生長點，那里最有可能產(chǎn)生重大的科學突破，使原有的知識體系發(fā)生革命性變化。為了突出交叉學科學習的重要性，2015 年 9月17日的自然雜志專門開辟了一個版塊，討論“交叉學科學習為什么重要”。在世界全部出版物總量中排名前10%的交叉學科學習出版物的數(shù)量正在迅速增加。為了發(fā)展交叉學科，要鼓勵不同學科和領域的學習者相互合作，研究對方領域的思維語言，熟悉對方領域存在的困難與問題。學科之間交流的難點在於雙方的興趣、思維的方式和語言、以及交流雙方的知識背景。有創(chuàng)造力的年輕科學工作者應該更加關注這方面的發(fā)展，積極參與交叉科學的前沿學習工作。

科學研究中的機遇和靈感  |  責任編輯：蟲子
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