科学大师这样自述成功心得

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最重要的，是一颗好奇心

科学大师这样自述成功心得

摘自《文汇报》20101208  第12版



    □李晓武  江世亮

    重大科学发现、发明的驱动力来自哪里？这是近年来国内科学界议论较多的一个话题，比较集中的观点认为科学家对自然之谜的兴趣、好奇心和国家、社会的需求是科学发现的主要动力。但现实中，在急于求成的心态和压力下，好奇心越来越被忽视，以至于出现科学投入大增，但科学知识的产出远不成比例的情况。有鉴于此，一些重量级科学家大声疾呼，要充分认识好奇心对科学发现的价值，因为在他们看来，珍视好奇心、重拾好奇心或许会使我们的科学和教育更接近科学本源。

    ——编者

    因在石墨烯研究方面的突出贡献，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃谢洛夫成为今年诺贝尔物理学奖得主。瑞典皇家科学院将他俩的发现总结为一种“严肃的游戏”，因为他们一开始完全是以游戏心态着手研究，只是在一系列巧合中看到曙光后，才变得“严肃”起来。

    事实上，近些年来，诺奖得主访华时常会谈他们的成功之道，“兴趣”、“好奇心”等是出现频率最高的词语。

   

当异想天开成为习惯

    盖姆的研究小组有个习惯，就是把10%的时间用在异想天开的实验，每个星期五晚上他们都要做这样的实验。这些疯狂的实验，很多都没有什么结果，但是一旦有了发现，就可能是突破性的。盖姆曾经让青蛙在磁场中悬浮，像变戏法一样变出“飞翔的青蛙”。这项研究为他带来了2000年的“搞笑诺贝尔奖”。石墨烯的实验，也是星期五晚上实验中的一个。

    石墨烯是厚度只有一个碳原子的单层石墨。长久以来，科学家们一直认为这种纯粹的二维晶体材料无法稳定存在，制备石墨烯的尝试也均以失败告终。

    据《新世纪》周刊相关报道披露，这个实验最初交给了一位新来的中国博士生。盖姆买了一大块高定向裂解石墨，让这位博士生在一台抛光机上研磨，越薄越好。三个星期后，博士生跑来说成功了。但实际上，获得的石墨片仍然厚达10微米，相当于1000层石墨烯。盖姆几乎要放弃这个实验，但他坚持下来了，并让助手康斯坦丁·诺沃谢洛夫接手。

    他们决定用透明胶带来试试。之所以想到透明胶带，是因为研究小组当时引进了一位技术员来搭建低温扫描隧道显微镜，而这位技术员清洁石墨样品表面的方法就是用透明胶带把石墨表层粘掉。这提醒了他们，如果不断地粘起、撕开，就可以得到更薄的薄膜。即便得到了薄膜，还必须找到一种合适的衬底，用来盛放石墨烯。盖姆的小组用的硅片衬底上刚好有一层自然形成的300纳米厚的氧化硅，在上面放石墨烯，正好可以用肉眼通过显微镜看到。这种方法被叫作透明胶带技术。

    虽然后来，出现很多制造石墨烯的复杂技术，但透明胶带技术为这一切提供了可能。

    围绕今年的诺贝尔物理学奖，国内一些有识之士认为，它对中国科研体系会产生不小的影响：西方教育和科研氛围允许异想天开，允许失败，而这个氛围在中国是比较缺乏的。

   

不好奇，无激情

    在“霍尼韦尔-诺贝尔全球校园行”东南大学站的活动上，诺贝尔物理学奖得主、法国科学家克劳德·科恩-坦诺奇在回答提问时说，培养诺贝尔奖获得者需要两个条件：一是非常优秀的研究中心，这个中心除了好的设施外，还需要优秀人才加盟，组成小规模的团队，对一些课题进行深入研究，互相交流，这样下去总有一天会发生质的飞跃；二是需要一些有魅力的科研领导人。

    目前，全球都面临着孩子们对枯燥深奥的数理科学缺乏兴趣的难题。科恩-坦诺奇给出的办法是“从孩子抓起”，利用他们的好奇心，引导他们对科学产生兴趣。他说，五六岁的孩子，好奇心是最强的。可以先让孩子观察、描述生活中的各种现象，然后引导他们了解、解释这种现象，再进一步激发他们通过实验对答案进行验证。

    在天津大学，2001年诺贝尔化学奖得主巴里·夏普莱斯在回答学生有关“学习需要哪些品质”提问时说，最重要的是好奇心。首先是要有好奇心，自然界太多事物等待我们去观察、探究，没有好奇心就没有研究的激情。

    诺贝尔物理学奖得主默里·盖尔曼在与武汉多所高校的数百名学子交流，谈到如何才能做出重要的科学发现时说，自己仅仅是出于“好奇心来追求科学”，虽然目前还不知道他的一些研究成果该往哪些方向应用，但这并不表示没有用处。盖尔曼举例说，光子在发现之初，人们也不知道它应该应用在什么领域，直到后来，光子理论才在激光研究上得以应用。

   

好奇比获奖更重要

    几年前，瑞典皇家工学院院长为首的几位诺奖评委曾到中国访问。有记者问到中国何时才能获得诺贝尔奖时，他们几乎一致地表达了这样的观点：中国人似乎喜欢获奖，许多学者获了很多奖，但科学研究与获奖是两码事，对于从事科学的人来说，好奇心比获奖更重要。

    一些中国博士生说，他们在做研究时常有种困惑：一些课题离现实和应用有一定差距，研究这个问题究竟有什么用？面对这个问题，美国的教授和诺奖获得者几乎一致的答案是：研究是为了发现和质疑问题，是为了探究和找到这些问题的答案，而不要管它有没有用。现在看似没有用的东西，将来也许会影响人类的生活和进程。

    在不久前闭幕的英特尔国际中学生科学与工程大奖赛（Intel ISEF）期间，4位诺贝尔奖得主与参赛学生进行了一次面对面交流。

    问：怎样在科研中获得新的想法和灵感？

    答：在科学研究中要大胆地预测和假设，这些预测和假设很可能是错误的，但是会给我们提供新的思路。要不断实验，在实验中获得新的灵感与方法。另一方面，现在的问题不是获得更多新的想法，而是现有的想法已经太多了，需要从中找到那些有价值的想法，进一步去探索和研究。年轻人总会产生各种各样新的想法，因为你们无所畏惧，不受条条框框的约束，应该鼓励年轻人去挑战传统。

    问：如果要在中学的科学教材上写一句话，会是什么？

    答：寻求梦想，追随激情；不要受这本教材的约束，敢于冒险，尽情享受科学的乐趣；保持好奇心，在平凡中发现不寻常；科学就像造房子，用现有的砖瓦去建造全新的大厦。

    问：要成为一名好的科学家，怎样才能提出好的问题？

    答：要保持好奇心，要持怀疑的态度，不要被传统束缚。

    科学始于问题，问题源于好奇心。有国内学者提出，创新型国家建设如要获得长久的动力支持，整个社会要像爱护我们的眼睛一样爱护和珍视孩子们的好奇心。这需要每一位管理者、教师和家长的意识和努力。

我们会这样做吗？
他们说…



    想要理性地或精神地探求事物的心情、把它精密地、精细地研究到底的强烈欲望，是作为一名合格的科学家所必须具备的一个标准。在这个意义上，这颗“好奇心”，至少对于在人类精神发展中占有重要地位的科学而言，是一个很大的动力。

    ——1965年诺贝尔物理学奖得主  朝永振一郎

    最重要的是好奇，所以我们不能扼杀孩子的好奇心。

    ——1969年度诺贝尔物理学奖得主  默里·盖尔曼

    一个人在幼年时通过接触大自然，第一次对科学倍感兴趣，萌生探究科学的最初天真的兴趣和欲望，这是非常重要的启蒙教育和科学萌芽，这应该是通往产生一代科学巨匠的路，理应无比珍视、精心培育、不断激励和呵护。后来，建立了理科学科，既考试又打分，弄得孩子们失去兴趣。对中小学的科学启蒙教育应该很好地研究和总结。

    ——1973年度诺贝尔物理学奖得主  江崎玲於奈

    不要把物理学变成呆板的公式去让孩子死记硬背，那样的话，没有孩子会感兴趣。同时，也不要把物理看成是复杂高深的科技，物理学与日常生活密切相关。这点对老师来说很重要，要培训老师通过上述方式而不是一味灌输的方法来教育孩子。

    ——1997年度诺贝尔物理学奖得主  克劳德·科恩-坦诺奇

    在现代化的科学发展中，好奇驱动力研究被渐渐的遗忘了。一些人认为通过更多的科学研究，就会收获更多。但我认为这不但是一个误区，还会影响到研究的经费。

    ——1999年诺贝尔化学奖得主  亚米德·齐威尔

    孩子的好奇心非常重要，可能仅仅表现为对一只小兔子的好奇。所有的诺贝尔奖获得者都是这样诞生的，他们不是出于功利的目的，而仅仅是对知识的好奇，想要创造新的知识。

    一个孩子也许不是很聪明，但是对某些问题感兴趣的话，就会做得非常好……还要达到疯狂境界，像毕加索一样，投入激情。这样，即使身处种种迷惑中，也会在某天一觉醒来后惊喜地发现，只要捅破一层纸就可以达到一个全新境地，获得一个全新发现。

    ——2001年度诺贝尔化学奖得主  巴里·夏普莱斯

    学生们应该被鼓励去探索自己的好奇心。每个人都应该尊重自己的好奇心，跟着你的好奇心走，得到的结果一般都不太会让人失望。不要怕自己问出愚蠢的问题，很多物理学上的突破，一开始就是从看上去很愚蠢的问题开始的。

    ——2003年度诺贝尔物理学奖得主  安东尼·莱格特

    做研究最重要的就是好奇心，有好奇心才能使人坚持下去。

    ——2008年度诺贝尔物理奖得主  小林诚

    我从小就喜欢科技，是自然有兴趣的。什么都要拆开来，好奇心很强。不是研究，是看里面好不好玩。我的父母和科学完全没有关系，他们也没有给我任何压力，要我读科学。

    ——2009年度诺贝尔物理学奖得主  高锟

    我的成果是在好奇驱动下的发现。向这类以好奇心为驱动力的科学研究项目提供经费确实重要。

    ——2009年度诺贝尔生理学或医学奖得主  卡罗尔·格雷德

    中国应该在教育中强调对青年求知欲的培养，使他们好学好问，不循规蹈矩，不断突破前人的成果和发现。

    ——诺贝尔化学奖评委  斯文·利丁

    科学的重要性并不在于是否获奖，重要的是做有趣的科学研究。诺贝尔奖得主们自己也许都没意识到今后会获奖，他们只是在研究上充满好奇心，执着地做自己喜欢的工作。

    ——诺奖评委访华团团长  安德斯·弗洛德斯特伦
请珍视那颗与生俱来的童心

    1965年诺贝尔物理学奖得主  朝永振一郎

    我以前是学校老师，经常有想去国外留学的学生找我写推荐信，要写明此学生有哪方面的能力，性格如何等。有的推荐信要以文章的形式写成，有的就像成绩单一样，分为从1到5几个等级。例如创造性是1还是5，韧性是3还是5，判断力是几等等，项目繁多。其中，我觉得非常有趣的是“Mental Curiosity”这个项目，意思是“精神上的好奇心”，要判断从1到5属于哪个级别。大家都知道，用1、2、3、4、5来评价是件非常困难的事情，特别是对“精神上的好奇心”，要把非常抽象化的事物数量化，确实不容易。

    然而，这个项目是用来判断是不是适合做一名研究者的一个标准。我认为这个非常有趣。想要理性地或精神地探求事物的心情、把它精密地、精细地研究到底的强烈欲望，是作为一名合格的科学家所必须具备的一个标准。在这个意义上，这颗“好奇心”，至少对于在人类精神发展中占有重要地位的科学而言，是一个很大的动力，而且这种精神或思想上的好奇心，是所有人与生俱来的东西。

    我以上所说主要想说明一个观点：我认为从孩子们的言行举止可以看出，从婴儿时代起，他们就有非常强烈的好奇心，而且在孩子们所表现出来的好奇心里，也确实存在科学的萌芽。

    就拿我家的孩子来说吧，他刚学会爬的时候，看到他母亲在厨房里忙碌，看到厨房里放了一双拖鞋，便产生了极大的兴趣。于是，他把拖鞋抓在手里，当然他不知道该怎么穿，就在厨房里乱爬，爬到厨房比地面高出一截的横档处，把拖鞋往下一扔，乐此不疲。在随后的一段日子里，只要一进厨房就要把拖鞋往下扔。这个行动表明，他对于松开手物体会下落这个现象表示出了极大的兴趣。

    一般来讲，孩子们玩游戏时，他们的好奇心发挥了很大的作用，刚才我提到的对于物体下落产生兴趣，这是应该受到重视的，也许孩子们只是觉得好玩才随便这么做，但是仔细想想看，自然科学家对各种自然现象产生兴趣，不断观察，力求从中找出自然规律，这与看到拖鞋从高处下落，从而产生极大的兴趣是相通的。

    英国学者布莱克特曾经就“何谓科学”这个题目，用一句很经典的话概括道：“所谓科学，就是拿国家的钱满足科学家的好奇心。”我觉得他精辟地点明了科学家的八成本质。发现自然规律，或者“从自然现象中找出其中隐藏的联系”的好奇心，这是植根于人的本能中的。我认为这是使人之所以为人的一种行为。

    努力把孩子们的好奇心，把那些无聊的好奇心，逐渐诱导到具有意义的高层次的好奇心上，是科学教育的一个最基本思想。刚学会爬行的孩子开始只是对拖鞋下落产生兴趣，等到他稍微长大一点，对于具有一定深度的自然现象，就不只是停留在感兴趣的阶段上，而会以他们自己的认知能力进行判断。

    举个例子来讲，台风到来时风力强大，我家前面的树剧烈地摇摆起来。孩子们目不转睛地盯着看，突然说：“如果把全日本的树都砍掉，不就没有风了吗？”我不知道孩子为何会说出这种话，但是以大人的思维推测，我觉得孩子是不是在想：因为树动，所以才有风，若真如此，那么“砍掉了树就没有了风”，这个结论会非常合理地得出。

    孩子在台风到来前炎热的某一天，出了许多汗，不知谁拿着扇子给他扇风，于是他自己也拿着扇子扇了扇，觉得非常舒服。也许因为有这个记忆，摇扇吹风这种过去的经验和风吹树动这种经验之间，有一个共同点——就是我刚才提到的探求事物之间联系的好奇，我孩子大概想：和摇扇吹风一样，树动才会吹风。我想他是不是做了这样的联系判断呢？

    同样的，找出两种不同经验之间的相似点，用前者经验解释后者经验，是自然科学家经常做的事情。在座的各位可能经常接触到小孩子吧，大家有时候是不是会注意到孩子们说出来的话、做出来的事情中，就如我刚才提到的那样，包含着科学理性思考的萌芽呢？

    好奇心，不仅仅指对事物本身产生的兴趣，还包括从不同现象，或者不同经验中找出共同点感到兴奋的心情。到了这种程度，就形成了一种科学思考的方式。孩子们的思维中存在着这种萌芽。我刚才举的台风的例子可能太过恰当了。“砍掉树后就没有风了”这句话隐含了“一旦做了这个，就会发生那个”的思维方式，表明孩子从很小的时候就开始了这种思维活动。这点非常重要。如果把这一点看作是我所说的好奇心，那么我们就不难看出：好奇心是科学研究非常重要的基础。

    （本文摘自《乐园——我的诺贝尔奖之路》，科学出版社2010年10月版）
好奇驱动已经被渐渐遗忘
    1999年诺贝尔化学奖得主  亚米德·齐威尔

    最近，我在东南亚参观时，经常有当地科技方面的负责人问我：“怎样才能拿到诺贝尔奖？”我马上回答他：“将好奇的想法放在基础科学上进行研究。”

    在现代化的科学发展中，好奇驱动力研究被渐渐地遗忘了。一些人认为通过更多的科学研究，就会收获更多。但我认为这不但是一个误区，还会影响到研究的经费。

    在发展中国家，我一直听到“我们需要的是应用研究”。对一个国家来说，应该将精力集中在研究具体的问题上，例如太空探索或者替代能源。当我作为美国科学家在参观时，我不断强调，如果不在科学教育和基础科学上进行强有力的投资，那么国家将不会取得突破性的知识，在未来就不会有新的创新。

    由好奇驱动研究而实现的重大突破的例子有很多。

    1976年，是我在加州理工学院就职的第一年，我和费曼谈论了他在20年之前写的一篇有关量子力学的理论性文章，文章里有一种观点：想象镭射光与物质的相互作用。然后他笑着告诉我，在当时他只想回答一个基础问题：如果一个自旋磁矩可以在磁场内推动，那么光纤的迁移是否也能做到这一点？对于现在来说，只要用查尔斯·汤斯对于激光的发现就可以解决这个问题。

    今年夏天，在巴黎庆祝这项发明50周年的庆祝会上，汤斯提到，他对激光的发现只是源于着迷于微波波谱的一些基本问题以及如何放大光的强度。正如我在巴黎告诉观众的那样，由于好奇，我才会去研究获得诺贝尔奖的飞秒科学，才会用四维电子显微镜发现可视化的时空。

    量子力学、相对论和遗传密码的破译，这些都是具有相同路径的发现。而如磁共振成像和晶体管这类革命性的技术突破，都是好奇心驱动的产物。前者源于对电子自旋现象的深入探究，后者则是由于好奇半导体中电子的特性而最终得以发明。如今，制造业、药业、数字信息技术等全球通讯和经济的支柱产业，追根溯源无不都与好奇心驱动的发现有关。

    我们今天怎样才能发展类似的创新研究呢？它需要给予有创新想法的研究者及其合作者一种在不同的研究领域中相互合作的环境。但是，这种鼓励创新的环境不太可能经由结构调整或管理上的调整来形成。因为，官僚化的管理体制和创新的想法是很难相容的。

    那么，是否有一定的规律促使新科学成功呢？要领有三点：

    第一也是最重要的一点，是参与的人。这些人应受过全面的科学、技术、数学和工程教育。研究和发展必须要有大量年轻人的参与。总之，如果没有合适的人，即使有完美的设备，大量的资金，也不会有所成就。

    其次，一种充满智慧交流的氛围对于催生新的科学思想不可或缺。让有想法的研究者分心于填写大量的报表或让他们去做管理工作是很糟糕的。现代科学企业已经变得如此大而杂以至于传统的资金模式必须加以调整。我们怎样才能将资源集中在最好的科学上，对这些最有价值的研究该投入多少资金量？

    第三，无论创新的点子有多棒，缺少资金就无从谈起。很明显，投资科学需要建造相应的设施，雇佣一批称职的员工。为科学提供必要的基础设施和资金是科学发现的动力源泉。但是资金如何使用，应听取科学家的意见，不要去建那些所谓的形象设施，或者去做一些如纳米技术这样的时髦研究。

    如今，许多发展中国家正努力将自己国家的创新水平提升到发达国家的程度。但是他们往往忽视了基础研究和科学教育的重要性。遗憾的是，这种趋势已经蔓延到了发达国家。政治领导人必须明了，正因为对新知识的不断探求，才推动了创新，如果没有探究，年轻人就不会被科学所吸引。

    我很庆幸在我职业生涯的前30年里，我就职的加州理工学院非常认同以上价值观。尽管有压力，但我希望加州理工学院继续保存这种独特的文化，而这种文化被我的同事、前加州理工学院院长戴维·巴尔的摩称之为“科学之村”。

    储存知识不难，转移知识也相对简单，但创造新知识在短期内既不容易又无利可图。基础研究都是在长期研究过程中体现其价值的。更重要的是，它丰富了任何有理性的社会的文化。

    （本文摘自作者在最新一期《自然》杂志上的撰文  江泽珍  编译）
科学研究大突破需要积累几十年——从“铃木章反应”谈科学精神

    中科院院士、中科院上海有机化学所研究员  戴立信

    我看了一下最近10年诺贝尔化学奖的得奖工作，发觉其中有三次，即2001年、2005年和今年的得奖工作都和我所在的金属有机化学国家重点实验室的研究方向有关，我感觉作为一个学科有如此出色的表现，是和上世纪60到70年代起金属有机化学处于兴旺发展期有关，很多人非常努力的工作打下了很好的基础。历经几十年的积累现在到了开花结果的时候。

    这三次诺贝尔奖共有九位得奖人，其中有的已退休，今年的三位获奖者有两位已退休多年，他们最初发表的这方面的文章是在上世纪60到70年代，也就是说从开始这方面的工作到拿诺贝尔奖，差不多都经过了30多年的时间，在这么长一段时间里他们一直在为提高和改善自己的工作孜孜以求，我相信，在他们开始工作时，不会是冲着一个大奖而来的。这三项工作都经历了长时间的积累。

    从这三次诺贝尔化学奖工作来看，都用到了金属有机催化的合成反应，可以说都是属于方法学问题。譬如今年的三位化学奖获奖者工作都是用偶联反应来构成新的碳-碳键，这为人们合成所需要的一些复杂分子提供了可能。四年前我曾陪今年的化学奖得主铃木章先生在北京参观一家留学生企业，这家公司告诉铃木章，他们公司十多个课题组都用到了铃木章反应，由此也能看出这是一个非常有用的方法。

    铃木章是在日本拿的博士学位。1960年代初期，他到美国普度大学跟布朗教授（1979年诺贝尔化学奖得主）做博士后，在那里学了有机硼化学。1966年回日本后，他就开展了硼化学研究，利用硼氢化反应做了各种类型的硼化合物。但一开始他的硼化合物对偶联反应的活性很低，为了攻克这个难题，他在做了很多基础工作后发现，如果有碱存在，而且用钯来催化的话，硼化合物的活性就会提高很多。这样最终就形成了铃木章反应。但铃木章并没有就此止步，接下来他又围绕这一反应的机理等基础性工作展开研究，如反应怎么进行，要通过哪些中间体等，都搞得很清晰。综上也说明，一个有用的化学反应的问世，是建立在大量基础性研究上的。

    另外值得一提的是，铃木章上述工作最初的文章并非发表在影响因子很高的刊物上，这一点对我们也有启发。

    国内学术界现在对影响因子看得很重，导致大家都追求文章要发在影响因子高的刊物上，这当然是对的，但是我们也不要因此把一些影响因子不高的文章都看成是“垃圾”。事实上很多这些文章也都是基础研究的积累，都是研究者的重要科研记录。每做一项科研工作之前，我们通常要先查文献，这样可以在前人的肩膀上往前走，可以省去很多的时间。所以基础研究的积累是很有用的。好的刊物的文章当然好，一般刊物的文章也不要都抹杀掉，这样才是科学的态度。