科学殿堂里的沉思者(十四)科学研究中的情感因素

情感因素对科研结果的影响是个非常有趣的话题,尽管在整个写作过程中很多地方已经涉及到这一话题,仍然有必要再次专门列题讨论。这里的讨论重点涉及的是,在科研进入紧要之时,激情这束火花是如何点燃科学发现熊熊烈焰的。

毫无疑问,科学发现是长期艰苦探索的结晶,但如果仔细分解这一过程却不难发现瞬间思想火花的重要和可贵。因此,探究这种思想火花是如何产生的将对我们十分有益。

激情的火花决不会无缘无故的发生,它的产生是一系列思维过程的结果,虽带有偶然性,却是一种人类思维过程规律性的呈现,实实在在是一种必然性的结果。

首先,激情的火花必须依赖于对某一问题的专注和兴趣,有了专注与兴趣,你才能进入自己的角色,才能找到自己的感觉。实际上,这一过程是一个领域内知识和经验的积累过程,只不过所需的知识多少积累时间的长短不同而已。对于科技发现,这种感觉也许很快就能找到。无论是自己工作实践中的需求还是系统工程中的技术难点,你都能迅速地进入角色。但对于理论研究,这一过程相应就复杂的多,也许等你找到感觉之时,大半人生已付之东流。比如说医学研究,按照美国的教育体制,一个人拿到医生执照时都已三十开外,如果再把研究背景算进去,至少又得三至五年的时间(很多有名医学院Fellowship的训练时间都是三年)。因此,想到国内以四十五岁划作教授应聘年龄界线的政策就头皮发麻。事实上,年龄因素在学科的特点上表现得很明显,就生命科学或医学来说(生命学科和医学类似,其显著特点之一是实践性较强,不仅要有知识,更重要的是要有经验。许多在这一领域内做研究的学者留美一年两年,一层金都还没镀完,回国后便夸夸其谈,甚至在重要的位置上做决策,心高气傲,刚愎自用,听不得别人意见。这种状况着实令人担忧。我不怀疑这些人的聪明,而是怀疑这一领域内速成法的有效。以我的经验,不扎扎实实做五年以上的实验根本没有发言权,不在国外象样的实验室里呆上五年也别说什么国外怎样怎样,因为你的感觉和经验都存在误导别人的极大可能),四十五岁才刚刚悟出点学科特点刚刚积累点研究经验刚刚品尝到点学术滋味就超出了年龄界线,没人要啦,实在是有点让人啼笑皆非。现在国内在很多方面都不加选择地效仿西方欧美,为什么在用人制度上不学?任人为贤任能力为贤,这是美国一向奉行的准则,实践也证明非常有效,干吗还整出个四十五岁的年龄界线呢?他(她)就是五十五岁六十五岁,只要身体条件符合、只要有能力有水平就能聘(应聘的标准是实力,是真才实学,千万不要用名气这一标准。这个标准真是害人不浅,可国内许多单位运用起来却又有声有色)。总之,不管你在这一过程中花费了多少时间,当你真的在自己的研究领域内找到一点感觉的时候,你才算真正进入了角色。齐白石三十岁才开始找这种感觉,老布拉格快五十岁才找到这种感觉,但都为时不晚,一个成了中国画界最有名的国师,一个获得了诺贝尔奖,都成就了自己终生的事业。在这点上,艺术和科研同理,如出一辙。

说起感觉,在与朋友的交谈中,经常会用到“科研感觉”一词,究竟“科研感觉”是一种什么概念呢?该怎样去描述这样一种感觉?我觉得,虽然“科研感觉”是一个模糊的概念,且运用起来也只是一种心照不宣的意境,但把握这种感觉还是非常重要的,并不必拘泥于严格的定义和概念。

那么。究竟什么样的人才算在科研中找到了感觉了呢?我以为科研感觉可以归纳为以下几个特点:首先是是要在科研中找准了自己的位置,明确了自己的目标。前面谈到的两个大器晚成的科学家,一个是老布拉格,一个是梅达沃,虽然他们也受过很好的科学训练,也一直从事着科研和教学工作,也带有自己的研究生,但只有在他们真正选择了自己的研究方向之后才算找到了科研的感觉。近年来经常回国,较深的感触之一就是名片热,只要是在社会上混,无论是学界内的同学、朋友同事还是大大小小公司里混得有头有脸的人物,人人都会递上自己的名片。名片上除了职位之外,常赫然写着博导的头衔。我理解,博导是一种身份的象征,是一种令人渴望而又难及的名誉和地位,让人仰慕,令人敬畏。但这种博导之中究竟又有几人能在科研上找到一点感觉呢?只要坐下来谈谈,十分钟的交谈便知深浅,便知有没有这种感觉了。可悲的是,时至今日,我连一个这样的人都没碰到。即使在国外,许多人表面上看起来风光鲜亮,不可一世,实际上犹如科学研究汪洋大海中的一叶小舟、一棵浮萍,随波逐流,四处飘荡,根却一直没有扎下。为什么这么说?就是因为这些人虽然做了这么多年的研究,但时至今日仍然没有找到科研的感觉。

要问究竟什么才是科研的感觉,听起来玄乎,实际上也很简单,科研感觉一个非常重要的指标就是研究中有没有思想,有没有真正属于自己的东西。因此,有没有真正属于自己的东西应该是一个找到了科研感觉的人必须具备的条件,有了这个基础才能谈第二个指标,这就是要在科研中减少自己的盲动性。如今,成千上万科学家的研究模式就是跟进,只要有一种新技术诞生,只要有一篇有影响的文章发表,无数人便蜂拥而上,紧随其后。当然,不是说跟进不是一种好的研究方法,但跟进有跟进的不同,有的跟进是一种主动性的跟进,不仅是在吃透了别人新意的基础上的跟进,而且还有自己的想法。著名的法国科学家拉瓦锡几乎一辈子的实验工作都是跟进,但却成就了现代无机化学开山鼻祖的事业。因为他的跟进决不是简单的跟进,而是一种修正、补充、总结提高或开拓发展。可大部分人的跟进,充其量不过是一种盲目的跟进,是一种别人吃肉我来喝汤的心态,是一种只要拿到基金就是牛人的科研现状,因此,这种跟进实际上已形成一种可悲的科研现象:处处皆是科研上的应声虫。自己不懂不说,还整天吆三喝四、忙忙碌碌,到头来却是一头雾水,自己都不知道自己在忙些什么。因此,对于这些人来说,找到一点自己的研究感觉至关重要,这种感觉就是要真正明白自己究竟在做什么。

其次,找到了科研感觉的人头脑里必定有一种意识,既在科研实践中产生了与学科内最传统的理论不同的见解和观点,并且内心里一直奔腾着一股涌动,渴望找出这种潜意识里不同的源头,试图理清这种不同观点的思想差异或逻辑关系。正如许多科学大师的科学发现一样,这股涌动和渴望可以迅速将自己的兴趣锁定到一点,并同时进入一种寻求解决之法的痴迷状态,日有所思,夜有所梦,并且这种痴迷已成为生活的一部分,没有烦恼,不知道疲劳。记住,凡是叫嚷自己辛苦的人必定是没有进入这种状况的人,必定是为别人打工而不是为自己做事的人。对这种人而言,科学研究只不过是一种职业。

最后,找到了科研感觉的人还必定有一种特殊的审美情趣,在他(她)的视觉里,研究的对象已呈现出一种艺术之美,他(她)们会表现出一种欲望,急于将这种艺术之美同人一起分享。这种时候,工作不仅不是劳苦和负担,而且成了一种享受,成了一种世人所没有的喜悦。可以断言,进入这种状态的人早已脱离了世俗,也必将在自己的领域内有所建树。可惜的是,在如蚁一般的科研大军中,能有几人在科研中找到这种感觉?哪怕是踏入这种感觉的最低层次。这也是为什么要强调在进入科研生涯之后,要找准自己的位置,要找点科研的感觉。因为只有找到了这种感觉,才会在心中产生激情,才会将这种激情点燃成科学发现的熊熊烈焰。

实际上,这种对兴趣和专注的讨论仅仅局限在泛化表浅的层次,欲将兴趣和专注转化成一种创造的激情,还必须首先把这种泛化的兴趣浓缩到一点,在大脑皮层建立起一个兴奋灶,构建一个对研究对象更为专注的实体,建立一个在相对时间段内能持续发生反应的结构-功能反应链,将泛化的兴趣选择一个突破点深化。这种将兴趣具体化使其有具体针对性的过程实际上是一种思维的跃迁过程,这个过程就是问题的提出。

要说明这种兴趣和专著是如何转化成一种创造的激情,说明将泛化的热情和兴趣集中到一点对创造的激情具有多么重要的影响和作用,也许门捷列夫就是一个很好的例子。门捷列夫是一位伟大的化学家,他的化学元素周期律揭示了自然界物质现象的本质和规律,对现代化学和物理学的发展,影响深远,无以伦比。他的成就就印在每一本字典的最后一页,因此,在这个世界上,几乎每一个文化人都或多或少地接受过他的影响。如果他以此征收版税的话,将会是这个世界上最富有的人之一。

尽管门捷列夫通过自修的形式获得过化学学位,但他对化学的兴趣却只能追逆到在彼得堡大学任教中的兢业精神,那时他担任无机化学的课。如何才能教好这门课?面对当时教材中有关元素和物质的零乱的资料,他下了很大功夫去研究和整理,结果很是失望,因为当时的整个科学界还缺乏对这种规律的认识。于是,他萌发了探求元素间内在联系的设想和愿望。这应该是他真正对化学元素这一课题感兴趣的开始。恰在此时,他获得了赴德国海得堡森实验室学习深造的机会。这两年,他的主攻方向是物理化学。深造不仅在学术和专业上为他打下了深厚的基础,拓宽了他的视野,使他学会了应用物理学的方法来观察化学过程,研究物质的化学结构,而且还给他带来了认识全世界化学家的机会,并从他们身上获得了最新的科研信息。其中,又以意大利化学家康尼查罗对他的影响最大。当时,康尼查罗在一次化学世界年会上宣读了他发现原子量的论文。连门捷列夫自己都承认那是他的元素周期律的决定性时刻,因为当他聆听康尼查罗发言时,一种“元素的性质随着原子量大小的改变而变化的基本思想”突然涌入脑海,冲击了他的心灵,使他如提壶灌顶、茅塞顿开。从此,他就一直紧紧盯着这个目标,孜孜追求,契而不舍,直至他的世之作诞生。

从门捷列夫的故事中,我们至少可以得到两个启示。其一,你必须热爱自己的工作,没有这种爱,就谈不上什么关注,没有关注,也就不可能发现问题,从而产生最初的兴趣,进而产生自己的追求。其次,灵感还是钟情于有准备的头脑,只有当大脑处于一种激发状态时,灵感才会变成美丽的天使,给你带来意外的惊喜。这时候,偶然的外界因素或信息冲击了你,使你突发灵感,瞬间将自己泛化的兴趣或关注浓缩到一点,产生了具体的设想模型方法目标或其它。总之,瞬间的灵感一下使你的追求明朗化了,明白无误地显现在面前,这种境界就是我们开始讨论时所追求和向往的创造激情和火花。

在科研上,问题的提出是一个门坎,跨过这道坎就是对研究对象认识上的质的飞跃。因此,一个好的问题的提出,一个正确方向的选择往往能决定一个人的研究生涯。在这里,讨论科研中问题的提出是想说明只有当兴趣和专注有了具体对象的时候,才能更清楚地阐明这种激情是如何作用于科研实践的。许多大科学家都有这样的经历,就是他(她)们在长期专注于一个焦点问题时,往往都会借助梦境而得到大发现的启示。

梦境中的科学发现说起来不可思义,实际上是一种情和智均达到极至时的表现形式,是一种思维过程水到渠成的结果。对于成功人士的经验总结,人们总爱强调机遇偏爱有准备的大脑。近年来,一些科学家们却对此提出了质疑。他们对灵光显现的源头展开了刨根问底的研究和探索,其中一个重要的质疑就是灵光显现究竟与睡眠和做梦有何关系?新思想的火花究竟是睡眠中的一个思维过程,还是早已潜藏在大脑意识中,仅仅是借助睡梦而迸发(实际上,这种假设本身就不合理。设计者的目的是想肯定一个而摈弃另一个,而事实上非常有可能两种情况并存)?甚至连英国《自然》杂志也报告了科学家们在这方面的探索成果,他们首次通过实验证明睡眠的确有助于思考。在这些研究中,德国吕贝克大学的瓦格钠等最为活跃,他们巧妙地设计了一种实验,用一种蕴涵某种计算规律的计算方法测验受试者,从而清楚地证明了灵感是由睡眠引发的。

应该承认,这些研究结果是可信的积极的,并对认识睡眠状态下的思维特点以及开发利用这种创新思维有着非常重大的意义,但我们同时又不得不认识到,这种开发和利用毕竟是有限的。头脑中没有丰富的知识和经验的储存,没有长期专注在某个问题上的兴奋点,这种借助梦境的新思想的火花,就成了无源之水无本之木。我不相信空空一片的大脑中还能兴什么风起什么浪?

在科学史上,无数科学发现都证明了科学天才不是没有,但更重要的却是刻苦和勤奋。有报道说门捷列夫正是借助这种梦境而发现元素周期律的,但人们关注的往往是他成功的传奇和荣耀,却很少有人能看到成功背后所付出的艰辛。据说门捷列夫是在苦苦思索这个问题时因过分疲劳而进入梦乡的。即使是在梦里,他仍然在苦思瞑想着同一问题。正当思维陷入山穷水尽的绝境时,奇迹发生了。他从苦思中抬起头来,突然看到墙上挂着一张表,众多元素纷纷从天而降,秩序井然地落入表中适当的位置。意外的发现令他欣喜若狂,溘然而醒。醒来后,他立刻记下了这张表,并惊喜地发现其元素排列的顺序竟与自己的设想不谋而合,完全一致。于是,元素周期表从此问世。可以说,这个故事演义得完美无缺、天衣无缝。可有谁能知,从最初对元素之间的关系感兴趣到最终发现了元素周期律,他整整花去了十几年的时间。十几年中,多少个日日夜夜,他着迷般地思考着同一问题,衣食无趣、茶饭不香。夜深人静之时,唯有圣彼得堡大学主楼一侧门捷列夫的居室里亮着灯光,天天如此、月月如此、年年如此。如果说光靠睡觉就能获得这些灵感的启示,揭示人们梦寐以求的自然规律,傻瓜才会这么辛苦的工作,才会那么痴情的追求。假如生活中真有不劳而获、好事砸脑袋的幸运,那么,这个世界就太不公平了。如此,好吃懒做的人岂不都美上天去啦?“得来全不费功夫”,这不仅是对门捷列夫的贬低,也是对世人极大的误导。还记得小学课本上学过的“守株待兔”的寓言故事吗?如果相信这种谬论的话,那守株待兔的农夫就该排长队了。

无独有偶,纳塔莉·安吉尔在写《生灵之美》时有许多人物采访,她笔下华盛顿大学的玛吉·普罗菲教授是位敢于挑战传统观念的科学家。对于妇女的行经,现代医学的解释是子宫内膜是随着体内激素的变化而发生的改变。排卵以后,若未能受精,则体内孕激素的水平骤然下降,导致子宫内膜脱落。因此,妇女的经血其目的就是排除没有受精卵着床的增厚了的子宫内膜。而对此,普罗菲教授却持有不同看法,她认为经血绝不会白白流失,一定有其特殊的目的,非凡的使命。否则,机体不会毫无代价地流失那么多宝贵的东西而仅仅为了清除增生的内膜,这显然不能解释进化而来的精确而又高效的器官功能。为了找出自己的理由,她阅读了大量的文献,并进行了长时间的思考。一次睡梦中,她突然梦见一个黑色的三角嵌插在鲜红的组织中,醒后,她立刻意识到三角物体代表病原体,而鲜红的背景就是流血的子宫。从此,她提出了一种全新的有关经血的理论,即经血是一种保护性机制,其目的就是排除体内的病原体。

相较门捷列夫来说,普罗菲没有那么大的名气,其科学发现的价值也没有门捷列夫那么大。但作为一个普通的科学家,她的研究却能代表科研的普遍规律,她的梦中提示同样说明了对某一问题的专注在科学发现中的重要。这一研究案例同样告诉我们,没有知识和经验的积累,没有问题的提出,没有解决问题的渴望和热情,没有触摸到解决问题的结点,激情这个火种同样无法点燃科学发现的熊熊烈焰。

在梦境对科学发现影响的讨论中,苯环的发现可谓饶有兴趣,广为传播。苯在1825年就被发现了,可此后的几十年间,人们却一直不知道它的分子结构。所有的证据都表明苯的分子结构具有一个非常完美的对称性,可科学家们却难以想象六个碳原子和六个氢原子是如何对称性排列从而形成如此稳定性的分子结构的。大家都知道是德国科学家凯库勒解决了这一难题,而且也是借助梦境获得的灵感。当时,他坐在火炉前苦苦思考这一问题,不知不觉睡着了,幻觉中碳原子在他面前跳起舞来,跳着跳着便象蛇一样头尾衔接起来。他猛然惊醒,立刻意识到苯是一个环状结构,这就是今天出现在我们教科书中的苯环。同样,这个故事也给人一种科学发现可以由突发奇想而获得的错觉,因为不作深究的话,没人知道这个由梦境诱导的美丽故事实际上是凯库勒经年累月地研究碳类化合物的结果。在这个梦境的背后,我们必须看到支撑这一发现的三大基础。其一,凯库勒是有机化学的鼻祖,对现代有机化学作出过巨大贡献,是有机化学早期经典理论类型学说的奠基人之一;其二,凯库勒对碳原子有精深地研究,提出了有机化合物中碳原子的四价理论,其碳链化合物的新思想对推动有机化合物理论的发展具有革命性的意义;其三,其苯环结构的假说同时得益于早年所接受的建筑师的训练,这种训练不仅有艺术的熏陶,还有一定的形象思维能力的培养,使他善于运用模型的方法进行思维,把化合物的性能和结构连在一起考虑。由这几点不难看出,没有这些知识经验以及早期的积累,再多的梦恐怕也是枉然。

在科学史上,这类故事很多,顺手拈来桩桩都能引人入胜。当然,广为流传的故事都是些成功者的案例,但同时也不能否认,在科学研究中,这是一个非常普遍的现象(可以这么说,没有借助梦境获得研究启发的人仅仅只是浮在科研的表面,并没有真正进入科研状况),只不过绝大多数人都没有成功,因此,他们的梦中启示也就没了意义,不为人知罢了。不过,仅以成功者的案例也足以使我们得到这样的启示,即激情对科学的创造一如对艺术的创造,是科学大发现不可忽视的因素,它既表现为对工作持之以恒的热情,又表现为瞬间的灵感和顿悟。在这里,应该特别强调的是这种不衰的热情和突发的顿悟之间的关系,它们并不对立,却紧紧联在一起,不可分割。听起来,灵感和顿悟很美妙,可长久的热情却又十分枯燥。今天,必须告诉那些对科学充满幻想的年轻人(不管这种幻想出于什么动机),在进入科学殿堂之前,你想好了没有,能不能耐得住科学的枯燥和寂寞?你心里必须清楚,在那迷人的美妙的瞬间之前,究竟要付出什么样的代价?