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科学史上的“失误”与“侥幸”
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科学人
网站 2004-06-18
作者 吴水清 （中国科学院高能物理所，北京
100039）
一部科学史，是人类文明与社会进步的结晶。从某种意义上说，它是一代又一代科学工作者用生命、血汗和精力谱写的历史。这里有成功，也有失败；有“失误”，也有“侥幸”；有名垂史册者，也有终生遗憾者。一件件鲜活的科学史实，让人拍案叫绝，也让人仰天长啸，感言：“无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来！”
细说科学史上的“失误”与“侥幸”，其目的在于以史为鉴，总结经验，吸取教训，再创辉煌，领略王国维所称道的境界：“蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”
一、名师并非事事是明师
中国有句古话：“明师出高徒”，这在一定意义上来说是对的。但有一个前提，名师必须是明师，对科学的发现始终保持清醒的头脑，具有极为敏锐的眼光，具有高超分辨真伪的能力，个人的品德十分优秀。只有这样，才能指导他的学生有所发现，有所创新。
然而，科学史上也不乏有这样的例子，当学生提出新的见解时，被名气很大的导师轻意否定，造成“失之交臂”的后果，特别让人痛心。
1925年1月16日，著名的物理学家W·泡利发表了题为《原子内的电子群与光谱的复杂结构》的论文。他在文中提出的史称“泡利不相容原理”，使他在1945年荣获诺贝尔物理学奖。然而，在描述原子中一个电子已有三个量子数外，对第四个量子数无法从物理上做出解释。泡利为此困惑，常在公园的长凳上发愣。最后，泡利十分沮丧地叹息，认为这是一种“经典方法无法描述的、电子的量子理论特性的双值性”。[1]
对于泡利的解释，许多学者都不以为然。荷兰物理学家埃伦菲斯特的学生乌伦贝克和高德斯密特在老师的支持下进行研究。同时，泡利自己的学生克罗尼格也对此问题进行探讨。他们各自独立地提出电子自旋的构想。然而，两者的命运却截然相反。当乌伦贝克对自己失去信心时，埃伦菲斯特将他的论文寄出。乌伦贝克诚惶诚恐，埃伦菲斯特安慰他：“你们还非常年轻，做点蠢事也无关大局。”结果，乌伦贝克和高德斯密特的“电子自旋”理论获得承认，以至于未获得诺贝尔奖而让塞格雷抱不平。可是，克罗尼格呢？却遭到了不幸。当克罗尼格将自己“电子自旋”的想法告诉泡利时，得到的回答是“不可能。”
克罗尼格被泡利一向精明所折服，听从了泡利“不要在这方面耗费精力”的所谓“忠告”，放弃了这一导致重大发现的构想。待他真正醒悟时，为时已晚。这年10月，乌伦贝克的文章发表了。
类似这样的事件，实在是太多了。当朗道的学生先于李政道、杨振宁怀疑宇称守恒定理时，也曾遭到嘲笑。当王淦昌向导师迈特纳提出用云室研究博特的发现时，未获得应有的支持。结果让查德威克采用了，发现了中子，荣获了1935年度诺贝尔物理学奖。[2]有人分析这一系列失误原因时，归纳为“过分偏爱严密性”，失去对“发现的敏感和兴趣”。但我认为，约里奥-居里的坦言有一定道理。他说：“我们忘了过去多少年来存在着关于不带电粒子的推测。”“这个发现（指中子）出自卡文迪许实验室是合乎情理的。因为早在1920年，卢瑟福就已预言中子的存在。这个假设一直存在于卡文迪许实验室的空气中，最终还是在那儿被发现了，这是公道的。”
王淦昌生前对此事有过看法，他不同意他的老师迈特纳关于“运气问题”的谈话，认为科学是事实在在的东西，和运气是两回事。他感言：“我并不后悔。当时，我没有坚持自己的主张，尽全力去争取导师的支持和实验条件。我把这件事作为一个教训记在心里头。”[2]由此看来，王淦昌的态度是可取的。
二、机遇偏爱有准备的头脑
科学史上不乏有“侥幸者”事例。但就其个中原因，还是值得探讨的。我很赞同巴斯德的观点：“机遇偏爱有准备的头脑。”
说到“侥幸者”，人们自然想到以下科学史上的奇迹：
——意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖实验时，偶然发现生物电；
——德国有机化学家凯库勒，一夜梦见蛇成环形而发现苯的结构；
——法国化学家库特瓦，在进行“海藻盐汁”蒸发时，因加入硫酸过多而发现元素碘；
——英国有机化学家柏琴，偶然听到德国化学家霍夫曼的训斥而猛发奇想，很快发明人工合成染料“苯胺紫”；
——英国化学家拉姆塞在听完物理学家瑞利报告后，引发从空气中发现新元素的念头。经过一月的努力，他打开了零族元素之门，先后发现了惰性气体氩、氖、氪、氙；
——英国细菌学家弗莱明，在从事葡萄球菌研究时，偶然发现了青霉素；
——瑞典化学家诺贝尔，偶然将棉胶浸入硝化甘油里，从而发明了安全型烈性炸弹。
最富有戏剧性的，莫过于德国物理学家伦琴发现X射线了。我们剖视这一著名的“偶然事件事例”，也许对总结科学史上的发现大有补益。
先于伦琴发现X射线踪迹者，大有人在。请看下面一组有趣的时间表便知一二。
——1879年，德国克鲁克斯进行了高真空放电管试验，发现管子附近的照像底片出现模糊阴影，但他归罪自己“不小心”；
——1890年，美国古兹皮德和詹宁斯在演示克鲁克斯管时，也发现照相底片异常发黑，但未能引起重视。
——1892年，德国勒纳德等人分别观察到克鲁克斯管附近的荧光，但注意力却集中在阴性射线性质的研究中，对管外出现的特殊效应无任何警觉。[3]
惟有威廉·康拉德·伦琴与众不同。他抓住了别人出现过的机遇，发现了X射线，成为首次诺贝尔物理奖获得者。那是1895年11月8日的夜晚，他把放电管封在一个又黑又厚的纸盒里，隔绝任何光线。实验是在暗室里进行的。他发现用黑纸板盖紧的放电管附近的荧光屏上，发出了亮光。他惊愕，但抓住这个“特殊的现象”，继续实验。他让妻子将手放在射线和照相底片之间，经过片刻便取出底片显影，这便是世界上首张“X光照片”。那上面清晰可见伦琴夫人安娜·路德维格的手之骨骼，还有手上所戴的一只戒指阴影。随后，伦琴继续研究，证明这种新射线是阴极射线与物体碰撞的产物，把它命名为“X射线”。当瑞典皇家科学院院长、国家档案局前任局长奥德纳在1901年诺贝尔奖颁奖大会上致词时，人们记住了他对伦琴这一发现的评价。他说：“伦琴的发现，已给人类带来了很多裨益，授予诺贝尔奖在很大程度上满足了立遗嘱者的遗愿。”[4]
人们也许要问：为什么偏偏是伦琴发现了X射线？这远离我们一个世纪的典型“侥幸者”事例，能给我们带来什么启迪呢？也许细爵一下法国作家福楼拜一句名言一有好处的。这位因写小说《包法利夫人》、《萨朗波》、《情感教育》和《圣安东尼的诱惑》而弛名文坛的作家，在指导莫泊桑写作时说过：“对你所要表现东西，要长时间去注意观察它，以便能发现别人没有发现和没有写过懂得特点。”[3]文学创作是如此，科学发现也是如此。两者是相通的。
三、反思与启示
科学上的失误是难免的。但需要总结，需要吸取教训，需要在“失误”与“侥幸”这两个不同层面上去有所思、有所想，有所警示。我以为有以下几点值得重视：
1、偶然的科学发现也是要花费功夫的。
伦琴在发现X射线之前，就已经在物理学许多领域，特别是在弹力、气体比热、晶体热力、压电现象等方面有过非凡的成就。他在研究法拉第-麦克斯韦电磁理论时，发现了运动电荷的磁场，被荷兰物理学家洛伦兹命名为“伦琴电流”。这一成就已成为“近代电学理论创立的基础”。
没有这些长久的知识准备，他是不可能发现X射线的。值得指出的是，有些科普文章过多的宣扬科学家的发现偶然性，过重地宣染那种“侥幸”的氛围，猎奇这其中的情节细语，我以为是不恰当的。
2、僵化的思维方式淹盖了科学发现。
曾记得在我主编过的杂志上讨论过“诺贝尔奖与中国人无缘”的问题。给我印象最深的是中国著名核物理学家卢鹤绂院士的意见。他说：“开天辟地，创出新领域，自然得之；模仿练习，细游旧山河，只能失之。”[5]另一位中国著名物理学家王淦昌院士，在他告别世界的绝笔之作中呼吁：“在科学研究中要有所突破，必须有创新精神。”[6]若不如此，纵然那些世界一流科学家也会产生失误的过失。所以，法国物理学家朗之万早在1931年就敦促同行，“必须放弃许多旧的习惯和概念，必须在理解上和想象上尽最大的努力才可以发展，或随时体会那些研究者们为解释新观察到的事实而提出的越来越大胆的新理论；我们感觉到很难按照现代物理学所呈现的宇宙形式来锻炼我们的思想。我们的思想需要不断创造出一些新的解释方法，以免落后于实验科学的惊人的进步。”[3]
理解先贤们的忠告，抛弃僵化的思想，发现偶然事件中的闪光点，这也许是支持科学发现应采取的正确态度。
3、提倡“有满意的结果才肯罢手”的科学作风。
人们常说，机遇只提供科学发现的线索，关键在于准确地发现它，抓住它，一抓到底。这也就是王淦昌所说的那样，“遇到一个问题能反复思考，直到有了满意的结果才肯罢手。”在告别大千世界的前夕，这位把自己一生都献给科学的学者告诫后来人：“这也算是我多年从事科学事业的一个‘秘诀’或体会。”[6]
我们没有理由忘却王淦昌的忠告。在经历导师迈特纳不支持云室实验后，王淦昌在科学研究中逐步形成“有满意的结果才肯罢手”的思想。1941年10月13日，他独立地提出的验证中微子的简单方法，被美国《物理评论》采用，这是当年国际物理学重要成就之一。半个世纪后的1992年，王淦昌著文总结，认为：“物理学的研究工作，除了钻研纯理论和做实验这两个方面，还有第三个方面，那就是归纳、分析和判断杂志上所发表的实验方法、数据和结论。这种工作是为理论搭桥，是推动实验工作前进的。”[7]
实际上，王淦昌向我们讲述怎样才能在科研中获得满意的结果。这些经验之谈，应该被我们借鉴与吸收。
4、形成相互讨论、相互启发的风气。
这也许是克服“失误”最好的方法。1920年，德国科学家瓦布格提前两天到英国参加国际生理学大会，拜访希尔时得知一氧化碳与血液亲和力的实验，便返回德国，重新进行呼吸酶的研究。当他再次赶回英国报告新实验成果时，立刻引起极大的轰动。我国学者汤佩松在哈佛大学工作时，协助老师指导博士生弗兰曲，帮助他从纷乱数据中得出化学动力学规律。结果，一筹莫展的弗兰曲作出很漂亮的毕业论文。多少年后，他给汤佩松来信，回忆当年的情况，还说这是“救了他的命”。
以上两例证明：“研究工作有时当局者迷，旁观者清，讨论有时把人们从困境中解脱出来。”[8]也就是说，减少失误，提倡老师、同事、朋友和学生之间，相互切磋，合作探讨，教学相长，真正形成畅所欲言的相互启发的氛围。
这是为众多著名科学实验室的实践所证明了的。
参考文献
1 杨建邺,止戈.杰出物理学家的失误[M].武汉：华中师范大学出版社.1986：165
2 李瑞芝等.核物理学家王淦昌[M]北京：原子能出版社.1995：30，33，34
3 宋立军,元文玮.科学探索之路[M].北京：新华出版社.1981：15
4 宋玉升等译.诺贝尔奖获得者演讲集（物理学，第一卷）[M].北京：科学出版社.1985：3
5 吴水清,卢嘉.卢鹤绂年表[M]北京：机械工业出版社，1997：23
6 吴水清.王淦昌对科学创新的诠释[J].世界科学.1999：（3）：36
7 王淦昌.我在早期的一次研究工作[J]科学.1992，44（1）：46
8 王淦昌.自然科学发现经验的探索[M].福州：福建科学技术出版社，1988：23
（科学人网站）
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