科学发现 | 源于生活的启示与突破计划的创新

注：本文为“科学发现”相关文章合辑。

略作重排，未全整理。

哪些重大科学发现，来自生活的启示︱科学史

2020/10/29

导读

好奇心是最好的向导和老师。

撰文 | 陈敬全（东华大学人文学院教授）

英国进化论者赫胥黎认为，生活常识与科学并不对立。他说：“完整化了的常识就是科学。” 在日常生活中处处有科学道理，积累起来的生活经验是科学认识的重要源泉。在科学史上，一些重大的科学发现得益于在生活中得到的启示。

啤酒的气泡与气泡室的发明

格拉泽 / 格拉泽在调试气泡室

气泡室是探索物质结构的新型探测仪，它是美国物理学家格拉泽（D. A. Glaser，1926—2013）在 1952 年发明的，他由于该项重大的发明荣获了 1960 年的诺贝尔物理学奖。

在格拉泽发明气泡室以前，人们用威尔逊云室来探测微观粒子的运动轨迹。威尔逊云室的反应速度较慢，无法显示速度极快的高能带电粒子的轨迹。在 20 世纪 40 年代，能量高达 20～30Gev 的电子加速器已经建成，产生的高能粒子具有极快的速度，用威尔逊云室观察它们运动的全过程，已经是力不从心了。

格拉泽决心通过更有效的手段去追踪高能粒子。奇妙的是，格拉泽从啤酒的泡沫得到了启发。他看到啤酒瓶里一些粗糙突起的玻璃刺的周围特别容易起气泡，联想起带电粒子是不是能在液体中产生气泡？

实验证明，在一些过热液体（温度高于标准大气压下的沸点的液体）中，如果有带电粒子穿过，能使它周围的液体被气化，从而在粒子经过的路径上显示出一连串的气泡。

1952 年，格拉泽采用乙醚作为液体试制成第一个气泡室，当乙醚处在过热温度并突然减小外部压强时，来自钴 60 放射源或来自宇宙射线的高能粒子触发乙醚使之局部沸腾，用快速的摄影机拍摄得到的底片，可以清晰地显示出由于局部沸腾形成的气泡所构成的清晰的径迹。

在成功地观察到第一批径迹后，他又用不同物质的液态进行实验，发现最实用的是液态氢和液态氙，液态氢提供了一个简单的靶子，而液态氙则能作为一个具有高原子序数的靶子。

气泡室用液体介质取代了云室中的气体介质，这使得气泡室的性能远远超过了云室。因为液体的密度远远大于气体，所以高能粒子在液体中的行程远远小于在气体之中，大约是在气体中行程的 1‰，由此，要观察高能粒子的全过程，气泡室尺寸可以变得很小。

一个高能粒子在液体介质中的行程通常为 10 厘米数量级，如果用云室观察它的全过程，要求云室的长度为 100 米，这显然是难以办到的。

气泡室克服了威尔逊云室的缺陷，使观察高能粒子的全过程成为可能。它还具有循环快、反应灵敏、直观性好，粒子的作用顶端点看得见，多重效率高、有效空间大和观察精度高等特点，它所搜集的各种信息量是云室的 1 000 倍左右。之后，在研究高能粒子的实验中，气泡室基本取代了威尔逊云室。

老虎机与细菌自发变异的发现

1969 年，美籍意大利生物学家卢里亚（S.E.Luria，1912—1991）因为在噬菌体细胞内增殖过程的研究中，找到了细菌自发变异的有力证据，与美籍德国物理学家、微生物学家德尔布吕克（M.Delbruck， 1906—1981）等人共享这一年度的诺贝尔医学和生理学奖。

1938 年，卢里亚选择了噬菌体作为辐射诱导基因突变的研究对象。1940 年他来到美国，与德尔布吕克一起进行研究。

噬菌体是一种病毒，它侵入细菌的细胞后，迅速繁殖，结果使细菌的细胞破裂，释放出大量同样的噬菌体，它们又去攻击其他的细菌。

卢里亚发现，将噬菌体去感染某种敏感细菌，绝大多数的细菌被杀死，有极少数的细菌大难不死，形成 “菌落”，从这些菌落培养出来的细菌再也不会被那些噬菌体感染。

卢里亚猜想，这些抗噬菌体细菌的产生可能是由于基因的突变而引起的，他想建立起抗噬菌体细菌的突变模式。他试着做了几个实验，但是没有一个成功。

1943 年 2 月，卢里亚参加了一场舞会。他正好站在一部吃角子的老虎机前面，前来玩老虎机想碰运气中奖的人络绎不绝。

谁都知道，中奖是一个随机事件，中大奖的概率极小。不料他的一个同事却得了个大奖，卢里亚看他得意扬扬的样子，突然间悟出了一个道理，老虎机和细菌的突变之间有相当的关联性：细菌的突变机会也类似于老虎机的中奖机会；两者都是随机的，并且是不均匀分布的。

卢里亚 / 德尔布吕克

卢里亚这样推理：如按照拉马克的理论，细菌对噬菌体的抗性是受噬菌体的存在这一诱导而产生的，那么当噬菌体不存在时，细菌中就不会出现这一性状；当噬菌体与细菌接触时，其中少数幸运的细菌就会产生这一性状，这些细菌在整个群落中的分布虽说是少量的，但肯定是均匀的，也就是说，不会有 “大奖” 产生。

而按照达尔文主义的观点，细菌对噬菌体的抗性如果是通过基因突变自发产生的，那么即使在噬菌体还未与细菌接触时，这种突变就已客观存在了，只是无法检测到而已。

假设在细菌繁殖到第五代时加入噬菌体，结果会如何呢？

若一个细菌在第一代时就产生了突变，那当它繁殖到第五代时，就已长成了一个颇具规模的菌落。当这个菌落接触到噬菌体时，它自然是具有抵抗力的，这就是一个 “大奖”；以此类推，还可能会有一些 “小奖”。“小奖” 的产生是由于基因突变发生的时间较迟，还来不及长成一个大的菌落。

两种情况的区别在于抗性产生的时间不同。

第一种情况是在接触噬菌体后抗性同时产生，所以其后代分布是均匀的；第二种情况抗性的产生是不同时的、随机的。突变出现得越早，菌落长得越大，表现为一个 “大奖”；突变出现晚的菌落就是一些 “小奖”。

卢里亚再也无心留恋舞会，匆匆回家。

第二天一早他就去做实验。实验结果相当漂亮，抗性菌落的出现确实是不均匀分布的，偶尔会有 “大奖” 产生！这表明细菌的突变也是随机的、自发的，遵循达尔文进化论的模式，与环境的诱导无关。

拉马克理论再次被攻破了，细菌从此成为遗传学舞台上的主角。

卢里亚把自己的发现告诉了德尔布吕克，后者很快提出了一种处理细菌变异速度的数学模型。

1943 年，他们共同发表论文，指出了在同一种培养基里，同时存在抗噬菌体的细菌和对噬菌体敏感的细菌，这是自发的细菌变异所致。

他们不但确定了细菌变异的存在，而且确定了细菌变异速度的方法，借由分析一系列独立细菌族群中的突变的数目就可以相当精确地估计细菌在短暂的生涯中，发生某一突变的概率，这种方法在以后被称为 “波动测试法”，他们的发现在遗传学界引起了极大的反响。

转盘子的游戏和量子电动力学的建立

1965 年的诺贝尔物理学奖颁发给了朝永振一郎、施温格和费曼三人，以表彰他们在量子电动力学方面的基础性工作。自从 20 世纪 20 年代创立了量子力学后，许多理论物理学家开始了建立量子电动力学的工作，经过不懈的努力，到 20 世纪 60 年代成熟的理论体系建立起来了。

费曼 / 费曼名著《量子电动力学讲义》

美国物理学家费曼（R. P. Feynman，1918—1988）在这方面的最大贡献，是提出了费曼图解法、费曼规则和路径积分法。

费曼图是他在处理量子场论时提出的一种方法，描述粒子之间的相互作用，直观地表示粒子散射、反应和转化等过程。使用费曼图可以方便地计算出一个反应过程的跃迁概率。费曼图使量子场论的计算形象化、条理化和简明化，深受同行的欢迎。

费曼规则是指量子系统概率的叠加与经典的规则不同，不是概率的直接叠加，而是概率幅的叠加（费曼晚年根据这一规则提出了量子计算机的设想）。

路径积分方法是他以概率振幅叠加的基本假设为出发点，运用作用量的表达形式，即对从一个空间一时间点到另一个空间另一时间点的所有可能路径的振幅求和的方法。这是继矩阵力学和波动力学这两种基本的数学程式之后出现的第三种新的表述方式，它与前两种等价。路径积分法为量子力学的解释指出了一条避免累赘而易于理解的途径，它在量子力学内的作用不甚显著，但用到量子电动力学时优越性很突出。

费曼热爱科学，酷爱生活。

他的生活充满了离奇有趣的经历，他在巴西参加过桑巴乐队；

他会击拍印第安人的邦戈鼓，为芭蕾舞剧团的表演伴奏；

他喜欢绘画，举办过个人画展。

留心观察生活培养了他敏锐的洞察力和形象思维的能力，他善于从生活中的一些小事中得到启发，喜欢在生活中找一些实用的例子，给自己出难题。他说自己在量子电动力学方面的工作曾经受到了生活中一个转盘子游戏的启发。

有一个星期天，我在食堂旁边看见一个傻小子把一个盘子抛到空中。当盘子在空中上升时，它震荡起来，我注意到盘上的康奈尔大学校徽图案随之旋转，且明显地转动比震荡速度快。

我穷极无聊，开始计算旋转盘子的运动。我发现当角度很小时，徽章的转动是震动速度的两倍 ——2:1。这产生出一个复杂的方程！

然后我想，根据力学或动力学，是否可能用一种更基本的方法弄清为什么它是 2:1？最后我解出了带质量的粒子的运动，以及所有加速度如何平衡以使它得出 2:1。

后来我到了我的朋友汉斯那儿，给他讲那些加速度，他说：“费曼，那是相当有趣的，但是它很重要吗？您为什么研究它？”

“哼！” 我说，“一点也不重要。我做它恰恰是好玩。” 他的反应并没有使我气馁，我坚定了自己喜欢物理并做我想做的事情的想法。

我继续算振动方程。然后考虑在相对论中电子如何开始进入轨道运动，接着就有电动力学中的狄拉克方程，而后是量子电动力学。

在费曼的一生中，这不是唯一的特例。他相信，艰难深奥的理论物理学并不远离生活，生活中处处有 “好玩” 的物理学，人们可以从玩中得到启发，科学与生活一样，处处充满 “玩” 的乐趣。

善于发现在广阔的生活中保存的无数奇迹

在日常生活中得到启发而导致重大科学发现的案例还真不少。

帕斯卡听见盘子叮当响，由此发现了声音的振动原理；欧拉为解决哥尼斯堡城居民散步中遇到的 “七桥难题”，创立了拓扑学；斯莫利从搭积木的游戏得到灵感，构建了 $C_{60}$ 分子的球形结构模型等。

俄国文学家别林斯基说：“人的生活像广阔的海洋一样深，在它未经测量的深度中，保存着无数的奇迹。”

深入到生活中去，做一个有心人，仔细观察生活，我们能发现生活中保存着的奇迹，从中得到启示，碰撞出智慧的火花。

达尔文的儿子在谈到他父亲时说：“他有一种捕捉例外情况的特殊天性。多数人在遇到表面上微不足道又与当前研究没有关系的事情时，几乎不自觉地以一种未经认真考虑的解释将它忽略过去…… 他抓住了的恰恰是这些情况，并以此作为研究的起点。”

留心观察生活培养了达尔文敏锐的洞察力和形象思维的能力，他从同一物种细微的区别中接受了物种发生变异的事实，追究物种发生变异的原因导致他创立了生物进化论。

要从生活中得到启发，必须热爱生活，提高感受生活的能力。达尔文说：“不要因为长期埋头科学而失去对生活、对美、对诗意的感受能力。”

一些有伟大创造成就的人，善于感受生活，他们对于生活中的新鲜事，充满了好奇心。

爱因斯坦在孩提时代，对父亲给他买的一件特殊的玩具 —— 指南针感到惊奇，多么神奇的自然力在起作用啊！在 30 年后，对神奇的自然力的追究导致他对统一场的执着追求。爱因斯坦在晚年，看到会发出悦耳叫声的玩具鸟，还像顽童一样爱不释手，要弄清楚它的奥妙。

好奇心是最好的向导和老师，对生活中新鲜事物的好奇引导许多人在科学研究和技术发明上做出了杰出的贡献。

制版编辑 | 栗子

为什么伟大的创新是无法被计划的？

知识分子 2023 年 06 月 20 日 08:27 北京

知识分子
The Intellectual
编者按

当代社会，我们对 “目标” 的推崇达到了前所未有的地步。

大公司中，KPI 代表的一系列的工作目标和对目标完成情况的考察，几乎成了衡量员工工作的唯一标杆。教育领域，标准化测试不仅被用来评估学生的课业表现，还被用来评估学校教育的成功与否，即使是美国的中学，同样有追求成绩优异率的压力。

在科学界，大到战略方向，小到研究进度，科学家要经过重重考核监督。经费申请要审核是否属于关键领域和国家利益，在申请书科学家上要陈述自己的研究目标，每过几年还会审查目标的完成情况。

在肯尼斯・斯坦利（Kenneth Stanley）看来，这种目标导向思维是一种 “目标神话”，似乎所有的追求都能拆解成一个个的具体目标，再机械地逐步推进，最终就能收获回报。但斯坦利认为，伟大的发现往往来自创造性的自由探索，而不是机械地完成目标。

斯坦利是一名人工智能和机器学习学者，他和合作伙伴乔尔・雷曼（Joel Lehman）开创的公司后来被优步人工智能实验室和 OpenAI 的 Open endless 团队吸收，支撑了 Chat GPT 这个近年来最轰动的创新成果的研发。对于创新是如何产生的，这两位学者把自己的见解写进了《为什么伟大不能被计划》这本书里。

两位学者认为，越是伟大的成就，依靠目标导向的思维就越难达成，而自由探索往往会为伟大的发现打下基础。伟大的成就总是在没有计划、意想不到的地方诞生，没人会想电子产品热销推动的锂电池技术进步，最后会成就革新汽车产业的特斯拉。游戏产业需求催生的高性能显卡，会成为未来 AI 大模型激烈竞争的基础。

肯尼斯和乔尔还把这个发现外推到日常的社会、文化领域，认为科研、商业、艺术创新，甚至人生选择都能将这个原则作为参考。

在本次摘选的部分里，两位作者谈到了科研资助上目标导向思维的失败。国家主导的宏伟科技计划，无论是美国政府主导的癌症战争、日本五代计算机开发计划都远没有实现预定目标。项目评审中科学界达成共识的项目，多数没有做出创新的成果，资助有趣的研究却能得到意外惊喜。尽管目标导向的科研投资如此失败，大多数政府仍然坚持根据项目的目标划分重点研究和非重点研究，这对科学的发展可能会有不利影响。

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寻求新探索和新发现的科学家们，首先要为实验的项目筹募资金。事实证明，对某项科学实验提供资金支持的决定，往往受到目标导向思维的严重影响。

这是一个至关重要的问题，因为错误的投资决定可能会阻碍科学的进步和发展，并可能带来潜在的社会影响。从长远来看，我们很容易看出科学领域目标欺骗性的影响体现在何处。

直观地说，如果科学项目的研究者，在资金申请书中列出了明确的目标，并清晰地陈述在完成项目时将会获得哪些宏伟的发现，那么投资这些科学项目会显得更加明智。但我们从图片孵化器网站中得到的教训是，最有趣的发现往往是无法提前预测的，所以我们有理由相信，非目标（发散）性思维，也可能揭示出当前科学项目投资方式存在的根本性问题。

需要再次强调的是，推动科学的发展是一个有趣的例子。与教育领域不同的是，科学领域是推动新探索和新发现不可或缺的一个领域，并且其中个别的失败不会带来很高的风险。整体而言，科学探索的活动，应该特别适合非目标性探索。但我们还是会看到，即使在偶然的失败可接受的情况下，科学领域的活动仍经常受到目标欺骗性的束缚。

共识往往是通向创新的最大障碍

包括美国在内的许多国家，其大多数科研项目都由政府资助机构的拨款提供资金支持。这种官方的资助，对推动基础科学的发展至关重要，因为它们支持的是尚不具备商业可行性的科学研究。当然，很多得到资助的科学研究都会失败，因为突破性的想法往往也隐藏着极高的失败风险。因此，虽然最终会有一部分获得资助的科研项目取得成功，但是更多的项目会遭遇失败。这就意味着，类似美国国家科学基金会（NSF）和欧洲科学基金会（ESF）等科研资助机构在做出投资决策时，需要承担一定的风险才有希望推动最具创新性的想法实现。那么，研究科研项目资助机构如何做出资助的决策就很有意思了，因为我们可能会再次面临目标的欺骗性和束缚性问题。

科研项目申请经费的大致流程是：科学家们向资助机构提交申请，并提供阐释了科研想法的提案；提案随即被送到一个由专家同行评审员组成的评审小组，这些评审员通常是提案所涉领域，如生物学或计算机科学领域的资深科学家；评审专家随后给出评级，包括从差到优的不同等级。一般来说，获得最高平均评级的提案，最有可能获得资助。

乍看之下，这是一个十分合理的筛选过程。理想情况下，某个领域中最优秀的想法，就应该能够说服一个由专业科学家组成的小组，并将其评定为优秀。然而，这种表面合理的常识背后，同样隐藏着麻烦，因为这个评审体系的主要作用是支持共识。换句话说，评审员群体越是认同提案的优秀性，机构提供资助的概率就越大。然而问题在于，共识往往是通往成功的踏脚石的最大障碍。

这里的问题在于，当具有相反或不同偏好的人被迫投票时，获胜者往往不代表任何人的喜好或理想（这也许解释了为何人们对政治结果普遍感到沮丧）。寻求共识将阻止人们沿着有趣的踏脚石前进，因为不同的人对什么是最有趣的踏脚石的看法或许并不一致。解决不同人群在喜好上的分歧，往往会导致相互对立的踏脚石之间彼此妥协，就好像将对比鲜明的黑白两色混合到一起，最终只会产生了寡淡的灰色。

这种妥协的产物，最终往往只会冲淡两个原始理念的色彩。对于撰写提案的科学家来说，赢得资助的最佳方式是提出完美的妥协方案，即最柔和的灰色 —— 足以满足所有人的眼光，但不太可能带来高度的新奇性或趣味性。因此，当人们尝试在探索中寻求共识时，整个系统不是让每个人去发现自己的踏脚石链，而是将各种不同的意见压缩成一个四平八稳的平均值。

也许有时候支持最大限度的分歧，而不是一致的意见，会更有意义。反对共识有可能比平淡无奇的 “达成一致” 更有趣。毕竟，吸引一致认同的投票，不过是一种 “人云亦云，亦步亦趋” 的标志。如果你跟风去做热门的研究，并且鹦鹉学舌似的随大流，或许能够得到广泛的认可和支持；相反，一个真正有趣的想法，或许会引发争议。在我们目前已知和未知的边界，仍存在一些尚不确定答案的问题，这就是为什么在科学的未知领域，专家们的意见应该保持分歧和发散状态，正是在这片位于已知和未知之间的 “蛮荒” 边界地带，我们应该让人类最伟大的头脑进行探索，而不是在最大共识的舒适区 “沉迷享乐”。

试想一下，哪个项目可能更具有革命性：是评分 “喜忧参半” 的项目，还是 “全体好评” 的项目？意见分歧的专家们，或许比总是达成一致意见的专家们更有推动伟大成就的能力。

当然，这并不意味着全员差评的提案应该得到资助，如果所有专家都认为某个想法很糟糕，比如都给出了 “差” 的评级，那便没有证据表明它值得追求。但是，当专家们彼此之间存在根本性的意见分歧时，一些有趣的事情就发生了。

达尔文的进化论最初发表时遭到许多专家的否定 —— 这其实是一个好兆头！正如美国科学史家托马斯・库恩（Thomas Kuhn）提出的范式转变概念，使得现有的科学框架开始出现裂痕。在这些时刻，不和谐的意见便是革命性颠覆的前奏。由于所有这些原因，我们的一些资源应该被用于奖励分歧而不是共识。

这个观点也与目标产生了联系，因为奖励共识的基础是目标导向思维。在目标导向的观点中，专家们越认同某一条路径值得一走，人们就越应该选择这条路径。得到一致认同的路径是一个基于目标的选择，因为人们都认同了这条路径的目的地。而专家们给出一致意见的数量，提供了一个衡量最佳目的地的标准 —— 这就是一种基于目标的证据。

如果你的目标，就是寻求一个趋于获得普遍认同的想法，那么共识当然是一个值得称赞的盟友。这就是为什么在目标驱动的搜索中，重点总是放在最终的目的地，而不是放在当前踏脚石的趣味性和新奇性。这就让基于目标的搜索不可能成为 “寻宝者”。非目标搜索不鼓励人们最终走上同一条路或抵达同一个目的地，只有在这种情况下，有趣的想法才能吸引资源和资金。

到此不妨回想一下，追随趣味性与追随目标表现之间的搜索行为差异。科学是人类最伟大的一种探索，而在决定下一步行动前达成共识的做法，无异于是对科学领域创造性努力的扼杀。当然，我们并不是建议只有存在分歧的科学提案才应该得到资助，但社会的部分资源的确应该用于支持有趣的探索。科学领域的探索，同样需要秉持 “寻宝者” 和 “踏脚石收集者” 的理念。

当然，达成共识对特定类型的决策而言是有意义的，但对于创造性的探索却不适用。我们提出的观点是，研究小组之间以及整个科学探索领域内部的 “不团结”，有时候反而可以推动进步。“不团结” 的力量，可以帮助我们更好地组织科学探索和其他创造性的工作。

只投资重点研究领域和目标宏大的科研项目，带不来创新

除了推动人们达成共识之外，基于目标的思维还可能从其他方面影响科研投资的决策。例如，假设你是目标论的信徒，可能会认为科学进步的框架是可预测的。换句话说，根据 “有志者，事竟成” 的目标性思维，通往重大发现的踏脚石，将以一种有序、可预测的方式排列。

在这种思维导向下，治愈癌症的关键创新，似乎应该是对已经存在的癌症治疗方法的改进或完善，或至少应该来自与癌症直接相关的研究领域。然而，在本书中，我们一次又一次地看到，通向卓越成果的踏脚石是不可预测的。因此，如果我们想要治愈癌症，只专注于癌症领域可能无法使我们实现这个宏伟目标。但是，即使一项研究未能实现其原始目标，其副产品也可能会在看似不相关的领域实现意外的突破性发现。

事实上，各国政府已经投入巨额研究资金，开展了众多诸如此类的重点研究项目，以期解决某些特定的科学问题。例如，日本通商产业省在 1982 年启动了一个长达 10 年的大规模研究项目，即 “第五代计算机系统项目”，旨在推动日本的计算机技术跻身世界领先地位。

虽然日本政府投入了大量资金用于定向研发，但人们普遍认为这个项目没有实现其目标 —— 开发出具备商业成功潜力的产品，尽管这个项目的确为日本培养了新一代有潜力的日本计算机研究人员。同样，美国总统尼克松于 1971 年发起的 “抗癌战争”（旨在消灭癌症这一高死亡率的疾病）也尚未取得成功，尽管这个项目在研发更有效的癌症治疗方法方面进行了针对性研究，并加深了人们对肿瘤生物学的理解。事实上，类似人类基因组计划等看似不相关的科学研究项目，更有希望发现更好的癌症治疗方法。

当然，有时雄心勃勃的科学探索计划也能获得成功，比如 20 世纪 60 年代的美苏登月竞赛就是由肯尼迪总统发起的，他在国会演讲中承诺，“我相信这个国家能够齐聚一心，全力以赴达成这个目标，十年之后，人类将乘坐宇宙飞船登陆月球并且安全返回。” 但这份充满不确定性的宣言后来之所以能够实现，是因为它当时正好处于技术可能性的边缘（也就是说，这个宏伟的目标彼时离实现只有一步之遥）。

然而，从这些成功案例中得出的关于目标力量的潜在误导性结论，往往助长了天真的目标乐观主义 —— 认为只要有足够的资源支持，任何目标都可以在历史上任何时期坚定地成立并一定能够实现。例如，美国癌症协会的一位前任主席曾经说过：“我们离治愈癌症的目标已经非常近了，只是缺少将人送上月球的那种意愿、资金和全面规划。”

最后，即使在这些宏伟的科学事业的成功案例中，最终给人类社会带来最深远影响的技术，往往是未曾预料到的。例如，太空竞赛给我们带来了人工耳蜗、记忆海绵床垫、冻干食品和改进后的急救毯等创新产品。

尽管这些设定了宏伟目标的科研项目显然由目标思维驱动，但它们依然为我们提供了一些更为微妙的启示。一个类似的思路是，科学项目如何影响世界同样存在着可预测的框架。

也就是说，我们也许能持续地靠投资来不断优化那些目前看起来最有可能产生影响的科研项目，最终会催生出一些具备突破性影响的科研项目。背后的逻辑是，具有适度影响力的科研项目将带来更多更具影响力的科研项目，最终使科学的探索和发现给世界带来颠覆性变革。

按照这个逻辑，目标驱动思维在科研资助领域的另一个体现，就是根据科研项目预期影响力的重要程度来判断是否值得投资。事实上，类似美国国家科学基金会等资助机构评估科研经费申请的一个主要标准是拟议研究项目的影响力范围。因此，被认为影响潜力较小的科研项目，获得资金的可能性也低。

而政客们倾向于嘲笑那些目标看似异想天开的科研项目，即显然不会带来任何重要成果的研究，认为它们纯粹就是浪费钱，这种态度的背后也体现了同样的逻辑。这些例子背后，存在一个非常具有诱惑性的推理过程，即在研究项目开展之前，我们有可能根据研究项目及其成果是否具备广泛的社会影响，而将其划分为重要或不重要的项目。

读到此处，诸位或许已经能够看出，这种想法过于武断 —— 因为许多重要的发现，都是偶然获得或意料之外的。因此，预测科研项目的影响，不一定总是行得通，反而会导致我们忽视偶然性的重要作用。此外，即使我们可以事先评估大多数科研项目，并以可靠的方式预测其影响力，然后只为其中最重要的项目提供资金，也并非明智之举。

问题的关键在于，用更适合评判整个系统的标准来评判单一的踏脚石，可能是短视的做法。归根结底，科学作为一个整体，其目标是发现具备深刻性和变革性的真理。但在这个过程中，任何特定的科研项目是否具有变革性，可能根本不重要。事实上，一个科研项目很有趣，并能够进一步生成更有趣或更意外的实验结果，或许比其自身具备重要性更值得关注。

图片孵化器网站就是这样一个例子，它作为一个整体系统，最终生成了单个用户难以完成的外星人脸和汽车的图片。新奇搜索的案例也遵循了同样的逻辑，作为一种探索体系，它可能会发现一个可以穿越迷宫的机器人，但只有在机器人不会按照其穿越迷宫的能力划分等级的情况下，才最终实现了这样的结果。

为此，如果我们接受 “科学探索中的踏脚石是不可预测的” 这一观点，那么 “重要性” 在科学领域的探索中，可能也是一个暗含欺骗性的标准。一项具备一定重要性的科学成果，是否必然带来更接近变革性的突破？

换句话说，在科学研究领域，重要性不过是另一块破损的目标指南针。因为通往最重要科学发现的踏脚石可能并不重要，而通往最具颠覆性技术的踏脚石也可能没有显示出任何变革性的迹象。

在科学领域，决定是否支持重大项目，或根据预估的影响力判断项目是否值得投资的另一个思路，是将科学研究项目符合特定利益的程度作为投资的评判标准。在不涉及太多政治因素的情况下，这就意味着政府只希望资助它当时认为重要的研究议程，或能够为国家提供明确的短期利益的研究项目。

例如，根据美国众议员拉马尔・史密斯（Lamar Smith）在 2013 年提出的《高质量研究法案》（High Quality Research Act）中称，在决定资助任何科研项目之前，美国国家科学基金会的主席必须发表一份声明，证明该项目 “（1）符合美国的国家根本利益，通过促进科学进步，推动国家健康、繁荣或福利，并确保国防安全；（2）具备最高的质量，具有突破性，能够回答或解决对整个社会而言最重要的问题；（3）与基金会或其他联邦科学机构正在资助的其他研究项目不重复”。

第二点规定背后的设想是，根据科研项目的重要性来判断其是否值得资助，是可能的或可取的，而第一点规定设想的是，科学研究只能沿着对国家有直接利益的方向狭义地展开，而不进行更广泛的搜索。

尽管这项法案在美国获得通过和执行的概率不大，但加拿大已经执行了类似的政策。2011 年，加拿大国家研究委员会（NRC）开始以牺牲基础研究为代价，将科研资金转向经济发展领域。

时任 NRC 主席约翰・麦克杜格尔（John McDougall）解释说，最终只有 20% 的总预算会用于 “好奇心和探索性活动” 等基础科研领域。到了 2013 年，NRC 宣布 “向商业领域的研究敞开大门”，并将其资助重点集中到 12 个 “以行业为主题的切入点”。委员会声称自己正在 “重塑自身，以支持加拿大产业的发展…… 所有这些（举措）都是为了一个最终的目标：提供高质量的工作岗位、增加商业研发活动、获得更多商业化成果，以及构建一个繁荣且具备更高社会生产力的加拿大”。

这个明显的转变，意味着政府投资的重点偏离了 “没有直接实用价值的基础科研”，而是狭隘地转向与国家目标一致的研究活动。

最重要的是，这项转变本身没有牵涉政治因素，而是一个涉及各个领域的警告，即将目标导向型思维一厢情愿地应用于 “目标高远” 的科学研究，是一项危险行为。

当然，“只要大量地投入资金，就能可靠地产出特定重要研究领域的根本性突破” 的想法非常具有吸引力，但狭隘地框定重点研究领域和宏大目标驱动的科研项目其实并不可取。因为，不管其基本设想是否足够吸引人，科学探索的结构其实并不是这样运作的。

谁能确定下一个伟大的、可商业化的技术会从哪里来？所以症结是，无目标性的探索貌似让前景听起来很悲观，但它能使科学的世界变得更有趣。还有许多有趣又重要的发现等待我们去探索，但发掘它们需要持续不断的智慧投入和开放的心态，而不是简单的目标式蛮力。

因此，我们并不是说科学进步在总体上是不可能的，而是认为我们不知道什么才能催生重要的科学发现。就像 “不团结” 在科学领域具备惊人的重要价值那样，投资看似不具备重要性但显然十分有趣的科研实验，或许亦是明智之举。尽管这意味着我们可能需要先通过许多不相关的步骤，但追随兴趣行动而不是狭隘的野心，才可能会更好地揭示通往颠覆性科学发现和经济大幅增长的踏脚石。

“不知去往何处” 恰恰是信息收集器的运行方式、寻宝者的探宝方式、收集踏脚石的方式、通往任何地方的正确道路，是通往未来的途径。“不知前路通往何方”，才是人类能创造伟大事物的原因。共识、可预测的重要性、与国家利益的一致性 —— 这些都是目标思维的衍生物，只会导致我们在朝未知世界迈进的过程中，离我们想要的越来越远。

资助有趣发现，带来有效创新

“不团结” 或 “不重要” 具备一定价值的观点听起来很怪异，而目标驱动型系统表面上看起来则十分合理。例如，在评估科研项目是否值得资助时，另一个与目标相关的标准是，评审员会根据项目成功的可能性做出决定。换句话说，科研经费的申请，必须说明研究项目的目标，然后交给评审员评判。许多科研项目申请被拒绝，是因为评审员认为其设定的目标不切实际或不够明确。但是，考虑到目标在任何情况下都好比是一块失灵的指南针，也许不应该总是把成功的可能性作为评审的重点。

我们想说的是，并非所有的科研项目都需要设置一个目标或一项研究假设。有一些科研项目哪怕仅仅从趣味性角度考虑，也同样值得一试。

我们甚至可以毫不犹豫地资助那些曾有过有趣发现记录的研究人员，就像麦克阿瑟奖向极富创造性的人提供大笔资金那样。当然，麦克阿瑟基金会并不确定这些人的想法将引领他们走向何方，基金会的这种堪比 “直接发放空白支票” 的做法也可能会令你感到有失理性。

毕竟，没人知道这些研究人员打算完成什么，也不知道他们希望如何完成，但科学研究的真正意义就在于去探索那些充满了未知和不确定性的地方。如果我们无法接受这个观点，那么所有不具备明确目标的 “偶然发现” 之路，可能从一开始就会被否决。然而，正如前文所述，太过 “高大上” 的目标几乎从来不会实现。因此，强迫研究人员在资金申请表中陈述目标，只能使他们提出一些平庸的目标。

人们之所以紧紧抓住目标不放，对风险的恐惧是一大主因。尽管一定程度的风险是探索和进步必须付出的代价，但那些负责掏钱的人，通常不希望承担过高的风险，以免资源被简单地浪费在那些不切实际、异想天开的项目上。

但我们的恐惧并不能改变风险是科学探索不可分割的一部分的事实，因为科学探索就是要求我们在持续很长一段时间内跨越许多未知的踏脚石。因为我们希望走得更远，所以规避风险的目标思维将限制和约束我们的进步。

例如，有多少人预测到电子消费产品的进步，会促成世界上第一辆可量产的全电动跑车 —— 特斯拉 Roadster 的问世？然而，只要将数以千计的笔记本电脑锂电池集成在一起，就有可能创造出更轻、更强大的实用电动汽车。

没有什么发现比突然意识到我们离一些尚未实现的潜力只有一步之遥更令人惊喜了。那些曾经看似不可能实现的成就，通过之前尚未发现的联系，突然进入了可实现的范围。逐步走进看似不可预见的死胡同，有时可以帮助我们收获巨大的回报。

从长远来看，正是这些踏脚石的积累，才带来了最伟大的创新。当每一小步的发现，都是一个启示的时候，这个探索链条本身就不亚于一场革命。因此，虽然押注革命性的发现可能风险很高，但随着时间的推移，它终究会到来。正如所有伟大发现的过程一样，革命性的发现，很少是通往它们的踏脚石所设定的目标。即使没有明确说明，投资者也早已认识到这一原则。简而言之，如果你想在有远见的人身上投资，就看看那些在附近的不确定性领域中徘徊和探索的人。

确实有一群创新者，已经在某种程度上看穿了目标的欺骗性。对于艺术家和设计师而言，一个想法背后的理念，往往比其目标（如果存在目标的话）更重要。

艺术往往更关注创造性的探索，而不是为了满足一个特定的具体目标。随便询问一位艺术家，他就会告诉你，在艺术创作中，跟随灵感的曲折小径前进，比致力于画出下一幅《蒙娜丽莎》更好。

当然，当艺术和设计发生碰撞时，目标有时确实能够发挥作用。例如在建筑领域，屋顶必须能遮挡雨水，而地基必须坚实稳定。事实证明，这些类型的目标与自然进化中对生物体的限制存在着一个有趣的相似之处。自然界中的每一种生物，都必须活得足够长久，才能够生存和繁衍。但不同的生物，有着各种各样的方式来满足这一目标，其表现就是地球上丰富而庞大的物种多样性。

因此，建筑中的防雨屋顶和稳定的地基更像是对创造力的限制，其本身并不是典型的目标。就像所有的生物都必须能繁殖一样，建筑也必须兼具功能性和安全性。在这些领域的创新，通常意味着在限制范围内，不断找到新的方法。但这些领域整体上的搜索，仍在向未知的空间推进。

回顾艺术和设计的历史，我们可以很容易找到充满戏剧性和偶然性的踏脚石链的案例。例如，在绘画方面，印象主义催生了表现主义，而表现主义又催生了超现实主义。艺术中伟大的新方向，往往正是因为它们不是艺术家的目标而被发掘出来。

这条路上有一些探索步骤，是对历史步骤的否定，而另一些则是对步骤进行重新定义或修改。但重要的一点是，没有艺术家在一开始就试图预测未来的变化，从而确定或计划自己应该创造出怎样的杰作。不管可能带来什么结果，每一项艺术创新都有其自身的意义。与此同时，引领人们前往更新颖领域的潜力，往往是有效创新的标志。

在当前的主流文化中，认为进步主要依赖于严格的目标来推动的想法，影响了教育、科学、艺术等所有领域。我们组织大多数工作的方式，似乎无法摆脱目标思维带来的虚幻舒适感。

虽然非目标探索本身并不是一剂万能药，但我们最好还是要清醒地认识到，一味地相信基于目标的探索和评估，往往只会导致平庸的结果和墨守成规，继而停滞不前。虽然探索这个世界并非易事，因为它的运转方式并不简单，但至少我们知道，有一条道路能够摆脱既定目标结果的桎梏。

本文节选自《为什么伟大不能被计划》第八章，有删减
【美】肯尼斯・斯坦利、【美】乔尔・雷曼著

好奇心是我们取得伟大成就背后的偶然动力

原创 Jesse Prinz 酷炫脑 2023 年 02 月 15 日 22:12 浙江

好奇可能是人类最重要的情感之一？本文从宗教、科学、艺术多角度论述好奇的重要性。

当我在纽约长大的时候，我最期待的就是每年林林兄弟和巴纳姆与贝利马戏团的到来 —— 他们是 “地球上最伟大的表演”。我的父母不怎么喜欢那些绿头发的小丑、戴着亮片的杂技演员和戴着彩饰的大象，他们将其视为一种花哨的华丽表演。不过，对我来说，这是单调现实中的一场壮观的景象 —— 用那个陈腐但有力的短语来说，这是一个充满好奇的世界。

好奇有时被认为是一种幼稚的情感，一种我们长大后就会摆脱的情感。但这肯定是错误的。 作为成年人，当我们目瞪口呆时，我们可能会体验到好奇这种感觉。当我第一次看到塞伦盖蒂平原的日落时，我惊呆了。当我们发现不寻常的事实时，我们也会感到惊奇。我惊奇地发现，如果把人脑中的神经元排成一条直线，它可以从伦敦延伸到柏林，绵延到 700 英里开外。但是为什么呢？这种睁大眼睛、瞠目结舌的感觉有什么用呢？我们目前还很难确定任何人类情感的生物学功能，但无论它是为了什么而进化的，好奇可能是人类最重要的情感之一。

首先，让我们弄清楚我们在谈论什么。 关于好奇，我最喜欢的定义来自 18 世纪苏格兰道德哲学家亚当・斯密 (Adam Smith)，他以首次阐明资本主义信条而闻名。他写道，“当一种全新而独特的事物出现时……(而) 记忆无法从它所有的存储中产生任何几乎类似于这种奇怪外观的图像”，好奇就会出现。史密斯将这种体验与一种独特的身体感觉联系起来 ——“凝视，有时翻白眼，呼吸暂停，心脏膨胀”。

这些身体症状指向三个维度，实际上这可能是好奇的基本组成部分。

第一种是感官上的：奇妙的事物吸引着我们的感官 —— 我们睁大眼睛盯着看。

第二个是认知方面的：这些事情令人费解，因为我们不能依靠过去的经验来理解它们。这会导致呼吸暂停，类似于我们受到惊吓时的冻结反应 —— 我们喘息着说 “哇！“。

最后，好奇还有一个可以被描述为精神层面的维度：我们满怀崇敬地仰望；因此斯密引用了膨胀的心脏来描述这种体验。

亚当斯密

英语中有许多与这种繁杂情感相关的词汇。在温和的一端，我们谈论的事情是不可思议的（marvellous）。更激烈的情感可能被描述为令人震惊的。在极端情况下，我们会感受到敬畏（stunning）和崇高（astonishing）。这些术语似乎指的是同一种影响的不同强度，就像愤怒从轻微的刺激发展到强烈的愤怒，悲伤从渴望发展到绝望一样。

亚当・斯密的分析出现在他的《天文学史》这本书中。在这部不被重视的作品中，他提出了好奇对科学至关重要的观点。例如，天文学家被它所感动，去研究夜空。他可能是从法国哲学家笛卡儿那里学来的这个想法，笛卡儿在他的《论方法》一书中将好奇描述为激发科学家研究彩虹和其他奇怪现象的情感。同样，苏格拉底也曾说过，哲学始于惊奇：正是这种惊奇引导我们去理解我们的世界。在我们这个时代，理查德・道金斯 (Richard Dawkins) 把好奇描绘成科学探究开始的源泉。*动物只是单纯地行动，寻求满足、安全和性；而人类反思，寻求理解。

要了解一些不那么讨人喜欢的观点，我们可以看看 17 世纪的英国哲学家、科学方法之父弗朗西斯・培根的想法。他把好奇称为 “破碎的知识”—— 一种只有科学才能治愈的神秘的不理解。但这同样错误地描述了科学和好奇的关系。科学家受到好奇心的刺激，他们对此也提出了奇妙的理论。量子理论的悖论，基因组的效率：这些科学发现都是伟大的。知识不会消除惊奇。的确，科学发现往往比它们解开的谜团更令人惊奇。没有科学，我们就只能停留在单调的表象世界里。有了它，我们发现了无尽的深处，现实远比我们想象的更令人震惊。

在这方面，科学与宗教有许多共同之处。神和怪物都是奇妙的东西，我们常用他们来解释生命的未知。而且，和科学一样，宗教也有一种惊人的能力，能让我们同时感到渺小和崇高。加州大学伯克利分校心理学教授达彻・凯尔特纳发现，敬畏 —— 一种强烈的惊奇的感觉 —— 会让人觉得自己的身体比实际要小。宗教场所经常夸大这种感觉并非偶然。寺庙有宏伟的，若隐若现的柱子，令人眼花缭乱的彩色玻璃窗，拱形的天花板，和复杂的装饰表面。宗教仪式用歌曲、舞蹈、气味和精致的服装来吸引我们的感官，这些方式令人眼花缭乱、难以抵挡。

于是，好奇将科学和宗教这两个人类最伟大的机构结合在了一起。让我们引入第三个纬度。宗教是我们发现艺术的第一个背景。 维伦多夫的维纳斯似乎是一个偶像，肖维洞穴、阿尔塔米拉洞穴和拉斯科洞穴墙壁上的动物被认为是在萨满教仪式中使用的，参与者在催眠的火炬闪烁下进入想象的阴间，处于恍惚状态。直到文艺复兴时期，艺术主要在教堂中出现。当乔托在中世纪挣脱哥特式绘画的束缚时，他创作的不是世俗艺术，而是一种深刻的精神视野，通过肉感逼真的表现，使神圣的人物更容易接近。他在帕多瓦的斯克罗维尼教堂就像一个首饰盒，里面充满了呼吸、战斗、哭泣、扭动的人物，他们从死亡中复活，在空灵的钴色华盖下与他们的上帝会面。简而言之，这是一个好奇心所创造的奇迹世界。

当艺术在 18 世纪正式与宗教分离时，一些联系仍然存在。艺术家开始被描述为 “有创造力的” 个体，而在以前，创造的权力只属于上帝。随着签名的兴起，艺术家可以获得崇高的地位。一个签名表明，这不再是一个无名工匠的作品，并引起了人们对制造者神秘力量的关注。艺术家把不起眼的油和颜料变成了迷人的美丽，并把想象的世界变成了现实。对艺术家签名的崇拜是最近才出现的现象，然而，通过促进对艺术家的崇敬，它保留了美与神圣之间的古老联系。

艺术、科学和宗教都是超越的形式：它们超越了日常生活的实际目的

艺术博物馆也是最近才出现的。在中世纪，艺术品几乎只出现在宗教背景下。从那以后，它们开始出现在私人收藏中，被称为 “好奇柜”(德语为 Wunderkammern)。这些收藏品中有绘画、雕塑，也有其他被认为不可思议的物品：动物标本、化石、贝壳、羽毛、外来武器、装饰性书籍。艺术与科学是相辅相成的 —— 科学是一种人类实践，其产物可以与自然界中发现的奇怪事物相比较。

这种精神一直到 19 世纪都占据着社会的主流。大英博物馆早期的藏品从动物骨骼到意大利绘画，应有尽有。在一本名为《好奇的世界：自然、科学和艺术奇妙事物的记录》的简明书中，我们发现了关于电鳗、发光植物、火山爆发、彗星、盐矿、死海和恐龙骨骼的条目，其中偶然地穿插着关于威尼斯玻璃、新西兰木雕和摩索勒斯墓的条目。我曾经喜爱的马戏团的创始人是表演家兼江湖骗子 P・T・巴纳姆，他于 1841 年接管了纽约的美国博物馆。在那里，他展示了著名人物的肖像、蜡像和尼亚加拉瀑布的比例模型，同时向着迷的人群介绍了 “连体双胞胎” Chang 和 Eng Bunker，以及一个被称为 Tom Thumb 将军的小人物。博物馆的宣传海报上写着 “地球上最伟大的表演”—— 这也是他最终带领的巡回马戏团进行的表演。今天，马戏团和博物馆之间的联系可能很难理解，但在当时，这种联系似乎是很自然的。作为好奇的殿堂，博物馆是奇怪事物的展示场所：一幅精美的肖像，一尊蜡像，一件生物畸变都有自己的一席之地。

然而，到了 19 世纪末，科学和艺术分道扬镳了。大城市开始开设专门的艺术博物馆，人们可以在这里欣赏绘画，而不受蝴蝶翅膀、大胡子女士和罐子里畸形的动物胎儿的干扰。如今，我们不认为博物馆是好奇心的房子，但它们仍然是神奇的地方。它们是艺术的圣地，依旧让我们惊叹不已。

虽然我是一个无神论者，但我花了一些时间才意识到我是一个相信万物有灵的人。 我经常去博物馆，默默地敬畏地站在我欣赏的艺术品前。最近，我一直在与我在纽约城市大学 (CUNY) 的合作者安杰丽卡・塞德尔 (Angelika Seidel) 进行心理学研究，以探索这种情感咒语。

我们让测试对象想象《蒙娜丽莎》在一场大火中被毁，但碰巧有一幅完美的复制品，连专家都无法分辨真迹。如果他们只能看到其中之一，他们愿意看到蒙娜丽莎原作的骨灰还是完美复制品？80% 的受访者选择了骨灰：显然，我们不重视复制品，而认为原件具有近乎神奇的意义。

在另一项研究中，我们将画作的复制品挂在墙上，并告诉测试对象它们要么是著名艺术家的作品，要么是赝品。同样的画作，如果被认为是出自著名艺术家之手，就会显得更伟大。我们还发现，当图片被高挂在墙上时，它们看起来更好，更奇妙。这说明，当我们不得不抬头看一件艺术品时，它给我们留下了更深刻的印象。

18 世纪中期，哲学家埃德蒙・伯克 (Edmund Burke) 假设美学和恐惧之间存在联系。诗人里尔克 (Rainer Maria Rilke) 也曾说过:“美不过是恐怖的开始。” 为了验证这种关联，我和纽约市立大学的心理学家肯德尔・埃斯金 (Kendall Eskine) 和娜塔莉・卡西尼克 (Natalie Kacinik) 最近进行了另一项实验。首先，我们给一部分受访者放了一部令人震惊的电影，片中一个僵尸从一条看似平静的乡村公路上跳了出来。然后我们让所有的实验对象评价埃尔・利西茨基的一些抽象几何绘画。那些被吓到的人发现这些画更令人激动、鼓舞人心、有趣和动人。艺术和恐惧之间的这种联系与好奇的精神层面有关。就像人们对上帝的恐惧一样，伟大的艺术也可以是压倒性的。它迫使我们停下脚步，需要我们给予虔诚的关注。

把这些线索放在一起，我们可以看到科学、宗教和艺术在好奇中是统一的。每一件作品都吸引着我们的感官，引起我们的好奇，让我们敬畏。毫无疑问，很难相信我们会从事这些独特的人类追求。伊利诺伊州布拉德利大学的宗教研究教授罗伯特・富勒 (Robert Fuller) 认为，这是 “导致人们相信一种看不见的秩序的主要人类经历之一”。在科学上，这种看不见的秩序可能包括微生物和看不见的自然法则。在宗教中，我们发现了超自然的力量和神的代理人。艺术家创造了新的观察方式，让我们以全新的视角看待我们所居住的世界。

艺术、科学和宗教似乎是人类独有的。这表明，好奇本身就与人类的独特性有关，这反过来又提出了关于它的起源的问题。好奇是进化的产物吗？我们是唯一有这种经历的生物吗？

笛卡尔声称好奇是人类与生俱来的；事实上，他称之为我们最基本的情感。环保先驱雷切尔・卡森也提出了一种与生俱来的好奇心，这种好奇心在儿童中尤其普遍。另一种可能性是，好奇是一些更基本能力的自然副产品，比如感官关注、好奇心和尊重，后者在社会地位等级中至关重要。非凡的事物会同时触发这三种反应，唤起我们所谓的 “惊奇” 状态。

其他动物也能体验到类似的感觉。灵长类动物学家珍・古道尔 (Jane Goodall) 在贡贝观察她的黑猩猩时，注意到一只雄性黑猩猩兴奋地指着一个美丽的瀑布。他蹲在附近的一块岩石上，张大了嘴巴，看着潺潺的水流，足足有 10 分钟。古道尔和她的团队在几个场合都看到了这样的反应。她得出结论，黑猩猩有一种惊奇感。她甚至推测我们的类人猿表亲有一种原初的精神性的形式。

这给我们留下了一个难题。如果所有人类和高等灵长类动物都有好奇心，为什么科学、艺术和宗教似乎是人类历史上的新发展？ 从解剖学上讲，现代人已经存在了 20 万年左右，但宗教仪式的最早证据出现在大约 7 万年前的卡拉哈里沙漠，而最古老的洞穴壁画 (在西班牙的埃尔卡斯蒂略) 也只有 4 万年的历史。我们所知道的科学要年轻得多 —— 可能只有几百年的历史。同样值得注意的是，这些努力并非生存所必需的，这意味着它们可能不是自然选择的直接产物。艺术、科学和宗教都是超越的形式；它们超越了日常生活的实际目的。 也许进化从来没有选择过好奇本身。

Via：《基督教历史 A History of Christianity》

好奇是我们取得伟大成就背后的偶然动力

如果好奇不仅仅是人类特有的，为什么我们发现猿没有在每个星期天拼车去教堂呢？

答案是，仅有情感是不够的。它让我们充满了非凡的感觉，但通过构想起源神话、进行实验和制作艺术表现来应对非凡的事物需要相当大的智力和创造力。猿类很少创新；他们的好奇是一条死胡同。我们的祖先也是如此。在人类历史的大部分时间里，人类都是成群结队地迁徙，不断地寻找生存之道，这使得人们几乎没有机会去设计理论或创作艺术品。随着我们对环境的控制越来越强，资源也越来越多，从而导致了更大的群体规模、更多的永久住所、休闲时间和劳动分工。只有这样，好奇才能结出果实。

艺术、科学和宗教反映了人类文化的成熟。 看马戏团的孩子们满足于看壮观的场面。成年人可能会厌倦它，渴望看到其他更深刻、更丰富、更有启发性的好奇景观或者场面。对于心智成熟的人来说，奇妙的经历可以用来激发绘画、神话或科学假设的灵感。这些事情需要耐心，观众也同样渴望走出最初的困惑状态。大多数人类机构的姗姗来迟表明，我们这个物种花了一些时间才达到这个阶段。在我们能够利用好奇之前，我们需要掌握足够的环境资源，以满足生存的基本需要。

如果这个故事是正确的，好奇的进化并不是为了任何目的。更确切地说，它是自然倾向的副产品，它的伟大的人类衍生品并非不可避免。但好奇是我们最伟大成就背后的偶然动力。艺术、科学和宗教都是为了满足激发我们好奇心的欲望的发明。它们本身也成为好奇的源泉，产生无限创造力和持久探究的循环。在收获好奇果实的过程中，我们成为了一个属于我们自己的物种。

via：刘慈欣

参考文献

Why wonder is the most human of all emotions | Aeon Essays
https://aeon.co/essays/why-wonder-is-the-most-human-of-all-emotions

伟大科学发现究竟出于偶然还是必然？

发布时间：2024 年 11 月 04 日

编译桨笃绘

时间回到 20 世纪初，法国化学家（兼艺术家和设计师）爱德华・本尼迪克特（Edouard Benedictus）某天在实验室里工作，中途不慎让一个烧瓶掉到地上 —— 但事故中的烧瓶并未破碎飞散，虽然裂了，各部分却仍粘在一起。

本尼迪克特对此很感兴趣，深入研究后发现，烧瓶内有一种火棉胶溶液，溶剂蒸发后，留下一层薄膜沉积于玻璃表面，因此碎片能粘一起。化学家把东西放入柜子，并未意识到自己已经发明了防碎玻璃。后来汽车市场创造了一个已经找到答案的问题，这东西才又被拿出来。由此而言，似乎是先有发明再有需求，而非先求再做。

此类偶然发现让我们看到了创新的不可预测性，也引出了更大的话题：新发现、新发明是偶然所得、运气使然，还是以某种必然性的形式，等待着对的人让它发生？

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回望历史，好像所有重大发现都有其必然性。只要理论和技术方面时机成熟，迟早会有人开创新天。

麻醉剂无论如何都要被发现，便利贴的发明人也可以是张三李四。查尔斯・达尔文和阿尔弗雷德・R. 华莱士（Alfred R. Wallace）各自独立地、几乎同时地（后者比前者晚 15 年）提出了自然选择进化论。他们都依靠了类似的数据，例如阅读托马斯・R. 马尔萨斯（Thomas R. Malthus）的作品以及观察岛屿上物种的分布等；双方理论有许多细微差别，但二人思想上的巧合着实令人惊叹。

这种现象在生物进化中也存在，被称为趋同：两个并不密切相关的物种演化发展出相似的功能适应性，例如蝙蝠和某些鸟类的回声定位。出现趋同进化的原因是环境对不同物种提出了相似的生存问题，或者说选择压力，例如在黑暗中飞行时怎样确定方向。

类似机制或可解释为什么科学研究也有趋同发展 —— 不同研究团队面对相似选择压力，即相似的研究问题和解决问题所需的观测手段，并彼此竞争，提出解决方案。

如果具体分析达尔文和华莱士构建相似理论的过程，可以看到，实际上有些相当偶然性的因素促成了趋同结果，例如前文提到的，两人都在正确时间阅读了马尔萨斯的学说。同样的偶然性也促成了沃森和克里克的工作，曾与他们在同一实验室工作的晶体学家杰瑞・多诺霍（Jerry Donohue）用他对氢键的专业见解直接帮助两人修正了核苷酸碱基对模型并发现 DNA 双螺旋结构。这类 “意外” 并不少见，但总的来说，科学发现并非意外。

运气只是加速了必然的发生。所有科学家都站在前人肩膀上，客观上来说，科学需要累积。当然，在某些时刻，在特定情况下，那些名不见经传的科学家，能够看得更远些。当一项科学发现的意图性（intentionality）比其他工作更加可预测、可预期，这并不意味着个体的力量在其中不重要了，并不意味着那些天才、大师的杰出工作不值得 “经典咏流传”。某些研究自带更大的必然性，会更加 “包实现的”，但它们的实现仍取决于科学家个体或群体的知识，仍受偶然性的助力。（若没有旅行中出现的偶然机会，达尔文和华莱士最终能发现什么？）

没人知道，本尼迪克特意外收获的防碎玻璃 —— 如果换到其他平行宇宙，可能以多少种不同方式出现。人总有事后做诸葛的倾向，容易把事前看似不紧要的因素拿到事后评价为意义重大，进而将偶然性认作已注定。当我们用自己灵巧的头脑把一系列巧合排列组合，并发现这些巧合使一个惊人结果成为可能，往往会立刻得出结论：有一种特殊的力量，是这一系列事件的原因。它不可能纯属巧合！

我们需要承认的一个现实是，一些籍籍无名的科学家能比巨人看得更远，更能开辟新的知识领域 —— 这绝非巧合。可以这么说，巨人的思想更容易被既有知识束缚，局限于既有的习惯、研究问题和方法的框架中。

因此，老派学者更可能做出可预测的、通过积累与深思得来的发现 —— 有时这些发现同样至关重要，但它们停留于已知事物的附近，因为发现者更不愿接纳意料之外。

那些名不见经传的科学家之所以能看更远，是因为他们会以某种方式摆脱，甚至略微背叛既有知识的束缚（或许是有意识的，更多则出于偶然）。他们有可能想象出另一片天地。

近期《世界科学》编辑部联合 “魔都科学目录” 采访了 2016 年诺贝尔化学奖得主司徒塔特（Fraser Stoddart），他对 “伟大科学发现的偶然性” 发表了自己的观点。也正因为这些伟大科学发现发生的偶然性，他还认为 “相比应用研究，基础研究应该得到更多的重视”。

本文作者

特尔莫・皮耶瓦尼（Telmo Pievani）是意大利帕多瓦大学生物系的全职教授，也是意大利首位生物科学哲学教授。他是知名的进化论者、科学传播者以及《晚邮报》（Corriere della Sera）的专栏作家，著有《不完美》（Imperfection）和《意外发现》（Serendipity）等多部著作。本文即改编自这两本书中的部分内容 -

资料来源：

Is Discovery Inevitable or Serendipitous?
https://thereader.mitpress.mit.edu/is-discovery-inevitable-or-serendipitous/

周光召：历史的启迪和重大科学发现产生的条件

2024-11-23 21:34:18　来源: 天地生人北京

本文系中国科协原主席周光召院士在中国科协首届学术年会开幕式上所作的学术报告。

导读：

二十世纪最富创新力的科学发现是相对论、量子力学和基因双螺旋结构，最有社会影响和带动力的科学工程是制造核武器的曼哈顿工程和阿波罗登月工程。中国在被封锁的条件下，也成功地研制了两弹一星，振奋了国威军威，提高了中国的国际地位和中国人的自信。我们应当分析这些成功的经验，从中得到启迪，创造重大的科学发现得以产生的环境和条件。

壹世界科学中心的转移

1 英国是最早的世界科学中心

直到十九世纪末，英国作为世界上率先完成工业革命和占有大量殖民地的国家，在科学发展上起着带头作用。英国是力学、电磁场理论和进化论的创始地。英国人首先发现电子和原子结构，所以直到二十世纪初，英国仍是当时世界科学的中心。这是和英国当时的经济和政治地位相称的，这也说明，有了经济的发展，社会对科学的支持，这个地区或国家，就有条件成为发展世界科学的中心。

科学没有国界，是人类共同发展共同享有的成果。在英国成为世界科学中心的同时，欧洲各大国都对科学发展作出了重要的贡献。十八和十九世纪，英国人焦尔和德国人赫尔姆斯创立了能量守恒的热力学第一定律，法国人卡诺发现了热力学第二定律。英国人道尔顿提出了原子论，俄罗斯人门捷列夫发现了元素周期表,德国人开创了有机化学,他们都对化学的发展作出了贡献。分析动力学是法国人拉格朗日、爱尔兰人汉密尔顿和德国人贾寇比共同发展起来的。

同时，欧洲一直注重数学的发展。数学的发展不需要很多经费，而是需要创造性的环境和思维。早在十七世纪和牛顿同时代，就有德国的菜伯尼兹，独立地发现了微积分。到十九世纪，尽管英国当时的经济是最发达的，欧洲大陆的数学已经超过英国，出现了 Gauss、 Riemann、 Laplace、 Poincare等杰出的数学家。

牛顿

在十九世纪末，出现了物理学的危机。人们曾经认为，到十九世纪下半世纪，力学、热学、电磁学、光学的理论都已成熟，能够解释所有有关的物理现象。这种乐观的看法很快就遭到了新的挑战。

在上世纪末，由于法国人发现放射性物质,德国人研究了黑体辐射频率分布，美国人发现光速不随地球相对于太空的运动而改变等等现象，这些现象都不能够用已发展出来的原有的理论来解释。在这种危机下，出现了相对论和量子力学。

二十世纪初期的三十年，最重要的理论发现有相对论和量子力学，对物质结构的认识深入到原子的层次。1905年德国人爱因斯坦在研究运动物体的电动力学时，提出了相对论和光速不变原理，确立了质量能量等价和时间空间变换关系，完全改变了牛顿力学的世界观。1915年爱因斯坦提出了关于重力的广义相对论。

在二十世纪的重大科学发现中，相对论比较特殊,因为它基本上是由爱因斯坦一个人完成的。无疑，爱因斯坦的个人天才在这里边起到决定性的作用，这和其他科学发现的环境条件不同，是可遇不可求的。

值得指出的是，爱因斯坦发明狭义相对论和成功解释光电效应时，只是一个专利局的职员，没有受到大学或研究机构的重视。当时他想在大学和研究机构申请一个职位都没有得到，处于一种不得志的状况，这是很值得我们注意的一件事。

关于量子力学的发现，经历了这样一个过程。1900年德国人普兰克首先提出光的量子论。1905年德国人爱因斯坦用光量子论解释了光电现象。1913年丹麦人玻尔提出电子轨道的量子化，用它解释了原子结构和原子光谱。1916年俄国人索默菲得(A Somerfeld)改进了玻尔模型，计算了电子的椭圆轨道。1923年法国人德布洛衣提出电子也是一种波动。1925年德国人海森堡引进矩阵作为力学量，德国人波恩、约当和海森堡建立起量子矩阵力学体系。1926年德国人薛丁格提出量子波动力学，证明波动力学和矩阵力学等价。同年，波恩提出了波函数的统计解释。1927年德国人约当和英国人狄拉克证明了普遍的变换定理，海森堡提出测不准关系，从而量子力学理论的构建就完成了，并迅速成功地应用于原子、分子和固体结构的研究，得到了很多重要的结果。

量子力学发展的速度虽然很快，却是在激烈的学术争论中展开的。薛丁格和爱因斯坦长期不同意海森堡的理论和波恩的统计解释。爱因斯坦甚至终身都不认为量子力学是一个完备的理论。

2 德国在二十世纪初成为世界科学的中心

相对论和量子力学是二十世纪最伟大的科学发现，从上面列举的情况看，各个欧洲国家都有参与，主要部分则是德国人完成的。这就说明，世界科学中心在二十世纪初由英国转移到欧洲大陆，主要是到了德国。

德国为什么在二十世纪初能成为世界科学的中心? 德国在当时并不是经济最发达的国家。量子力学发现时，就是1925年左右，德国正经历第一次世界大战失败后经济特别困难的时期。正是这种经济形势导致了三十年代法西斯的上台。当时，德国科学家的生活和工作条件都是很差的。可见，在条件不够好的地方也可以产生最重要的科学发现。

当时德国为什么能够做到这一点，因为它有学术传统和优势。 德国有长期尊重知识、尊重科学的传统。德国洪堡大学最早设立专门从事研究的实验室，成为其他国家大学效仿的样板。同时，德国率先成立了马克斯·普兰克研究所和若干大学的研究中心：如柏林大学、哥廷根大学、慕尼黑大学、莱布尼兹大学等。集中人才资金，同时也形成了很好的学术传统。

德国有开放和吸引人才的传统。 德国在希特勒上台以前，大学采取开放流动的政策，吸引了大批犹太族的科学家去德国定居和学习。爱因斯坦、波恩等都是犹太族人。同时，德国鼓励国际的学术交流，人员的流动，吸引大批的外国留学生。美国的原子弹之父奥本海默，氢弹之父特勒、著名的匈牙利科学家冯诺曼、魏格勒，著名的俄罗斯科学家朗道等，年轻的时候都曾在德国留学过。

同时，德国当时积极培养和选拔青年。 我们仍以海森堡为例。他1920年入慕尼黑大学，师从名教授俄国人索默菲得(ASomerfeld)，1923年即获得博士学位，其间(1922∽1923年)由索默菲得推荐，转至哥廷根大学，师从著名的波恩(M. Born)教授。海森堡在哥廷根大学毕业后即获得资助去丹麦哥本哈根，在原子结构量子论的创始人玻尔(N. Bohr)教授处工作了一年，至1924年回到德国。海森堡自己说，他从慕尼黑学到不怕困难的乐观主义，从哥廷根学到数学(因为当时数学的最主要的大师都在哥廷根)，从哥本哈根学到物理(因为波恩是原子结构的创始人)。这为他在1925年发现量子力学打下了坚实的基础。他发现量子力学时年仅24岁。

哲学的突破和指导作用。在相对论和量子力学突破的过程中, 应该说哲学起了很重要的作用。 牛顿力学出来以后，机械论和绝对论在科学界成为了一种统治思想。德国在哲学上率先脱离了这个束缚，发展辩证法和唯物论。德国从康德开始，一直到黑格尔等，在哲学上率先脱离机械论和绝对论的束缚。科学家都有很高的哲学素养。在发明相对论和量子力学的过程中都涉及对认识论的哲学讨论。

理论联系实际。 相对论和量子力学都是理论上的发现。但是德国理论物理学家重视理论和实验的结合，对当时物理实验的前沿------原子光谱作了详尽的分析。如海森堡在发明量子矩阵力学以前从事了大量光谱的分析工作，正是在分析光谱强度中寻求如何解释光谱强度的时候，找到了物理量不对称这一量子矩阵力学的关键。

数学领先。 德国在十九世纪末，数学已成为领先的国家，产生了世界超一流的数学家高斯和黎曼等。二十世纪初，最著名的数学家是在德国哥廷根大学的希伯特教授，他提出的数学要解决的难题有些一直到今天还在困扰着数学家。当时，定居德国的理论物理学家中，有一批人如索默菲得和波恩在物理和数学两方面都具有很高的素养。量子力学的发现与一批物理学家掌握了当时最前沿的数学发展，如算子和希伯特空间有很大关系。

优良的学术传统。 哲学思想的指导和数学的领先、理论与实验的紧密结合、学术思想的活跃和创新、研究机构的开放流动、频繁的学术交流和激烈的学术争论、对年轻人才的吸引、集聚和破格选拔，这些是德国当时成为世界科学中心的重要条件。它不仅造就了海森堡一人，而是为发展世界科学造就了一大批人。

3 二次世界大战以后科学中心转移到美国

二次世界大战后，世界科学中心转移到美国。美国利用未受战争破坏的强大经济实力，从战争年代开始就大量吸引欧洲和世界的人才，开展军事科研。战后，扩大研究规模，建立了许多国家实验室和国家科学基金会，以军事研究带动尖端技术，形成世界最强大的研究开发力量和世界的科学中心。

在战争年代，美国大量吸引了欧洲的人才，特别是犹太人，开展了曼哈顿的计划，即在美国制造原子弹。曼哈顿计划开创了科学大工程的先河。虽然美国是世界上最富的国家，经费也非常之充裕，但是曼哈顿计划因为原子放射性和军事保密的要求都必须远离城市，要在高山和荒漠的地区进行。所以，开始时，科学家在那里的工作也是非常艰苦的。

同样，在中国后来研制两弹一星，更是在艰难困苦的条件下完成的。很多同志都知道，在青海的高原，在新疆的沙漠中间，而且是在国家经济困难的时期，把这样重要的工作完成了。这些大工程计划成功的条件是什么?使得这些计划成功的基本条件是：

第一，是科学家和参与工作的全体人员的爱国心、使命感和由此而来的献身精神和高度的责任心。 这一点，中国科学家完全是问心无愧的。我想，即使是美国在实行曼哈顿计划抢先制造出原子弹的时候，那些科学家也是为了反对德国法西斯而情愿抛弃原来自己的研究方向，投身到这件工作中来。

第二，是实行大力协同和强大有力的组织协调。 这些大工程都是非常之复杂，需要各方面工作的协调才能把它做好。一个导弹，最小的部件发生问题，整个导弹就要出事。所以，每一项工作都必须有条不紊、完全按计划进行，并且要按质、按量、按时地完成，需要强大有力的组织协调工作。

第三，是人力、物力、财力的高度集中和统一指挥。 在中国，当时是调集了各个学校和研究所的有关专家集中去搞两弹一星，国家在尽可能的条件下，集中了物力和财力，实行统一的指挥。在周总理、聂帅统一组织下，协调了全国各个工业部门、科研院所、解放军十万人以上的队伍，共同完成任务。

4 基因双螺旋结构的发现

美国虽然经济和科研实力雄厚，在战后也是世界的科学中心，这是其它国家在战后无法与之比拟的。但是战后最伟大的科学发现------基因的双螺旋结构，却不是在美国出现，而是在遭受战争严重破坏的英国卡文迪什实验室出现的。这个实验室在战后开创了分子生物学和射电天文学两个新领域，取得了震惊世界的科研成果，再一次说明单靠物质条件好并不一定能最快产生最好的科研成果。

早在十九世纪中叶，英国生物学家达尔文提出了生物进化学说，奥地利生物学家孟得尔提出了遗传基因的假说，而在二十世纪初，美国生物学家摩根发展了基因的假说，明确提出，基因存在于染色体上面。基因的双螺旋结构是在二次大战后，欧洲还在医治战争创伤的1953年，由英国剑桥大学卡文迪什实验室的物理学家克里克和生物学家华生在观看了另两位英国物理学家对DNA结构的X光分析照片后发现的，当年华生只有25岁。

为什么基因的双螺旋结构是由物理学家参与而不是单由生物科学家发现的?为什么它不在当时最强盛、条件最好、有深厚基因研究传统的美国产生? 英国剑桥大学的卡文迪什实验室为何能在战后经费困难的时期，连续作出了优异的科研成果?英国卡文迪什实验室是物理学实验室，有长期科研的传统，历任主任都是当时最知名的物理学家，二战前由发现电子的汤姆生和发现原子结构的卢瑟福担任主任，长期从事原子结构和原子核物理的研究，在这两方面的发展上作出过重要贡献。这个实验室也产生过多位诺贝尔奖获得者。

大战期间，多数科学家放弃了原来从事的研究工作，加入到为国防服务的行列，特别是参与发展核武器和雷达的工作。二战后，原子能与核武器的发展，由于规模大，保密要求高，不能继续在大学的实验室进行，各国都决定成立新的独立研究机构。英国核物理研究工作由卡文迪什实验室分离出去，卡文迪什实验室经费减少，面临科研方向的重新选择和确定。

战后，新任卡文迪什实验室的主任布拉格从实验室和英国的国情出发，果断地决定将实验室原有的科研积累加以发展，开辟新的研究领域。 一是利用 X光衍射进行矿物晶体结构的分析技术转来进行生物大分子的结构分析，力图从分子的角度了解生物的遗传和生命现象的本质。二是利用在二战中发展起来的雷达技术，进行天文的观测和研究。

由一个以物理学前沿为主要研究方向的世界知名实验室,改为利用物理学发展出的仪器和物理学家的思维方法，重点从事天文和生物的研究，这个决定后来被证明是非常正确和极有远见的。经过几年的努力，卡文迪什实验室在这两个新研究方向上都取得了划时代的研究成果，开辟了射电天文学和分子生物学崭新领域。

战后一段时间卡文迪什实验室的主要成就是：在天文上发现了类星体和脉冲星，Pyle和 Hewish因而获得了1974年的诺贝尔物理奖。在分子生物上发现了DNA的双螺旋结构，Grick和Watson获得了1962年的生物和医学诺贝尔奖。在卡文迪什实验室分子生物学方向上工作过的科学家中，还有好几位获得诺贝尔奖。这就使得在战后困难的条件下，卡文迪什实验室重新成为世界最重要的科学中心之一。

贰重大科学发现产生的条件

1 科学中心领导核心的关键作用

卡文迪什实验室主任布拉格从学科交叉中发现了新学科生长点，充分调动了实验室原有的技术力量，以很少的经费，在困难的条件下开创了崭新的局面。英国开创了分子生物学和射电天文学，以后在这两个领域又长期领先于世界，布拉格有很大的功劳。这说明，科学中心领导核心的学术水平和战略部署，对中心的科学发现起关键作用。

2 既要只争朝夕，又不能急于求成

从1946年开始到1953年发现DNA的双螺旋结构，经历了七年时间。对一个没有人进入过的崭新研究领域，只有信心坚定又不能急于求成的领导人，才能始终不渝地给以支持，不断地创造条件，开展学术研讨，寻找突破点。 这样，才有可能在不断进行科学积累，不断吸引和发现人才的基础上，作出突破性的科学发现。

同时，在重大科学发现的客观条件已经成熟时，就要抓住时机，以只争朝夕的精神尽快地完成，取得应有的知识产权。我国氢弹在原子弹爆炸后以世界最快的速度，两年另八个月的时间研制成功，抢在法国人前面，在世界产生了很大影响，为国争了光。

3 产生重大科学发现的因素

以上的例子充分说明，物质条件在重大科学发现和重大科学工程的实现上都只是必要条件，而非充分条件。 二十世纪最重要的科学发现并不是在条件最好的国家和实验室中产生的。在有了基本工作条件后，提出明确目标和战略，在科学家群体中形成使命感和凝聚力，创造促使创新思维产生的学术环境，吸引优秀人才和选择学术带头人将起更关键的作用。

4 以弱胜强，后来居上

我国是人口众多的发展中国家，在经济实力上不仅现在不及发达国家，在未来相当长时期内也不可能赶上。因此，不能期望科研经费能和发达国家相比。我们也不能说，因为科研经费低于发达国家，就不能做出世界一流的科学贡献。在创造了必要的物质条件以后，能不能重大创新，就完全取决于主观能动性的发挥。我们必需从二十世纪科学研究历史中那些以弱胜强的范例里吸取经验，建立信心，充分调动中国人的智慧、组织力量和协作精神，完成历史赋予的使命。

5 科学发现的偶然性和必然性

产生重大科学发现当然有一定困难，因为重大的科学发现，一般是在学科交叉的生长点上出现。 它不是按照常规计划，在可预见结果的情况下进行实验和逻辑推理能够得到的。计划只能在原有的科学原理框架内制订，科学家个人又受到知识面狭窄和学科传统观念的限制，多数人很难有观念上的突破。通常在探索过程中要出现多次的失败，在失败中可能发生偶然出现的现象，其中包含启发新思想的萌芽。只有不怕失败，观察敏锐的人才能在单调重复的试验中注意到新的现象或思想的萌芽，并将之发展下去。

科学发现的时机一旦成熟，发现就成为必然的，在世界上由哪一位科学家发现则是偶然的。只有那些及时抓住机遇的科学家，才能成为最初的发现人。大家知道，科学发现必须成为最初发现人，成为第二位就没有什么太大的价值。在科学上只有第一，没有第二。

6 有创新力的科学家必备的素质

首先包袱要少，失败不怕人笑话。不受原有思维方式和原有理论的束缚，敢想敢干，对新事物非常敏感，有强烈的好奇心。身体要相对健康，精力要充沛，工作要非常努力。我们可以看到，世界上一些作出杰出贡献的科学家，每一天的工作时间都超过16小时以上。

不要受各种社会和家庭事务的干扰，脑子高度集中，日夜处于创新的临界状态，从而容易作出重要成果。

7 自信、善于学习和做好战略选择是有所发现的基本条件

我们要有严格的科学态度，掌握先进的科学方法，在此基础上建立起充分的自信。自信不足，不敢碰难问题，满足于跟踪模仿是巨大的思想障碍。 在我们科技界中间，现在仍然缺乏自信。我们可以看到，很多课题，基本上是国外提出来的,国内只有很少的人有充分的自信，敢于提出国外没有提出来的问题。

要善于学习，既要能站在巨人的肩膀上前进，不因为无知去重复人家已经做过的工作，但是又不盲从权威人士的意见。 如对克隆动物，过去的权威人士就一致认为成年动物的体细胞是不可能克隆的，很多人就相信，根本不去试探，直到英国人做出来以后，现在克隆才成为世界重要的研究方向。

要从自身的实际条件出发,做好课题方向的战略性选择。要扬长避短，着力发现学科的新生长点和突破点，集中力量，坚持不懈，才有收获。比如，我们的经费没有像国外多，就要像布拉格那样找经费需要比较少，但是有巨大前景的科研方向。在这方面，有经验的学科带头人会起到重要的作用。

8 要有创新的学术集体

最后，要在开放流动的环境下，建立能够不断创新的学术集体。要有追求真理、实事求是、崇尚道德的精神。科研人员来往要频繁，学术争论气氛要热烈。通过各种学术观点的激烈竞争，单个学科的深入开拓，不同学科的交叉融合，才能形成良好的科学生态环境，实现科学系统的协同进化，科学家个人也才能在这个环境中激发出创造力和新思维

叁重大科学发现的社会和学术环境

1 哲学和科学方法论的作用

当前，科学前沿研究的对象多半是复杂的系统，很多对象具有无穷多自由度，过去常用的科学方法和思维方式都是对简单对象的，很可能是不够用的，必需进一步发展，才能处理复杂系统， 因此要加强对哲学特别是认识论的研讨，加强科学方法论、数学及计算方法的研究。观测仪器是发明新现象的先导，要重视新仪器和实验手段研制。

2 逆境促人奋进

许多人在还没有获得建树时，渴望得到社会的承认，得到社会稳定的职业和社会地位，有一股拼劲。但是一旦拿到永久职位和职称，就不再努力，缺少内在的动力去攀登科学的顶峰。逆境常能促使人奋发图强，条件过于优越，反而可能使人懈怠。现在还没有得到社会承认，没有进入重点课题和项目的科技工作者不要灰心，很可能将来出现重大创新的部分科学家是那些身在内地，没有得到国家重点资助的科学家。也希望那些得到国家重点资助的科学家要特别的努力，不然就对不起社会、对不起国家。

肆青年如何才能成为科研的主力军

1 青年要成为科研的主力军

青年最有条件具备上面所说的素质和条件，因为他们包袱很少，敢想敢干，因而可能有创新活力。但是，青年要想有所发现，就必需刻苦学习和锻炼。科学研究没有捷径可走，要不断地尝试、失败、再尝试、再失败，经过千锤百炼，直到最后取得成功。只有从心理、身体、知识和能力准备好的青年，才能在一个关键的时刻抓住机遇，实现理想，作出重大科学发现的成果。

2 搞好老中青三结合

一个好的科研集体中，老、中、青科学家各有各的作用。他们互相支持，共同协作，才能形成思想活跃，干劲十足，经验得到继承，技术不断发展，科研方向始终处于前沿的集体。当前，在着力培养和选拔年轻科技干部的同时，要充分发挥中年科技工作者的骨干作用和老年科技工作者的指导作用。

3 发挥中年科技工作者的骨干作用

有造诣的中年科学家已经得到社会的承认，现在承担了很多重要科研项目的领导任务，是多数科研题目的负责人。在没有经过识别，也没有更好识别机制的情况下，社会应当将这些主要职责交给中年一代，而暂时还不应交给品质和能力尚未充分显现的青年。

4 老师的作用

很多时候，年青人作出的工作还不完善，需要有经验的科学家给以加工。如量子力学的完整理论，就是在海森堡的老师波恩带领下完成的。常常，年青人的才华要由有经验的科学家来识别，加以培养和鼓励，才能得到发挥的机会。一个成功的年青科学家身后，都有一些值得称道的老师。很多科学大师，如玻尔、波恩、布拉克、费米等，在他们生命的后期都带出了一大批杰出的青年科学家。

伍由此得出的结论

在科学发现的过程中以弱胜强，后来居上是可能的。关键是要充分发挥科研单位和科学家个人的主观能动性，主动、自觉地克服各种各样的困难，寻求突破的新途径。要紧紧抓住人才、战略和学术环境三个环节。

1 人才

要着力选拔有战略眼光和管理能力的领导班子和学术带头人。特别要注意选拔青年科技人才进入领导班子和成为学术带头人。要注重学科综合交叉，形成相关学科人才的临界数量和质量。

人才应从全国和全世界选拔，进行公开招聘，逐步打破目前由本单位人员中提拔教授和研究员的作法，实现完全的开放流动。 要在给科研重担和开放流动的环境下，加强对年青科学家的识别、培养、选拔和使用。

2 战略

根据科学前沿发展趋势和国情，在学科交叉的生长点上，扬长避短，以超越为目标，有选择地制订独特的发展战略。不能跟在别人后面以跟踪为目标，必需瞄准新生长点，探索新的研究方向和实现途径。

不要急于求成，拔苗助长或施加过大的行政压力。要强调科学研究集体内部的压力和动力。在加强竞争的同时，要保持相对宽松的学术氛围。

3 学术环境

建立创新思维得以萌发和实现的学术集体。集聚优势人才，展开学术争论，加强学科交叉和跨学科协作，提倡科研道德和优良学风。处理好竞争与协同、个人与集体、学术带头人与助理工作者、战略的严肃性和战术的灵活性、单科深入与多科交叉、学科发展与国家任务、规定项目和自由探索、老中青三结合、稳定和流动、理论和实验、科学和哲学、科学和技术、学术水平和市场价值等等关系。

陆结束语

二十一世纪初中国正处于经济起飞的前夕，处于实现国家现代化的关键时期，社会对科技已有强大的需要。这种需求，正如恩格斯所说，将比十所大学更有力地推动科学的发展。这是一个需要在中国大地上出现伟大科学家，也一定能出现伟大科学家的时代，是有使命感和责任心的中国青年科学家建功立业的大好时机。只要充分发挥我们的智慧和主观能动性，选好发展战略和领头人，团结协作，艰苦奋斗，做到以弱胜强，后来居上是完全可能的。让我们为此而共同努力。

via:

哪些重大科学发现，来自生活的启示︱科学史-深度-知识分子
http://zhishifenzi.com/depth/depth/10300.html
为什么伟大的创新是无法被计划的 - 华尔街见闻
https://wallstreetcn.com/articles/3691519
对话OpenAI科学家：伟大的创新无法被计划-虎嗅网
https://www.huxiu.com/article/2294106.html
伟大科学发现究竟出于偶然还是必然？
https://worldscience.cn/c/2024-11-04/663923.shtml
- 发现是不可避免的还是偶然的？(Is Discovery Inevitable or Serendipitous?)
  https://babie.cc/article/117479
周光召：历史的启迪和重大科学发现产生的条件|爱因斯坦|物理学家|卡文迪什_
https://www.163.com/dy/article/JHN82C0D05327SMN.html