2022新科研的本质

编者按：对于鼓励报考学术性硕士的非常好的励志文章，有删节。科研的本质文/李会超世界有70亿人，专职一线科研人员近千万，科研密切相关人口几千万，这是一个很庞大的群体。截至2011年，我国在读研究生总数164.6万人，居世界前列，其中在读博士生27.1万人,占16.5%；在读硕士生137.5万人，占83.5%。虽然如此，科研或者说学术依然显得“神圣”“神奇”甚至是“神秘”，不少立志于此甚至正在科研的学生对它并没有准确的认识。科学研究作为一个古老的职业，它有自己的特点和魅力。人类如果没有科研，就不会进步。科学发现革命性的推动着生产力的发展，数次科技革命的标志性发明背后是那个时代新的科学认识：如果没有经典力学和热力学的发展，壶盖被开水顶的再高瓦特也搞不出实用的蒸汽机；如果没有电磁学的发展，电子计算机将找不到基本的运算器件；没有量子力学的发展，能够运行DOTA的计算机将占据一栋大楼。科学研究，是人类认识客观世界、探寻客观真理的过程。它以既有的发现和知识为基础，以符合逻辑的推理方式提出假说，以客观的观察和实验手段证明假说，从而使假说上升为科学发现。无论是量子力学、相对论和DNA双螺旋结构等开创性的科学发现和理论，还是今天研究生在实验室中从事的一些细节研究，都遵循着这个路线，为人类的知识大厦添砖加瓦。在国内提到科研或学术时大多只提到自然科学，而是忽略了社会科学，这也和国内重理轻文的氛围有关，有中科院院士但是不见有社科院院士。当然，这也是我国特定时期国情的需要，但是随着经济的进步，在社会领域诸如社会不公、贫富差距过大、民众幸福感降到历史最低水平等问题的出现，急需人文社会科学来解决这些问题。只是相对比人文社会科学，自然科学更具客观性，因此下面的行文均以自然科学为例。笔者在学前年龄的时候玩了一下午磁铁后，独立发现了其同性相斥、异性相吸的规律，如果我早出生几百年，这将是一个重大的科学发现，笔者会成为留名历史的重要科学家。然而在今天却只能是小朋友的课外探索。科研的本质在于创造新知，而不是重复已有的工作，发现已经发现的规律。笔者刚入中国科学院读研时，一位院士在讲座中提到，美国不少大学的博士学位证书上会印上一句意为“祝贺你，你为人类创造了新的知识”的拉丁文。博士学位是获得者被学术界接纳、可以独立的进行工作的标志，而学位证上的这句话也正印证了科研的这个本质。我国的不少文艺作品创作者在广大人民群众心中打造的科研工作者形象，往往是无所不知、不出差错的神人。这就给大众一种错误的认知，真有此能力的神人，是庙里的佛和教堂里也见不到真身的上帝。科学认知世界的过程，是一种不断接近真理、不断在前人研究的基础上否定前人谬误的过程。做科研，有时就是“打脸”和“反打脸”。对于光的本质，我们现在的认识是光具有“波粒二象性”，这个概念对于认真学习过高中物理的同学应该不陌生。然而在19世纪中叶，光的波动说和光的例子说各有一个支持阵营，两方进行着激烈的论战。粒子说的支持者泊松，为了证明波动说纯属胡扯，从菲涅尔的波动说论文推导出了一个结论：如果光是一种波动，那么光在一个不透明的薄板后将产生形似“圆环套圆环娱乐城”的衍射环，并在衍射环中心形成一个亮斑。从常识上讲，如果光从墙的一侧射过来，墙后一定是黑漆漆一片，没有“圆环套圆环”，更没有星星点点的亮斑。泊松以此判定波动说肯定不正确，并炫耀性地向波动说的支持者公布了这个结果。泊松的高兴劲还没过，波动说支持者阿拉戈就在实验中观察到了泊松亮斑现象，更加有力的确立了光的波动说的正确性。泊松虽然自己打了自己的脸，但这个现象却被永久的命名为“泊松亮斑”，折磨着一届又一届上大学物理课的同学们。科研这种互相打脸的活动，遵循着一套固有的套路，不按套路出牌者的打脸行为是不被参与或不参与“决斗”的科研同行接受的。这个被称为“科研方法”的规范，不同学科有不同的具体诠释，但归纳成一点，就是用实验证明假说。小学语文课文告诉我们那个可能并不存在的比萨斜塔实验，是近代科学的标志性起点。用现今的科研规范看，这是第一个做的靠谱的科研工作。在这个实验之前，认真自然的方法是相对主观的，证明科学观点的方法是辩论，《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》里喋喋不休的抬了4天杠的3位老兄，进行的就是这样一个活动。在这种抬杠式的科研环境中，人数的多少有时都能决定事情的发展.古希腊有一位老兄发现了面积为2的正方形的边长不能用有理数表示出来。当时的数学家为了防止他们心目中和谐的有理数世界遭到破坏，合谋将这位仁兄扔进了爱琴海喂鱼。在近代科研方法确立后，实验结果是假说理论判定的唯一的依据，从而使得这种为了真理付出生命的事情再也没有出现，取而代之的，是时而闪现的以一己之力改变整个学科的英雄们：爱因斯坦以两篇论文彻底改变了物理学体系，薛定谔、海森伯、泡利等联手建立的量子力学体系使我们获得了认识微观世界的方法等等。王国维在《人间词话》描述了人生的三个境界：“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”;“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。”和“众里寻他千百度，蓦然回首，那人正在，灯火阑珊处。”这也恰好契合了科研工作中的三个阶段：调研、实验和分析总结。第一个阶段，“望尽天涯路”，了解已有的知识和可能的研究方向;第二个阶段“为伊消得人憔悴”，要进行细致的实验，不断解决实验中所出现的问题，在实验进入死胡同时及时改变方向。之前的努力，在第三个阶段获得成果，终于找到了“灯火阑珊处”的科学结论。完成这样一个过程，短则几个月，长则数十年。甚至有些需要长期积累数据的工作，需要几代人的共同努力。我们在高中物理中学到过开普勒行星运动三定律，留名的开普勒其实只完成了第三个阶段的工作。他的贵族老师第谷，花费自己的金钱和毕生的精力，积累下了大量的行星观测数据。没有他们，开普勒不可能有之后的发现。或许有人会立刻站出来反对我上面的观点，说很多科学发现的过程有很大的偶然性，比如大家耳熟能详的苯环和咬住自己尾巴的蛇的故事。像这样撞大运的事情，还有电磁波的发现：1886年，29岁的科学青年海因里希•赫兹正在科尔斯鲁厄大学的实验室里玩电火花。偶然间，赫兹发现他正在摆弄的线圈附近的另一个开口绝缘线圈的两端有火花跳过。恰在两年前，他的导师亥姆霍兹从柏林科学院接了一个有奖项目，就是用实验的方法验证电磁波的存在，两年间赫兹一直在跟这个题目死磕，但没有取得太多进展。这个偶尔闪现的火花让赫兹联想到了音叉共振的现象，进而意识到问题的解决已为期不远了。他重新设计了实验方法，成功的重复了那个偶然发生的共振放电。在这种偶然的背后，并非单纯的运气，或是漫无目的的胡思乱想。电磁波对赫兹没有特殊的感情，她可能对当时每个进行电磁学研究的人都曾“犹抱琵琶半遮面”过，但只有赫兹以两年多理论研究和思考的基础，敏锐的意识到这个偶然现象背后的巨大意义，从而夺得了科学上的一个桂冠。任何一项科研工作，不管其是宏大还是细微，都需要扎实的基础工作，没有任何一个投机取巧者能在科研工作中获得（诚实的和有科学意义的）成功。虽然“科学技术是第一生产力”，但科学家从事科研工作最根本的动机往往并不是对科学成果实际意义的大小，而只是探索未知世界的乐趣。同时，科学发现往往是超越时代的，在当下也很难预测科研工作到底会在几十年或几百年后产生怎样的价值。科研更多的应该是一种纯粹的、不带功利的活动。赫兹刚发现电磁波时，曾经写信给他的友人，说他发现的这个东西除了好玩，一点实际意义都没有。如果把今天能够用无线电波视频通话的3G手机放到赫老爷子面前，他也该“当惊世界殊”了。好奇，是人类进行科学探索的本质原因和大部分科研工作者选择科学研究作为职业的最原始的动机。这与男生们普遍喜欢的玩电子游戏魔兽争霸(DOTA)的感觉类似。DOTA好玩，能够把对手打败的成就感