第3节

科学进步的模式

对于有价值的缺陷，我所列举的例子涵盖了许多技术，从燧石到光活检，但无论哪种情况，有一点都是显而易见的，即材料和技术受缺陷的控制，而科学的进步往往具有偶然性，即使在稳步前进的情况下也是如此。之所以进展缓慢，是因为科学家和其他人一样容易犯错；他们会下意识地拒绝新观点，并对挑战自己地位的想法持消极态度。通常，进步来自实验和经验主义，随后是详细的理论。在某些情况下（如光纤），创新会遭遇重重阻碍，因为它会取代那些专业知识过时的人。即使在半导体生产中，人们也曾拒绝改变热扩散（即加热）添加掺杂剂的方式，转向现在普遍使用的离子束注入。这些都不足为奇，因为技术的变化伴随着专业知识、投资和人员的变化。

另外一个困难在于，对普通公众来说，微小的进步并不会令人兴奋，尽管他们也期待产品不断改进。因此，出版物、媒体和科学家更喜欢有新闻价值的项目，在这些项目中，一闪而过的灵感可以带来巨大的飞跃。大多数情况下，这些“飞跃”是长期思考和实验的结果，但为了宣传，最好将其描述为灵光乍现。有些鼓舞人心的故事可能是虚构的，但对非科学记者来说，描绘一个刺激巨大进步的偶然性事件更加容易。阿基米德在泡澡时灵光乍现，思考水的密度和水位变化，得到正确的压力值。牛顿用一个掉落的苹果来解释引力，对公众来说，这种故事也极具吸引力，但这可能纯粹是一种虚假宣传。还有一种倾向是诋毁显然包含偶然性的进步，说它们只是偶然发现的例子。

区分科学和偶然发现

对不从事科研工作的人来说，面对机缘巧合，第一反应是将其视为偶然发生的随机事件，而它给这位幸运的科学家带来了声望和财富。当然，外行或竞争对手可能将此视为不公平的好运。但事实上，这种情况很少发生，通过偶然发现取得重大进展，这足以证明技术、计划、洞察力以及对意外事件的解读能力。如果在网上检索那些因偶然发现而取得的重大科学进步，你会得到一个庞大的列表，其中还包括许多诺贝尔奖。数一数被引用的例子和名人有多少，结果可能更加出人意料。许多诺贝尔奖获得者由于偶然的实验和发现，才获得如此巨大的声誉和财富。事实上，诺贝尔本人也是在半偶然的情况下发现了安全处理硝基甘油（即炸药）的方法，从而收获了财富。但他的兄弟就没有那么幸运了，他在一次爆炸中丧生。

偶然性可能也意味着发现用于某一目的的一种产品在完全不同的用途中也有重要价值。早期人们研究摄影中使用的化学物质，从而得到了赛璐珞。在课上，我会说这项成功被大肆宣扬，因为第一个受益对象是大象。这种新材料被用于制造台球，它比象牙便宜得多，因此被射杀的大象数量减少。由副作用偶然产生的医学进步案例比比皆是，人们普遍感兴趣的是避孕药和保健类产品，它们最初的医疗目的与现在的用途截然不同。一些科学家甚至认为，所有的生命形式和进化都是由一系列偶然事件发展而来。

我认为，对一位优秀的科学家来说，考验并不在于那些偶然出现的新的重要结果，而是能否发现反常之处，然后进行重复和发展。我们大多数人都在研究中都取得了这样的飞跃，对此我深表感激。但我也怀疑，在一些略显消极的时刻，由于我们心事重重或者怪事发生时不在实验室，从而错过了多少可能的重大进展。在疲劳或经验不足的情况下，面临可能是设备错误导致的意外结果。我们很容易发生这种疏忽。因此，经验至关重要。幸运的是，我曾经在实验室的废纸篓里看到一张被团队成员扔掉的图表，因为这组数据出现了一个重大异常，而他此前在其他实验中从未见过这样的异常。好在我意识到，这组数据说明我们已经通过俘获杂质的相变完成了加热。这一偶然事件开启了一个令人兴奋的新研究主题，得出了许多见解，发表了多篇论文，并受邀举办了多次讲座。实际上，反常现象是一颗灿烂的信息宝石。比如我的女儿在另一所大学实验室里制造一种新型光纤，她想知道为什么它会产生一些不同寻常的性质。这些事件确实增加了实验研究的乐趣。当然，我们也会忽视一些异常现象，但我认为其原因在于教学、行政管理和撰写资金申请耽误了过多的时间，而非我们对新数据的褊狭态度。

识别意外收获

我们可以从很多层面上利用机缘巧合，最重要的是认识到，我们一生中总要持续不断地接触各种不明确的信息。在学校里，老师教给我们的都是经过深思熟虑和理解领悟的内容。我们知道这样可以丰富自己的知识，但由于这些信息直接呈现在我们面前（无论我们是否感兴趣），因此我们可能并未对它进行充分的思考，也没有掌握如何分析新信息的一般模式。因此，偶然发现只是名人取得的另一种进展。我们真正需要提醒自己的是，我们不断听到、读到或看到一些事实，我们可以把这些事实综合起来，并找出行为模式。我们需要认识到，我们有能力处理这些事实，从而得出自己的结论。也许我们不应该称之为偶然发现，应该将其视为善于观察的结果。我们也许并不能因此而收获名声或财富，却可以因此过上更加幸福的生活。

一孔之见能否取得成功？

答案显然是肯定的，如果我们完全理解某一事物，就没有追求进一步认识和研究的乐趣或动机。我是一个相当典型的研究型学者，在一些领域拥有一定的专业知识，并且具备较深厚的一般知识。在读研究生期间，我曾认为自己没有完全理解课题，因为我缺乏经验，如果再过几年，我将有更加深刻的见解。很多年过去了，作为一名相当成熟的教授，我仍然不太了解自己的学科，但我意识到这是常态，并且它并不会影响我的职业发展。事实上，这是一个具有积极意义的缺陷，因为它是我们进步的动力。

同样，大多数科学家都希望获得一定程度的声誉和国际荣誉。对不同的职业来说，名望的意义也不一样。在科研工作中，我们几乎不会像电影明星那样被公众熟知并频繁在电视上露面。科学研究需要的技能不同于开拓性科学。在研究领域，一些人认为，有名气的表现就是作为“杰出”的演讲者受邀参加会议，或者在著名期刊上发表综述文章。事实上，这种会议倾向于邀请善于演讲和写作逻辑清晰的学者。而学术造诣最高的科学家未必具备这些技能，他们很容易忽视这样一个事实，即大多数听众不太了解该领域（或缺乏必要的背景或智力）。然而，实事求是地说，大多数审稿人、主讲人或文章与资金申请的推荐人可能只是比同领域的其他人多知道一点东西。对一个发展中的学科只有部分了解，这是常态，有些专家具有更高的批判性，即使是成熟的科学理论与模型，他们也能从中发现弱点。在探讨一个主题并尝试取得进步的过程中，不完美的分析与不全面的理解都是可以接受的，这是一种务实的途径。越是优秀的科学家越有可能认识到理解的局限性，因为他们对自己的工作与自我有安全感。这会鼓舞年轻科学家以及从事其他工作的读者。重要的是，正是由于认知的不足，我们才能生存和前进；即使是最伟大的科学家也并非完美无缺，我们赞扬因偶然发现所取得的进步，但我们不应因此而受到约束。

小科学与大科学

许多学生误认为，只有由著名的实验室（如欧洲核子研究中心、美国国家航空航天局等）从事的投资巨大的大型项目，有高度复杂的运算和模型才算是科学。事实上，这些项目可能很有趣，吸引了很多聪明能干的人才，并花费了大量的资金。对政治家来说，这么做很有好处，因为一台极其昂贵的设备提供了良好的曝光机会，他也可以通过与诺贝尔奖获得者和著名科学家交往来提高自己的形象地位。事实上，许多参与其中的科学家可能也抱着同样的心态，他们对极具想象力的数学假设和理论的理解有限。这些设施的一个缺点是，人们必须在特定的地点工作，因此一个人的生活需要依工作而定，直接接触到的人的视野和关注点都很有限。这对家庭成员来说是一种损失。

对于那些参与者众多的项目，我的经验是，对较低级别的参与者来说，他们很难获得满足和认可。他们可能在特定的任务中获得了成功，个人可能获得了一定的成就感，但对大型机器中的一个小齿轮来说，他难以获得真正的荣耀。而知名的项目领导者可能同样不满意，因为最高职位涉及繁多的行政和财务问题，导致他丧失了研究的乐趣。就我自己来说，在一个5人项目组中取得成功所带来的个人成就感是50人项目组的10倍。或许其中隐藏着一个规律，即个人成就感乘以参与者数量是一个常数，逆规则是，较小的团队合作更加紧密，影响力更大。

计算机制图与期刊论文

在现在的期刊上，通过计算机制作彩色图表已成为常态，但我往往与年轻同事的观点相左，这些图表看起来似乎更加精细，实际上却掩盖了重要数据。其中存在一些问题。首先，计算机屏幕显示器具有良好的色彩敏感度，而在期刊中，彩色印刷的效果可能大打折扣。此外，可能很少有人注意到，大约10%的白人男性都患有某种程度的色盲。请注意，“色盲”是一个非常令人沮丧的误称，实际上它可能只意味着这些人对颜色的反应不同于普通人的典型反应。因此，任何能够感知更大光谱范围的人都无法通过标准的色盲测试。只有极少数人没有色彩感受器，他们往往拥有更多简单的杆状感受器，其灵敏度是锥形色彩感受器的100倍左右。在低光照水平下，前者的光敏感度远远高于普通的感受器。

科学期刊的图表千差万别，有些期刊包含极其复杂的图表，旨在展示不同类型的数据如何相互关联。这些图表可能十分详尽，但对我来说，除非是我特定感兴趣的话题，否则我总会跳过它们，因为要理解这些图表可能要消耗不少精力。它可能会让那些偏爱简单明了的读者望而却步。

其他期刊认识到时尚的彩图与清晰度难以兼容，因此在文章中呈现两种形式的图表，读者也可以通过“线上”方式获取图片，其中包括用“老式”黑白图呈现的数据。为了突出这些图片的差异，我会展示最近与三位朋友合作发表的一篇论文中的图表，即图16.2和图16.3。这三位合著者非常年轻，喜欢使用彩图，而我已经上了年纪，更偏爱黑白图。图16.2直接对比了彩色强度图与老式的等高线图。图中展示了光致发光的强度随温度的变化。在我看来，等强度线的数量比相对强度更加直观。

▲图16.2 粉红色方钠石光致发光波长随温度变化的数据呈现方式对比

图16.3 来自粉红色方钠石的热致发光数据

注：（a）为彩色强度变化图；（b）为同一热致发光数据的等强度线图；（c）为三个变量的透视三维立体图，能够揭示更多细节。

图16.3（a）和图16.3（b）是两幅相似的热释光图，其中强度和光谱都随温度变化。彩图突出了峰值位置，但掩盖了它们的相对强度和细节。等强度线图效果略胜一筹，但在如此大的动态范围内，可以使用对数刻度加以改进，将弱信号和强信号都囊括在内。但是，图16.3（c）更有价值，因为它是三个变量（强度、温度和波长）的三维立体图，使各组成部分的特征可视化，便于区分，我能从图中看到无法在彩色强度图中看到的内容。透明的网格使读者可以看到背景中由强到弱的所有信号。我的观点基于这样一个事实，在我读研究生的时候（那时尚未流行计算机制图），图表均靠手工逐点绘制，可以立刻注意到其中的细节。在未来10年里，人们可能会使用三维全息图来展示信息，这将是意义非凡的发展。

科学与媒体

我还没有讨论通过电视向大众进行的科学普及。对于有关大自然的节目，可以直接请出色的主持人提供精彩的视觉素材，让观众对主题产生共鸣。这些都是节目的趣味所在。第二种容易取得成功的领域可能是天文学，尽管它对主持人来说更具挑战性。医学方面的图像往往富有想象力且色彩鲜艳。例如，新型冠状病毒的图像、颜色和动画演示都是图形艺术（而不是观察与测量数据）。这种形式当然引人注目，但事实上，一般的电视观众无法通过这种方式掌握有关该学科的事实和获得直观感受。工程与其他实用性科学的推广可能更容易，因为它们会吸引那些出于兴趣而主动选择观看的观众。那些阅读科学杂志或书籍（比如本书）的读者也是如此。

与详细的期刊论文相比，大众媒体的报道总是涉及轰动性的事件（如流星雨），这是我们可以看得见的现象，同时又带有一定的科学性。添加风景名胜可以吸引额外的兴趣。医学界的戏剧性说法很有市场。相比之下，微小的进步，或是对之前精彩的解释构成质疑的事实，始终无法成为头条新闻，甚至连提都不提。结果，科学可能给公众留下了非常负面的印象，或者人们误以为科学一定充满了艰难险阻。

我认为，让更多人接受科学方法大有益处，因为我有一个非常理想主义的想法，我认为这样可以造福全人类，而不是开发更先进的电脑游戏或电子通信，导致人与人之间无法建立真正的联系。我理解电视和报纸都想找到能吸引眼球的新奇事物，从而解决营销问题。从媒体的角度来看，证明一些令人兴奋的伟大主张（例如超级药物）实际上没有最初宣称的那么成功，甚至证明这是一个有不良副作用的失败产品，更是没有价值的新闻。也有一些电视节目会提供极端主义观点（它可能与大多数有记录的科学研究存在重大冲突），因为这会引起人们的关注，并有助于电视频道的收视率。这些电视节目显然有失公允。大众电子媒体也是如此，人们往往不重视事实，电子图像被篡改，导致假新闻泛滥，阴谋论大行其道。

在媒体传播领域，任何能够解决这些负面因素的人都是前途无量的。他们必须寻找科学领域的兴奋点，并清楚地阐述事实与观点。要做到这一点，并得到大众市场（而不仅仅是科学家）的认可和欣赏，他们必须与众不同，我们迫切需要这样的人才。