如何做好科研

如何做好科研几天前，好几位看过我的博客的朋友都告诉我，作为一个国家级研究所的所长，你应该多写一点科研的东西。我觉得这个建议比较好，所以准备断断续续地写一些自己对科研的看法。有人会问，你自己的科研怎么样？如实地告诉你吧，不咋地，但是，我会努力的。不过，既然坐在研究所所长的位子上，就不应该过多地考虑自己个人的科研，而是应该考虑研究所如何发展，或者更大一点地说，中国的地震工程研究应该怎样走下去？要想做好科研，首先要做的事情是什么？我觉得应该是求德。这么说太空洞，什么是德？如何积德？在无数和德可以挂上边的品质之中，诚实和公正应该是重中之重。我们来看几个例子。大家都知道大科学家达尔文的科学贡献，那就是提出了进化论，写出了巨著《物种起源》。1931年，22岁的达尔文随“贝格尔”号环球考察，历时5年，随后，根据自己的所见所闻开始了进化论思想的写作。然而，1858年2月，科学家华莱士写出了《论变种无限地偏离原始类型的倾向》一文，提出了他自己的物种进化观点，和达尔文的思想不谋而合。华莱士将这篇写好的论文寄给同行达尔文征求意见，同时委托他转给地质学家赖尔审阅，看看能否出版。达尔文看了这篇论文之后，发现华莱士的观点与自己的“自然选择”的进化论见解不谋而合，就想放弃发现的优先权。后来，地质学家赖尔和植物学家胡克共同推荐华莱士的这篇论文与达尔文在1844年起草的有关论文摘要以及达尔文1857年写给美国学者AsaGray的信一起，在1858年7月1日的林奈学会上宣读，从而奠定了科学进化论的基础。达尔文和华莱士的诚实，以及地质学家赖尔和植物学家胡克的公正是科学界的榜样。2002年度日本学者田中耕一等因为对大分子质量的测定的工作而获得诺贝尔化学奖。这项工作是在他28岁时做实验时偶然发现的，其结果也只是在东京举行的一个小型国内会议上发表，当时并没有得到太大的重视。获奖以后，当日本记者问他如何得到导致获诺贝尔奖的科研灵感的时候，他回答说：是因为一个错误。他错误地把一种溶液混入了另一种溶液，因为他当时对化学、生物化学理论等相关知识的无知而导致他将研究持续下去。他不知道，按照当时的理论，蛋白质大分子是不大可能被离子化从而被测量质量的。９０年代初，人类遗传因子的研究热潮迭起，测量蛋白质质量成为该项研究的必需手段之一。不久，德国学者对田中的方法作了改进，使之适用范围大大扩展。美国加州大学的两位学者还专程到日本与他交流并要求合作。正是这些学者在自己的论文中介绍了田中1987年的原始论文，才有可能使田中的名字扬名国外，才有可能使瑞典诺贝尔奖评定委员会认定生物大分子质量的原始思想应该出自田中耕一。一个社会底层的科研人员在获得诺贝尔奖之后承认自己的工作是误打误撞的结果，欧美大科学家在自己的工作中不忘注明引用田中的原始论文，和诺贝尔奖评定委员会的公正评判，哪一点不是我们作科学研究需要首先学习的内容？也许你会说，达尔文的故事太古老，田中的故事太遥远，那就告诉你一个我们身边的故事吧。这是我从当事人那里亲自听来的。在中国的地震工程研究领域，刘恢先先生是当之无愧的第一号贡献者，而胡聿贤院士则是第二号贡献者。当年，他们共同在工力所工作，因为科研观点上的不同，经常吵得不可开交，但是，这样的争吵并不影响当时当所长的刘先生对胡老师的评价。80年代末，当胡先生已经离开工力所，在地球物理所任职的时候，刘先生还亲自打电话给胡先生，告诉他要推荐他当院士，需要他的资料。这样的胸怀，是否是我们的学习的榜样？在当今的中国社会，动不动就是发明一个“X氏理论”，国际领先；动不动就将一个还不是本科的私立学校说成是最有影响的高校之一；把国外的零件买回来贴上自己的标签号称是自创；应用阴阳八卦可以算出太阳系的第十大行星；利用《易经》等可以证明四色理论；发明永动机等等、等等。要想真正地有水平，应该是走出所门、校门、系统门、行业门乃至国门，让别人评价，不要关起门来沾沾自喜地认为“我是老大我怕谁”！诚实地承认自己的差距，公正地对待自己的结果，我们才有可能更上一层楼。所以，我想说的是，要想在科研上有所作为，要想成为一代科学宗师，必须具备其德，要诚实、要公正，要有一代宗师的宽广胸怀！学习科学发展史做好科学研究的准备工作之一是学好人类科学的发展历史，看看历史上科学是如何发展的，别人的东西有什么可以被我们借鉴的？我给大家推荐一本书，由《自然》杂志编辑PeterTallack主编，英国皇家研究院院长SusanGreenfield写前言的《科学之书》（TheScienceBook），副标题是“影响人类历史的250项科学大发现”。这本书列举了从公元前35000年的上古时代开始至公元2000年为止的250项重大科学研究。看完这本书以后，我感慨万千。中国号称是“四大文明古国”之一，和巴比伦（今天的伊拉克附近的西亚）、埃及和印度并列为四大文明古国。按照国外的定义，这个四大文明古国是我们自己定义的，见：但是，通篇阅读《科学之书》这本书，只有两个地方提到中国，一个是计算的起源，谈到中国古代曾经用到一、二、三等来计数，同时，它又指出，苏美尔人公元三千年前就已经开始使用60进制，也就是我们至今仍然使用的时间、角度等度量系统。这个时间比我们知道的中国最早的朝代，夏朝，还要早几百年。另一个提到中国的地方是史前天文学，提到了三个文明（埃及、巴比伦和中国）对季节、气象和天地相互关系等方面的贡献，但是从时间的排列上，中国也必埃及等晚了一到两千年。实在是想不通，堂堂五千年的华夏历史，我们能够说出来的就只有这些？想一想我们至少还有《九章算术》，那还不行？《九章算术》应该出现在公元一世纪的下半叶，但是，根据《科学之书》记载，希腊人欧几里得的《几何原本》早在公元前300年就已经出现，比我们要早400多年。更加令人生气的是，该书还提到，《几何原本》的译本还被传到亚洲、欧洲和地中海地区！那么，我们不是也有祖冲之那样的大科学家？是的，早在公元400多年，祖冲之就算出了圆周率在3.1415926和3.1415927之间。查查历史，在公元前200多年阿基米德利用96边形早已算出了圆周率是3.1418（顺便说一句，祖冲之之前的刘徽也是利用96边形，可是只算到3.14），从理论上说，又比我们早了600多年！对圆周率后来发展的科学贡献应该归功于约翰－朗伯特，他在1768年证明了圆周率是一个无理数。1997年，人们利用现代计算机算出了小数点后面的515亿多位，仍然没有找到任何规律！气不过，只好求教于中国人民的好朋友，世界著名的中国科学技术史研究专家李约瑟博士的著作。李博士尽其毕生精力撰著多卷《中国的科学与文明》，也通常被译作《中国科学技术史》，是将我国古代科学技术系统介绍到国外的第一大家。李约瑟高度赞扬了中国古代科学技术的伟大成就，批评西方没有认识到中国古代科学技术对世界文明所做出的伟大贡献。他列举了我们常说的四大发明，认为我们中国人是全世界首先发明磁性指南针、炸药、造纸术和印刷术，以及接种牛痘（这点还有比较大的争议）的国家。同时，他又提出了至今令全世界仍然无法回答的问题是，“既然中国古代科学技术成就非常伟大，但是中国的古代文明为什么没有发展出现代科学技术”？这就是著名的李约瑟难题。为什么会是这样？李约瑟自己给出了答案。第一，在中国，真正的封建主义并不存在，中国大统一以后的封建制度是一种“官僚封建制度”，束缚了中国科学技术的发展，主要体现在以下几个方面。1）中国是农业国，没有城市化，信息交流中断；2）中国的政治体系不是依赖选举，而是依赖于朝廷的任命，官僚思想浓厚；3）重农轻商，阻碍了科技发展。第二，中国所处的地理环境决定阻碍了科学技术的发展。中国北面是沙漠，西面是雪山，南面是丛林，东面是海洋，每年有飓风、洪涝。中国庞大的水利网建设消耗了大量的资源，阻碍了科学研究的前进。这些，我都赞同，但是，我觉得，中国至少还有一个重要的原因，那就是，持续不断的战争和改朝换代浪费了资源、助长了官僚作风、提高了人们从政的欲望，人们还哪有时间去搞科研？因此，李约瑟总结说，“中国人在科学实验发明上的确非常伟大。问题是：它们为什么没有继续上升到理论，构筑起其理论体系，或如西方那样，发展出现代科学？”这正是我想要问的！为什么？这个问题是否是我们每一个科研工作者都需要回答的问题？了解中外文化在第二讲中，我们提到了华夏文化的创新结果。这里，我想就中外文化的不同之处谈谈我的一点个人看法，算是抛砖引玉吧。大家知道，中华文化的精髓是中庸。中华文化在经历了东周时代的春秋、战国时期的繁荣，后来由于秦朝的统一，焚书坑儒运动，极端的中央集权，给文人们留下的只能是溜须拍马，唯皇上的一切言论为圣旨，严重地阻碍了自由科学思想的发展。在一个平民没有任何发言权的时代，人们为了明哲保身，即使有不同想法也不敢说出来，久而久之，就形成了一个中庸的习惯，每一个人都以随大流而自豪。所以，天子朝廷式的集权制度使得“学而优则仕”极端盛行，每一位学习好一点的人，为了自我利益的最大化，最后的选择只能是走向官场，形成一个恶性循环的体系。学习好的人削尖着脑袋往上爬，途中历尽千辛万苦，到达一定的官位，愈发享受和扩大官位的利益，而官位的利益越来越大，吸引着越来越多的人相互踩踏，争先恐后地往上涌。中庸的文化使得我们的习惯是“枪打出头鸟”，不管你的意见是否正确，只要是和大流不同，都被视为异己，都被打入冷宫。熟悉科学发展史的人们知道，一个创新的科学思想绝对不是一个从一开始就是被大众认可的思想，所以随大流的思想肯定不是创新的思想，虽然并不是每一个极端的思想都可能导致创新，但是没有自己独特的主见肯定不会有新的突破。“枪打出头鸟”的习俗阻碍了个人思维的自由发展，严重制约着中国的科技进步。有了“枪打出头鸟”的习惯，中庸的文化倡导的只能是求同，强调群体的共性。这样的群体就像一个工厂出来的流水线产品集合。从管理的角度，这样的群体管理也是简单得不能再简单的了。因此，在中国，每一个人都需要找一个和自己类似的群体，就像任何一只大雁一样，必须要找到自己的队伍，永远是雁队中的一只。群体的共性决定了每一个问题都有一个标准答案，而群体中的每一个人都必须向这个貌似标准的答案目标靠近。这样的团体行为对于大的工程项目是非常有用的，但是对于科学研究却是巨大的灾难。从逻辑学来说，群体的求同就是归纳方法。张三有两条腿，李四有两条腿，王五也有两条腿，所以每一个人都有两条腿，这样的思维就是归纳法。归纳法本身没有什么错误，但是，归纳法描述的是共性，是表象的总结，是感性认识的集合，是由个体推向基本原理的理论，所以，利用归纳法本身难以产出具有特殊性的创新性结果。重要的是，利用归纳法得出的结果不一定是完全正确的。例如，王自法晚上不在家，王自法一般晚上在办公室，所以，王自法在办公室。这是一个典型的归纳法的例子，但是，肯定不是最准确的结果。要想创新，只有从感性走向理性，从一般走向特殊，可是，我们的古代文化不支持特殊、不支持理性的思考。与此相反，西方文化的特点是求异、强调个体的作用。在西方社会，政府的作用不像古代的中国，至少不是强权、专制的政府，所以，在西方社会，对个人舆论自由的约束主要来源于教会，而教会没有执政的权利，因此，个人的自由思想得到高度的解放，各种奇异思路层出不穷。和“学而优则仕”的作用刚好相反，越是强调个人特征，个人的特征就越加明显。为了更加突出自己的个性，求异就自然成了每个人的追求。任何一个人，如果希望得到别人的认同，只有凸现自己的特色，那么，各种创意自然就随之而来。难怪现代科学能够在西方起源并得到发扬广大。求异的途径，在逻辑上就是使用演绎方法。演绎的方法是以一般性的知识为前提，推理出对个别事物的认识或者理论，这恰恰就是创新。一般地说，演绎推理是从一般到特殊、从合理的前提得出结论的推理过程，它的目的就是希望发现前提和结论之间是否存在着有规律、合乎逻辑的内在关系。演绎法有两个基本方面，一个是前提要真实，二是论证要正确，最后通过实践来检验推演出来的结果是否符合实际情况。例如，下面的