在國外如何進(jìn)行自然科學(xué)研究

施一公+劉曉蕾

世界上沒有什么是一成不變的，每一條公理、定理只是在一定時期、一定范圍內(nèi)有效，我們知道的公理只是對現(xiàn)實(shí)世界適用，在我們發(fā)現(xiàn)新世界之前，在我們有限的宇宙空間內(nèi)適用，它一定會被更新的理論和公理取代。

首先我想說，不管聽多少講座都不可能完全關(guān)照好你們留學(xué)生活的每一方面。留學(xué)期間大家還是會有自己的感受，我也鼓勵大家有自己的新體驗(yàn)、新想法、新做法。

我想講四個方面：一是英文的寫作和閱讀；二是成功科學(xué)家的必備素質(zhì)；三是科學(xué)研究的三要素；四是科學(xué)研究的過程。

英文的寫作和閱讀。對很多留學(xué)生而言，英文寫作都會是他們面臨的一個比較大的痛苦。如何才能提高？每天背多少單詞、讀多少本書，這種方法不現(xiàn)實(shí)，很難堅持。但是有一個方法用心一點(diǎn)是可以執(zhí)行的：每天讀30分鐘當(dāng)?shù)氐膱蠹垼x當(dāng)?shù)氐男侣劇?/p>

為什么讀新聞？因?yàn)槠湫侣勑源偈鼓阆肓私饧?xì)節(jié)。如果每天肯花半小時用心讀新聞，兩年以后你的英文寫作會脫胎換骨。為什么不是讀科學(xué)文獻(xiàn)？原因很簡單，在英文不好的情況下讀科學(xué)文獻(xiàn)，10分鐘就睡著了。讀“八卦”你不會睡著，越讀越有趣。新聞就是“八卦”，而新聞里的文筆和科學(xué)寫作的文筆非常相似，講究邏輯性，行文行云流水，會讓你感覺很振作。當(dāng)然這個過程不是走馬觀花似的。

如果大家想詳細(xì)了解英文寫作和閱讀的技巧，歡迎去我在科學(xué)網(wǎng)的博客，有專門的文章闡述。

成功科學(xué)家的必備素質(zhì)。一個成功科學(xué)家需要具備什么樣的素質(zhì)呢？答案可能會有很多，堅持、細(xì)心、謹(jǐn)慎、投入、持之以恒、善學(xué)好問，等等。這些都對，但是沒有一個成功科學(xué)家能擁有全部這些素質(zhì)，而一定是將這其中的某些素質(zhì)發(fā)揮到了極致。

這其中有幾條是必須具備的。

首先是時間的投入，也就是通常講的刻苦。沒有時間投入，什么都是妄想。沒有一個成功的科學(xué)家是不用努力的，即便有，他可能名氣很大，但不一定是一個好科學(xué)家。你可能覺得自己貪玩、不適應(yīng)環(huán)境，或者找借口說自己不是做學(xué)術(shù)的料，這些理由以前我都找過。但人是會改的，是可以適應(yīng)環(huán)境的，最終會把時間和精力投入到做研究上來。從博一覺得實(shí)驗(yàn)室太苦，到博二基本適應(yīng)，再到博三完全適應(yīng)，這個過程我記憶猶新。刻苦是我認(rèn)為一個成功科學(xué)家必須要具備的素質(zhì)之一。

第二是批判性的思維，這對中國學(xué)生尤其重要。在清華研究生會組織的一次巔峰論壇上，請了兩位諾貝爾獎獲得者——楊振寧先生和以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃。當(dāng)時學(xué)生一而再、再而三地問做學(xué)術(shù)核心的宗旨是什么，阿龍的闡述非常精彩，其核心就是批判性思維。他說在以色列，所有人從小到大，家庭、社會教的就是要與眾不同，不能簡單接受別人教給你的東西，要懷疑一切。

當(dāng)然你可能很納悶，如果懷疑一切，那什么是真理？其實(shí)這是辯證的，懷疑一切不等于不接受所學(xué)，而是懷疑之后再接受，要有自己的思考。

批判性思維包括很多內(nèi)涵，比如挑戰(zhàn)學(xué)術(shù)權(quán)威，而不是簡單接受。我曾經(jīng)挑戰(zhàn)了自己的博士生導(dǎo)師杰米·布羅克，他是美國著名科學(xué)家，名氣很大。有一天組會，他非常激動地說要證明熱力學(xué)第二定律是錯的，并給我們做了一番數(shù)學(xué)推演。我沒想到我的導(dǎo)師居然要去挑戰(zhàn)熱力學(xué)第二定律這個被認(rèn)為是不可挑戰(zhàn)的真理，當(dāng)時他是想挑戰(zhàn)更大的科學(xué)公理。一般的學(xué)生遇到這種情況不會挑戰(zhàn)老師，但是我就沒有忍住，實(shí)驗(yàn)室20多人，就我一個人做了出頭鳥，向老師挑戰(zhàn)，因?yàn)楫?dāng)時我在下面看得很清楚，他的推演是有問題的。我指出了問題，他也馬上就明白了。但是其他學(xué)生太敬仰我們的導(dǎo)師，包括美國學(xué)生也一樣，最后我被他們?nèi)浩鸲ブ?/p>

那天的午飯我是自己一個人吃的，沒有人和我一起，這讓我第一次嘗到了挑戰(zhàn)學(xué)術(shù)權(quán)威的“苦果”。然而我也因此受益，第一是受益于導(dǎo)師的態(tài)度，第二是受益于我挑戰(zhàn)他的表現(xiàn)。因?yàn)檫@件事，突然間我得到了全系的關(guān)注。后來我申請新的工作，我的老師給我寫推薦信也用了這件事舉例，說我具有強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)，不僅有利于做生物學(xué)研究，對物理化學(xué)也同樣有利。

世界上沒有什么是一成不變的，每一條公理、定理只是在一定時期、一定范圍內(nèi)有效，我們知道的公理只是對現(xiàn)實(shí)世界適用，在我們發(fā)現(xiàn)新世界之前，在我們有限的宇宙空間內(nèi)適用，它一定會被更新的理論和公理取代。更不用說一個普普通通的假設(shè)、一個新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。所以，如果沒有批判性思維，你一定不會有大發(fā)現(xiàn)。具有批判性思維、敢于挑戰(zhàn)學(xué)術(shù)權(quán)威會給你帶來無窮無盡的好處，但是你們需要膽子大一點(diǎn)。

批判性思維也包括方法論的改變。為什么要多讀文獻(xiàn)？在什么時候多讀文獻(xiàn)是有好處的？一天讀多少文獻(xiàn)為宜？我就是一個反對在任何時候都多讀文獻(xiàn)的人。這個道理是我博士后的導(dǎo)師教我的，他是美國科學(xué)院院士，學(xué)術(shù)做得爐火純青，我們經(jīng)常說他又去登“珠峰”了，因?yàn)樗偸窃谧鰟e人做不了的課題，他的能力超乎我們的想象。

1996年1月，我剛加盟他實(shí)驗(yàn)室的時候，總覺得要通過讀各種科學(xué)文獻(xiàn)、最新文章等表現(xiàn)我的博學(xué)多才。我?guī)状蜗牒退懻摽茖W(xué)文獻(xiàn)，他每次都很羞澀地和我說沒來得及讀，或者正在讀，后來我才知道其實(shí)他從來不讀文獻(xiàn)。

博一的學(xué)生該讀文獻(xiàn)，不讀文獻(xiàn)怎么培養(yǎng)讀文章的能力？怎么選擇導(dǎo)師？怎么把自己的讀寫素質(zhì)提上去？寫文章的時候要讀文獻(xiàn)，不讀文獻(xiàn)怎么援引別人的觀點(diǎn)佐證自己的觀點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)？但是你在拼命做課題的時候，有多少時間讀文獻(xiàn)？我從我的博士后導(dǎo)師那里學(xué)會一條，平常別人告訴你的所謂科學(xué)研究的規(guī)律和方法，很多對你不一定適用，更不足以把它作為一個行為準(zhǔn)則。自己想好了，跟著自己的感覺走。

第三是個性，所有成功的科學(xué)家都是有個性的。這個個性并不一定是格格不入，但幾乎所有成功的科學(xué)家即便表面看很圓滑，也一定是外圓內(nèi)方的。因?yàn)樽隹茖W(xué)研究，如果沒有一點(diǎn)底氣，沒有一點(diǎn)想法，一定堅持不下來，一定越做越苦。

前不久有一個非常要好的朋友問我：“你真覺得豪車、洋房沒有那么重要嗎？”我說：“我認(rèn)為挺重要的。”回清華以后，我住在清華最好的樓——院士樓。但是當(dāng)樓上的大媽早晨6點(diǎn)把電視音量開到最大，當(dāng)樓下的男高音晚上11點(diǎn)還在唱歌的時候，我還是有點(diǎn)受影響，還是覺得板樓的隔音果然有問題，還是希望自己的房子能更大一點(diǎn)，也會懷念自己在普林斯頓獨(dú)門獨(dú)戶的居住環(huán)境。但除了偶爾遇到這樣的情況，我不覺得現(xiàn)在的居住環(huán)境跟以前比有很大區(qū)別，這就是我對豪宅的理解。

2002年，我賣掉了我在美國讀博期間買的第一輛車，一輛原價6800美元的豐田車，跟了我整整9年，賣的時候不免傷心。那時我已經(jīng)是普林斯頓的終身教授，在美國東海岸，我也可以把1.3升排量的四缸車開到時速150公里。當(dāng)我超過一輛輛奔馳、寶馬時，心情非常愉悅，覺得自己不僅知識豐富，開車技術(shù)也強(qiáng)，6800美元的車比68萬美元的車跑得還快，感覺真好。

前幾天給清華的學(xué)生上課，我說別看你們現(xiàn)在信誓旦旦要做科學(xué)家，大浪淘沙，每過一關(guān)淘掉一批，過十年八年還有多少人剩下來？今天聽說某個同學(xué)去了麥肯錫做咨詢，一年30萬美元起薪，沒過幾年就能拿到百萬年薪。明天聽說另一個同學(xué)自己開公司，公司上市了，掙了幾億。等到自己回家，老婆跟你說買房子沒錢，孩子說同學(xué)又買了什么。在這樣的反差下能堅持下來的人，一定都是有個性的。

舉個例子。我在美國時有兩個學(xué)生都比我年紀(jì)大一點(diǎn)。其中一個叫柴繼杰的加入我實(shí)驗(yàn)室的時候，我看了他的簡歷，他是大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)造紙的，后來在丹東造紙廠工作了4年。為什么收他？就是因?yàn)樗袀€性，我就看中了他在工廠干了4年還能考回協(xié)和醫(yī)學(xué)院做博士生的經(jīng)歷。

另一個學(xué)生是科班出身，1997年申請我實(shí)驗(yàn)室的時候已經(jīng)有7篇第一作者的CNS文章（三大期刊Cell、Nature、Science的簡稱），在當(dāng)時的中國是不可思議的。柴繼杰一篇都沒有，他只有一篇第二作者的小文章。

但是柴繼杰在我這里的5年做得非常優(yōu)秀，當(dāng)然這5年他也很曲折。前兩年他就是技術(shù)員，不明白自己在做什么，因?yàn)榛A(chǔ)太差了，我需要手把手教他。但在某些學(xué)科領(lǐng)域，甚至可以說生命科學(xué)的大部分學(xué)科，確實(shí)不需要太多太深厚的基礎(chǔ)知識也可以做得很好。第三年他終于開竅了，第四年他有了自己的想法，我非常欣慰。

那時我才第一次意識到，即使這樣的學(xué)生我也可以帶出來，就憑他好強(qiáng)這一點(diǎn)。他從來不認(rèn)為有什么事情他做不到，也付出了比別人大得多的努力。當(dāng)然他很有靈氣，找到了適合自己做的領(lǐng)域和專業(yè)。他回國以后在北京生命科學(xué)研究所起家，后來在清華做教授，現(xiàn)在又去了德國，已經(jīng)發(fā)表了10多篇文章。這樣的人在國內(nèi)當(dāng)然是大牛，而他在國際上的名聲要遠(yuǎn)大于國內(nèi)。

我認(rèn)為智商對科學(xué)家而言是最不重要的。在你進(jìn)入大學(xué)以后，智商就不那么重要了，進(jìn)入博一可能起點(diǎn)作用，之后就不重要了。什么重要？可以說是情商，或者說是對個性的把握。柴繼杰就對自己的個性把握得非常好，他的好強(qiáng)和好勝是別人難以想象的。對于那些不是科班出身的學(xué)生，開始的時候可能成績比較差，跌跌撞撞進(jìn)入大學(xué)、讀研究生。但是這樣的學(xué)生只要堅持，100%有機(jī)會。

2006年我回國之前給清華的學(xué)生講課，過程中有一個學(xué)生一直在問很精彩的問題，我覺得他一定在實(shí)驗(yàn)室做過，果然他說自己是柴繼杰實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生。我很欣賞這個學(xué)生，但是也想殺殺這個學(xué)生的威風(fēng)，因?yàn)樗稽c(diǎn)沒給我留情面。我說：“繼杰？那是我的學(xué)生。”他回敬我一句：“我們柴老板說了，他從您的實(shí)驗(yàn)室出來，但青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，他處處比你強(qiáng)。”

你們知道我當(dāng)時的心情嗎？不敢說欣喜若狂，但我真的很開心，我覺得我沒有白培養(yǎng)他，如果我的學(xué)生不能這樣想，不能這樣教他的學(xué)生，我就白耽誤時間了。這種批判性思維和他的個性結(jié)合在一起，就是我非常欣賞的一點(diǎn)，只有這樣才能帶出另一波優(yōu)秀的學(xué)生，才有可能青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。

我當(dāng)年是河南省數(shù)學(xué)競賽第一名。河南省過去30年間出過多少數(shù)學(xué)競賽第一名？但他們絕大部分都沒有成才，也沒有成為好的科學(xué)家，或者沒有達(dá)到他們的智力賦予他們的極限。為什么？因?yàn)樗麄內(nèi)狈€性，他們輸給了我們傳統(tǒng)文化中的糟粕。科學(xué)家的個性非常重要，如果沒有一點(diǎn)個性，做學(xué)術(shù)也只是謀生的手段，越往前走，越會步履維艱。

科學(xué)研究的三要素。第一個要素是技術(shù)。比如進(jìn)一個實(shí)驗(yàn)室，無論是工程技術(shù)還是自然科學(xué)，你要學(xué)很多基礎(chǔ)的理論和實(shí)驗(yàn)操作，所以技術(shù)非常重要，沒有技術(shù)寸步難行，課題難以開展。第二個要素是提問題，提不出好問題，科研無從進(jìn)行。但是我相信大多數(shù)人不知道怎么提科學(xué)問題。有時候你覺得自己提的問題不夠聰明，這個很自然，盡管問就是了。第三個要素是科學(xué)研究的體系，也可以說是科學(xué)研究的載體。很多科學(xué)研究的問題是在一定的體系中進(jìn)行，研究才能得到解答。有了好的體系，自然就會沉淀出好的問題。

對于剛?cè)腴T的科學(xué)家而言，技術(shù)無比重要，但是越往前走，相對而言技術(shù)的重要性就會越來越低。對我來說，如果去聽一個細(xì)胞生物學(xué)的講座，絕大部分技術(shù)可能我自己從來沒有聽說過，技術(shù)細(xì)節(jié)我完全不懂，但是這完全不影響我對講座深度的理解，也不影響我提的問題，更不影響我對科學(xué)問題的欣賞。

技術(shù)細(xì)節(jié)對于一個好的科學(xué)家來說，相對作用極大降低，但它是每一個科學(xué)實(shí)驗(yàn)成功的必備。所以技術(shù)對剛?cè)腴T的你很重要，但如果10年之后你還認(rèn)為技術(shù)是最重要的，你肯定還是一個很一般的科學(xué)家。

科學(xué)研究的過程。這個過程就是師父帶徒弟的過程，在一些大的實(shí)驗(yàn)室里可能還沒有機(jī)會跟著導(dǎo)師學(xué)，只能跟著自己的師兄師姐學(xué)。我不相信世界上有成批制造出來的科學(xué)家，也不相信通過開一個班可以一下子帶十幾個學(xué)生，至少我所有的學(xué)生都是我用心一個一個帶出來的。當(dāng)然我也很辛苦，我花多少時間，他們受多少益。

因此選擇實(shí)驗(yàn)室、選擇跟什么導(dǎo)師是非常關(guān)鍵的。你第一個接觸的就是你的導(dǎo)師對科學(xué)的品位、對科學(xué)技術(shù)的把握、對科學(xué)問題提出的過程。一個實(shí)驗(yàn)室有一個實(shí)驗(yàn)室的方法，我的實(shí)驗(yàn)室所有學(xué)生傳承的是我對他耳濡目染的教導(dǎo)，我的思維方式有很多學(xué)生學(xué)到了，這個過程中會逐漸品味到什么是好的科學(xué)研究，怎樣選擇科學(xué)研究的課題，遇到問題怎么做。

最后，不要被新知識淹沒，不要急于學(xué)習(xí)新技術(shù)。中國學(xué)生有這樣的毛病，總是太好學(xué)，每當(dāng)新技術(shù)出現(xiàn)，新文章出來，不管與自己的研究有沒有關(guān)系，都恨不得參加個學(xué)習(xí)班趕快學(xué)會，什么都要了解。我要反問一句：你有多少時間？你學(xué)得完嗎？如果你天天想看《自然》《科學(xué)》的文章，天天想了解新的技術(shù)，你有多少時間做自己的研究？世界上萬事萬物均可再生，只有一個不能再生，就是時間。你得想好怎么分配自己的時間。

對一些很時尚的技術(shù)，只要和你的研究不直接發(fā)生關(guān)系，我建議不要花時間去讀這方面的文章，也沒有必要花時間了解。你聽別人的講座、朋友聚會，總會得到一點(diǎn)信息，不需要自己疲于奔命地學(xué)新知識、新技術(shù)、新方法、新文章。恰恰相反，科學(xué)研究中最重要的是方法論，而方法論是從科學(xué)史上來的。但是很遺憾，我們的大學(xué)、研究生院不講這樣的故事。花一些時間看科學(xué)史，你就會把一個領(lǐng)域融會貫通。我不認(rèn)為世界一流的科學(xué)家必須知道方方面面的前沿，能把自己的小領(lǐng)域了解清楚就很不錯了。這就可以騰出不少時間，讓你可以每天花半小時讀英文報紙。（施一公系清華大學(xué)副校長、中科院院士）