如何發現新事物

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美國化學家卡爾·巴里·沙普利斯分別于2001年與2022年兩次獲得諾貝爾化學獎。他一生做過很多重要的演講，但下面這場演講可以說是最特殊的一次——他說這是對他數十年科研工作最精華的總結和自述。而這場匯報并不是關于化學，而是關于科研方法和科研創新的思考。

如何發現新事物

經常有人問我：“您如何找到新的反應？您是從哪里得到那些新的想法的？”我認為一位優秀的科學家必須非常熱情且充滿好奇。同時，他若想成功，野心也必不可少。然而，科學家的種類很多。諾貝爾生理學或醫學獎得主彼得·梅達瓦爵士曾說：“科學家中很多是偵探，很多是探險家，有些是藝術家，有些則是工匠。”我基本上屬于探險家。即使探索未知的能力并不是與生俱來的，但我相信各種性格的科學家都可以學習探索。

如果你想發現新事物，千里之行的第一步就是要學會與不確定性共存，學會接受失敗如常，因為尋找未知事物的風險就像成為一名從不系安全繩的高空雜技演員一樣大。根據新事物的定義，在已知范圍內推理出真正的新事物是不可能的，因此你必須踏上通往未知之路。

我的性格使我樂觀擁抱不確定性。實際上，我在斯坦福大學研究生院畢業后額外做了幾年相當于三個博士學位論文工作量的研究。在做化學反應的閑暇時，我喜歡與其他化學家在黑板上進行“粉筆交談”。我從不擔心個人的安全感或未來將給我帶來什么。

我的博士導師范塔梅倫是他們這一代中最具創造力的化學家之一，他所想的都是化學中的重要問題，同時這些問題往往也是最難的，因此和他共事更使我樂觀擁抱不確定性。當你踏入未知世界時，就無法保證一定能成功，所謂的失敗才是永恒的伴侶。我很幸運，范塔梅倫教授給了我們很大的自由——他并未就我實驗室的工作制定明確的方向。這有助于我獲得獨立性，增強信心和成熟度。

當我在實驗臺上工作時，大多數反應都行不通，但我的詞典里沒有“失敗”這個概念。1920—1947年，查爾斯·凱特林曾擔任全球最大的公司之一——通用汽車的研發總裁（他被譽為創新之父），我非常贊同他的觀點：“明智地失敗” 是一個很棒的概念。他說，一位發明家“嘗試后可能會失敗上千次”，而根據我的經驗，失敗的數量更接近上萬次——對你們在座的大多數人來說，聽到這個道理是一個很大的意外吧！一定不能將失敗視為浪費時間，我的失敗啟發了我最重要的發現。

迎接意外發現的到來

意外發現在科學發現中無處不在。例如，開普勒對橢圓形行星軌道的證明源于他對酒桶的面積和體積進行測量的嘗試。同樣地，當今幾乎所有最有價值的化學過程的發現都有意外因素。實際上，現代化學工業的誕生完全源于意外的發現。

1856年，珀金還是一名18歲的學生，他正在試圖合成奎寧。他的反應失敗了，這在實驗室中稀松平常，他最后在燒瓶底部得到了一塊令人不悅的黑色固體殘渣。在清洗燒瓶時，他發現該固體殘渣中含有一種可溶于乙醇的紫色化合物。珀金對這個奇怪而完全出乎意料的結果進行了跟蹤，他發現該化合物可以用于給紡織纖維染色。他為新染料申請了專利，并創建了自己的染料工廠。通過純粹的意外發現，珀金發現了第一種苯胺煤焦油染料。正是通過抓住這個意外發現的機會，珀金才成為現代化學工業的奠基人。意外發現的例子不勝枚舉：特氟龍、青霉素、化學療法、X射線、巴氏涂片、疫苗接種、牛頓萬有引力定律、安全玻璃、人造甜味劑、硫化橡膠、宇宙大爆炸理論、橡皮泥、冰棒、可口可樂、DNA的發現，甚至是電話——它們都是在人們尋找其他事物時偶然發現的。

我有時會說，如果你想被汽車撞到，請站在高速公路的中間。我畢生的“站在高速公路中間”的研究方法很早就開始使用了。在我讀研究生時，曾在研討會上聽過一次來自加州理工學院的喬治·哈蒙德教授的演講。他是一個真正的特立獨行者，他所說的內容在當時被視為異端，因為那時有機化學的主要研究目標是合成復雜的天然產物及相關類似物。哈蒙德教授說：“關注過程，而不是產品。” 他的話引發了我的共鳴，就像一場宗教轉變。他后來寫道：“合成最根本和最持久的目標并不是合成新的化合物，而是合成新的功能。”生產意味著過程。此外，若想在化學中找到新的東西，我相信研究過程仍然是最好的選擇。這條古老的建議至今仍然成立——找到過程之中的漏洞并將它們填補。

治好你的“瘟疫”

創造性思維的最大障礙是我們隨身攜帶的所有沒有被意識到的思維上的包袱，我稱其為“瘟疫”。奢望、傲慢、偏頗、恐懼、幻覺、圣律、非理性的忠誠（其中最糟糕的是父母的愛——他們最不理性地對你的想法照單全收）……我可以繼續列舉下去。這些就是“瘟疫”的病因。如果你想痊愈，就必須靠自己——這不是在課堂上能教的。

理查德·費曼是諾貝爾物理學獎得主，也是我心目中最偉大的英雄之一。我強烈建議你們閱讀費曼的自傳和傳記。你們會看到費曼的童年，尤其是他與父親的關系如何賦予他如此清晰的洞見力，而不是像我們大多數人一樣通過犯錯而習得。當他們散步時，他的父親會指向一只鳥，二人一同觀察；他的父親會告訴年輕的理查德他所知道的關于這只鳥的一切。費曼后來寫道：“你可以用世界上所有的語言描述這只鳥的名字，但除此之外你還是對它幾乎一無所知……所以讓我們觀察一下這只鳥在做什么——這才是有價值的。”

不希望其他同事認為你很愚蠢，這可能是創造性思考的最大障礙。這就是我所謂的“第一步”的必然結果，即學會如何與不確定性共存。如果你不能承認自己錯了，或者過分在意別人對你的看法，那么就無法發揮創造力。你必須要在你自己想做什么和其他人認為你應該做什么之間進行選擇。當然，如果你想成為一名探險家，你將不會孤單——的確有人愿意遵循發現之路，也的確有真正的榜樣可以為你提供支持和指導，比如斯坦福大學的亨利·陶布教授和帝國理工學院的德里克·巴頓教授，后來都成為諾貝爾獎得主，我希望我的通訊列表上還會有更多的諾貝爾獎得主。這些科學家的整個職業生涯都以思維的廣度和重要的科學發現為特征。因此，在探索之路上找到好的導師和志同道合的榜樣，并學會在沒有主流支持的情況下甘于寂寞地堅持研究，是實現成功的助推因素。

從改變開始

人——包括科學家在內——往往不理性地抗拒改變。始終跟隨主流很容易，但掉頭開創你自己與眾不同的研究領域卻需要付出真正的努力。整個系統也都在抗拒改變——資助機構不想資助風險大的研究；一群科學家創建了“永存”的科研帝國體系。正如彼得·梅達瓦爵士所說：“人腦對待一個新想法的方式就像身體對待一種陌生蛋白質一樣：拒絕它。”而要成為發現者，我們必須能夠在情況發生變化時改變計劃。

我曾經使我的課題組陷入瘋狂，因為我的研究情況經常改變！如果小組成員中做出一個非常有趣的結果，我可能會在24小時內讓每個人都放下他們現有的課題，轉入這一新的研究方向。當新的研究線索崩潰時，每個人都可能會在幾天內再次改變他們的課題，要么是繼續研究已經發現的新機會，要么是回到之前的課題。我并不是說這是管理課題組的好方法，但這是覆蓋新科學領域的最快方法。我之所以能夠成功，是因為我的團隊成員歷來都是頑強的，他們中最優秀的人就像我一樣，對出色的科學本身感到興奮，這種追求勝過發表文章或找工作的確定性。祝福他們！

我知道我曾經在發表的文章中僅犯過一次真正的錯誤，這是由于結構上的錯誤所致。我和我的同事們接受了文獻中某結構的絕對構型，但它是錯的，我們本應該檢查一下。在實驗室的后續工作中發現了該錯誤后，我們立即發布了撤稿聲明——我經常看到結構的錯誤，但我很少看到有人撤稿。作為科學家，如果你發現結果中有任何可疑之處，則必須通過重復實驗，將假設一直追溯到其起源。這很枯燥，就像在金字塔的底部工作一樣。但這是成為一位優秀的科學家所必需的素質！

了解極限

對于一個反應，我嘗試將其覆蓋至盡可能多的潛在應用，試圖找到該反應效用的極限所在，再將其發表出來。

在發現反應真正可靠之前，很少有科學家會將發現視為追求。實際上，唯一重要的事就是你的發現；而在發現的過程中，速度就是一切。有思維定勢的人很難學習兩件事：其一，只要知道發生了什么就立即繼續前進，過分關注沒有意義的細節耗時費力；其二，當你的“病人”（研究對象、假設等）死亡時，盡快處理掉“尸體”，而不要費心解剖。其實可以發現的東西非常多，只是我們的時間不夠用。我贊同美國19世紀偉大小說《白鯨》的作者赫爾曼·麥爾維爾所寫：“在某些事業中，謹慎的無序才是真正的方法。”“謹慎的無序”難道不是一個好主意嗎？

實際上，優秀的科學家應該始終在腦海中有多個可行的平行假設，其目的是證偽它們。每當我在實驗室中取得好結果時，就下意識地認為哪里出了問題。還記得阿爾弗雷德·諾貝爾所說的話嗎——“如果我有上千個想法，而最終只有一個想法是好的，我就心滿意足了。”實際上，試驗的結果越令人興奮，它們出錯的可能性就越高。

我上文提過的斯坦福導師亨利·陶布教授在開研討會時總會坐在前排，他經常對當天的演講者說：“這讓我感到擔心，結果太好了倒不像是真的——大自然并沒有那么精明。”因此，嘗試扼殺好的結果，嘗試把它們弄成碎片，在推進至下一步之前，請盡可能去證偽。康拉德·洛倫茨曾說：對于科學家來說，每天早餐前放棄自己喜歡的假設是一項很好的鍛煉，這使他們的思想保持年輕。偉大的卡爾·波普爾也完美地詮釋了這一點：“好的實驗會扼殺有缺陷的理論；但我們的思想仍然活躍，可以再次猜測。”

不要愛上你自己的理論

你自己的理論就像你的孩子，你愛他們就像父母愛孩子一樣——你傾向于忽視缺點，放大優點。此外，你最不想發生的事就是你孩子的離世。

1890年，美國地質學家張伯倫在《科學》雜志上發表了一篇文章，提出了一種解決這種自我欺騙的方法：多重假說研究法。每個科研人員都應該學習這種方法。多重工作假說不僅讓你保持誠實，而且也是一種實用的發現技巧。物理學家馬克斯·波恩對這個問題有強烈的共鳴：“相信世界上只有一個真理，然后自己擁有它，是世界上一切邪惡的根源。”《美國獨立宣言》的起草者、美國第三任總統托馬斯·杰弗遜曾說：“當一個人形成一個理論的時候，他的想象力看到的每一件事都只能夠符合這個理論。”梅達瓦（英國生物學家、1960年諾貝爾醫學獎得主）的話一如既往地正確：“那些作者之所以為自己的不誠實找借口，只是因為在欺騙他人之前，他已經費盡心思欺騙了自己。”

變得更有創造力

有沒有可能使自己更有創造力？毫無疑問，可以！

我相信創造力更多的是由經驗積累而不是與生俱來的，所以你們完全可以變得更有創造力。多年來，這在我的研究小組屢見不鮮，我的一個學生把它描述為 “學習如何奇思妙想”。

要學會擁有創造力，就必須靈活變通，忘記你所知道的那么多知識，并使你的大腦忘記如何連點成線，練習跳出框架去思考，把每一個問題都看得好像你從來沒有見過之前類似的問題一樣。有書籍可以指導你完成這個過程，但最簡單的學習方法是與有創造力的人一起工作，并與他們交談、交談、再交談。

“原子彈之父”羅伯特·奧本海默曾說：“有些孩子在街上玩耍，他們可以幫我解決物理上的一些大問題，因為他們有我很久以前失去的感知模式。”發現維生素C的生物化學家阿爾伯特·森特-吉奧吉曾說：“你的發現或許和其他人的一樣，但你要想著不一樣的答案。”弗里德里希·馮·席勒曾說：“如果智力在靈感涌現時過于仔細地檢查，就會阻礙大腦的創造性工作。”他還談到了創造力和直覺之間的微妙關系：你可以嘗試學會接受直覺的洞察力。直覺被定義為在不使用理性過程的情況下產生認識或感知的行為或能力。當前的研究表明，直覺是一種非語言或超語言思維。但這是科學家們嘲笑的品質，難怪愛因斯坦曾說：“直覺是上天的恩賜，理性只是它那忠實的仆人。然而我們營造的社會卻把榮耀贈給了仆人，遺忘了那最可寶貴的恩賜。”

直覺是最難理解的心理過程，因為它不能用語言來表達。史蒂芬·霍金所說的“填補中間步驟”并不容易。就我而言，我給研究團隊的任務通常是填補已知化學和我的直覺之間缺少的東西。還記得奈保爾（英國印度裔作家、諾貝爾文學獎得主）所描述的，有時他需要多少年才能理解自己的作品。潛意識是驚人的，似乎創造力的開關總是打開的！

尋找異常

沒有什么比“異常”更令人興奮了！在你的研究和文獻中尋找那些你意想不到的東西——這些文獻可以追溯到19世紀！在我的整個職業生涯中——我現在仍然在做——一直在尋找意外的化學反應性帶來的啟示。當我閱讀研究論文并了解反應條件時，我期望看到一系列的最終產物——化學結構，而當文章中出現的結構與我腦海中的結構之間存在差異時，我發現的觸角開始振動！

開拓性的遺傳學家阿爾弗雷德·斯特蒂文特于1913年構建了第一個染色體遺傳圖譜。他飼養了果蠅并記錄下它每一代的特征，他要尋找的就是其中的異常情況。染色體異常正是斯特蒂文特發展其理論的線索。

對于我來說，最有效的發現技巧是：在那些所謂的“黑暗”“可怕”的地方尋找新的化學反應性。在這里，你會發現新的領域和可探索的充足空間。我花了數十年時間，將其他科學家的害怕和恐懼（其中許多是不科學或基于誤解的）變成了自己的機會與發現。

我想走化學研究這條路，是因為小時候喜歡那種震驚甚至驚恐的感覺。我長大后發覺，化學實驗室是我唯一能夠得到小時候那種快感的地方。化學的優點就在于其無限可能性及其制造出來的驚喜。

在麻省理工學院擔任助理教授期間，我專注于硒研究。之前科學界對硒的毒性存在普遍誤解，現在該領域已廣為開放。對我來說，這就像是走過一塊遍地寶石的田野，然后順手撿拾而已。相比于硒、過氧、水、鋨、疊氮、肼、氮雜環丙烷、端炔等帶給研究者們的恐懼癥，我卻從中收獲頗豐！幾十年來，當我的研究系統性地漫游元素周期表時，我幾乎沒有碰到競爭者。

大道至簡

簡單就是更好，請遵循“KEEP IT SHORT SIMPLE”（大道至簡）原則。一般而言，廣泛而有用的過程相當簡單。從經濟學角度講，隨著成本下降，有用性即上升。那么，當簡單性通常具有更高的實用價值時，變得復雜又有什么好處？凱文·凱利（著名出版人）是我的精神導師，他的《失控》對我來說就像一本《圣經》。科學家花了太多時間來試圖理解那些虛弱的、人類思維根本難以理解的復雜體系。而凱利所言“這有效，你還擔心什么呢”是人生最深的哲學。復雜性只能從已經可用的簡單體系中產生，當我們找尋簡單的事物更為便捷和有用時，為什么還要往上去堆疊復雜的事物呢？愛因斯坦說“一切都應該極簡，直到不能更簡”，達芬奇說“簡單是終極的復雜”。

放手去做

最重要的也是最難教會我的研究小組成員的“技巧”就是：放手去做！

通常，所謂那些“最聰明”的學生在進行探索性發現研究方面反而最困難。當我說“嘗試一下這個”，他們會給我一百萬個“行不通”的理由；其實當他們花時間論證“行不通”時，可能已經足夠做100個反應了。

你做的試驗越多，嘗試的事情越多，那么你就更可能迸發出好的想法。這在萊納斯·鮑林身上應驗，他獲得了兩次諾貝爾獎。我的導師和榜樣之一德里克·巴頓是一位非常苛刻的研究主管，他希望小組成員整天都在實驗室里直到深夜，他說“從未聽說過一個學生因過度勞累而死”。這是事實：工作越努力，在實驗室中投入的時間越多，你的發現自然更多。

在結束我的演講之前，我將為你們提供最后的建議，這來自有史以來西方最偉大的探險家、發現家之一，“奮進”號船長詹姆斯·庫克：“如果你打算開啟發現之旅，請選擇一艘吃水淺的快船。”速度、靈活性、機動性——這是開始發現時的基本特征。當你們踏上未知世界的旅程，請選擇一只靈活、快速的小船，并始終將所有窗戶打開，讓“意外發現”隨時涌入。

（選自公眾號《知識分子》，有刪節）