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科学研究中成功的三个关键因素
鲍海飞 2017-8-29
古往今来，众多杰出的科学人物中，他们的成功，令人瞩目和赞叹。但他们的成果得来并非容易，无论是偶然还是必然，都与他们每一个个体辛勤努力有关。一个人如何才能在科学技术研究中取得一定成就？科学史上那些伟大人物是如何产生的？他们是如何获得灵感的？与哪些因素有关？这是个值得思考研究的问题。以前，我写过这方面的小文章，认为一个人要取得成功，必须具备足够的脑力，强壮的身体，以及长久的坚持，这三者缺一不可。如果说这是构成成功的内因，那么还有三点，故且说是外因吧，也决定了一个人能否成功。这就是，科学研究同样离不开天时、地利与人和。
爱因斯坦大学毕业后没有谋到一个大学的职位，却偏偏被人推荐来到了专利局工作。这在今天看来绝不是个最佳的出路和选择，但是历史和机遇就是在这样的环境下选择和造就了一个伟大人物的诞生。在这里，他能够接触到最先进的科学研究问题，比如，电、磁、光、流体等诸多问题，每一个卷宗案例都是一个智慧的启迪，这会极大地开阔一个人的眼界，并能够促使一个心有灵犀的人的天马行空的思考。最要的是，他还有一个据说数学比他还要好的女朋友和妻子。可以想象，那时年轻的爱因斯坦，意气风发，思想活跃，他白天在专利局里认真工作和思考，晚上回到家里可以尽情地向志同道合的爱人倾诉，而爱人还能帮助他进行计算和分析，这不是绝佳的‘天仙配’吗？但不管怎样，真正的科学研究离不开一个宁静的环境，不允许别人打扰他，那里只有他一个人，让他能够长时间地专心致志地思考，思想可以走得很远很远，所谓‘宁静致远’。对于爱因斯坦来说，这里有他来到专利局的机遇，在这个绝好的‘地利’之处，在那一隅之地，他恰好赶上了原子、量子时代尚待破译的密码‘天时’，他能接触到最先进的研究，又加上他个人的热爱、洞察力、理解力和执行力，即他与自然的‘和’，使得爱因斯坦在他的1905奇迹年，破解了一个又一个难题。
在光学、数学、力学等各方面皆有杰出建树的牛顿，同样是一个值得研究的例子。那个时代，宇宙的问题、光的奥秘、力的问题是根本问题，人们甚至对光还一无所知。一些资料记载，在1665到1666年间，伦敦发生了瘟疫并开始流行，牛顿所在的剑桥离伦敦不远，为防止瘟疫流行，学校因此停课放假。于是，牛顿回到了故乡躲避瘟疫，在被人称为 “能创造奇迹的岁月”的18个月里，牛顿开始了创造性的思考，萌生了不朽的思想和见解，开创了前所未有伟大业绩的历程。瘟疫流行这一个可怕的传染病，本来是个噩运，但却使牛顿回到家乡有了独处和深入长时间独立思考的机会。乡村的宁静、优美的景色，甜美的空气能够让他自由惬意的思想尽情放飞。当然，苹果不会平白无故地砸在牛顿的头上。有很多故事记载，牛顿是如何忘我的工作。比如，相约朋友到家来访，却始终不见牛顿出来吃饭，便独自一人吃了饭而去。过了一段时间，当牛顿回到餐桌前，发现只有残羹冷炙，牛顿自语：噢，我难道吃完了吗？还有记录他一边工作一边煮牛奶的故事，当时间差不多的时候，他去看时，发现，锅里煮的竟是他的怀表。由此可见，牛顿的专注和忘我。这种专注于问难道不就是一种人和吗？这是一种与自然的融合，只有他和他的问题在一起。
如果说，早期历史中的名人，限于交通的闭塞和信息的不通畅，相对来说，他们有着幽静的环境，过着甚至类似于与世无争的日子，在悠闲的岁月中，无忧无虑的尽情思考，占尽了天时、地利、人和之利，才取得了杰出的成就，那么，今天的人，要取得成绩，要获得杰出成就，同样也离不开天时、地利与人和。
2014年日本人中村修二因蓝光二极管的发明获得物理诺贝尔奖。他杰出成就的取得也与天时、地利、人和分不开。当时，在半导体发光二极管中唯独缺少能够发蓝光的二极管，所研制的蓝光二极管发光效率很低，以至于很难实用；并且多年来，蓝光二极管的制造始终没有突破，这样在半导体二极管的三原色中唯独缺少蓝色光。整个半导体业界一筹莫展，始终拿不出什么好的方案解决问题。而中村修二在他的公司（也是从事荧光材料等之类的公司）却偏偏选择了这个课题。他向老板申请，结果，老板非但没有拒绝，而是一拍即合。他的老板在公司给了他块地，一个厂房，并给了他一笔不小的资金投入。此后，我们的主人公，一个半导体专业毕业的硕士，几乎就他一个人，整年没日没夜的就在那个厂房，实验、实验、实验。自己研制设备，制备薄膜，爆炸、毒气、危险时刻伴随着他。别人下班了，他还在干。他甚至一度成了公司中别人嘲笑的对象。他一开始本来是想试试，如果不成，就写两篇文章算了，这或许是他的初衷。但是，功夫不负苦心人，他居然取得了重大突破，他找到了蓝光二极管通向产业化道路的制造技术。
上面所说的似乎都是单打独斗的英雄，但也有很多珠联璧合的故事。
晶体管的发明恰恰说明了这个道理。二战之后，为了寻找能够替代电子管的器件，贝尔实验室有远见的领导者，召集天下英才，开始了固体上的基础实验研究。虽然没有明确的项目目标、计划和成果，但大体的方向是确定的。1947年，贝尔实验室做出了世界上的一项重要发明，就是晶体管。其中的两个主要发明者是巴丁和布拉顿二人。当时巴丁在固体物理理论上颇有建树，布拉顿是个动手能力极强的科学家，而他们的领导者肖克莱(晶体管的发明者之一)又是个思想、思路极其活跃者。这样，在肖克莱的思想领导下，在巴丁深刻的洞察力之下，在布拉顿的实践之下，一种全新工作模式的晶体管在一个十分偶然又必然的情况下被发明出来。巴丁和布拉顿紧密合作在一起，巴丁每有想法，布拉顿便想方设法不遗余力地实现它，一个理论家，一个实践家，二人的‘人和’首先发明了点接触型晶体管。随后，他们的组长肖克莱在38天之后，在喜悦和懊恼中，深居简出、冥思苦想，终于独自一人构造发明了结型晶体管。这使人们看到了晶体管在未来通讯等领域中得到应用的希望，今天，晶体管和以晶体构成的集成电路成为如今计算机、网络、通讯、机电等等领域中必不可少的内核。回顾历史，可以发现，在当时来说，贝尔实验室是世界上最为先进的实验室之一，又有各种出类拔萃的人才汇聚；相对来说，二战之后出现了和平时期，贝尔实验室的科学家们没有明确的项目目标需要完成的压力，他们可以自由地思考、甚至随意组合和实验，这无疑构成了完美的天时、地利与人和。
这样的例子很多，比如石墨烯的发现也是如此。继1985年发现了‘足球’结构的C60，以及1991年发现了更加有趣的碳纳米管之后，单分子层碳膜-石墨烯似乎就在眼前，但是谁是这个谜底的破解者？ 2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（Andre Geim）和克斯特亚·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）一直在潜心研究。当时，他们想获得极其薄的石磨薄片，便让学生将块体材料去减薄。那个学生费了九牛二虎之力，得到了大约十几微米厚的薄膜，盖姆觉得还是厚而不能用来试验。后来他无意中和做电镜的诺沃消洛夫在实验室中提起了这个问题。说者无意，听者有心。诺沃消洛夫说，我们经常把透明胶沾到高定向热解石墨上，然后一撕就得到薄层了，再放到电镜下面观察。据说，诺沃消洛夫顺手就从实验室的垃圾筐中捡出了几条还沾有样品的胶带。二人豁然开悟，于是一层一层地撕，最终得到了理想的用于实验的样品，并得到了仅由一层碳原子构成的薄片---石墨烯。一个关于他们成果发表的小插曲，当时的‘天时’情况是这样的，最初成果投稿后，被某著名期刊拒绝，认为不可能得到单层二维晶体。可见第一个吃螃蟹之难度和所需要之勇敢！后来，几经磨难，文章终于发表，随后，被世界各地的研究人员狂热地重复出来。二人因此共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。就此，碳的各种同素异形体、形态，被发现得差不多了。这里的地利是，这是盖姆的实验室，是他自己的一亩三分地，他时常出没在实验室里，手下还有一群不遗余力的研究人员勤勤恳恳地工作。
如果说科学上或学者应该具有一点‘野性’的话，我说这样无拘无束、不拘一格的思考，并能够在一定程度上、甚至有些疯狂地去实践他们的想法，这才是学者的野性。
历史上，还有许多成功者或者是这样，或者是那样，发现了世界，成就了自己。比如，帝谷和开普勒，老师把十几年甚至更多年观察天体运动的数据毫无保留地都准备好了送给他的学生，而学生又不负期望，胆大心细地从大数据中发现了天体运行的规律。再比如，法国著名昆虫学家法布尔，他以大自然为开放实验室，经常一天连续多少个小时观察那些小昆虫小生命。他的著作今天读来，那些曾经让人望而生厌滚粪球的甲壳虫，竟然变得是那样的可爱！还有达尔文的航海之旅等等。这样的例子数不胜数。
科学上，什么是天时？天时代表着环境和机遇，代表着问题和未知，代表着顺境和逆境，代表着偶然与必然。并不是谁都拥有天时，但却看你如何营造。
科学上，什么是地利？地利代表着一种空间，一种地理，一种势力范围，代表着一种约束和自由。从物理学的角度说，地利是一种自由度的体现。科学的地利不是围城，吃着锅里的，看着锅外的。地利也不是画地为牢和固步自封。地利也不是一夫当关，万夫莫开之狭隘之地。地利更代表了一种可以让思想任意的驰骋和飞翔之地，所处游刃有余。地之利，也不是停泊的避风港，成为一个圈子，用于孤芳自赏，或立地成佛，而是寻找一种形而上的通天之路。地之利，也不是一处温柔之乡，而是由此曲径通幽、独辟蹊径。地利也是这样的，同样一片土地，有的时候，它是荒芜的，长满了青草，有时候，它却是枝繁叶茂、硕果累累。这是因为，不同的人为它撒下了不同的种子。
然而，科学研究上更重要的是人和。科学上，什么是人和？这种人和包括：
一个真正的科学热爱者和成就者，他不会轻易受到金钱的诱惑，不会被名利所诱惑，他的眼里是清清白白的世界，里面充满了未知和乐趣。思无邪，是一种人和。
一个真正的科学热爱者和成就者，他是干干净净的年轻人或者学者，他的思想没有羁绊，独立思考，是一个勇敢的思想者和实践者，他会努力积极主动地去了解认识这个世界并去创造这个世界。
一个真正的科学热爱者和成就者，他的眼光面向的是自然，与自然互动，他的动力来自于内心的驱动，来自于外力的激励，他的对象是自然客体。
人和代表了一个人自身的外力和内力，更是内因和外因，来源于他自身的韧性。天时也代表了一个人的眼力，或者一个人的眼光。
人和代表着勇敢，代表着与自然融合的智慧，代表着不屈不挠。和谁在一起，在一个什么圈子，固然很重要。
内因与外因，刺激与响应，无序与相关，偶然与必然，或许还有很多，激发了碰撞的火花，造就了创造的心灵。
偶然和机遇，让许多人占尽了天时地利，但却没有收获，这是没有人和。人和是重要的啊！没有细心，没有慧心，没有热爱，哪里会有发现。成功离不开实践，离不开奋斗。所有一切的关键是如何做到‘知行合一’！
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