Xiao-Le Deng

《成为科学家》的读书笔记

2021-06-02 07:00
#Notes

本页面的内容来自于: 成为科学家-尼古拉斯·埃尔梅赫德绘

引言

对科学问题保持专注、长期坚持目标不动摇、关注研究过程而非结果,是成为杰出科学家的必备品质。

选择投身科学其实就选择了一种与众不同的人生。我1963年出生于山东沂蒙山区,在山东大学读本科的时候就对科学研究产生了浓厚的兴趣,为了进一步夯实科学研究的基础,毕业后我决定考研,但连续失利,直到第三次才成功,别人的博士读5年,一般最多6年就可以毕业了,而我读了7年……像这样的挫折还有很多,但它们并没有让我放弃追求科学研究的理想,反而使我养成了仔细认真的科研习惯和韧性,使我的人生更加丰富。

任何一个小问题得到解决、一个小实验得到改进都会带来实实在在的收获感,这种感觉快乐而充实。

我个人认为成为科学家至少要做好以下三个方面。

  1. 一是要做好人,打好“人生底色”。
  2. 二是要勤奋、执着、专注。
  3. 三是要夯实基础知识。

1 屠呦呦 青蒿素的发现之旅

在科学研究工作中最艰难的是抉择:在希望渺茫的时刻,是全力以赴,还是索性放弃?

难道史书记载不可信?难道试验方法不合理?难道中医药这个宝库就发掘不出宝来?“重新埋下头去,看医书!”屠呦呦的执拗和坚持带动着大家。一个被思绪困扰的夜晚,屠呦呦阅读东晋葛洪的医书《肘后备急方》中的“治寒热诸疟方”,被灵感击中。古方上说“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之”,屠呦呦注意到动词是“绞”——用手握住浸泡后的青蒿并拧出汁液来,而不是常见的“煎”,她意识到也许问题的关键在于温度。

屠呦呦没有错过这个一闪即逝的珍贵念头,她改变了提取流程,采用乙醚低温提取。在显微镜下,乙醚低温萃取的青蒿粗提物杀死了小鼠体内100%的疟原虫!

在2009年出版的专著《青蒿及青蒿素类药物》中,屠呦呦提到围绕这个念头的一系列实验:“青蒿成株叶制成水煎浸膏,95%乙醇浸膏,挥发油无效。乙醇冷浸,控制温度低于60℃,鼠疟效价提高,温度过高则无效。乙醚回流或冷浸所得提取物,鼠疟效价显著增高且稳定。”

屠呦呦在老师楼之岑的指导下完成了对有效药物半边莲的生药学研究,证明了中药半边莲是治疗血吸虫病的有效药物。1958年,这一研究成果被收录于《中药鉴定参考资料》。

2 钟南山 敢医敢言

作为一个医者,他懂专业、有担当、讲真话,被誉为“国士”。

在“非典”疫情中,钟南山不畏权威、敢讲真话,一句“把重症病人都送到我这里来”至今为人铭记。

3 张益唐 数学天才和他孤独的二十年

博士学位论文答辩时,答辩委员会一致认同那是一篇合格的论文,但审核的结果是张益唐错了,错误在于他用来引证的一项定理(来自莫宗坚教授)被证明是错误的,这让他的整个证明成了空中楼阁。

1992年,张益唐拿到了博士学位,“同时也失业了”。他没有拿到莫宗坚教授的推荐信,莫教授也没有提出过帮助。毕业后,张益唐准备离开普渡大学,他得到了罗格斯大学的面试机会,他要去见解析数论大家伊万涅茨,其中潜在的意思是他决定回到自己心爱的数论领域,对此,莫宗坚教授祝他好运。但彼时好运并未降临,与伊万涅茨教授的会面没有任何结果。

在人生的逆境中,数学既是依靠又是梦想,既是逃离现实的手段又是最终的目的,里面没有阴谋倾轧,只有逻辑和美。

有记者问张益唐:“数学家需要天赋吗?”“需要的是专注。”他回答说,“而且,你永远不能放弃自己的个性。”

“最终要判断一个人在数学领域能不能做出成就的标准是思想的深度。”张益唐说,“如果是立志于做数学,那你在学习过程中觉得比别人慢也千万不要自卑,最后能不能成功是有很多原因的。”

“保持一种新鲜感,一种不满足,有时候胆子要大一点儿。对前人的成绩,不管是不是权威,你要想他也是有局限性的,他做的也不是最好的。因为我有这种感觉,所以我能往下做。”

探索科学的最高目的是什么?是借此过上世俗人眼中的体面生活,还是为了追寻纯粹的真理?

4 王贻芳 寻找最后的秘密

我认为不存在成为科学家的规律,每一个人的成长都是很多偶然因素造就的,每个人都有机会。

真正能够参与组里的讨论,是两三年之后。

和丁肇中一起工作的那些年里,王贻芳觉得自己的工作方式和对科学的判断都深受影响。他说:“科学的问题有大有小,丁先生关心的都是重大问题。所谓重大问题,就是一二十年以后大家还认为是问题的问题。他解决重大问题的思路和方法也有自己独特的角度。”

王贻芳常说:你伸手够得着的事就别做了,你要把目标定在跳起来够但还摸不着的高度,然后去攻关。

数学、物理教科书上极少有中国科学家的名字,中国的基础科学研究的国际地位比较低。

最纯粹的科学家怀有最纯粹的追求。

王贻芳说:“我们中国就缺纯粹的基础科学研究。咱们可以永远输入国外的知识,输入国外的科学,永远不用自己做,那就是落后这个结果。中国有什么基础科学成果?没有。我们设想一下,30年以后,中国的经济如果成为世界第一,我们的科学,特别是基础科学知识还依赖于从国外输入、依赖国外的发现,这太难以想象了。”

出于作为科学家的责任,他一直在考虑下一代高能物理实验最有意义的方向和问题,即突破标准模型,发现更深层次的物理规律。

对于基础科学研究,公众常常因不理解目标和用途而质疑。在王贻芳看来,当一个国家的经济发展起来后,就会发展艺术、音乐、文学、科学,“人们这时就会仰望天空,探索世界是怎么回事、宇宙的根本构成是什么、我们为什么来、将来到什么地方去,这些探索让我们永远有动力追求未知”。

找到感兴趣的事情,去追求,即使环境不好,也可以自得其乐。只有自己有兴趣了,才能克服困难,才会不顾一切,才会往前走。

勤勉、坚持是王贻芳个性的底色。

5 常进 暗物质“猎手”

对农家子弟常进来说,读书是改变命运的唯一方式。

刚开始有压力,后来也没什么了,你把自己的事情做好,不要跟别人比,只能跟自己比。跟昨天比,我今天是不是进步了。这样你才能保持平静的内心。

在学术上,常进可以做到兼具创造性和一丝不苟,这正是做实验最珍贵的品质。

“一个实验做不成功,你首先问哪个地方出问题了,为什么老不成功,哪些条件要改变。如果条件变好了,结果没变好,那就要去查理论上是不是出了错。你看到实验数据差了一点点,就要去弄清楚原因,有可能是物理上的,有可能是技术上的。如果是技术上的,我可以去改进技术;是物理上的,那找出来后,你的物理水平不就提高了一步吗?”常进说。

你要选定一件事,如果半途而废,你就不可能成功,你必须专注地走下去,克服一个接一个的困难。

说起来浅显,就是“不搏二兔”——不要试图去追两只兔子。虽然人生的诱惑很多,选择也很多,“但一段时间内只能做一件事”。你必须做出选择。

在正视了与西方学界的差距之后,常进有了“弯道超车”的想法:“我们看到了差距,当时我就确定,不能跟在外国人后面走,我们必须找到一个新的方向,那是外国人没有看到的方向,或者是他们认为不可行的方向。跟在他们后面就很难超过他们,所以我们必须转换跑道,必须有独门秘诀、独门武器。我们要开辟新的方向,外国人还没开始,我们先做,不就容易赶上人家了吗?”

初生牛犊不怕虎。常进相信自己的想法是正确的,“在物理里,1+1=2,对的就是对的,不会跑的”。当年常进31岁,只是一个名不见经传的中国科研人员,但他直接发电子邮件给美国ATIC项目首席科学家,提出用自己的方法合作研究。“美国人觉得这太疯狂了。”为了说服他们,常进直接飞到美国。一到实验室,美方就要求他在计算机上将他的想法演示一遍。他要从零开始,将所有想法都编成程序,把各种参数计算出来,再进行核对,整个过程持续了36个小时,他几乎没合眼。如今想起来,常进也会感叹:“有时候还是要拼命的。”程序演算的结果一目了然,美方决定邀请常进加入ATIC项目组,南极气球实验数据也将交由他分析。这是属于常进的胜利,中国一个普通的科研人员,没有为探测器出一分钱,只是凭借自己的想法,加入了一个美国学界主导的项目。

2008年,常进作为第一作者在《自然》杂志上发表了《宇宙电子在3 000亿~8 000亿电子伏特能量区间发现“超”》,引发了间接观测寻找暗物质的热潮,这一半路加入的研究一举成为ATIC气球探空项目最重要的科学发现。

你要干大事,不光是你厉害,还要国家允许,要跟国家的实力相匹配。国家实力不允许,那就达不到,你就没有这个实力。

常进以身体力行的方式,三十年如一日地展现了一个科学家该有的“专注”。

“科研工作者是最幸福的,用纳税人的钱做研究,满足自己的好奇心。因此科研工作者一定要高度认真负责,要刻苦工作,要对得起纳税人。对科研工作者来说,大部分时间是比较寂寞的,早晨起来就开始思考,中午、晚上一直到睡觉都在思考。要想取得一点儿进步,脑子里总要装着要解决的问题,这就叫专注吧。我小的时候看到媒体报道讲数学家陈景润走路时思考问题撞到树上,当时我不理解,现在到我们这个年纪就明白,这就是搞科研的正常状态。当你思考一个问题很专注时,才能取得突破。”

那时,中国的空间天文研究还非常落后,加之20世纪90年代社会变迁,很多科研人员辞职经商或创业,常进一个月的工资仅值“百十斤青菜”,但他选择了坚持,长久地泡在图书馆中,研读空间天文领域的重要论文,并在1997年迎来了一生的机遇:他发现美国的ATIC(先进薄电离量能器)气球探空项目不仅可以观测宇宙射线,还能寻找暗物质。当时,这位年轻的中国学者的想法让美国人直呼疯狂,于是常进独自飞往美国,经过两天一夜不眠不休的复杂编程和验算,终于证明自己的想法切实可行。3年后,他的分析结果成为该项目最重大的成果,引发了基于宇宙线的暗物质间接探测的国际热潮。

6 鲍哲南 好奇心改变世界

如果说科学家是在人类智慧的巅峰探寻真知灼见,创造一家公司则是以经济的原理将产品与大众连接,可以说,要胜任这两项工作都要求具备相似的素质:勤奋且理智,务实并兼具想象力。科学家和企业家有着同样的雄心:试图预见并改变人类世界。

对于何为智慧,出生于科学家家庭的鲍哲南年少时自然多受父母的启发和熏陶:那是一种好奇心和求知欲的结合,一种理性思维的训练,是对客观现象进行思考和解答的能力。

鲍哲南在父母身上体会到了一种纯粹的求知的快乐:对所做的研究投以热爱、抱有兴趣,即使工作再忙再难,从无到有,依然能够保持好心情,认定自己做的事有意义。

鲍哲南曾经这样描述当年自己的学习方法:第一步,粗看框架,弄明白这门课到底讲的是什么;第二步,缩写整本书,把书里的关键词和中心句默写在一个本上;第三步,自己动手出题,想想自己如果是出题人会出什么题。“通常24个小时就能吃透一本书,然后在考场上大有斩获。”

我一般不太把困难看作挫折,因为困难总是会遇到的,生活、学习中会有很多困难,但是它们不一定变成挫折,我们可以用自己的信念去克服,可能只是原先的想法或者做法遇到障碍了,可以想一想有没有其他的路跨过去,可不可以从学习方式、思考方式上去解决。这样去看待困难的时候,就觉得没有什么叫作失败或者挫折,往前看,这条路不通再从其他的路走。

7 颜宁 独属于科学家的奖赏

基础科学是奇妙的、重要的,但与此同时,“基础”二字也意味着与应用和大众生活的距离。

有些东西或许在很早的时候就已经初露端倪:只有极少一部分人天生就怀有对事物纯粹、天真的好奇心。这是一种非常宝贵的天分,如果你想要成为一个科学家,它甚至比数学、物理或者化学这些“知识”重要得多。

每个人的人生都是与众不同的,每个人必须为自己做主,并为自己的任何决定负全责。

任何经典的paper(论文),你都可以找出它的瑕疵。

本质上,科学就是反常识的、永远在革命的。

一位师兄曾经惊讶地问她,为什么你们做东西这么快?颜宁的答案很简单:“无他,就是避免走弯路。不论学生有多聪明、多用功,经验教训总是比不上你的。他自己磕磕绊绊地折腾半天,也许你和他一起工作几分钟就帮他绕开了陷阱。

8 许晨阳 天才的责任

自学和自主寻找问题才是研究生最重要的技能。

不是每个人都有数学天赋,如果数学天赋降临到某些人身上,他就有责任去推动这个事业的发展。” 他的勤奋、他对于数学纯粹的热爱推动他放弃中心带头人的名望,全身心地重新投入数学研究。

除了一些极少数超群的大脑,最后能决定他走得多远的还是专注和坚持。