淺談科研如何創新

創新中的催化劑

——淺談科研如何創新

嚴加安院士曾説：“科研創新猶如化學反應，知識是載體，直覺、想象和靈感是催化劑。”那麼，在認識催化劑之前，我們首先要探究何為創新。

著名統計學家在他的《統計與真理》一書中有如下論述：“創新可以有不同的種類。最高水平的創新是一種新思想和新理論的產生……另外一種不同水平的創新是指在一個已存在法則範圍內的新發現，而這種新發現在某個特殊領域內具有巨大的意義。”像牛頓力學和愛因斯坦相對論就是最高水平的創新。絕大多數科研創新是屬於第二類水平的。創新的定義是指以現有的思維模式提出有別於常規或常人思路的見解為導向，利用現有的知識和物質，在特定的環境中,本着理想化需要或為滿足社會需求，而改進或創造新的事物、方法、元素、路徑、環境，並能獲得一定有益效果的行為。它要求人們的思維進程具有開拓性，思維方式要新穎，成果表達得具有創造性，同時思維還要具有綜合性。在這種情況下，就要求我們着眼於真正的生活，注意觀察和積累，埋頭研究，慢慢的從量變到質變。使思維過程的簡化、凝縮，最終“跳躍”，使思維得以擦出火花。

科研如何才能做到某種創新呢？我想，大致分為三步：知識積累，提出可能，實現假説。

首先，創新需要有長期的知識積累，這是創新的基礎。積累，逐漸聚集的意思。從幼發拉底河的文明之花，到現今人類文化的美麗奇葩，從刀更火種的原始社會，到信息爆炸的新經濟時代，人類社會的發展過程，從來都是一個積累的過程。“積土成山，風雨興焉。積水成淵，蛟龍生焉。積善成德，而神明自得，聖心備焉。故不積跬步，無以至千里;不積小流，無以成江海”講的也是積累的作用。愛因斯坦曾經説過：“創造一個新理論並不像是摧毀一箇舊穀倉，然後在原地建一座摩天大廈。它倒像是在攀登一座山，獲得了新的、更寬闊的視野，在我們的起點和它的豐富環境中發現意料之外的聯繫。”

其次，創新需要發現可能性。關鍵是突破思維障礙機制，突破思維定勢、思維習慣、思維常規，突破原有的知識排列和組合關係，突破原有的能力結構，這需要豐富的想象力。所謂想象力，就是頭腦中創造一個念頭或者畫面的能力，也就是形象思維能力。施一公表示，在人類文明的進程中，許多看似不合常規的“異想天開”，為科學探索提供了鮮活的命題和無限的空間。“可以説，想象力是社會進步的源動力，正是具備了超凡的想象力，人類才有超凡的創舉，人類才有今天和未來。”施一公説，大學作為人類文明的燈塔，需要做的就是不斷拓展認識自然的邊界，保護好人類最原始也最寶貴的想象力。科學想象是科學技術創造領域的想象，是根據現有的科學知識和事實，發揮高度的抽象和聯想能力，超越現實條件，猜測未知的客觀規律，設想未知的變化過程。150多年前，法國科幻作家儒勒·凡爾納曾在作品《從地球到月球》中，描寫了3位探險家乘坐炮彈到月球探險的故事。作品問世104年後，人類終於首次實現了登月的夢想。他在另一部作品《海底兩萬裏》中描繪了“鸚鵡螺”號潛艇縱橫海底的景象，時至今日，這些幻想中的場景已經成真。愛因斯坦説過：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推動着進步，並且是知識進化的源泉。”愛因斯坦説過：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推動着進步，並且是知識進化的源泉。”想象力是創造性思維不可缺少的基本素質，它能幫助人們透過那些能被感知的經驗事實材料去把握、探求自然現象運動的內部機制。

當看到可能性，那麼最後一步就是提出解決方法。一個新問題的解決沒有前人經驗可以借鑑，直覺和靈感在這時起到重要的催化作用。

直覺思維是不以邏輯為中介，而以獨特的直覺能力從直接經驗中直接覺察事物本質和規律的思維方法。直覺思維能把埋藏在潛意識中的思維成果，尤其是形象思維的成果，評價和審美體驗的成果調動出來，同顯意識中所要解決的問題相溝通，從而使問題得到突發式、頓悟式的解決。直覺思維是一種基於形象思維，而又不歸結為形象思維的一種獨特的思維形式。直覺思維是立體的，三維的或多維的。由於直覺把握對象不採取邏輯的形式，不以邏輯為中介，所以我們把它當作非理性因素來對待。直覺是一種潛意識的思維活動，是不被意識到的、不自覺進行的思維活動。但它往往能在一瞬間領悟和洞察事物的本質，實現認識的飛躍。

直覺思維不需要任何中間環節，即不通過邏輯思維，也不通過形象思維。在直覺中，認識主體和認識客體能夠相互過渡，相互融合，最後達到主客兩忘和主客合一的境界。正如哲學家帕格森指出的：“直覺就是一種理智的交融。這種交融使人們自己置身於對象之內，以便與其中獨特的從而無法表達的東西相符合。”柏格森的話告訴我們，直覺不會像理性那樣，只停留在世界的外部來觀察世界，它會達到同世界的真實存在融合為一的無差別的境界。正因此，直覺能反觀真實的存在。愛因斯坦的“短程線”思想實驗就是直覺思維創造力的範例。有一次愛因斯坦上梯子換一幅畫，從梯子上摔下來了。全家人都急壞了。他卻雙目緊閉且不吭一聲。這時愛因斯坦在做“短程線”思想實驗：他在直覺地觀察一個人從高處往下落的情況。他在測量下落者的軌跡，總結分析這個直覺實驗情況。他通過直覺觀察，提出了一個絕妙的問題：“人為什麼筆直地摔下來？”他於是一骨碌從牀上爬起來説：“對了，物體總是沿着阻力最小的路徑運動。”“事物是按短程線運動的。”這一原理為廣義相對論的創立作出了巨大的貢獻。也正因此，愛因斯坦説：科學原理是以“直接經驗”為基礎的，原理的發現並沒有邏輯的道路，只有通過那種以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺。一般地可以説，從特殊到一般的道路是直覺的，而從一般到特殊的道路是邏輯的。

靈感通常是指突然出現的一種具有創新性認識內容的模糊觀念，它之所以令人感到神祕，主要是因為它的出現不是事先就意料到的，而是突然到來的。是一種人們自己無法控制、創造力高度發揮的突發性心理過程。即文藝、科學創造過程中由於思想高度集中、情緒高漲、思慮成熟而突發出來的創造能力。靈感的產生是創造者對某個問題長期實踐、經驗積累和思考探索的結果,它或是在原型的啟發下出現,或是在注意轉移致使緊張思考的大腦得以放鬆的時機出現。德國化學家凱庫勒一日午休時夢到一條小蛇的頭部咬住尾巴被驚醒了，然後他花了一夜時間，提出了苯環結構假想。這就是在意識朦朧之中產生的靈感。

思維學、腦科學和心理學等現代科學已經取得許多重要突破，可以對靈感思維做出比較科學的論斷。比如靈感思維與右腦的關係非常密切，也有學者認為海馬神經迴路是靈感思維的神經生理機制。可喜的是我國在該領域取得了突破性進展，中科院心理健康重點實驗室研究員羅勁的一項功能性磁共振成像（fMRI）研究確認，靈感、頓悟最初的發源地在大腦額葉的扣帶前回（ACC）。[3]可以説，靈感的真實存在性已被證實。

但是，即使有充足的知識儲備，並準備好“催化劑”，也不一定能夠在科研上有所創新。創新需要有一定的機遇。不過我不認可“機遇是可遇不可求”的説法。我認為在一定條件下可以人為地去創造產生機遇的環境。例如，為了保持研究活力和對研究問題有新鮮感，嚴加安院士提到，他每隔一段時期就改變一下自己的研究領域。他説，“在新的研究領域裏機遇自然會多一些。在改變研究領域的過渡期內，我往往也同時研究幾個相關領域。”

總之，想象力、直覺、靈感作為創新過程中的催化劑，能使人的思維潛力更充分地發揮出來，表現為人的思維的自由性、開放性、能動性，而思維活動的自由性、開放性、能動性恰恰是挖掘、發揮人的創新能力所不可缺少的因素與前提。這些催化劑使人能從雜亂中找到癥結所在和解決困難的突破口，明確思維活動的方向。同時在人類的思維活動中，這些思維活動思維能排除邏輯思維過程中的一般性分析、比較、分類等概念性活動，溝通和接通各個要素間的關係，從而實現突發式的飛躍，實現創新。在我們這個處處尋求創新的時代，不能忽視直覺、靈感、想象力的價值。