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孙慕天:最委屈的科学家

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最委屈的科学家和科学的非功利性

/孙慕天

《新华文摘》2011年第9

 

从培根以来,“知识就是力量”的说法已经深入人心,研究科学目的是为了给人带来福祉,这本来是不错的。但是,功利目的却只是科学研究的间接目的而不是它的直接目的。从本质说,科学的目的就是认识客观真理,而实际利益的诉求常常使人偏离甚至抛弃了科学的这个根本宗旨。爱因斯坦说:“人们对于他们直接需要范围以外的东西,一般是看不到的。对于直接生产物质财富的工作,他们才愿意付出代价。但是科学,如果要繁荣,就不应当有实用的目的。作为一个普遍的规律,科学所创造的知识和方法只是间接地有助于实用的目的,而且在很多情况下,还要等到几代以后才见效。”爱因斯坦认为这是一个“普遍规律”,这当然不是自然科学规律,而是科学学规律,我们不妨称之为科学学的爱因斯坦定则,可以表述为:基础科学成果一般不能有直接的实用目的,而且只有经过相当长的周期才能间接地有助于实用目的。爱因斯坦发表这番议论的时间是1934年。有意思的是,刚好一百年前的1834年,法拉第在其《实验日记》中,提出了另一个相关效应:“人类最伟大的贡献者在他们活着的时候,通常没有获得优厚的报酬,一个新思想获得公认的时间越长,那么这个新思想就越真正有创造性。”这是科学学上的法拉第定则:科学上新思想的创造性和获得社会承认的时间正相关。把法拉第定则和爱因斯坦定则结合起来,可以得出一个必然推论,基础科学的成果越是超前,越是深刻,就越是远离公众当下的生活和直接需要,于是该成果也就越是被冷落,其发现者因而被边缘化,蒙受在后人看来不应遭受的委屈。

科学史上三位最委屈的科学家,是法拉第效应和爱因斯坦效应的生动例证。

法国数学家伽罗华(Evarist Galois18111832),是代数学划时代的革命者。伽罗华生前只发表了短短34页的论文,他虽两次向巴黎科学院提交有关群论的原创性著作,但均遭拒绝。1832年,年仅21岁的伽罗华死于决斗,在决斗前夜匆忙写下自己伟大发现的要点,嘱托友人转交给有关专家:“你可以公开请求雅可比或高斯不是对于这些定理的真实性,而是对其重要性表示意见。”他在研究高次方程根式解的时候,发现每个方程对应一个含有方程全部根的域,该域对应方程根的置换群,即伽罗华群。从这里引申出抽象群、域、环、序、理想、同构、同态等现代数学基本概念,开辟了全新的研究域。伽罗华群成为现代几何学、基本粒子理论、化学、结晶学等众多前沿科学的基本数学工具。19世纪末出版的伽罗华作品初版序言中说:“我们可以设想那种可能性,假如伽罗华活下去,近世数学会从巴黎和拉格朗日的学派,而不是从哥根廷和高斯学派获得深刻的鼓舞。”

  可是,才华盖世的伽罗华却像流星一样陨落了,在差不多半个世纪的漫长岁月里,几乎无人知晓。哥西承诺向法兰西科学院提交伽罗华论文的审查报告,可是却食言而肥。傅里叶接到论文后去世了,遗物中并没有此件,实际是给弄丢了。直到1846年刘维尔(J.Liouville)才在《数学杂志》上发表了伽罗华的主要遗稿,1880年克莱因(C.F.Klein)和1893年索福斯·李(M.S.Lie)才分别在《爱尔兰根纲领》和《变换群理论》中,阐释和确定了伽罗华的伟大发现,而那时已是伽罗华去世48年和61年后了。

  科学史上只有极少几位理论科学家,其研究成果不仅改变了人类的自然图景,而且引发了划时代的科技革命和产业革命。麦克斯韦(James Clark Maxwell1831-1879)就是这样的科学巨擘。他在1862年提出了位移电流和电磁场的概念,发现了电磁波和光电同一性,制定了麦克斯韦电磁场方程,创立了电磁场理论,从而改变了牛顿以来的物理实在观念。爱因斯坦说:“在麦克斯韦以前,人们以为物理实在是质点,在麦克斯韦以后,他们则认为,物理实在是由连续的场来代表的。实在概念的这一变革,是物理学自牛顿以来最深刻和最富有成效的变革。”由于电磁波的发现,人们找到了一种突破时空阻隔实现信息传递的技术手段,实现了历史上最伟大的科技革命和产业革命———信息革命。1897年,马可尼建立了无线电报和信号公司;1920年,美国匹兹堡KD-KA电台开始定期无线电广播;1928年,美国通用电气公司实验播送电视节目;1935年,沃森—瓦特实验防空用脉冲雷达;1971年,马丁·库帕发明手机;1989年,蒂姆·伯纳斯-李设计了万维网……所有这一切,都是以麦克斯韦的电动力学为基础的。麦克斯韦所成就的伟大事业真可谓惊天动地。美国科学史家伊万·托尔斯泰(Ivan Tolstoy)所著的《麦克斯韦传》评价说:“现代技术和物理学中,很难有哪一领域麦克斯韦的理论没有做出重要贡献———从电力的产生和传递到交换系统或现代粒子物理的大型加速器。麦克斯韦方程在科学上、实践上和工程上的后果是原创性的、无所不在的,根本无法一一列举。”难怪诺贝尔奖得主费曼(R.P.Feynman)慨乎言之:“麦克斯韦电动力学定律的发现被评价为19世纪最重大的事件,与这一重大科学事件相比,发生在同一十年中的美国南北战争不过是一桩地区性的小事而不足挂齿。”

  无论从物质上,还是从声誉上,麦克斯韦所得到的都和其贡献极不相称。他在剑桥大学的工资只有区区500英镑。科学成就远不如麦克斯韦的司铎克斯(G.G.Stokes)和汤姆生(W.Thomson)都受封为爵士,后者死后还享受到在威斯敏斯特大教堂国葬的殊荣。而麦克斯韦始终是一介平民,而且即使在他事业最辉煌的晚年,在他一手创办了卡文迪什实验室的剑桥大学,都没有多大知名度。在他出任实验室主任就职演说的仪式上,学生们都不知道此人是何方神圣,纷纷把眼睛盯在亚当斯等“名人”身上。更令人费解的是,时至今日,面对这样一位科学上的泰山北斗,即使在发达国家数理科学领域以外的精英人士中,仍然大多不知其为何许人也。I·托尔斯泰告诉了我们一些令人啼笑皆非的故事。1857年,阿伯丁市为举办不列颠学会年会修建礼堂而募捐,麦克斯韦因曾在阿伯丁大学任职而捐了款,事后该建筑为公司收购,成为从事商业经营的音乐厅,捐款人均为股东。麦克斯韦逝世五十年后的1929年,公司在当地报纸上登出广告寻找麦克斯韦先生,起因是多年寄出的红利均被退回。果然有人前来回应说,他知道这位名叫“麦克斯韦”的绅士,并说该人现在天天在阿伯丁的街头上散步云云。这样的笑话竟然出在麦克斯韦的故乡,真是匪夷所思。无独有偶,1960年,英国皇家学会隆重纪念成立300周年,女王陛下亲自莅临并致辞;然而,女王的讲话中所列举的以牛顿为首的皇家学会历代杰出人物中,独独漏掉了麦克斯韦。这件事在国际科学家中引起了一阵波澜。像麦克斯韦这样一位对人类文明做出了划时代历史贡献的巨人,竟成为“边缘人物”,真是咄咄怪事。I.托尔斯泰说:“羞怯、缄默、古怪,麦克斯韦的公众形象一直是黯淡无光的,可以说他是未经妙手描摹的天才。麦克斯韦的名字当然不像牛顿和爱因斯坦那样妇孺皆知,虽说他对科学的贡献与牛顿和爱因斯坦差堪比肩。”女王尚且如此,遑论一般公众。现在世界上看电视和打手机的人有几十亿,吃水不忘掘井人,人们享受这样高度的技术文明,首先应当感谢麦克斯韦,但是,在这几十亿人中,又有多少人知道这位苏格兰物理学家呢?

  第三位是生物学革命的巨星孟德尔(Gregor Joham Mendel18221884)。孟德尔独创性地进行了豌豆杂交实验,从33个品种中挑出22种,共种植了28000株,其中12835株经过仔细筛选,用从未有人在生物学研究中使用过的严格数理统计方法,总结出分离律和自由分配律,制定了遗传因子的科学概念。1865年孟德尔公布了他的划时代发现———生物遗传定律,在当时已经流行的进化论之外,独辟蹊径,开辟了生物学研究的新域———遗传学,为生物学奠定了另一块基石。1930年代,遗传学与进化论相结合,催生了现代生物学。1950年代,遗传学与生物化学相结合,催生了分子生物学,随之诞生的重组DNA技术,推动了生命科学的革命,人类遗传学、基因组学、生物信息学等新学科应运而生。而从应用上说,正是由于遗传学这一基础学科的带动,带来了生物技术产业,引发了绿色革命,而个体化医学也在这一基础上发展起来,从而迎来了医学的新时代。所有这一切都发端于孟德尔天才的实验和理论创新。“遗传定律发现百年纪念会”评价孟德尔的贡献说:“准确地说出一门科学的时间地点的事是稀奇的,遗传学是个例外,它的诞生归功于一个人:孟德尔。是他于186528日和38日在布尔诺阐述了遗传学的基本定律。”

  但是,这位改变了人类命运的人自己却是时乖运蹇,命途多舛。孟德尔是布尔诺修道院的修士,但不善于从事宗教活动,除了在中学做兼职教师之外,唯一的工作就是做植物杂交实验,但他视为生命的研究成果却被其生前和身后的学术界弃之如敝屣。186528号和38号两个星期三的晚上,孟德尔在布尔诺自然科学学会宣读了自己的研究成果,当地小报做了报道,但没有引起任何反响。1866年,孟德尔的论文《植物杂交的试验》在《布尔诺博物学会会刊》上发表,单行本印行120册发往世界各主要图书馆,孟德尔自己将40本抽样本寄给一些国际知名学者,但反响寥寥。最熟知孟德尔工作的耐格里(C.W.N?覿geli)出于偏见,读了孟德尔论文的单行本之后,在自己的著作中却只字不提;另一位专家霍夫曼(O.Hofmann)倒是在专著中五次提到孟德尔的工作,但却都是与遗传定律无关的次要问题;而更多的人甚至连邮件都未曾拆封。只有俄国的施马尔豪森(Н.Ф.Шмальгаузен)在其论著中正确地阐述了孟德尔的创造性发现,但是该书的德文译者却恰恰把这一重要段落删掉了。孟德尔去世的时候,世人所知道的不过是一个善良的人辞世而已。生前友好在当天的《布尔诺日报》上刊登讣告说:“他的逝世使穷人失去了一位捐款人,使人类失去了一个高尚的人,一位热心的自然科学促进者,一位模范的神父。”可以说,当时世界上没有人知道正是这个人改写了历史。直到1900年,孟德尔逝世16年、遗传定律公布34年后,才有三位科学家声称重新发现了孟德尔定律,他们是荷兰的德弗里斯(H.de Vries)、德国的科伦斯(C.Correns)、奥地利的丘歇马克(E.Seysenegg-Tschermak)。即便如此,人们还是发现,这些“重新发现”仍有勉强之处。德弗里斯第一篇论文并未提到孟德尔,第二篇可能是因为隐瞒不住才祖述到孟德尔;而丘歇马克虽然自称“重新发现”了孟德尔,但研究表明,他其实并没有正确理解孟德尔定律,所以让世界认识孟德尔的功劳不能算在他的头上。

  从今天流行的观点看,社会对这三位科学家的回报和他们的贡献太不相称了,他们实在太委屈了。值得深思的是,他们身为不世出的科学奇才,却为什么不能像同时代的二三流科学家一样,红极一时呢?说起来,他们不是生不逢时,也不是没有遇到重视科技人才的当权者,诚所谓“屈贾谊于长沙非无圣主,窜梁鸿于海曲岂乏明时”———须知,他们都生活在19世纪科学革命中心的西欧国家———问题在于,是他们自己选择了一条注定要受委屈的人生道路。

  所寻求的宇宙之理越是深刻,就越是背离常识。黑格尔说,人的常识“是某一时代这样一种思想方式,它包含着那个时代的一切偏见”。阳春白雪,和者盖寡。掌握真理的人,也是向常识挑战的时代叛逆,他们的思想太超前了,不可能被囿于常识思维的庸众认同,于是就出现了科学学上的法拉第效应。

    法国数学家泊松(Louis Poisson)负责审阅伽罗华的论文,整整看了四个月,得出的结论却是“完全不能理解”,并建议科学院否定这一成果。连数学大师都不理解,何况普通百姓?《伽罗华传》的一位作者说:“他的‘群’完全超越了当时数学界能理解的观念,也许正是由于年轻,他才敢于并且能够以崭新的方式去思考,去描述他的数学世界。也正因如此,他才受到了冷遇。”

  同样,在19世纪中叶,物理学中的主流话语是牛顿学派的超距论范式,I·托尔斯泰说:“在这些年里,没有一个人,也许就连法拉第也没有预见到,迄今颠扑不破的牛顿机械论宇宙观会寿终正寝。特别是在德国,纽曼、黎曼、基尔霍夫、韦伯,所有那些在电磁学大事记和教科书上鼎鼎大名的人物,都用牛顿机械论的术语描述整个电磁现象。”而麦克斯韦却用充塞于空间中的场来表述,用库恩的话说,在一代人的时间内就发生了这样的格式塔式的范式转换,是非常突然的。因此,在麦克斯韦生前身后很长的一段时间里,麦克斯韦的理论即使在物理学家中,也没有得到普遍认同。连他的好友,19世纪英国物理学的权威汤姆生(即开耳芬爵士),甚至在麦克斯韦去世十年后的1888年,还把麦克斯韦电磁理论说成是“一种新奇的、原创性的,但不完全站得住脚的假说”,声称“所谓光的电磁理论迄今为止对我们并未有所裨益”。他说这话的时候,麦克斯韦的代表作《电磁学通论》已出版15年,而就在这一年,赫兹发现了电磁波,全面验证了麦克斯韦的电磁理论。

  孟德尔也是如此。他的遗传学研究方向与达尔文进化论迥异。1859年,达尔文的《物种起源》问世,尽管引起了激烈争论,但生物进化却迅速成为当时生物学研究的主题;生物学家更关注的是使物种发生变化的进化因素,而不是使物种保持稳定性的遗传因素。就在达尔文发表进化论的时候,从1856年到1863年,孟德尔集中进行了豌豆遗传实验,形成了遗传因子的独特概念,这种独辟蹊径的思想进路,使孟德尔游离于学术中心之外。他的视角独特,不像达尔文着重研究个体进化的全貌,而是着眼于单个性状的遗传;他的方法新奇,不像达尔文完全依赖定性研究,而是依据实验观察,采用严格的数理统计方法,做出定量分析,制定数学模型,通过推理做出逻辑结论。达尔文也曾做过金鱼草的遗传实验,但实验设计有问题,样本太小,更重要的是,他没有跳出当时流行的“融合学说”,看到子代遗传因子的分离,更没有发现显性和隐性两种性状的定量比例,反而提出了错误的“泛生论”,认为生物体全部细胞都产生“泛子”(gemmules),进入性细胞的“泛子”产生不同的后代,然后进入自然选择。显然,在遗传学领域,达尔文远远没有达到孟德尔的高度。不知出于什么原因,达尔文虽然收到了孟德尔寄来的著作单行本,但只是读了目录就放下了,连正文书页都没拆开,看来至少是对这个主题不感兴趣。有人认为,即使达尔文读了孟德尔的论文,也读不懂,或者无法接受他的“奇谈怪论”。在获赠孟德尔论文单行本的40位科学家中,只有一个人回了信,他就是慕尼黑大学的著名植物学家耐格里。孟德尔把自己的全部研究成果向他和盘托出,而他却在1867225日的回信中,傲慢地教训孟德尔说,他的实验“还远远没有完成,其实只是个开端”,并错误地建议孟德尔用山柳菊做实验。山柳菊是孤雌生殖,不能父本母本杂交,因而实验结果与孟德尔定律不符,而这却成了他否定孟德尔理论的口实。其实,耐格里也是“融合遗传”流行理论的信徒,认为遗传是父本和母本性状的融合,而孟德尔的理论却证明了颗粒遗传的正确性,这是他无法接受的。所以在他1884年出版的关于遗传和进化的大部头著作中,总结了当时几乎所有的植物杂交实验,偏偏对孟德尔的工作只字不提,看来不是偶然的,而是有意打压。

  爱因斯坦指出,科学成就的基础是“追求真理的愿望必须优先于其他一切愿望的原则”,而只有“把为社会服务看作是自己人生的最高目的”的人,才有可能真正为真理而献身,因为“他从个人的愿望和欲望的枷锁里完全解放出来,从而对体现于存在之中的理性的庄严抱着谦恭的态度”。这就是说,追求真理必须抛弃个人主义的功利追求,这样才会有科学创造必不可少的自由的心灵。爱因斯坦认为,对权力和金钱的贪欲,是科学真理的大敌。他说:“企图兼有智慧和权力,极少能获得成功,即使成功,也不过昙花一现。”又说:“金钱只能唤起自私自利之心,并且不可抗拒地会招致种种弊端。”

  上述三位科学巨人的际遇展示了真理探求者独特的生命逻辑:他们所受的委屈是为真理而付出的成本。他们选择注定不会得到功利性回报的基础研究作为毕生的事业,是有强烈自觉的;他们都有明确的信仰,怀着无私的奉献精神,而不计个人的得失。这种价值观念是他们勇于为真理献身的思想基础。

  伽罗华曾为坚持共和主义的理想两次坐牢,他大无畏地宣告:“假如为了唤起人民而需要死亡,我愿意牺牲自己。”他的这种处世态度和价值取向,使他无视权威的轻蔑打压,像他自己说的,敢于“勇往直前”,而如其作品集的编者爱米儿·皮卡尔所说,始终抱有“与日俱增的优越感”和“无拘无束的自豪感”。正因如此,他才能在遗书中自信地表示:“在这以后,我希望有些人将会发现这堆东西注释出来对他们是有益的。”

  麦克斯韦一生谦虚、缄默、淡泊名利、与世无争。他有敏锐的技术眼光,他曾应召觐见女王,向她解释真空和克鲁克斯辐射计的实用价值。但麦克斯韦和法拉第一样,从未想过使自己的成果产业化而谋利,如I·托尔斯泰所说:“他们很了解他们的工作在实践上的可能性———他们能做却偏偏不做。”法拉第有句自我明志的名言:“应用是一个什么孩子?”麦克斯韦特别崇敬法拉第的这种人生态度,在悼念法拉第的文章中敬仰地说:“他那质朴淡泊的高尚生命,如同那些因他的名字而永垂不朽的发现一样,永远活在人们的记忆之中。”他把自己的整个生命奉献给对普遍自然规律的探求,明知这样做会被边缘化,终生与富贵荣华无缘,却心甘情愿做出这样的选择。在出任生平最后一个公职———卡文迪什实验室主任———的就职演说中,麦克斯韦袒露心扉:“我很高兴回到那些杰出人士的行列中,他们无论在思想上还是在实践上,都通过对高尚目标的渴求,超越惊涛骇浪升腾到晴朗的天空,那里既没有对意见的歪曲,也没有模棱两可的表达,而是一种思想和另一种思想的紧密联接,在这一点上两条道路都毗连着真理。”

  孟德尔为了科学事业放弃了婚姻,遁入修道院成为一名神父,由于生性不适合传教,人在修道院,却借为修道院募捐的名义,到中学任代课教师。孟德尔曾两次参加教师资格考试,均因缺乏正规科学训练而被考官否定,始终未能成为正式教师。他曾被选为修道院院长,但终其一生反对政府的税收政策,在政治上左右碰壁,晚年生活十分苦恼。乐天派的孟德尔却对这些外在生活的坎坷视若浮云。他知道作为一个教士从事基础科学研究的艰巨性,说:“需要勇气花气力做大量实验,但这是唯一正确的道路,这样才能最终解决重要问题。”孟德尔试过34种不同的豌豆,安排了7个实验:第一个用15株授粉60次,第二个用10株授粉58次,第三个用10株授粉35次,第四个用10株授粉40次,第五个用5株授粉23次,第六个用10株授粉34次,第七个用10株授粉37次。这样艰苦卓绝的研究工作,所得成果却投送乏门,无人问津,如果不是有献身真理的坚强信念,谁会做出这样的牺牲呢?孟德尔坚信自己叩开了真理之门。当他罹患肾炎,生命垂危之际,得知发现两性细胞成熟时染色体减半的消息(这是孟德尔遗传理论的有力证明),孟德尔满怀信心地对朋友说;“看吧,我的时代到来了!”

  麦克斯韦把为正义事业献身的自由智力和为一己私利盘算的功利智力区分开来。科学创造的先决条件是自由的智力,即爱因斯坦所说的“内心的自由”。被名缰利索束缚住的心灵是不自由的,这样的人没有求真所必须的客观态度,或急功近利,浅尝辄止;或唯利是图,曲学阿世,岂能如伽罗华、麦克斯韦、孟德尔那样,为了真理的事业,坚忍不拔,甘愿终生受尽委屈?我们当然不是一般地反对科学服务于社会利益,但是基础科学研究的性质决定了,其成果不可能立即转化为直接生产力,为此,从事基础研究的科学家必须耐得住寂寞,而不能成为食利主义者。基础研究是长期、艰苦的思维劳作,而按照法拉第定则,它很难迅即得到社会承认。我曾对从1905年到2005100年间的172位诺贝尔物理奖得主做了统计研究,发现他们做出成果的日期和他们获奖日期的间隔平均为17年,其中当年获奖者仅1人,10年以上获奖者为122人,占总数的70.92%20年以上的获奖者77人,占总数的44.18%;有12人获奖周期超过40年,有4人则整整等了半个世纪。美国学者基彻尔(Philip Kitcher)提出了“良序科学”(Well-Ordered Science)的概念,认为科学是二元的结构:一元是指向客观真理,一元是指向公私利益,要寻求二者的优化结合。但是,这种结合的基础是对真理的认识,舍此一切都是空话。所以,总要有一些人牺牲个人利益,甚至蒙受委屈,为真理而献身。

  有报道说,去年中国的技术专利已经高居世界第一,而科学论文总量也很快就将位列世界首位。但伴随着数量迅猛增长欢呼声的却是国人挥之不去的创新焦虑:这就是没有大师和缺乏创新人才的“钱学森之问”。一个问号时时折磨着我们:中国什么时候有本土的诺贝尔奖?这挑战了我们的战略理念、体制机制和路径选择。其实,与其为此痛心疾首,倒不如想一想:当市场经济原则使大学院所异化为名利场的时候,当价值规律左右一切而把科学研究异化为交易所的时候,哪里还会有舍生忘死在崎岖小路上攀登科学高峰的志士仁人呢?被誉为当代仓颉的已故院士王选说:“爱因斯坦曾经说过这样的话,人只有为别人活着,那才是有价值的。我赞成他的话。但凡有成就的人,大多具备这种品质。他们为了社会利益,为了活得有价值,始终不渝,狂热地去追求。”我们今天有多少这样的人呢?

  受得委屈,求得真理,这个悖论拷问着我们的良知。

 (作者单位:哈尔滨师范大学)

原载九三学社主办《民主与科学》2011年第1

 



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 发表于 2011/8/4 20:05:24 | 圈子 | 发送站内信 | 加为好友 | 邀请加入圈子
top第1楼
很喜欢的孙慕天,推荐《落霞孤鹜》!

等级:经理
行业:机械制造
职能部门:行政后勤
城市:日照市
金币:3407
top第2楼
在这个充满欲望的世界里,一切的发生,都是那么的自然!
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2019-11-21 10:53:54 693/2019-11-21 10:54:15 881/2019-11-21 10:54:15 897