陳 其 榮

(復(fù)旦大學(xué) 哲學(xué)學(xué)院，上海200433)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)，特別是重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，是一件激動(dòng)人心而又令人陶醉的事情?？茖W(xué)巨匠愛(ài)因斯坦將它譽(yù)為“思想領(lǐng)域中最高的音樂(lè)神韻”。[1]23以科學(xué)哲學(xué)考之，科學(xué)發(fā)現(xiàn)在根本上是人類(lèi)的一種復(fù)雜的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，因而自1958年N.R.漢森發(fā)表《發(fā)現(xiàn)的模式》一書(shū)以來(lái)，一直是科學(xué)哲學(xué)探討的頗有旨趣的主題。它具有豐富的內(nèi)涵，涉及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)，是否存在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯，科學(xué)發(fā)現(xiàn)遵循怎樣的模式，發(fā)現(xiàn)與證明(辯護(hù))的關(guān)系，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的機(jī)制與多重發(fā)現(xiàn)、多重發(fā)現(xiàn)與優(yōu)先權(quán)之爭(zhēng)等問(wèn)題。

諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)授予在物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出最重大發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人。在本文中，我們以諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為研究對(duì)象，以詳實(shí)可靠的原始文獻(xiàn)和一手資料為依據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析、案例分析等研究方法，揭示科學(xué)發(fā)現(xiàn)的性質(zhì)、特征、模式與機(jī)制，彰顯鮮活的科學(xué)精神、科學(xué)思想與科學(xué)方法，讀者可以從中饒有趣味地感悟諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是人類(lèi)怎樣的一種探索活動(dòng)，它們又是怎樣產(chǎn)生的以及做出重大發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的獲獎(jiǎng)人所具有的特質(zhì)與品格。

一、諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果是發(fā)現(xiàn)的還是發(fā)明的？

為了更好地理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)，我們首先通過(guò)對(duì)“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的概念解析來(lái)回答諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果是發(fā)現(xiàn)的還是發(fā)明的這樣一個(gè)問(wèn)題。

(一)常識(shí)中的“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的概念

在西文中，“發(fā)現(xiàn)”一詞的語(yǔ)義是“使原來(lái)隱蔽著的東西顯現(xiàn)出來(lái)”；而“發(fā)明”一詞則意味著“想出、設(shè)計(jì)出或制作出某種新事物、新過(guò)程”。

在中文里，“發(fā)現(xiàn)”意指“經(jīng)過(guò)探索、研究，揭示事物的存在或規(guī)律”；“發(fā)明”則意指“創(chuàng)制新的事物，首創(chuàng)新的制作方法”。

由此可知，中西文對(duì)“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”這兩個(gè)詞語(yǔ)意義的理解大體上是一致的：第一，都認(rèn)為“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”是人類(lèi)的一種探索性活動(dòng)，并且這種活動(dòng)必定產(chǎn)生確定的結(jié)果；第二，認(rèn)為兩者所產(chǎn)生的結(jié)果的性質(zhì)是不同的，其區(qū)別在于作為“發(fā)現(xiàn)”的“探索性活動(dòng)”的結(jié)果，在這種活動(dòng)之前是存在的，它是對(duì)已存事物的“解蔽”或“顯現(xiàn)”，而作為“發(fā)明”的“探索性活動(dòng)”的結(jié)果，在此種活動(dòng)之前是不存在的，它是創(chuàng)造新的東西。即是說(shuō)，如果某一對(duì)象產(chǎn)生于“發(fā)現(xiàn)”，那么就意味著這一對(duì)象在“發(fā)現(xiàn)”活動(dòng)之前就已經(jīng)存在于自然界或人類(lèi)社會(huì)；如果某一對(duì)象產(chǎn)生于“發(fā)明”，那么就意味著這一對(duì)象在“發(fā)明”活動(dòng)之前是不存在于自然界或人類(lèi)社會(huì)的。

顯然，上述對(duì)于“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的理解是適合于日常生活的。于是在這種語(yǔ)境下，人們將1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主W.C.倫琴的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)為“X射線的發(fā)現(xiàn)”，將1935年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主J.查德威克的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)為“中子的發(fā)現(xiàn)”，將1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主A.休伊什的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“脈沖星的發(fā)現(xiàn)”，將1944年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主O.哈恩的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“重核裂變的發(fā)現(xiàn)”，將1951年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主E .M.麥克米倫和G.T.西博格的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“超鈾元素的發(fā)現(xiàn)”，將2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主D.謝赫特曼的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)”，將1993年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主R.J.羅伯茨和P.A.夏普的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“斷裂基因的發(fā)現(xiàn)”，將2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主J.奧基夫、莫索爾夫婦的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)”，將2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主屠呦呦的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“青蒿素的發(fā)現(xiàn)”；而將1971年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主D.伽柏的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“全息術(shù)的發(fā)明”，將2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主J.S.基爾比的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“集成電路的發(fā)明”，將2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主赤崎勇、天野浩、中村修二的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)的發(fā)明”，將1960年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主W.F.利比的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“放射性碳14紀(jì)年測(cè)定法的發(fā)明”，將2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主B.L.費(fèi)林加的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與發(fā)明”，將1979年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主G.N.豪斯菲爾德的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“X射線斷層掃描儀(CT掃描儀)的發(fā)明”，將2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主P.C.勞特布爾和P.曼斯菲爾德的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)作“核磁共振成像技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)MRI)的發(fā)明”，將2010年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主R.G.愛(ài)德華茲的獲獎(jiǎng)成果稱(chēng)為“體外受精技術(shù)的發(fā)明”等等。無(wú)論是W.C.倫琴、J.查德威克、A.休伊什、O.哈恩、E.M.麥克米倫、G.T.西博格、D.謝赫特曼、R.J.羅伯茨、A.夏普、J.奧基夫、莫索爾夫婦、屠呦呦，還是D.伽柏、J.S.基爾比、赤崎勇、天野浩、中村修二、W.F.利比、B.L.費(fèi)林加、G.N.豪斯菲爾德、P.C.勞特布爾、P.曼斯菲爾德、R.G.愛(ài)德華茲等人的“探索性活動(dòng)”，都產(chǎn)生了確定的結(jié)果。X射線、中子、脈沖星、重核裂變、超鈾元素、準(zhǔn)晶體、斷裂基因、大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞、青蒿素等在“發(fā)現(xiàn)”活動(dòng)之前就已存在，它們是自然界固有的；而全息術(shù)、集成電路、高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)、放射性碳14測(cè)定法、分子機(jī)器、CT掃描儀、核磁共振成像技術(shù)、體外受精技術(shù)等在“發(fā)明”活動(dòng)之前是不存在于自然界或人類(lèi)社會(huì)的。所以，人們一般把科學(xué)上的新事實(shí)、新概念、新定律、新原理、新學(xué)說(shuō)等的提出稱(chēng)作發(fā)現(xiàn)，而把技術(shù)上的新儀器、新工具、新流程等的提出稱(chēng)作發(fā)明，即有所謂“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”與“技術(shù)發(fā)明”之說(shuō)。

(二)廣義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)：包含發(fā)明在內(nèi)的發(fā)現(xiàn)

早在1986年，邱仁宗在其發(fā)表于《自然辯證法研究》第1期的文章《論科學(xué)發(fā)現(xiàn)的模式》中就提出科學(xué)發(fā)現(xiàn)包括科學(xué)發(fā)明的看法。在筆者看來(lái)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為人類(lèi)之科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的主旋律，就其所蘊(yùn)含的創(chuàng)造性或創(chuàng)新性意義而言，它與技術(shù)發(fā)明之間并沒(méi)有絕對(duì)分明的界限。無(wú)論是科學(xué)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)，還是科學(xué)理論的提出，都是包含了發(fā)明在內(nèi)的發(fā)現(xiàn)。

在科學(xué)哲學(xué)中，科學(xué)事實(shí)和科學(xué)理論是科學(xué)認(rèn)識(shí)論的兩個(gè)基本范疇。眾所周知，“事實(shí)”一詞在日常生活中的意義是“真實(shí)”的事件、事故的意思。然而，在科學(xué)認(rèn)識(shí)論中它是指被揭示出來(lái)的自然的客體、現(xiàn)象、事件、關(guān)系、屬性、本質(zhì)及規(guī)律的總稱(chēng)，所謂科學(xué)事實(shí)則是指由觀察和實(shí)驗(yàn)獲得的、經(jīng)過(guò)鑒定的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。在諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果中，像前面提到的X射線的發(fā)現(xiàn)、中子的發(fā)現(xiàn)、脈沖星的發(fā)現(xiàn)、重核裂變的發(fā)現(xiàn)、超鈾元素的發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)、斷裂基因的發(fā)現(xiàn)、大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)、青蒿素的發(fā)現(xiàn)等，就屬于科學(xué)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)事實(shí)不是裸露的，也不是被動(dòng)地被發(fā)現(xiàn)的，而是借助于語(yǔ)言文字對(duì)自然的客體、現(xiàn)象、事件或過(guò)程的描述、陳述和判斷，它“含有對(duì)現(xiàn)象、事件的新看法、描述方法、表現(xiàn)技術(shù)或推理規(guī)則等等的新語(yǔ)言體系的發(fā)現(xiàn)”，[2]只有將它納入一定的理論體系中才能成為真正的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)事實(shí)不是對(duì)觀察到的事件的純粹而又簡(jiǎn)單的敘述，而是建立在觀察記錄(數(shù)據(jù)、照片、曲線等)基礎(chǔ)上的對(duì)觀察到的現(xiàn)象的科學(xué)解釋。而任何一種科學(xué)解釋都是一種創(chuàng)造性的理解和發(fā)現(xiàn)。就以“脈沖星的發(fā)現(xiàn)”來(lái)說(shuō)，早在1948年，A.休伊什在劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位期間就開(kāi)始運(yùn)用星際閃爍技術(shù)觀測(cè)射電源的強(qiáng)度起伏現(xiàn)象和致密成分，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)19年的艱辛探索與研究，終于在1967年發(fā)現(xiàn)了脈沖星，不僅通過(guò)分析其起伏信號(hào)得知是一系列強(qiáng)度不等的脈沖，精確測(cè)定了脈沖周期，而且根據(jù)致密星體振蕩理論解釋了輻射的脈沖性質(zhì)，并提出“中子星”的新概念，提出了脈沖星是中子星的科學(xué)論斷?？梢?jiàn)，科學(xué)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)了科學(xué)家在科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。正是在這種意義上，我們可以說(shuō)科學(xué)事實(shí)不只產(chǎn)生于發(fā)現(xiàn)，亦產(chǎn)生于發(fā)明。

相對(duì)于科學(xué)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)是指科學(xué)家在科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中深入自然事物之深層結(jié)構(gòu)，揭示其內(nèi)在的規(guī)律性，進(jìn)而提出的科學(xué)概念、科學(xué)定律、科學(xué)原理、科學(xué)學(xué)說(shuō)等理論形式。在諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果中，如A.愛(ài)因斯坦提出的“光量子”概念和光電效應(yīng)定律(獲1921年物理學(xué)獎(jiǎng))、L.V.P.R.德布羅意提出的“物質(zhì)波理論”(獲1929年物理學(xué)獎(jiǎng))、楊振寧和李政道提出的“弱相互作用中宇稱(chēng)不守恒原理”(獲1957年物理學(xué)獎(jiǎng))、I.普利戈金創(chuàng)立的“耗散結(jié)構(gòu)理論”(獲1977年化學(xué)獎(jiǎng))、R.霍夫曼提出的“分子軌道對(duì)稱(chēng)守恒原理”(獲1981年化學(xué)獎(jiǎng))、J.D.沃森和F.H.C.克里克建立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(獲1962年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))、E.B.劉易斯揭示的“早期胚胎發(fā)育中的遺傳調(diào)控機(jī)理”(獲1995年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))、A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎創(chuàng)立的“神經(jīng)傳導(dǎo)的離子學(xué)說(shuō)”(獲1963年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))等，都屬于科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)。

對(duì)于科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)是否包含發(fā)明在內(nèi)的問(wèn)題，A.愛(ài)因斯坦早就做出了肯定的回答。他說(shuō)：“概念和基本原理都是人類(lèi)理智的自由發(fā)明”，[1]446“一切概念，甚至那些最接近經(jīng)驗(yàn)的概念，從邏輯觀點(diǎn)看來(lái)，都是一些自由選擇的約定”。[1]7K.R.波普爾也曾指出：“科學(xué)理論并不是觀測(cè)的總匯，而是我們的發(fā)明——大膽提出來(lái)準(zhǔn)備加以試探的猜想。”[3]C.G.亨普爾也強(qiáng)調(diào)：“科學(xué)假說(shuō)和理論不是從觀察事實(shí)引申出來(lái)，而是從為了說(shuō)明觀察事實(shí)而發(fā)明出來(lái)的?！盵4]在我們看來(lái)，可以從下述兩個(gè)方面來(lái)理解科學(xué)理論既是發(fā)現(xiàn)的又是發(fā)明的思想：一是理論與規(guī)律是相互聯(lián)系又相互區(qū)別的兩個(gè)概念。規(guī)律是自然界或人類(lèi)社會(huì)固有的、本質(zhì)的聯(lián)系，表現(xiàn)為某種條件下的不變性；肯定自然界和人類(lèi)社會(huì)以其固有的規(guī)律運(yùn)動(dòng)與發(fā)展，即肯定“規(guī)律”的存在及其可知性，是人類(lèi)從事一切科學(xué)研究工作的基本信念。顯然，規(guī)律具有不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀性，人們只能利用它，而不能創(chuàng)造、發(fā)明它。但是，理論則不然。由科學(xué)語(yǔ)言、符號(hào)、公式表達(dá)出來(lái)的科學(xué)概念、科學(xué)定律、科學(xué)原理、科學(xué)學(xué)說(shuō)等理論形式，是科學(xué)家的主觀見(jiàn)之于客觀規(guī)律的“反映”。這種“反映”不是簡(jiǎn)單的、直接的，而是一系列抽象的過(guò)程，需要科學(xué)家的創(chuàng)造性的思維活動(dòng)。倘若沒(méi)有這種創(chuàng)造，也絕不會(huì)有科學(xué)理論?？茖W(xué)概念、科學(xué)定律、科學(xué)原理、科學(xué)學(xué)說(shuō)等理論形式所反映的客觀內(nèi)容是自然界中事物呈現(xiàn)的現(xiàn)象、過(guò)程及其本質(zhì)和規(guī)律性，但作為一種思想體系，它并不預(yù)先存在于自然界和人類(lèi)社會(huì)之中，而是科學(xué)家的創(chuàng)造與發(fā)明。二是從科學(xué)實(shí)踐哲學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，科學(xué)是通過(guò)概念和理論來(lái)表現(xiàn)的，也是實(shí)踐介入的?！白匀恢尸F(xiàn)，隸屬于我們的實(shí)踐的塑造，而不是隸屬于事物的‘實(shí)在的’、非解釋性的本性?！盵5]科學(xué)并非只是一組確定的命題和定律，它總是包含理論形式和使用的情景，而這種情景本身則是具有實(shí)踐性的?？茖W(xué)成果(包括科學(xué)事實(shí)和科學(xué)理論)是通過(guò)情景化的實(shí)踐活動(dòng)建構(gòu)出來(lái)的，是富有創(chuàng)造性的發(fā)明。例如，對(duì)于1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克建立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，分子生物學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家G.S.斯坦特就評(píng)論說(shuō)：在J.D.沃森與F.H.C.克里克給DNA分子結(jié)構(gòu)定義之前，“自然世界中過(guò)去沒(méi)有，現(xiàn)在也依然沒(méi)有DNA分子這一物。它是數(shù)代生物化學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的努力所創(chuàng)造的抽象概念。這些生物化學(xué)家們關(guān)注自然現(xiàn)象，總結(jié)出這些現(xiàn)象中的特定集合，組成DNA分子。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確是被發(fā)現(xiàn)的，但在同等程度上也是一項(xiàng)創(chuàng)造發(fā)明?！盵6]309科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明在創(chuàng)造性或創(chuàng)新性的本質(zhì)上是統(tǒng)一的，它們既是被發(fā)現(xiàn)的，又是被發(fā)明的，是“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的融合。

上述分析表明，科學(xué)發(fā)現(xiàn)本質(zhì)上是人類(lèi)的一種創(chuàng)造性或創(chuàng)新性的實(shí)踐活動(dòng)，人們應(yīng)當(dāng)摒棄將科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明截然二分的傳統(tǒng)觀念，確立一種廣義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)觀，即把科學(xué)發(fā)現(xiàn)理解為包含發(fā)明在內(nèi)的發(fā)現(xiàn)。

二、諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中的科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有怎樣的發(fā)現(xiàn)期？

我們轉(zhuǎn)入這第二個(gè)話題，是要闡明科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為人類(lèi)一種復(fù)雜的創(chuàng)造性的實(shí)踐活動(dòng)，不是瞬間做出的，而是經(jīng)歷了一段或長(zhǎng)或短的時(shí)間才完成的。其內(nèi)容有二：一是提出并闡明“發(fā)現(xiàn)期”的概念；二是通過(guò)對(duì)作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期的統(tǒng)計(jì)分析，揭示其具有的性質(zhì)與特點(diǎn)。

(一)何謂科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期

所謂科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期，是指致力于某項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)從開(kāi)始到完成的時(shí)間間隔期(通常以“年”為單位)。作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其發(fā)現(xiàn)期即是指諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者從開(kāi)始從事獲獎(jiǎng)研究工作到取得獲獎(jiǎng)成果所經(jīng)過(guò)的一段時(shí)間間隔期。這段時(shí)間間隔期取決于兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)：一是何時(shí)開(kāi)始從事獲獎(jiǎng)研究工作；二是何時(shí)取得獲獎(jiǎng)成果。通常通過(guò)閱讀有關(guān)文獻(xiàn)資料，能夠追溯獲獎(jiǎng)人開(kāi)始致力于獲獎(jiǎng)研究工作的具體時(shí)間。需要說(shuō)明的是如何判定獲獎(jiǎng)人在哪一年做出了諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。在科學(xué)共同體中，科學(xué)的規(guī)范要求科學(xué)家做出的任何一項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，都必須首先公之于世。由于科學(xué)家寫(xiě)作的論文在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表，或在重大的學(xué)術(shù)會(huì)議上宣布自己的研究成果，就意味著得到科學(xué)同行的承認(rèn)與評(píng)價(jià)，因而科學(xué)家一旦取得研究成果，總是盡快將他撰寫(xiě)的論文投寄到學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表或在重大的學(xué)術(shù)會(huì)議上宣布。這樣，學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文的日期或在學(xué)術(shù)會(huì)議上宣布的日期，便成為判定獲獎(jiǎng)人完成獲獎(jiǎng)成果的時(shí)間依據(jù)。

我們不妨考察一下部分諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果的發(fā)現(xiàn)期，以使讀者對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期概念有一個(gè)更具體的認(rèn)知。

法國(guó)物理學(xué)家L.V.P.R.德布羅意因“發(fā)現(xiàn)電子的波動(dòng)性，提出物質(zhì)波理論”而獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他在1910年獲得巴黎大學(xué)文學(xué)學(xué)士學(xué)位，受愛(ài)因斯坦的光量子理論啟發(fā)，開(kāi)始思考波與粒子的問(wèn)題，為此轉(zhuǎn)而研究理論物理學(xué)；1922年在該校攻讀博士學(xué)位期間，他感悟到必須把長(zhǎng)期以來(lái)在理論物理學(xué)中分別使用的波和粒子這兩個(gè)概念統(tǒng)一起來(lái)，概括成某一種綜合；1923年9月到10月之間，他在《法國(guó)科學(xué)院通報(bào)》上連續(xù)發(fā)表三篇題為《輻射——波與量子》《光學(xué)——光量子、衍射和干涉》《物理學(xué)——量子、氣體運(yùn)動(dòng)理論和費(fèi)爾馬原理》的著名論文，提出并闡述了物質(zhì)具有粒子和波的二象性思想，其發(fā)現(xiàn)期為13年。

荷蘭物理學(xué)家M.J.G.韋爾特曼因“在非阿貝爾規(guī)范理論的重整化方法方面所作出的貢獻(xiàn)”而獲得1999年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。自1967年S.L.格拉肖、A.薩拉姆和S.溫伯格提出“弱電統(tǒng)一理論”以來(lái)，他就一直致力于探究“弱電統(tǒng)一理論”是否可以用“重整化”消除其中的“無(wú)窮大”問(wèn)題。1969年初，他招收了年輕的G.霍夫特為他的博士生，讓其參與規(guī)范理論重整化的課題。G.霍夫特進(jìn)行無(wú)質(zhì)量楊-米爾斯理論可重整化的研究，他則把精力集中于維數(shù)調(diào)整方案上。1971—1972年，在《核物理》雜志上相繼發(fā)表了題為《無(wú)質(zhì)量楊-米爾斯場(chǎng)的重整化》《有質(zhì)量的楊-米爾斯場(chǎng)可重整化的拉格朗日算子》《規(guī)范場(chǎng)理論的例子》《規(guī)范場(chǎng)理論的組合技巧》等論文，提出了非阿貝爾規(guī)范理論的重整化方法，闡明了弱電相互作用量子結(jié)構(gòu)，其發(fā)現(xiàn)期為5年。

美國(guó)物理學(xué)家A.阿什金因“在激光物理領(lǐng)域的突破性發(fā)明”而獲得2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1952年獲康奈爾大學(xué)核物理學(xué)博士學(xué)位后，他來(lái)到美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室工作；1967年由于對(duì)光捕捉分子產(chǎn)生興趣，開(kāi)始研究激光操縱微粒；1970年，描述了微米尺度透明球體的加速和俘獲；1986年，發(fā)明了使用激光陷俘粒子的技術(shù)——光學(xué)鑷子，并在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表了這項(xiàng)研究成果，其發(fā)現(xiàn)期為19年。

加拿大籍德裔物理化學(xué)家G.赫茨貝格因“對(duì)分子的立體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)自由基的開(kāi)拓性研究”而獲1971年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。早在1925年他攻讀博士學(xué)位時(shí)就開(kāi)始研究分子結(jié)構(gòu)，1928年發(fā)表關(guān)于分子分光分析的論文，因此獲得達(dá)姆斯達(dá)特工業(yè)大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位；1930年起借助于量子力學(xué)進(jìn)行分子光譜實(shí)驗(yàn)，于1948年觀察到雙原子氫分子的四極紅外吸收光譜，接著創(chuàng)立新的光譜分析法，通過(guò)測(cè)定自由基的吸收光譜來(lái)確定其電子結(jié)構(gòu)；1956-1960年，成功地獲得了甲基自由基CH3和雙自由基碳烯CH2的吸收光譜，并確定了它們的電子結(jié)構(gòu)和幾何形狀，一年后在《加拿大皇家學(xué)會(huì)》雜志上公布了這項(xiàng)研究成果，發(fā)現(xiàn)期長(zhǎng)達(dá)36年之久。他在諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)“講演詞”中動(dòng)情地說(shuō)：“此獎(jiǎng)授予了一系列有關(guān)這方面的研究，這實(shí)際上也授予了我的整個(gè)科學(xué)生涯?！盵7]

德國(guó)物理化學(xué)家S.W.赫爾因“開(kāi)發(fā)超高分辨率熒光顯微鏡”而獲得2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他從1990年取得物理學(xué)博士學(xué)位以來(lái)，就一直在尋找繞開(kāi)衍射極限方法，致力于開(kāi)發(fā)超高分辨率顯微鏡。一天，他在一本《量子化學(xué)》的著作中看到“受激輻射”這幾個(gè)字，瞬間恍然大悟，萌生出一種解決這一難題的方法雛形。1994年，S.W.赫爾在發(fā)表的一篇論文中提出并闡述了實(shí)現(xiàn)超分辨率熒光顯微鏡的新技術(shù)——“受激輻射減損技術(shù)(Stimulated emission depletion, STED)”;2000年，他開(kāi)發(fā)出了STED顯微鏡，其發(fā)現(xiàn)期為10年。

美國(guó)遺傳學(xué)家T.H.摩爾根因“發(fā)現(xiàn)染色體在遺傳中的作用”而獲得1933年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1903年，他在實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)始致力于通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)孟德?tīng)栠z傳定律；1908年，他進(jìn)行果蠅遺傳實(shí)驗(yàn)，誘發(fā)果蠅突變；1910年，觀察到一只雄性白眼果蠅變體，通過(guò)它與紅眼雌性果蠅交配，發(fā)現(xiàn)了伴性性狀是由雌蠅X-染色體上攜帶的遺傳因子(基因)控制的，由此確立了伴性遺傳的觀念；之后，他又發(fā)現(xiàn)了位于同一染色體上的基因的連鎖、交換和不分開(kāi)等現(xiàn)象，提出了連鎖交換定律，并推知基因以直線方式排列在染色體上；1915年，他在題為《孟德?tīng)柺竭z傳的機(jī)制》的著作中，比較系統(tǒng)地闡述了染色體遺傳理論，其發(fā)現(xiàn)期為12年。

英國(guó)生殖醫(yī)學(xué)家R.G.愛(ài)德華茲因“在人類(lèi)試管受精技術(shù)上的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)”而獲得2010年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1955年，他在愛(ài)丁堡大學(xué)獲得博士學(xué)位時(shí)，了解到小鼠從卵母細(xì)胞成熟到胚胎發(fā)育的全過(guò)程，萌生了讓人類(lèi)卵子在體外成熟受精的想法；1958年，他在英國(guó)國(guó)立醫(yī)學(xué)研究所開(kāi)始致力于人類(lèi)受精過(guò)程研究；1968年，與來(lái)自?shī)W爾德姆的婦產(chǎn)科醫(yī)生P.斯特普托一起在伯恩·霍爾診所建立世界首個(gè)體外受精研究中心；1978年7月，接受了試管嬰兒手術(shù)的一名女士在曼徹斯特奧爾德姆醫(yī)院順利產(chǎn)下女?huà)隠.布朗，標(biāo)志著體外受精技術(shù)在臨床運(yùn)用上的成功，其發(fā)現(xiàn)期為20年。

日本免疫學(xué)家本庶佑因“發(fā)現(xiàn)抑制負(fù)性免疫調(diào)節(jié)的癌癥療法”而獲得2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1971年，他在美國(guó)卡內(nèi)基研究所做客座研究員時(shí)，被抗體的多樣性所吸引，開(kāi)始專(zhuān)注分子免疫學(xué)研究；1992年，他在京都大學(xué)免疫基因組醫(yī)學(xué)研究室發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞程序性死亡受體PD-1，是激活T淋巴細(xì)胞的誘導(dǎo)基因；1999年，以一系列實(shí)驗(yàn)揭示了PD-1分子具有T細(xì)胞“制動(dòng)”的功能，是免疫反應(yīng)的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，提出了通過(guò)抑制PD-1因子而實(shí)現(xiàn)癌癥治療的方法，并在《免疫學(xué)》雜志上發(fā)表了這一研究成果，其發(fā)現(xiàn)期為28年。

通過(guò)對(duì)上述各項(xiàng)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的發(fā)現(xiàn)期的考察，我們可以看出，科學(xué)家完成諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，往往需要付出較長(zhǎng)的時(shí)間，少則幾年，多則十幾年，甚至數(shù)十年。那么，一般而言，諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的發(fā)現(xiàn)期究竟有多長(zhǎng)？它具有什么特征和呈現(xiàn)怎樣的規(guī)律性？下面，我們將通過(guò)對(duì)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的發(fā)現(xiàn)期的統(tǒng)計(jì)分析，就這方面的問(wèn)題予以討論。

(二)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)分析

細(xì)數(shù)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)，自1901年頒發(fā)至2018年，已授予604名科學(xué)家、607人次；兩度獲獎(jiǎng)的科學(xué)家有3人，分別是法國(guó)的M.S.居里(1903年物理學(xué)獎(jiǎng)和1911年化學(xué)獎(jiǎng)得主)、美國(guó)的J.巴丁(1956年和1972年物理學(xué)獎(jiǎng)得主)、英國(guó)的F.桑格(1958年和1980年化學(xué)獎(jiǎng)得主)；其中，物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)112次，獲獎(jiǎng)人數(shù)為210人(次)；化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)110次，獲獎(jiǎng)人數(shù)為181人(次)；生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)109次，獲獎(jiǎng)人數(shù)為216人。

表1是筆者在求取607位(人次)獲獎(jiǎng)?wù)咦龀隹茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期的基礎(chǔ)上制得的。它顯示的是作為物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和整個(gè)自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)在各個(gè)授獎(jiǎng)年代的統(tǒng)計(jì)平均值。

表1表明：

(1)作為整個(gè)自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期為11.8年。在各個(gè)單項(xiàng)獎(jiǎng)中，物理學(xué)獎(jiǎng)中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期稍短，為10.1年；化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期稍長(zhǎng)且比較接近，分別為12.6年、12.8年。各學(xué)科的平均發(fā)現(xiàn)期或長(zhǎng)或短，反映了不同學(xué)科的特點(diǎn)與差異。相對(duì)于物理學(xué)獎(jiǎng)，化學(xué)獎(jiǎng)與生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期比較接近，這是由于在已頒發(fā)的自然科學(xué)獎(jiǎng)中有不少是“跨界”的學(xué)科交叉的獲獎(jiǎng)成果(它們到底屬于化學(xué)還是生理學(xué)或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 并不能?chē)?yán)格地加以區(qū)分)。統(tǒng)計(jì)顯示，自1901年至2012年，有25.8%的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了研究生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和闡明生命過(guò)程中化學(xué)變化規(guī)律的生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域，有15.4%的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了運(yùn)用化學(xué)理論與方法研究生物的化學(xué)組成和生命活動(dòng)中化學(xué)變化的生物化學(xué)領(lǐng)域。[8]考慮到現(xiàn)代自然科學(xué)學(xué)科交叉研究的這一顯著特點(diǎn)，諾貝爾化學(xué)委員會(huì)和生理學(xué)或醫(yī)學(xué)委員會(huì)在每年春季都要舉行聯(lián)合會(huì)議，互通情報(bào)，保證每一項(xiàng)科學(xué)研究成果的提名不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在這兩個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。

表1 諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)平均值

(2)自20世紀(jì)20年代以來(lái)，整個(gè)自然科學(xué)獎(jiǎng)以及物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)三個(gè)單項(xiàng)獎(jiǎng)中的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。這從一個(gè)側(cè)面反映出，隨著現(xiàn)代自然科學(xué)研究不斷向縱深發(fā)展，科學(xué)家做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的難度越來(lái)越大，所需耗費(fèi)的時(shí)日越來(lái)越長(zhǎng)。

為了進(jìn)一步了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期的基本特性，我們又在求得的每位獲獎(jiǎng)?wù)咦龀隹茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期和諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)平均值之后，接著又運(yùn)用統(tǒng)計(jì)理論與方法，繪制了“作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期與相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))”分布圖(圖1)和“作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期之特征參數(shù)”表(表2)。

由圖1可知，圖中各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所構(gòu)成的“統(tǒng)計(jì)曲線”，即1901-2018年作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期-成果數(shù)(人數(shù))曲線，是一條連續(xù)的、不規(guī)則的振蕩曲線，它近似于數(shù)學(xué)上的正態(tài)分布，其峰值處于“科學(xué)發(fā)現(xiàn)期10年/成果數(shù)(人數(shù))49人”這一坐標(biāo)點(diǎn)上。在從1至48年這一寬闊的發(fā)現(xiàn)期跨度內(nèi)，除了38年、40年、42年、44年、45年、47年這6個(gè)發(fā)現(xiàn)期外，在42個(gè)發(fā)現(xiàn)期中均有相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))。由于在這6個(gè)發(fā)現(xiàn)期中沒(méi)有相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))，加之發(fā)現(xiàn)期在19年以上所擁有的成果數(shù)(人數(shù))急劇減少，故作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期-成果數(shù)(人數(shù))曲線的重心向左偏移了不少。

圖1 作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)期與相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))

表2展示了作為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和整個(gè)自然科學(xué)獎(jiǎng)之獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的最小發(fā)現(xiàn)期、最大發(fā)現(xiàn)期、平均發(fā)現(xiàn)期、標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)、眾數(shù)等特征參數(shù)。由此可知，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和整個(gè)自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期、中位數(shù)都比較接近，這表明各學(xué)科和整個(gè)自然科學(xué)作為諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之發(fā)現(xiàn)期呈現(xiàn)一定的對(duì)稱(chēng)分布；物理學(xué)、化學(xué)、 生理學(xué)或醫(yī)學(xué)三個(gè)學(xué)科獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期分布只相差一個(gè)水平方向的平移， 即可以通過(guò)適當(dāng)?shù)乃椒较虻钠揭茖⑷齻€(gè)學(xué)科的正態(tài)密度曲線重合。各學(xué)科和整個(gè)自然科學(xué)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)期的標(biāo)準(zhǔn)差(分別為7.3年、7.3年、7.5年、7.4年)都比較小， 這說(shuō)明這些學(xué)科獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)期的分散程度相當(dāng)小，亦即科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期分布較為緊密地集中于平均發(fā)現(xiàn)期。

表2 作為諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期之特征參數(shù)

由圖1和表2可知，在整個(gè)諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中，其獲獎(jiǎng)人完成科學(xué)發(fā)現(xiàn)的最小發(fā)現(xiàn)期僅為1年(有12人)，最大發(fā)現(xiàn)期則長(zhǎng)達(dá)48年。這意味著與獲獎(jiǎng)人開(kāi)始從事獲獎(jiǎng)研究工作的時(shí)間相對(duì)而言，確有為數(shù)不多的獲獎(jiǎng)研究工作完成得很快,也有極個(gè)別的獲獎(jiǎng)研究工作則進(jìn)行得相當(dāng)持久。前者如1915年物理學(xué)獎(jiǎng)得主W.H.布拉格和W.L.布拉格、1922年物理學(xué)獎(jiǎng)得主N.H.D.玻爾、1925年物理學(xué)獎(jiǎng)得主J.弗蘭克和G.L.赫茲、1938年物理學(xué)獎(jiǎng)得主E.費(fèi)米、1954年物理學(xué)獎(jiǎng)得主M.玻恩、1998年物理學(xué)獎(jiǎng)得主R.B.勞克林、1995年化學(xué)獎(jiǎng)得主M.J.莫利納、1956年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主W.T.O.福斯曼、2008年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主F.巴爾-西諾西、2018年物理學(xué)獎(jiǎng)得主D.T.斯特里克蘭等，完成獲獎(jiǎng)研究工作非常迅速，距他們開(kāi)始從事獲獎(jiǎng)研究?jī)H僅1年。其中，最迅速取得諾貝爾獎(jiǎng)研究成果的要算E.費(fèi)米了。他是由于“發(fā)現(xiàn)中子輻射產(chǎn)生的新放射性元素以及慢中子產(chǎn)生的核反應(yīng)”而獲獎(jiǎng)的。據(jù)E.G.賽格雷在《原子舞者：費(fèi)米傳》中記載，E.費(fèi)米是在1934年初英國(guó)《自然》雜志宣布約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的時(shí)候想到利用中子轟擊原子核。就在當(dāng)年3月，他在羅馬大學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子產(chǎn)生的新放射性元素，并于7個(gè)月后用慢中子方法實(shí)現(xiàn)了核反應(yīng)。[9]其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期尚不滿10個(gè)月。

R.韋斯、E.R.坎德?tīng)?、R.J.萊夫科維茨則分別在物理學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、化學(xué)領(lǐng)域中做出的諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有最大發(fā)現(xiàn)期。R.韋斯是因“在引力波研究方面的貢獻(xiàn)”而獲得2017年物理學(xué)獎(jiǎng)的。早在1967年，R.韋斯在麻省理工學(xué)院就以思想實(shí)驗(yàn)的形式，提出了“通過(guò)在物體之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)的光速來(lái)測(cè)量引力波”。[10]隨后，制造了一個(gè)引力波探測(cè)器原型機(jī)。1983年10月，與加州理工學(xué)院K.S.索恩、R.德雷弗共同創(chuàng)立美國(guó)國(guó)家基金LIGO(全稱(chēng)Laser Interferometer Gravitational-Ware Observatory，即激光干涉引力波天文臺(tái))項(xiàng)目。2015年9月14日，通過(guò)LIGO首次直接探測(cè)到抵達(dá)地球的引力波。之后，經(jīng)過(guò)LIGO科學(xué)合作組織和Virgo天文臺(tái)的認(rèn)真檢查與核實(shí)，美國(guó)國(guó)家基金會(huì)于2016年2月11日在華盛頓舉行新聞發(fā)布會(huì)，正式向全世界宣布了這一重大發(fā)現(xiàn)，其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期長(zhǎng)達(dá)48年之久。

E.R.坎德?tīng)柺且颉鞍l(fā)現(xiàn)由于突觸形態(tài)和功能的改變而產(chǎn)生記憶功能”而獲得2000年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的。據(jù)他回憶，早在1950年于哈佛大學(xué)上本科時(shí)，他就對(duì)記憶的問(wèn)題產(chǎn)生興趣，1957年在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院做博士后研究員時(shí)，開(kāi)始探究“學(xué)習(xí)行為怎樣在大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中引起變化，以及一個(gè)瞬間的短時(shí)記憶如何轉(zhuǎn)化為持久的長(zhǎng)時(shí)記憶”，致力于發(fā)現(xiàn)“記憶存儲(chǔ)的精神心理學(xué)和神經(jīng)元信號(hào)傳導(dǎo)的生物學(xué)的結(jié)合點(diǎn)”。[11]758-759于1998年在《神經(jīng)細(xì)胞》雜志上發(fā)表題為《認(rèn)知的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)與記憶研究》的獲獎(jiǎng)?wù)撐?，其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期長(zhǎng)達(dá)41年之久。

R.J.萊夫科維茨是因“G蛋白偶聯(lián)受體研究”而獲得2012年化學(xué)獎(jiǎng)的。他自1968年開(kāi)始利用放射性同位素追蹤細(xì)胞受體，70年代初分離出腎上腺素(β腎上腺素)等受體，1973年加入美國(guó)杜克大學(xué)致力于腎上腺素和去甲腎上腺素的受體特性的研究，于2011年在《自然》雜志上發(fā)表的論文中揭示了β2腎上腺素抑制蛋白在信號(hào)通路中的作用機(jī)制與功能。[12]其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期長(zhǎng)達(dá)43年之久。

表2還顯示，無(wú)論是物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)，還是整個(gè)自然科學(xué)，作為諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期，它們的眾數(shù)均為10年(即發(fā)現(xiàn)期為10年的獲獎(jiǎng)成果或人數(shù)最多，所占的比例最大)。我們認(rèn)為，這么驚人的巧合，其中必然隱含著科學(xué)發(fā)現(xiàn)的某種規(guī)則。早在20世紀(jì)80年代，心理學(xué)家J.海耶斯(John Hayes)就提出所謂“十年法則”，他指出：“在取得創(chuàng)新突破之前，這個(gè)人必須經(jīng)過(guò)大約十年的學(xué)習(xí)、實(shí)踐作為積累和沉淀?！盵6]19他基于作曲家們創(chuàng)作出他們的第一部偉大作品所用的時(shí)間(幾乎總是十年或十年以上)這一證據(jù)，最先為這一法則提供了證據(jù)。20世紀(jì)90年代，H.伽德納(Howard Gardner)在出版的《創(chuàng)新意識(shí)》一書(shū)中宣稱(chēng)，現(xiàn)代七位重要人物——弗洛伊德、愛(ài)因斯坦、畢加索、伊果·斯特拉文斯基、T.S.艾略特、瑪麗·葛蘭姆和圣雄甘地等，都遵循了10年磨一劍的“十年法則”。[6]344而如今，我們?cè)诖怂龅膶?shí)證研究表明，在作為諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的科學(xué)家群體中，數(shù)量眾多的人是十年磨一劍的。也就是說(shuō)，在統(tǒng)計(jì)學(xué)的意義上，“十年法則”是成立的。

三、諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)中的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是怎樣產(chǎn)生的？

這一話題是本文的落腳點(diǎn)，構(gòu)成了本文不可分割的組成部分。我們要結(jié)合科學(xué)發(fā)現(xiàn)的實(shí)際案例，通過(guò)對(duì)獲獎(jiǎng)?wù)邚氖芦@獎(jiǎng)研究的具體過(guò)程的考析，深入揭示諾貝爾獎(jiǎng)得主做出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的秘訣，展現(xiàn)鮮活的科學(xué)精神、科學(xué)思想與科學(xué)方法，彰顯這些科學(xué)精英所具有的特質(zhì)和品格。

(一)明確要研究的問(wèn)題，探尋解決問(wèn)題的答案，做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)

自近代以來(lái)，人們普遍秉持一種科學(xué)始于觀察的觀點(diǎn)，認(rèn)為觀察是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的起點(diǎn)。然而，實(shí)際上作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的首個(gè)環(huán)節(jié)，即引導(dǎo)科學(xué)家做出發(fā)現(xiàn)的起點(diǎn)不是觀察，而是問(wèn)題。正是從問(wèn)題開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)之路才真正敞開(kāi)。

2000年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主E.R.坎德?tīng)栔赋觯骸叭绻_(kāi)始新的研究，就需要明確要解決的問(wèn)題。對(duì)于要解決的科學(xué)問(wèn)題，我有兩個(gè)基本要求：第一，就是它可以使我開(kāi)拓一個(gè)新的研究領(lǐng)域，并且會(huì)需要很長(zhǎng)的時(shí)間去研究；第二，我樂(lè)于在兩個(gè)領(lǐng)域或更多的學(xué)科之間的邊緣地帶去尋求解決問(wèn)題的答案。”[13]484據(jù)他在《追尋記憶的痕跡》一書(shū)中回憶，早在哈佛大學(xué)主修歷史和文學(xué)時(shí)就對(duì)精神病學(xué)產(chǎn)生興趣，1952年當(dāng)他成為紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院精神病學(xué)博士生時(shí)，便試圖尋求什么是精神病的核心問(wèn)題。他認(rèn)為除了基因以外，記憶是最重要的。1957年，他到美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院做博士后研究員，便全力探究有關(guān)記憶在大腦中是如何發(fā)生和保存的問(wèn)題。[13]109他跨越認(rèn)知心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科，最終從細(xì)胞和分子層面上破譯了人類(lèi)記憶密碼，摘得了諾貝爾獎(jiǎng)桂冠。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)與問(wèn)題的提出及求解相聯(lián)系?！叭魏慰茖W(xué)問(wèn)題都必須通過(guò)深入細(xì)致的研究才能獲得解決；自然科學(xué)家只有將他的思緒完全沉浸在自然界的大迷宮中并著手仔細(xì)研究那些特殊的問(wèn)題，他才能獲得成功。”[14]

丹麥物理學(xué)家N.H.D.玻爾因提出原子結(jié)構(gòu)的量子化軌道理論而獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他的獲獎(jiǎng)研究始于“有核原子模型”的穩(wěn)定性問(wèn)題。1911年他從哥本哈根大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位，不久到曼徹斯特大學(xué)跟隨E.盧瑟福研究，當(dāng)時(shí)E.盧瑟福的“有核原子模型”剛剛建立起來(lái)，該模型指出：原子是由帶負(fù)電的電子繞帶正電的原子核轉(zhuǎn)動(dòng)而構(gòu)成的。但根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)，該模型的電子因其繞行必然存在向心加速度，也就必然向外輻射電磁波，電子因此而失去能量，最終墜入原子核中，所以，這一“有核原子模型”必然是不穩(wěn)定的。1913年，N.玻爾把量子論與“有核原子模型”的概念結(jié)合起來(lái)，提出了定態(tài)躍遷的原子結(jié)構(gòu)理論，不但解決了之前的悖論，說(shuō)明了氫原子的穩(wěn)定性，而且其理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)所得的氫原子光譜線波長(zhǎng)完全吻合。

奧地利醫(yī)學(xué)家K.蘭德斯坦納因發(fā)現(xiàn)人類(lèi)的血型而獲得1930年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。他的獲獎(jiǎng)研究基于這樣一個(gè)問(wèn)題的困擾，即“為什么有人輸入他人的血液會(huì)出現(xiàn)不良反應(yīng)，甚至?xí)劳觯械娜藙t不出現(xiàn)類(lèi)似反應(yīng)?！?899年，在維也納大學(xué)病理解剖研究所工作的K.蘭德斯坦納想到：會(huì)不會(huì)是輸血者與受血者的血液混合產(chǎn)生病理變化而導(dǎo)致受血者死亡？1900年，他將22人的血液交叉混合，發(fā)現(xiàn)某些血漿能促使另一些人的血液發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。他將這些交叉結(jié)果編寫(xiě)在一張表格中，細(xì)加分析后得出，人類(lèi)的血液按紅細(xì)胞與血清中的不同抗原和抗體分為A、B、O三種類(lèi)型，不同血型的血液混合就可能發(fā)生凝血、溶血現(xiàn)象，受血者因此會(huì)出現(xiàn)不良反應(yīng)，甚至?xí)＜吧?901年11月14日，他在《維也納醫(yī)院學(xué)報(bào)》上發(fā)表了題為《論正常人血液的凝結(jié)現(xiàn)象》的研究論文。1902年，他的兩名助手把實(shí)驗(yàn)范圍擴(kuò)大到155人，發(fā)現(xiàn)存在較為稀少的第四種血型(后來(lái)稱(chēng)為AB型)。蘭德斯坦納的發(fā)現(xiàn)為安全輸血提供了理論基礎(chǔ)和科學(xué)保證，對(duì)免疫學(xué)、遺傳學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)均有重大意義，因此獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

英國(guó)生物化學(xué)家P.D.米切爾因提出生物細(xì)胞的化學(xué)滲透理論而獲得1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，丹麥生物化學(xué)家J.C.斯科、美國(guó)生物化學(xué)家P.D.博耶和英國(guó)生物化學(xué)家J.E.沃克因?qū)C(jī)體能量?jī)?chǔ)存及轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)分子ATP的酶催化過(guò)程的研究而獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們的獲獎(jiǎng)研究都始于生物化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)懸而未決的基本問(wèn)題——“生物能量是如何轉(zhuǎn)換的”，其求解引導(dǎo)P.D.米切爾于1961年提出生物細(xì)胞膜的化學(xué)滲透理論，揭示出細(xì)胞內(nèi)的能量是通過(guò)由酶、輔酶等組成的細(xì)胞膜的化學(xué)滲透而轉(zhuǎn)換的；P.D.博耶、J.E.沃克爾和J.C.斯科則發(fā)現(xiàn)了作為三磷酸腺苷(ATP)合成基礎(chǔ)的酶學(xué)機(jī)制，正是獨(dú)一無(wú)二的三磷酸腺苷合成酶分子在所有的生物組織中的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移能量的。

美國(guó)分子生物學(xué)家E.H.布萊克本、C.W.格雷德和J.W.紹斯塔克因發(fā)現(xiàn)染色體末端的端粒和端粒酶如何保護(hù)染色體而獲得2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。他們的獲獎(jiǎng)研究始于生物學(xué)上的一個(gè)重要問(wèn)題，即“染色體在細(xì)胞分裂過(guò)程中是怎樣實(shí)現(xiàn)完全復(fù)制，同時(shí)染色體如何受到保護(hù)而不至于發(fā)生降解”，其求解使他們于1989年發(fā)現(xiàn)染色體末端的端粒和端粒酶保護(hù)染色體的機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)揭示端粒變短，細(xì)胞就老化；如果端粒酶活性很高，端粒的長(zhǎng)度就能得到保持，細(xì)胞的老化就被延緩。

諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)得主們的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)一再重復(fù)這樣一個(gè)事實(shí)，許多重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)來(lái)自于對(duì)科學(xué)問(wèn)題的提出與求解。由于他們具有很強(qiáng)的問(wèn)題意識(shí)，以敏銳的洞察力洞悉科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在邏輯，在分析當(dāng)時(shí)科學(xué)背景知識(shí)的基礎(chǔ)上，提出并解決科學(xué)認(rèn)識(shí)和科學(xué)實(shí)踐中的基本問(wèn)題，從而做出了重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

(二)靈活運(yùn)用邏輯與超邏輯的方法，做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

在科學(xué)哲學(xué)界，對(duì)于是否存在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯的問(wèn)題，有著兩種對(duì)立的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是理性的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程遵從發(fā)現(xiàn)邏輯的原則，相繼提出了歸納-演繹模式、假說(shuō)-演繹模式、逆推(溯因)模式等科學(xué)發(fā)現(xiàn)的模式。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是非理性的“靈感的激發(fā)和釋放的過(guò)程”，“既不需做邏輯的分析，也無(wú)法做邏輯的分析”。[15]31“每個(gè)發(fā)現(xiàn)都含有‘非理性的因素’或柏格森所說(shuō)的‘創(chuàng)造的直覺(jué)’”。[15]32科學(xué)概念或科學(xué)原理等不能直接通過(guò)邏輯過(guò)程產(chǎn)生，而只有通過(guò)非邏輯的想象、直覺(jué)、猜測(cè)等建立起來(lái)，由此提出了著名的“猜想-反駁”的科學(xué)發(fā)現(xiàn)模式。

實(shí)際上，上述兩種觀點(diǎn)并不完全符合諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)得主們做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的真實(shí)情況。在我們看來(lái)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為一種復(fù)雜的創(chuàng)造性思維活動(dòng)，無(wú)論是科學(xué)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)還是科學(xué)理論的提出，其中既有歸納、演繹、類(lèi)比等邏輯因素，又有想象、直覺(jué)、靈感等超邏輯的因素?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的創(chuàng)造性思維過(guò)程是邏輯的和超邏輯的方法的綜合運(yùn)用。如果我們對(duì)作為諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的一些科學(xué)發(fā)現(xiàn)案例進(jìn)行具體的分析，就不難發(fā)現(xiàn)，邏輯-超邏輯的科學(xué)發(fā)現(xiàn)模式是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一種更為真實(shí)的模式。

首先，通向科學(xué)事實(shí)和科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)，是有邏輯道路的。英國(guó)物理學(xué)家P.A.M.狄拉克關(guān)于正電子的發(fā)現(xiàn)和法國(guó)物理學(xué)家德布羅意關(guān)于電子的波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn)與物質(zhì)波理論的提出，就是運(yùn)用邏輯的類(lèi)比方法而取得的。

1949年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主湯川秀樹(shù)說(shuō)過(guò)：“類(lèi)比是一種創(chuàng)造性思維的形式?！盵16]所謂類(lèi)比方法，即是根據(jù)兩個(gè)或兩類(lèi)對(duì)象之間某些方面的相似或相同，而推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗨苹蛳嗤囊环N邏輯思維方法。

據(jù)P.A.M.狄拉克回憶，當(dāng)他于1928年發(fā)表電子波動(dòng)方程時(shí)，就敏銳地意識(shí)到這個(gè)方程在形式上有一個(gè)額外的價(jià)值：它有正負(fù)對(duì)稱(chēng)的兩種能量解。正的能量對(duì)應(yīng)著電子，那么負(fù)的能量對(duì)應(yīng)著什么？起初，P.A.M.狄拉克被負(fù)能概念性困難所困擾。1930年，他運(yùn)用邏輯的類(lèi)比推理推知“負(fù)能態(tài)”可用帶正電的“空穴”來(lái)表示。他寫(xiě)道：“一旦真正理解自己的需要就真的不難獲得這個(gè)空穴的想法，因?yàn)榛瘜W(xué)價(jià)理論提供了一個(gè)非常接近的類(lèi)比?！盵17]72他認(rèn)為“負(fù)能態(tài)”如果有一個(gè)沒(méi)有被填滿，即是由于缺少一個(gè)負(fù)能電子而出現(xiàn)了一個(gè)“空穴”。1931年5月，他在向《倫敦皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》遞交的題為《電磁場(chǎng)的量子化異?！返恼撐闹校A(yù)言了“一種和電子質(zhì)量相同、電荷相反、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家未知的新粒子”。[17]77即把反電子(正電子)引入到物理學(xué)之中。1932年8月，C.D.安德森在用云室觀測(cè)宇宙射線的實(shí)驗(yàn)中拍攝到異常粒子的軌跡，它與電子的軌跡相似，卻方向相反。C.D.安德森根據(jù)該徑跡的長(zhǎng)度、粗細(xì)、曲率半徑及磁場(chǎng)的強(qiáng)度與方向等數(shù)據(jù)，論證了這種軌跡的粒子就是P.A.M.狄拉克預(yù)言的正電子。由于正電子的發(fā)現(xiàn)，使P.A.M.狄拉克的電子運(yùn)動(dòng)相對(duì)論理論得到確證，因此獲得了1933年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，C.D.安德森本人也因此獲得了1936年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

物質(zhì)波理論，亦稱(chēng)“德布羅意物質(zhì)波假說(shuō)”，是L.V.P.R.德布羅意在A.愛(ài)因斯坦的光量子理論和N.玻爾的原子論的啟發(fā)下提出的。據(jù)他于1923年在《法國(guó)科學(xué)院通報(bào)》上發(fā)表的題為《物理學(xué)——量子、氣體運(yùn)動(dòng)理論和費(fèi)爾馬原理》論文中稱(chēng)，他所提出的“這種綜合是在與幾何光學(xué)和經(jīng)典力學(xué)奇妙的類(lèi)比中完成的”。他把光學(xué)現(xiàn)象和力學(xué)現(xiàn)象作了如下的比較。

在幾何光學(xué)中，光波的運(yùn)動(dòng)服從最短程原理即費(fèi)爾馬原理，其數(shù)學(xué)形式為：

其中υ為光速，dS為光線路程元，而這一最短程原理可以從波動(dòng)理論中導(dǎo)出。

在經(jīng)典力學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)服從最小作用量原理即哈密頓原理，其數(shù)學(xué)形式為：

其中L為拉格朗日函數(shù)，dt為時(shí)間元。

可見(jiàn)，這兩個(gè)反映不同領(lǐng)域運(yùn)動(dòng)規(guī)律的原理具有相似的數(shù)學(xué)形式。又知光不但具有波動(dòng)性，而且具有粒子性。L.V.P.R.德布羅意由此推出物質(zhì)粒子也具有波動(dòng)性，即著名的物質(zhì)波假說(shuō)。1927年，這一假說(shuō)為C.J.戴維遜的電子單晶衍射實(shí)驗(yàn)所確證。1929年，L.V.P.R.德布羅意獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

其次，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為一種富有探索性、創(chuàng)造性的活動(dòng)，不僅需要借助于歸納、演繹、類(lèi)比等形式邏輯的思維方法，還需借助于想象、直覺(jué)和靈感等超形式邏輯的思維方法。這種思維方法并不是根據(jù)一定的形式邏輯規(guī)則按部就班地進(jìn)行的，它們不遵循固定的邏輯通道，而有意無(wú)意地打破固定不變的邏輯規(guī)則，在“非邏輯”方面另辟蹊徑。許多諾貝爾獎(jiǎng)得主在做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中都曾有過(guò)這樣的經(jīng)歷。

日本物理學(xué)家湯川秀樹(shù)因“提出介子理論并預(yù)言介子的存在”而獲得1949年物理學(xué)獎(jiǎng)。為了解開(kāi)“原子核中質(zhì)子與中子是怎么結(jié)合在一起”的問(wèn)題，他在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，幾乎每個(gè)晚上都是瞪著天花板度過(guò)的?！耙惶焱砩?，他注意到天花板上兩個(gè)漏水痕的形狀頗似樹(shù)的年輪，年輪圈的中心部位有兩個(gè)瘰疬，外邊形成了葫蘆狀的水痕，第二天早晨，他到操場(chǎng)打棒球。當(dāng)他望著手中準(zhǔn)備投出去的棒球，不由得回想起昨晚看到的由兩個(gè)瘰疬組成的葫蘆年輪。突然，一個(gè)大膽的假設(shè)跳了出來(lái)：原子核中會(huì)不會(huì)存在一些微粒子，它們產(chǎn)生一種交換力，使核中的質(zhì)子和中子既可以相互作用又不相互排斥，共同構(gòu)成原子核呢？”[18]1934年他以《基本粒子的相互作用》為題，發(fā)表了有關(guān)介子學(xué)說(shuō)的論文。13年之后，C.F·鮑威爾用照相乳膠技術(shù)確證了原子核中介子的存在。

美國(guó)分子生物學(xué)家K.B.穆利斯因“發(fā)現(xiàn)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)”而獲得1993年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。據(jù)他在諾貝爾獎(jiǎng)講演詞中說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)的靈感是他于1983年5月的一個(gè)星期五晚間開(kāi)車(chē)前往鄉(xiāng)間小屋獲得的?！爱?dāng)我那天晚上駕車(chē)跨越山脈時(shí)，盛開(kāi)的加利福尼亞七葉樹(shù)的枝干傾向山路這邊，空氣有點(diǎn)涼爽、潮濕，充滿了七葉樹(shù)那令人陶醉的香味?！业乃季w漸漸地回到了實(shí)驗(yàn)室DNA序列試驗(yàn)”。突然，他腦子里靈光一閃，蹦出來(lái)一個(gè)使極微量DNA迅速大幅度擴(kuò)展的想法，情不自禁地高呼道：“我想出來(lái)了！”“‘親愛(ài)的雷神啊’，我已經(jīng)在閃電般的一瞬間解決了DNA化學(xué)中最令人煩惱的問(wèn)題。用兩條寡聚核苷酸、DNA聚合酶和四種三磷酸核苷，我就能合成任意多的一種DNA順序?！薄澳且惶焱砩?，我沒(méi)有睡。到了小屋后，我在每一個(gè)能用鋼筆、鉛筆或蠟筆涂的平面上畫(huà)出了小的簡(jiǎn)圖，這樣一直到天亮?！盵19]116-119實(shí)際上他描繪了PCR技術(shù)的雛形。同年12月16日，他成功地完成了PCR的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)。1986年5月，他在冷泉港舉行的“人類(lèi)分子生物學(xué)”專(zhuān)題研討會(huì)上發(fā)表了題為《PCR的原理和應(yīng)用》的研究成果。

美國(guó)化學(xué)家R.E.斯莫利、R.F.柯?tīng)柡陀?guó)物理學(xué)家H.W.克羅托因發(fā)現(xiàn)碳的第三種同分異構(gòu)體C60而共同獲得1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1985年9月，當(dāng)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)具有60個(gè)碳原子的C60時(shí)，便開(kāi)始設(shè)想C60分子的結(jié)構(gòu)。R.E.斯莫利熟悉分子結(jié)構(gòu)中廣泛存在的對(duì)稱(chēng)性，認(rèn)為60個(gè)碳原子的排列很可能是處在一個(gè)球面上且互相鏈接形成的一個(gè)球體的閉合結(jié)構(gòu)。那么，60個(gè)碳原子又是怎樣在球面上排列呢？這個(gè)問(wèn)題一直困擾著研究小組的每一個(gè)成員。R.E.斯莫利本人更是整日里苦思冥想，即使是在走路、用餐時(shí)，他的腦海里仍然浮動(dòng)著C60球。一天晚上，他在家中用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來(lái)構(gòu)建C60的分子結(jié)構(gòu)模型，雖連著干了幾個(gè)鐘頭，但事情毫無(wú)進(jìn)展?！皶r(shí)間已過(guò)午夜，我還是沒(méi)能入睡。我從廚房冰箱里找出一瓶啤酒，就在我漫無(wú)目的地一口一口啜啤酒時(shí)，突然想起H.W.克羅托曾和他的孩子一起搭建的多面體星穹模型，H.W.克羅托說(shuō)過(guò)那個(gè)模型上既有六邊形，又有五邊形。噢！自己一直苦苦思索的C60分子結(jié)構(gòu)不就與美國(guó)著名設(shè)計(jì)師巴克明斯特·富勒為1967年蒙特利爾世界博覽會(huì)設(shè)計(jì)的由多個(gè)正五邊形和正六邊形拼接而成的圓頂型建筑結(jié)構(gòu)極為相似嗎？”[20]R.E.斯莫利重新忙碌起來(lái)。隨著這個(gè)結(jié)構(gòu)逐漸成形，他發(fā)覺(jué)在一個(gè)正五邊形周?chē)h(huán)繞著五個(gè)正六邊形的組合模式在整個(gè)結(jié)構(gòu)上是可重復(fù)的。他連夜用膠帶、12個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形紙片制作了C60的球形結(jié)構(gòu)模型。1985年11月，以R.E.斯莫利為首的研究小組在英國(guó)著名的《自然》雜志上發(fā)表題為《C60：巴克明斯特富勒烯》的論文，宣布了C60的重大發(fā)現(xiàn)。

德國(guó)生理學(xué)家O.勒維因“發(fā)現(xiàn)神經(jīng)沖動(dòng)的化學(xué)傳遞”而獲得1936年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。據(jù)他回憶，他最初產(chǎn)生化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)的想法是在1903年與一位朋友討論的時(shí)候。不過(guò)，他沒(méi)有能夠設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)確證自己的想法。17年后，他做了一個(gè)夢(mèng)，1960年他對(duì)這個(gè)夢(mèng)作了如下的描述：

那是1920年復(fù)活節(jié)前一天晚上，我從夢(mèng)中醒來(lái)的時(shí)候，開(kāi)了燈，并在薄薄的小紙條上草草記下幾個(gè)筆記。然后我又睡著了。第二天早上6點(diǎn)我突然想到在夜里我寫(xiě)下了些非常重要的事情，但由于字跡太潦草根本看不清楚寫(xiě)了些什么。第二天晚上，凌晨3點(diǎn)的時(shí)候，又記起了昨天晚上夢(mèng)中的想法。這個(gè)想法就是如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明17年前關(guān)于化學(xué)傳輸?shù)募僭O(shè)是否正確。我立即起床，趕去實(shí)驗(yàn)室，并在夜間做了一對(duì)離體的蛙心實(shí)驗(yàn)[6]40

通過(guò)對(duì)這一對(duì)離體的蛙心實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了一種化學(xué)性神經(jīng)傳遞介質(zhì)，他稱(chēng)之為“迷走素”。

從認(rèn)識(shí)的發(fā)生看，想象、直覺(jué)和靈感都是認(rèn)識(shí)主體偶然受到某種外來(lái)信息的刺激而突然產(chǎn)生的。這是超形式邏輯思維的一個(gè)基本特征。正如T.R.切赫(1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主)所說(shuō)：“科學(xué)創(chuàng)造過(guò)程中有一個(gè)共同的特征，那就是創(chuàng)造的進(jìn)展與時(shí)間沒(méi)有線性關(guān)系。通常是你花了一定的時(shí)間，卻什么都得不到。然后，突然之間腦子里靈光一閃，你就找到了突破口，問(wèn)題也就很快解決了?！盵6]279

毋庸置疑，許多諾貝爾獎(jiǎng)得主在做出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中，都曾有過(guò)靈光乍現(xiàn)、靈感眷顧，類(lèi)似于“尤里卡經(jīng)驗(yàn)”。但是，他們?cè)讷@得直覺(jué)、靈感之前的日子里，都經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的研究和思索，并在此后對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了嚴(yán)格的檢驗(yàn)。

上述的案例表明，直覺(jué)和靈感能打破常規(guī)的思路，突破思維定勢(shì)和邏輯規(guī)則之束縛，成為突破性創(chuàng)造的“催生婆”。它是創(chuàng)造者的顯意識(shí)和潛意識(shí)與客觀對(duì)象在特定條件下的一種突然溝通。但是，由直覺(jué)和靈感思維的閃光而獲得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的突破，其雛形往往帶有模糊性，尚有待用邏輯方法等手段進(jìn)一步加工和完善。直覺(jué)、靈感等思維的發(fā)生機(jī)制其本質(zhì)上是超邏輯的，但從思維發(fā)生的過(guò)程來(lái)看，又有邏輯參與在其中，特別是在超邏輯過(guò)程之前和之后，都離開(kāi)不開(kāi)邏輯。J.阿克塞爾羅德(1970年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主)說(shuō)得好：“研究并非宏大有序，結(jié)構(gòu)井然，不必預(yù)見(jiàn)一切并謹(jǐn)慎從事；研究是試試這個(gè)，再試試那個(gè)，朝繆斯所指引的方向走，引導(dǎo)你的是直覺(jué)和邏輯?！盵21]

(三)善于抓住意外的事件，追根究底，做出機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)，是在已知的指導(dǎo)下探索未知的實(shí)踐活動(dòng)。一方面，這種實(shí)踐活動(dòng)具有明確的目的性、高度的組織性和嚴(yán)密的計(jì)劃性；另一方面，理論思想、目的和計(jì)劃又具有主觀性，一切都在預(yù)料之中是不可能的。因此，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為人類(lèi)的一種復(fù)雜的實(shí)踐活動(dòng)，就難免具有一定的不確定性，難免不發(fā)生任何“意外的事件”。而抓住這種“意外的事件”，追根究底，則有可能作出新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！爱?dāng)機(jī)遇光顧，使我們發(fā)現(xiàn)某些可能變得有價(jià)值的東西時(shí)，我們會(huì)說(shuō)這是‘意外發(fā)現(xiàn)珍寶的好運(yùn)氣’?！盵19]733這就是所謂的“機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)”。

在諾貝爾獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果中，幾乎所有的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都包含著意外的機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)。廣為人們傳說(shuō)的就有：1895年W.C.倫琴關(guān)于X射線的發(fā)現(xiàn)(獲1901年物理學(xué)獎(jiǎng))，1896年A.貝克勒爾關(guān)于天然放射性的發(fā)現(xiàn)(獲1903年物理學(xué)獎(jiǎng))，1928年A.弗萊明關(guān)于青霉素的發(fā)現(xiàn)(獲1945生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))，1931年H.C.尤里關(guān)于氫的同位素重氫的發(fā)現(xiàn)(獲1934年化學(xué)獎(jiǎng))，1932年C.D.安德森關(guān)于正電子的發(fā)現(xiàn)(獲1936年物理學(xué)獎(jiǎng))，1947年W.H.布拉頓、J.巴丁和W.B.肖克萊關(guān)于晶體管效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)(獲1956年物理學(xué)獎(jiǎng))，1955年S.奧喬亞關(guān)于核糖核酸(RNA)的生物合成機(jī)制的發(fā)現(xiàn)(獲1959年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))，1958年R.L.穆斯堡爾關(guān)于伽馬射線無(wú)反沖共振吸收現(xiàn)象(穆斯堡爾效應(yīng))的發(fā)現(xiàn)(獲1961年物理學(xué)獎(jiǎng))，1967年A .休伊什關(guān)于脈沖星的發(fā)現(xiàn)(獲1974年物理學(xué)獎(jiǎng))，1965年A.A.彭齊亞斯和R.W.威爾遜關(guān)于宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)(獲1978年物理學(xué)獎(jiǎng))，1974年J.H.泰勒和R.A.赫爾斯關(guān)于脈沖雙星的發(fā)現(xiàn)(獲1993年物理學(xué)獎(jiǎng))，1974年下村修關(guān)于綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)(獲2008年化學(xué)獎(jiǎng))，1976年白川英樹(shù)關(guān)于導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)(獲2000年化學(xué)獎(jiǎng))，1982年J.R.沃倫和B.J.馬歇爾關(guān)于幽門(mén)螺桿菌的發(fā)現(xiàn)(獲2005年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))，1984年D.謝赫特曼關(guān)于準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)(獲2011年化學(xué)獎(jiǎng))，1985年R.F.柯?tīng)枴.W.克羅托和R.E.斯莫利關(guān)于富勒烯(C60)的 發(fā)現(xiàn)(獲1996年化學(xué)獎(jiǎng))，1999年本庶佑關(guān)于癌癥免疫療法的發(fā)現(xiàn)(獲2018年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))等等。顯然，現(xiàn)實(shí)中有比上述所說(shuō)的多得多的機(jī)遇性科學(xué)發(fā)現(xiàn)。從眾多的機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)的事例中，我們可以提煉出有關(guān)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一些重要思想。

第一，由于機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)背離了原來(lái)的研究目的，是已有理論或假說(shuō)既不能預(yù)言也不能解釋的，不符合當(dāng)時(shí)流行的看法，因而往往是更加重大的突破性發(fā)現(xiàn)。例如，日本化學(xué)家白川英樹(shù)關(guān)于聚乙炔具有導(dǎo)電性的偶然發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致了一個(gè)極為重要的研究領(lǐng)域——塑料電子學(xué)的誕生。1967年，他在東京工業(yè)大學(xué)資源科學(xué)研究所從事乙炔聚合研究工作。一天，實(shí)驗(yàn)室中一位訪問(wèn)研究員在實(shí)驗(yàn)中看錯(cuò)了配方，誤加入比正常濃度高出上千倍的催化劑，結(jié)果得到了一種銀白色的具有光澤的薄膜。經(jīng)測(cè)定，它并不導(dǎo)電，但正是這個(gè)偶然事件給了白川英樹(shù)極大的啟發(fā)。在做了一系列重復(fù)這個(gè)失誤的實(shí)驗(yàn)后，他發(fā)現(xiàn)用一種改性的齊格勒-納塔催化劑，在高濃度下能夠得到具有金屬光澤的膜狀聚乙炔；在聚乙炔薄膜內(nèi)加入溴和碘，其電子狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。1976年，白川英樹(shù)應(yīng)邀到賓夕法尼亞大學(xué)作博士后研究員，與A.G.麥克迪爾米德、A.J.黑格合作，有目的地用碘等鹵素進(jìn)行摻雜實(shí)驗(yàn)。在經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)個(gè)日日夜夜的實(shí)驗(yàn)之后，終于實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)全有機(jī)導(dǎo)電聚合物，碘摻雜聚乙炔的導(dǎo)電性提高了一千萬(wàn)倍。1977年，白川英樹(shù)、A.G.麥克迪爾米德和A.J.黑格在英國(guó)《化學(xué)共同體》雜志上發(fā)表題為《導(dǎo)電有機(jī)聚合物的合成：聚乙炔的鹵素衍生物》的論文，公布了發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物這一突破性成果，由此開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)介于化學(xué)與凝聚態(tài)物理之間的新的研究領(lǐng)域——塑料電子學(xué)。2000年，他們因此被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

第二，機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)總是垂青具有高度好奇心之人。2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主本庶佑關(guān)于癌癥免疫療法的發(fā)現(xiàn)，即是一個(gè)典型的案例。他原本研究細(xì)胞凋亡，卻意外發(fā)現(xiàn)了控制免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵因子PD-1。1992年，在本庶佑指導(dǎo)下，他的研究生石田靖雄研究細(xì)胞凋亡時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)胞程序性因子，將其命名為PD-1(Programmed Call death-1)。雖然后來(lái)證明PD-1并非導(dǎo)致細(xì)胞“自殺”的原因，但本庶佑對(duì)該分子具有怎樣的功能抱有強(qiáng)烈的好奇心。為此，他從小鼠上敲除PD-1基因，然而最初的實(shí)驗(yàn)卻未顯示出缺乏PD-1的小鼠發(fā)生什么特殊癥狀。不過(guò)，在本庶佑看來(lái)，既然小鼠和人類(lèi)都擁有該基因，并且它在遺傳進(jìn)化的過(guò)程中一直被保存下來(lái)，那么必然有其存在意義。本庶佑感到必須一再地做實(shí)驗(yàn)，以便絕對(duì)地肯定它的實(shí)際存在。于是他更換了其他種類(lèi)的小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺乏PD-1基因的小鼠發(fā)生了自身免疫疾病的癥狀(如增生性狼瘡腎小球腎炎等)，與人類(lèi)的免疫疾病的癥狀有相似性。經(jīng)過(guò)大量的一系列實(shí)驗(yàn)，終于在1999年證實(shí)了PD-1分子具有T細(xì)胞“制動(dòng)”的功能，是一種免疫負(fù)調(diào)節(jié)因子，從而提出了通過(guò)抑制(阻斷)PD-1因子而實(shí)現(xiàn)癌癥治療的方法。2014年，依此促成了PD-1抑制劑成為用于臨床治療癌癥的新型免疫藥物。

第三，機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)實(shí)屬偶然中之必然?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)作為富含意外的機(jī)遇性發(fā)現(xiàn)，總是包含著偶然、運(yùn)氣之類(lèi)的非理性因素，但回頭追索，所有偶然、運(yùn)氣皆有跡可循。事實(shí)上，它們是發(fā)現(xiàn)者長(zhǎng)期不懈探索、知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的豐富積累與沉淀所產(chǎn)生的必然結(jié)果。就青霉素的發(fā)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，A.弗萊明在1928年培育葡萄球菌時(shí)，純屬偶然間發(fā)現(xiàn)了一種可以殺死細(xì)菌的霉菌——青霉素，此后成為第一種抗生素藥物的來(lái)源。然而，我們注意到，在獲得這一重大的發(fā)現(xiàn)之前，A.弗萊明就已經(jīng)在倫敦圣瑪麗醫(yī)院細(xì)菌學(xué)部工作了20個(gè)春秋。第一次世界大戰(zhàn)期間，他在治療士兵傷口敗血癥的過(guò)程中，萌生了尋找能夠殺死那些病菌的藥物的念頭。1918年以后，他始終保持著一顆努力奮斗的心，鍥而不舍地探尋抗菌物質(zhì)。1923年，他發(fā)現(xiàn)不僅在人的血清中，而且在人的眼淚、唾液和鼻涕中存在抗菌物質(zhì)溶菌酶。這一發(fā)現(xiàn)為他深入探索指明了方向，鼓舞他去尋找作用更大的抗菌物質(zhì)，從而為他以后發(fā)現(xiàn)青霉素埋下了伏筆。由此足以見(jiàn)得，A.弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素實(shí)屬偶然中之必然，有其背后的艱辛深意。

(四)沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，質(zhì)疑既有的認(rèn)知，以堅(jiān)韌的毅力做出突破性的發(fā)現(xiàn)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)的魅力在于創(chuàng)新，而創(chuàng)新則以質(zhì)疑與批判為前提。諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)得主之所以能夠做出突破性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，還在于他們具有開(kāi)放的頭腦、巨大的勇氣和堅(jiān)韌的毅力，敢于沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，勇于質(zhì)疑已有的認(rèn)知。

美國(guó)神經(jīng)病理學(xué)家、生化學(xué)家S.B.普魯西納因“發(fā)現(xiàn)一種全新的致病因子——普里昂(prion)，并闡明它們潛在的作用機(jī)制”而獲得1997年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1972年，他開(kāi)始在加州大學(xué)舊金山分校研究一種與癡呆癥有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(亦稱(chēng)“海綿狀腦病”)。他使用小鼠等攜帶病原體活體來(lái)做實(shí)驗(yàn)(每個(gè)實(shí)驗(yàn)從設(shè)計(jì)到取得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需要1.5-2年)，經(jīng)過(guò)10年艱辛研究，于1982年鑒別出了這種疾病的感染因子是不包含核酸的蛋白質(zhì)，他將這種未知的病原體命名為“普里昂”(“Prion”)，并在當(dāng)年美國(guó)的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為《一種新型的病毒——“普里昂”》的論文。

但是，認(rèn)為普里昂蛋白能在沒(méi)有遺傳物核酸的情況下自我復(fù)制，并能引發(fā)疾病，這與傳統(tǒng)的觀念相悖。傳統(tǒng)的疾病傳染理論認(rèn)為，傳染因子必須含有遺傳物質(zhì)核酸；病毒、細(xì)菌、真菌和寄生蟲(chóng)是主要的病原體，當(dāng)它們侵襲正常細(xì)胞并大量繁殖時(shí)，會(huì)破壞宿主細(xì)胞的正常功能，這些過(guò)程都涉及核酸的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們都是固守這一傳統(tǒng)的理論去尋找病原體的。因此，S.B.普魯西納的論文發(fā)表后，便遭到了強(qiáng)烈的反對(duì)。反對(duì)者為傳統(tǒng)觀念所束縛，叫嚷“提出普里昂是由一種不包含核酸的蛋白質(zhì)所組成的設(shè)想，簡(jiǎn)直是異端邪說(shuō)”，[11]464并聲稱(chēng)，他們手上有著30多年積累下來(lái)的證據(jù)。然而，S.B.普魯西納進(jìn)而設(shè)計(jì)完成的各種實(shí)驗(yàn)都不支持存在該疾病特有的核酸的偏見(jiàn)。

S.B.普魯西納越來(lái)越堅(jiān)信他的發(fā)現(xiàn)是新穎的。他意識(shí)到，為了揭示普里昂蛋白感染及入侵大腦的機(jī)制，下一步必須深入剖析普里昂蛋白的構(gòu)造。為此，他檢查了像氨基酸分子一樣的長(zhǎng)鏈性蛋白質(zhì)的構(gòu)造，復(fù)制了普里昂蛋白的基因。1984年，他發(fā)現(xiàn)了所有被檢查的動(dòng)物包括人身上都有普里昂蛋白基因。但問(wèn)題是，為什么健康人類(lèi)的大腦里存在普里昂蛋白，腦神經(jīng)細(xì)胞(神經(jīng)元)卻不會(huì)遭到破壞呢？1993年，S.B.普魯西納找到了答案：引起疾病的普里昂蛋白與健康人類(lèi)所攜帶的普里昂蛋白雖然看上去是同一種材料，但是構(gòu)造完全不同。據(jù)此，他確立了一種假說(shuō)，異常的普里昂蛋白入侵大腦，與正常的普里昂蛋白接觸，正常的普里昂蛋白會(huì)變成異常的普里昂蛋白，從而使異常的普里昂蛋白不斷增殖。這也就是腦神經(jīng)細(xì)胞不斷地遭到破壞、疾病癥狀不斷得到發(fā)展的原因。

20世紀(jì)90年代的研究成果，給S.B.普魯西納的假說(shuō)以極大的支持，越來(lái)越多的科學(xué)家確認(rèn)了引起瘙癢病、庫(kù)魯病和瘋牛病的病原體正是普里昂蛋白。在S.B.普魯西納提出普里昂概念15年之后，他終于因這項(xiàng)成就獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。