科学史上的“失误”与“侥幸”

科学史是人类文明和社会进步的结晶。从某种意义上说，这是一部由几代有生命、有血、有汗、有精力的科学工作者书写的历史。有成功也有失败。有“错误”和“运气”；有些名人会被载入史册，也有些人会后悔一生。每一条生动的科学史实都让人惊叹不已，也让人仰天大叫:“树叶像瀑布的水花一样往下掉，而我却看着长河滚滚向前！”详述科学史上的“错误”和“侥幸”的目的是为了从历史中吸取教训，总结经验，吸取教训，创造另一个辉煌，并欣赏王国维的“蓦然回首，人在昏暗的灯光下”首先，著名的老师不是万能的。中国有句老话，“大师造就大师”。从某种意义上说，这是真的。但是，有一个前提，那就是一个著名的老师必须是一个聪明的老师，对科学发现总是保持清醒的头脑，有非常敏锐的眼睛，有很好的辨别真伪的能力，有很好的个人道德。只有这样，他的学生才能被引导去发现和创新。然而，在科学史上有许多这样的例子。当学生提出新的想法时，他们被著名的老师轻描淡写地否定了，导致“错过”的后果，这是特别痛苦的。1925年1月16日，著名物理学家w·泡利发表了一篇题为“原子中电子群和光谱的复杂结构”的论文。他在这篇文章中提出的历史被称为“泡利不相容原理”，这为他赢得了1945年的诺贝尔物理学奖。然而，除了描述原子中的一个电子已经有三个量子数之外，第四个量子数没有物理解释。保利对此感到困惑，经常在公园长椅上说不出话来。最后，泡利沮丧地叹了口气，这是一个“无法用经典方法描述的电子的量子理论性质的二元性”。[1]许多学者不同意泡利的解释。荷兰物理学家艾伦·费斯特的学生乌伦贝克和高德斯·麻省理工在老师的支持下进行了这项研究。与此同时，泡利自己的学生克罗尼格也讨论了这个问题。他们独立地提出了电子自旋的概念。然而，两者的命运完全相反。当乌伦贝克对自己失去信心时，艾伦·费斯特寄出了他的论文。乌伦贝克吓坏了。艾伦·费斯特安慰他说:“你还很年轻，做些蠢事与大局无关。”结果，乌伦贝克和高德斯·施米特的“电子自旋”理论得到了认可，从而使西格尔因没有获得诺贝尔奖而大为光火。然而，克罗尼格呢？但不幸的是。当克罗尼格告诉泡利他的“电子自旋”概念时，答案是“不可能”克罗尼格被保利的精明所折服。他遵循泡利所谓的“不要在这方面浪费精力”的“建议”，放弃了导致重大发现的想法。当他真正醒来时，已经太晚了。今年10月，乌伦贝克的文章发表了。这种事件太多了。当兰道的学生在李政道和杨振宁之前质疑宇称守恒定律时，他们也被嘲笑。当王提议导师迈特纳斯利用云室研究波特的发现时，他没有得到他应得的支持。结果，查德威克采用了它，发现了中子，并获得了1935年诺贝尔物理学奖。[2]在分析这一系列错误的原因时，一些人将其总结为“过分偏爱严谨”，并对“发现”失去了敏感性和兴趣。但我认为乔里奥-居里的坦诚有些道理。他说:“我们忘记了多年来一直有关于不带电荷粒子的猜测。”“这个(中子)发现来自卡文迪许实验室是合理的。因为早在1920年，卢瑟福就预言了中子的存在。这个假设一直存在于卡文迪许实验室的空气中，并最终在那里被发现。这是公平的。”王生前对此事有过一些看法。他不同意老师梅特纳斯关于“运气”的说法。他认为科学是存在事实的东西，而运气是两种不同的东西。他说，“我不后悔。当时，我并没有坚持自己的想法，而是尽最大努力争取导师和实验条件的支持。我会把这件事作为我心中的一个教训。”[2]从这一点来看，王对的态度是可取的。其次，机遇青睐有准备的大脑。科学史上有许多“幸运的人”的例子。然而，其原因仍值得讨论。我非常同意巴斯德的观点:“机遇偏爱有准备的头脑。”说到“幸运的人”，人们自然会想到科学史上的以下奇迹:意大利解剖学家加尔瓦尼在做青蛙解剖实验时意外发现了生物电；德国有机化学家凯库勒一夜之间梦想蛇能形成环并发现苯的结构。法国化学家库特瓦在蒸发“海藻盐汁”时加入过多硫酸，发现了元素碘；——英国有机化学家伯特兰无意中听到德国化学家霍夫曼的指责，想出了一个意想不到的主意，并很快发明了合成染料苯胺紫。——英国化学家拉姆齐在听了物理学家瑞利的报告后，引发了从空气中发现新元素的想法。经过一个月的努力，他打开了零族元素的大门，并先后发现了惰性气体氩、氖、氪和氙。——英国细菌学家弗莱明在研究葡萄球菌时意外发现了青霉素。——瑞典化学家诺贝尔意外地将火棉胶浸入硝化甘油中，从而发明了一种安全有效的炸弹。最引人注目的是德国物理学家伦琴发现了x光。我们剖析这个著名的“事故案例”，这可能对总结科学史上的发现有很大帮助。在伦琴之前发现x光痕迹的大多数人都在那里。请看看下面一组有趣的时间表。——1879年，德国骗子进行了一次高真空放电管试验，发现放电管附近的照相胶片有模糊的阴影，但他责怪自己“粗心大意”。——1890年，当演示克鲁克斯管时，美国的古茨菲尔德和詹宁斯也发现照相底片异常暗，但未能引起注意。——1892年，德国人利纳德和其他人分别在克鲁克斯管附近观察到荧光，但他们的注意力集中在对负射线性质的研究上，他们没有意识到管外有任何特殊效应。[3]只有威廉·康拉德·伦琴不同。他抓住了其他人的机会，发现了x光，并成为第一位诺贝尔物理学奖获得者。那是1895年11月8日的晚上，他将放电管密封在一个又黑又厚的纸箱里，以隔绝任何光线。实验是在黑暗的房间里进行的。他在放电管附近的荧光屏上发现了一盏明亮的灯，上面紧紧地覆盖着黑色的纸板。他很沮丧，但抓住了这个“特殊现象”并继续实验。他让妻子把手放在射线照相胶片和照相胶片之间，过了一会儿，她拿出胶片冲洗。这是世界上第一张“x光照片”。安娜·路德维格的手骨和手上戒指的影子清晰可见。后来，伦琴继续他的研究，证明这种新射线是阴极射线和物体碰撞的产物，并将其命名为“X射线”。当瑞典皇家科学院院长、前国家档案馆馆长奥登纳在1901年诺贝尔奖颁奖大会上发表讲话时，人们想起了他对伦琴发现的评价。他说:“伦琴的发现给人类带来了很多好处，诺贝尔奖的颁发在很大程度上满足了遗嘱人的愿望。”[4]人们可能会问:伦琴为什么会发现x光？这与我们一个世纪以来典型的“幸运者”案例相去甚远，它能给我们带来什么启示？也许看看法国作家福楼拜的名言是好的。这位以小说《包法利夫人》、《萨拉波》、《情感教育》和《圣安东尼的诱惑》而闻名的作家在指导莫泊桑的写作时说道:“对于你想表现的东西，你应该观察很长时间，这样你就能发现别人没有发现它，也没有写过它。”[3]文学创作和科学发现也是如此。这两者是相互联系的。第三，对科学错误的反思和揭示是不可避免的。然而，我们需要总结，吸取教训，思考，思考和警告两个不同层次的“错误”和“运气”。我认为应该注意以下几点:1。偶然的科学发现也需要时间。在X射线被发现之前，伦琴在许多物理领域都取得了非凡的成就，特别是在弹性、气体比热、晶体热力学、压电现象等方面。在研究法拉第麦克斯韦的电磁理论时，他发现了移动电荷的磁场，荷兰物理学家洛伦兹将其命名为“伦琴电流”。这一成就成为“现代电学理论建立的基础”。没有这些长期的知识准备，他不可能发现x光。值得指出的是，一些科普文章过分宣传科学家发现的机会，过分强调“幸运”的气氛，并在这些文章中寻找细节。我认为这不合适。2.僵化的思维方式淹没了科学发现。我记得在我编辑的杂志上讨论过“诺贝尔奖是中国人拿不到的”这个问题。给我印象最深的是中国著名核物理学家卢鹤绂院士的观点。他说:“创造一个新世界和一个新领域是很自然的。模仿练习和老山老水的精采游览只能是一种损失。”[5]另一位著名的中国物理学家王·院士在他最后的告别词中说:“在科学研究上取得突破，必须有创新精神。”[6]否则，即使是那些世界级的科学家也会犯错误。因此，法国物理学家朗之万(Langevin)早在1931年就敦促他的同事，“你必须放弃许多旧习惯和概念，在你能够发展它们之前，尽你最大的努力去理解和想象，或者在任何时候体验那些研究者提出的越来越大胆的新理论来解释新观察到的事实。我们觉得很难根据现代物理学呈现的宇宙形式来锻炼我们的思维。我们的思想需要不断创造一些新的解释方法，以免落后于实验科学的惊人进步。”[3]理解前人的建议，放弃僵化的思维，在偶然事件中发现亮点，可能是支持科学发现的正确态度。3.提倡“满意后才罢休”的科学作风。人们经常说机遇只能为科学发现提供线索。关键在于准确地找到它，抓住它，并坚持到底。王说:“遇到问题，你可以反复思考，直到有满意的结果。”在告别世界的前夕，这位毕生致力于科学的学者警告下面的人:“这也是我从事多年的‘秘密’或经历。”我们没有理由忘记王的忠告。在经历了导师迈特纳斯不支持云室实验后，王在科研上逐渐形成了“有满意结果才罢休”的思想。1941年10月13日，他独立提出了一种验证中微子的简单方法，并被《美国物理评论》采用。这是当年国际物理学的重要成就之一。半个世纪以后，在1992年，王写了一个结论，“除了研究纯理论和做实验之外，物理学研究还有第三个方面，那就是对发表在杂志上的实验方法、数据和结论进行总结、分析和判断。这种工作是理论的桥梁，是实验工作的推进。[7]事实上，王告诉我们如何在科学研究中取得令人满意的结果。这些经验应该被我们学习和吸收。4、形成相互讨论和启发的氛围。这可能是克服“错误”的最好方法。1920年，德国科学家沃伯格提前两天去英国参加国际生理学会议。当他访问希尔时，他了解到一氧化碳与血液的亲和力实验，并返回德国重新研究呼吸酶。当他再次回到英国报告新实验的结果时，立刻引起了巨大的轰动。中国学者唐培松在哈佛大学工作时，曾协助老师指导博士生弗兰曲，并帮助他从混沌数据中获得化学动力学规律。结果，无路可走的弗朗乔写了一篇漂亮的毕业论文。许多年后，他写信给唐培松，回忆当年的情况，说这是“救了他的命”。以上两个案例证明了“研究有时涉及到权威人士的眼睛和旁观者的眼睛，而讨论有时会把人们从困难中解放出来。”[8]也就是说，减少错误，鼓励教师、同事、朋友和学生互相学习，合作和讨论，互相教导，并真正形成一种相互启发的气氛，让他们可以*发言。许多著名科学实验室的实践证明了这一点。参考文献1杨建业、志戈。杰出物理学家[的错误。武汉:华中师范大学出版社。1986: 1652李瑞志等核物理学家王···M]北京:原子能出版社。1995: 30，33，343，袁。《科学探索之路》，[M。北京:新华出版社。1981: 154宋玉生等译。诺贝尔奖获得者的演讲(物理学，第1卷，[M)。北京:科学出版社。1985: 35吴水青，陆佳。卢鹤绂·[年表M]北京:机械工业出版社，1997: 236吴水青。王.对科学创新的解读.世界科学。1999: (3)王367。我早期的研究工作是《[科学》。1992，44 (1): 468王。《自然科学发现中的经验探索》，[M。福州:福建科学技术出版社，1988: 23