如何发现新事物

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美国化学家卡尔·巴里·沙普利斯分别于2001年与2022年两次获得诺贝尔化学奖。他一生做过很多重要的演讲，但下面这场演讲可以说是最特殊的一次——他说这是对他数十年科研工作最精华的总结和自述。而这场汇报并不是关于化学，而是关于科研方法和科研创新的思考。

如何发现新事物

经常有人问我：“您如何找到新的反应？您是从哪里得到那些新的想法的？”我认为一位优秀的科学家必须非常热情且充满好奇。同时，他若想成功，野心也必不可少。然而，科学家的种类很多。诺贝尔生理学或医学奖得主彼得·梅达瓦爵士曾说：“科学家中很多是侦探，很多是探险家，有些是艺术家，有些则是工匠。”我基本上属于探险家。即使探索未知的能力并不是与生俱来的，但我相信各种性格的科学家都可以学习探索。

如果你想发现新事物，千里之行的第一步就是要学会与不确定性共存，学会接受失败如常，因为寻找未知事物的风险就像成为一名从不系安全绳的高空杂技演员一样大。根据新事物的定义，在已知范围内推理出真正的新事物是不可能的，因此你必须踏上通往未知之路。

我的性格使我乐观拥抱不确定性。实际上，我在斯坦福大学研究生院毕业后额外做了几年相当于三个博士学位论文工作量的研究。在做化学反应的闲暇时，我喜欢与其他化学家在黑板上进行“粉笔交谈”。我从不担心个人的安全感或未来将给我带来什么。

我的博士导师范塔梅伦是他们这一代中最具创造力的化学家之一，他所想的都是化学中的重要问题，同时这些问题往往也是最难的，因此和他共事更使我乐观拥抱不确定性。当你踏入未知世界时，就无法保证一定能成功，所谓的失败才是永恒的伴侣。我很幸运，范塔梅伦教授给了我们很大的自由——他并未就我实验室的工作制定明确的方向。这有助于我获得独立性，增强信心和成熟度。

当我在实验台上工作时，大多数反应都行不通，但我的词典里没有“失败”这个概念。1920—1947年，查尔斯·凯特林曾担任全球最大的公司之一——通用汽车的研发总裁（他被誉为创新之父），我非常赞同他的观点：“明智地失败” 是一个很棒的概念。他说，一位发明家“尝试后可能会失败上千次”，而根据我的经验，失败的数量更接近上万次——对你们在座的大多数人来说，听到这个道理是一个很大的意外吧！一定不能将失败视为浪费时间，我的失败启发了我最重要的发现。

迎接意外发现的到来

意外发现在科学发现中无处不在。例如，开普勒对椭圆形行星轨道的证明源于他对酒桶的面积和体积进行测量的尝试。同样地，当今几乎所有最有价值的化学过程的发现都有意外因素。实际上，现代化学工业的诞生完全源于意外的发现。

1856年，珀金还是一名18岁的学生，他正在试图合成奎宁。他的反应失败了，这在实验室中稀松平常，他最后在烧瓶底部得到了一块令人不悦的黑色固体残渣。在清洗烧瓶时，他发现该固体残渣中含有一种可溶于乙醇的紫色化合物。珀金对这个奇怪而完全出乎意料的结果进行了跟踪，他发现该化合物可以用于给纺织纤维染色。他为新染料申请了专利，并创建了自己的染料工厂。通过纯粹的意外发现，珀金发现了第一种苯胺煤焦油染料。正是通过抓住这个意外发现的机会，珀金才成为现代化学工业的奠基人。意外发现的例子不胜枚举：特氟龙、青霉素、化学疗法、X射线、巴氏涂片、疫苗接种、牛顿万有引力定律、安全玻璃、人造甜味剂、硫化橡胶、宇宙大爆炸理论、橡皮泥、冰棒、可口可乐、DNA的发现，甚至是电话——它们都是在人们寻找其他事物时偶然发现的。

我有时会说，如果你想被汽车撞到，请站在高速公路的中间。我毕生的“站在高速公路中间”的研究方法很早就开始使用了。在我读研究生时，曾在研讨会上听过一次来自加州理工学院的乔治·哈蒙德教授的演讲。他是一个真正的特立独行者，他所说的内容在当时被视为异端，因为那时有机化学的主要研究目标是合成复杂的天然产物及相关类似物。哈蒙德教授说：“关注过程，而不是产品。” 他的话引发了我的共鸣，就像一场宗教转变。他后来写道：“合成最根本和最持久的目标并不是合成新的化合物，而是合成新的功能。”生产意味着过程。此外，若想在化学中找到新的东西，我相信研究过程仍然是最好的选择。这条古老的建议至今仍然成立——找到过程之中的漏洞并将它们填补。

治好你的“瘟疫”

创造性思维的最大障碍是我们随身携带的所有没有被意识到的思维上的包袱，我称其为“瘟疫”。奢望、傲慢、偏颇、恐惧、幻觉、圣律、非理性的忠诚（其中最糟糕的是父母的爱——他们最不理性地对你的想法照单全收）……我可以继续列举下去。这些就是“瘟疫”的病因。如果你想痊愈，就必须靠自己——这不是在课堂上能教的。

理查德·费曼是诺贝尔物理学奖得主，也是我心目中最伟大的英雄之一。我强烈建议你们阅读费曼的自传和传记。你们会看到费曼的童年，尤其是他与父亲的关系如何赋予他如此清晰的洞见力，而不是像我们大多数人一样通过犯错而习得。当他们散步时，他的父亲会指向一只鸟，二人一同观察；他的父亲会告诉年轻的理查德他所知道的关于这只鸟的一切。费曼后来写道：“你可以用世界上所有的语言描述这只鸟的名字，但除此之外你还是对它几乎一无所知……所以让我们观察一下这只鸟在做什么——这才是有价值的。”

不希望其他同事认为你很愚蠢，这可能是创造性思考的最大障碍。这就是我所谓的“第一步”的必然结果，即学会如何与不确定性共存。如果你不能承认自己错了，或者过分在意别人对你的看法，那么就无法发挥创造力。你必须要在你自己想做什么和其他人认为你应该做什么之间进行选择。当然，如果你想成为一名探险家，你将不会孤单——的确有人愿意遵循发现之路，也的确有真正的榜样可以为你提供支持和指导，比如斯坦福大学的亨利·陶布教授和帝国理工学院的德里克·巴顿教授，后来都成为诺贝尔奖得主，我希望我的通讯列表上还会有更多的诺贝尔奖得主。这些科学家的整个职业生涯都以思维的广度和重要的科学发现为特征。因此，在探索之路上找到好的导师和志同道合的榜样，并学会在没有主流支持的情况下甘于寂寞地坚持研究，是实现成功的助推因素。

从改变开始

人——包括科学家在内——往往不理性地抗拒改变。始终跟随主流很容易，但掉头开创你自己与众不同的研究领域却需要付出真正的努力。整个系统也都在抗拒改变——资助机构不想资助风险大的研究；一群科学家创建了“永存”的科研帝国体系。正如彼得·梅达瓦爵士所说：“人脑对待一个新想法的方式就像身体对待一种陌生蛋白质一样：拒绝它。”而要成为发现者，我们必须能够在情况发生变化时改变计划。

我曾经使我的课题组陷入疯狂，因为我的研究情况经常改变！如果小组成员中做出一个非常有趣的结果，我可能会在24小时内让每个人都放下他们现有的课题，转入这一新的研究方向。当新的研究线索崩溃时，每个人都可能会在几天内再次改变他们的课题，要么是继续研究已经发现的新机会，要么是回到之前的课题。我并不是说这是管理课题组的好方法，但这是覆盖新科学领域的最快方法。我之所以能够成功，是因为我的团队成员历来都是顽强的，他们中最优秀的人就像我一样，对出色的科学本身感到兴奋，这种追求胜过发表文章或找工作的确定性。祝福他们！

我知道我曾经在发表的文章中仅犯过一次真正的错误，这是由于结构上的错误所致。我和我的同事们接受了文献中某结构的绝对构型，但它是错的，我们本应该检查一下。在实验室的后续工作中发现了该错误后，我们立即发布了撤稿声明——我经常看到结构的错误，但我很少看到有人撤稿。作为科学家，如果你发现结果中有任何可疑之处，则必须通过重复实验，将假设一直追溯到其起源。这很枯燥，就像在金字塔的底部工作一样。但这是成为一位优秀的科学家所必需的素质！

了解极限

对于一个反应，我尝试将其覆盖至尽可能多的潜在应用，试图找到该反应效用的极限所在，再将其发表出来。

在发现反应真正可靠之前，很少有科学家会将发现视为追求。实际上，唯一重要的事就是你的发现；而在发现的过程中，速度就是一切。有思维定势的人很难学习两件事：其一，只要知道发生了什么就立即继续前进，过分关注没有意义的细节耗时费力；其二，当你的“病人”（研究对象、假设等）死亡时，尽快处理掉“尸体”，而不要费心解剖。其实可以发现的东西非常多，只是我们的时间不够用。我赞同美国19世纪伟大小说《白鲸》的作者赫尔曼·麦尔维尔所写：“在某些事业中，谨慎的无序才是真正的方法。”“谨慎的无序”难道不是一个好主意吗？

实际上，优秀的科学家应该始终在脑海中有多个可行的平行假设，其目的是证伪它们。每当我在实验室中取得好结果时，就下意识地认为哪里出了问题。还记得阿尔弗雷德·诺贝尔所说的话吗——“如果我有上千个想法，而最终只有一个想法是好的，我就心满意足了。”实际上，试验的结果越令人兴奋，它们出错的可能性就越高。

我上文提过的斯坦福导师亨利·陶布教授在开研讨会时总会坐在前排，他经常对当天的演讲者说：“这让我感到担心，结果太好了倒不像是真的——大自然并没有那么精明。”因此，尝试扼杀好的结果，尝试把它们弄成碎片，在推进至下一步之前，请尽可能去证伪。康拉德·洛伦茨曾说：对于科学家来说，每天早餐前放弃自己喜欢的假设是一项很好的锻炼，这使他们的思想保持年轻。伟大的卡尔·波普尔也完美地诠释了这一点：“好的实验会扼杀有缺陷的理论；但我们的思想仍然活跃，可以再次猜测。”

不要爱上你自己的理论

你自己的理论就像你的孩子，你爱他们就像父母爱孩子一样——你倾向于忽视缺点，放大优点。此外，你最不想发生的事就是你孩子的离世。

1890年，美国地质学家张伯伦在《科学》杂志上发表了一篇文章，提出了一种解决这种自我欺骗的方法：多重假说研究法。每个科研人员都应该学习这种方法。多重工作假说不仅让你保持诚实，而且也是一种实用的发现技巧。物理学家马克斯·波恩对这个问题有强烈的共鸣：“相信世界上只有一个真理，然后自己拥有它，是世界上一切邪恶的根源。”《美国独立宣言》的起草者、美国第三任总统托马斯·杰弗逊曾说：“当一个人形成一个理论的时候，他的想象力看到的每一件事都只能够符合这个理论。”梅达瓦（英国生物学家、1960年诺贝尔医学奖得主）的话一如既往地正确：“那些作者之所以为自己的不诚实找借口，只是因为在欺骗他人之前，他已经费尽心思欺骗了自己。”

变得更有创造力

有没有可能使自己更有创造力？毫无疑问，可以！

我相信创造力更多的是由经验积累而不是与生俱来的，所以你们完全可以变得更有创造力。多年来，这在我的研究小组屡见不鲜，我的一个学生把它描述为 “学习如何奇思妙想”。

要学会拥有创造力，就必须灵活变通，忘记你所知道的那么多知识，并使你的大脑忘记如何连点成线，练习跳出框架去思考，把每一个问题都看得好像你从来没有见过之前类似的问题一样。有书籍可以指导你完成这个过程，但最简单的学习方法是与有创造力的人一起工作，并与他们交谈、交谈、再交谈。