■徐光憲
●知識創新都有前因后果，來龍去脈。故而勤奮學習，建立知識框架，積累深厚基礎；加上追根到底，萬事逼問為什么的好奇心，就是創新的源泉。前者是學，后者是問。學而不問則殆，問而不學則茫。學而問，問而思，思而行，行而果，這就是創新。
●如果你夢想要做一個科學家，那么勤奮學習就是實現你的夢想之“舟”。但舟有快如宇航飛機，慢如蝸牛。所以勤奮必須是高效率的勤奮，不要去做“磨擦生熱”的“無用功”，更不要做“負功”。
●在科學研究中常常會遇到“山窮水盡疑無路”時，粗心大意的人很容易放過這種機遇。只有具有敏銳眼光和扎實基礎的科學家才能抓住它，取得重大的突破。
●實際的學科基礎是金字塔，有比較廣的知識，但是又要有塔尖，有高度，也就是你的專業知識高度。但是一條竹竿是站不直的，所以你除了“高”，還要有一些“寬”。
多年以來，我一直在實踐中探索科研如何創新的方法，總結了16條。我可以告訴大家，我的天賦很平常，但“天道酬勤”，只要依靠勤奮，是可以取得科學成就的。大發明家愛迪生說：天才=98%的汗水＋2%的靈感。而2%的靈感也可用勤奮來培養。各位同學只要勤奮努力，相信都能成為出色的科學家。
1 創新與知識積累：中藥鋪的抽屜和知識框架
創新必須先有知識積累，這是創新和繼承的關系。我幼年時常生病，生了病去看中醫，到中藥鋪去抓藥，看到中藥分類歸檔，放在上百個抽屜里。從那時起就模糊認識到要把學到的東西放在腦中的抽屜里，并把眾多抽屜有序排列，才能記住。以后就慢慢形成要在自已的頭腦里建立知識框架的概念。知識框架即知識文檔樹，建立知識文檔樹便于知識存貯檢索、記憶、聯系比較、分析歸納和創新。
2 創新鏈和創新樹
科學研究是接力賽跑，起跑點要在科學研究的前沿，要把前人的有關知識接過來。研究生的導師很重要，他把接力賽跑的棒交給你，你就可以在科學研究的前沿起跑。牛頓說：“我是站在巨人的肩膀上，所以能看得遠一些”。這是創新和繼承的關系。
科學研究既然是接力賽跑，所以每一項科學創新都有前因后果。把這些前因后果串聯起來，就構成一條“創新鏈”。創新鏈常有分支，于是構成“創新樹”。建立創新樹的方法，可以啟發你的創新靈感,活躍你的創新思維，特別是在分枝點上，可以思考一下：還有什么新路可走？
3 分類研究法
“分類法”是一種重要的科學方法。科學(Science)原來的含義就是分科之學。例（1）動植物的宏觀分類法——門，綱，目，類，科，亞科等。例（2）生物的微觀分類法——基因分類法。例（3）萃取機理的分類。例（4）經濟模式的分類——自由資本主義經濟（如美國），歐洲資本主義經濟，中國特色社會主義市場經濟等。
世界上的事物是非常復雜的巨系統，要探索這個巨系統，先要把它進行分類，才能找到其中的規律。現代科學發展的大趨勢之一，是學科越分越細。例如1900年是500門學科，2000年是5000門。100年增加10倍。2100年可能到50000門，2050年到20000門，50年中創建15000門新學科，我們中國人至少創建3000門。你們要有創建3000門新學科的雄心壯志。
4 學科交叉法
學科交叉法就是在不同的學科之間，進行“比較”、“類比”和“移植”的研究方法，從而產生新的研究領域或新的學科。
“比較法”是具有悠久歷史的傳統方法，也是科學研究中的重要邏輯方法。在語言學的研究中有一分支，叫做“比較語言學”，就是用比較的方法來研究兩種或多種語言的異同。在生物學中有“比較生物學”。學科交叉的無人區是創新的生長點。
在比較語言學中，可以互相取長補短，促進本門語言學的發展。例如英文的Crisis，中文是“危機”。危機有危險和機遇兩層意思。處理得當可以把危險化為機遇，而Crisis只有危險的意思。中文有“做學問”一詞，通常翻譯為Learning，但后者只有學習的意思，沒有問的含義。做學問要既學又問，學而不問則殆，問而不學則茫。
5 移花接木法
“移花可以接木，雜交可以創新”，這是科學創新的“移植法”。科學可按照它的研究對象由簡單到復雜的程度分為上、中、下游。數學、物理學是上游，化學是中游，生物、醫學、社會科學等是下游。上游科學研究的對象比較簡單，但研究的深度很深。下游科學的研究對象比較復雜，除了用本門科學的方法以外，如果借用上游科學的理論和方法，往往可收事半功倍之效。所以“移上游科學之花，可以接下游科學之木”。
例（1）量子化學是把量子力學的理論和數學方法移植到化學中來，因而產生的交叉學科。美國理論物理學家科恩和英國數學家波普爾，把量子力學的理論和計算數學的方法移到化學中來，解決了量子化學中的計算難題，因而獲得1998年諾貝爾化學獎。
例（2）把數學方法移植到經濟學中來，可以實現經濟學的突破。1994年的諾貝爾經濟獎授予納什，他把數學中概率論之花，移到經濟學中來，提出預測宏觀經濟發展趨勢的“博弈論”。
例（3）移花接木創新法的另一例子是仿生學。例如第一架飛機就是模仿蜻蜓制造出來的。流線型的噴氣飛機和高速火車的造型是模仿魚類的，特別是海豚的皮膚表面有一種可吸收能量的彈性結構，借以消除流體的阻力，使湍流變為平流。
例（4）生物學與化學的交叉產生生物化學、分子生物學、生物物理學、結構生物學等。現在后基因組時代已經到來，生物學與化學之間又有一個新的交叉學科——蛋白質組學已經形成。
6 四兩撥千斤法
中國有句成語，叫做“四兩撥千斤”，這就是“力的放大”。例如杠桿、齒輪、千斤頂等，在搬運東西和機械工程中被廣泛使用。在科學研究中，我們要把一種已知的方法盡量推廣拓展到未知的領域，這就是“創新”。
例（1）三極管的發明可以實現電流的放大，上世紀三十和四十年代，是電子管的鼎盛時期，它曾為無線電、雷達、電子計算機和V型導彈的發明作出了貢獻。1948年發明了晶體管，同樣可以放大電流，但體積、重量、耗電量均比電子管減少100-1000倍。1959年又發明集成電路，從而產生了微電子學和微電子工業，導致20世紀的信息革命。
例（2）激光器的發明。電流的放大產生了如此重大的影響，于是人們聯想到光是不是也能放大呢？1954年湯斯首先實現了微波的受激輻射放大。1960年從事紅寶石微波量子放大器研究的年輕人梅曼成功地研制出第一臺紅寶石激光器，實現了光波的受激輻射放大。
例（3）化學合成的自動組裝放大，例如用K.Ziegler和G.Natta催化劑，可使單體自動定向聚合為高分子。又如自組裝化學，也是化學發展的方向之一。
例（4）生命的放大——從卵細胞到生命的發育成長，發展成為現代的克隆技術。
7 逆向思維法
在飛機的設計中，要試驗飛機的外型和材料在高速飛行中與空氣阻力的關系。這種試驗很難在空中飛行時進行。于是創造出“風筒”來模擬飛行。這是一種“反其道而行之”的逆向思維方法，即把飛機固定，讓高速空氣流向飛機，其效果是一樣的。這就是在空氣動力學和航空技術研究中常用的“風洞”實驗室方法。又如在輪船的設計中，可以做一個縮小的模型，放在一個縮小的水槽中，用各種流速來試驗船體的阻力。
8 柳暗花明法
在科學研究中常常會遇到“山窮水盡疑無路”時，粗心大意的人很容易放過這種機遇。只有具有敏銳眼光和扎實基礎的科學家才能抓住它，取得重大的突破。
例（1）按照經典遺傳學的觀點，水稻是自花授粉，不能雜交的，“雜交水稻之父”袁隆平也相信這一點。上世紀60年代初，他在田間發現一株優勢非常強的水稻，第二年他把它種下去，結果大失所望，跟上年選的植株完全不同，高的高，矮的矮，生長期長的長，短的短。就在失望之余，他突然產生了震撼：為什么遺傳會有這樣大的分離呢？只有雜種才會有分離，純種不會有分離。他于是大膽提出假設：他選的這株是天然雜交稻，推翻了經典遺傳學認為水稻不能雜交的結論。當然這只是大膽的初步假設，還有待做艱苦的研究工作，培養出人工雜交水稻來證實。為避免自花授粉，他選擇雄性不育植株來受粉，取得了很大成功，使我國水稻由畝產300公斤提高到500公斤。
例（2）光的本質是什么？是波動還是微粒？這個問題爭執了200多年，互有勝負，不得解決，在20世紀初到了“山窮水盡疑無路”的地步。這是因為人們的思想受形式邏輯的限制，形式邏輯回答問題，非此即彼，非彼即此。愛因斯坦跳出了形式邏輯的框框，認為問題的答案可以“亦此亦彼”，于是“柳暗花明又一村”，達到了完美的創新境界。這就是他在1905年提出的光子學說。
9 天上人間法
有些物質是天文學家在天上先發現，然后由化學家把天上之花，移植到地球人間的。
例（1）1868年天文學家在觀察日全蝕時，從日珥的光譜中發現一種未
知原子的譜線，命名這一未知元素為“太陽元素(Helium)”。28年后，化學家才從地球大氣中把He元素氣體分離出來。
例（2）天文學家用射電天文望遠鏡研究分子的轉動光譜，發現了幾十種星際分子，有一類是直線形的HCiN分子。化學家Smally想象宇宙中有閃電C C C C;C，空氣中有氮氣和氫氣，企圖用激光或電弧作用于石墨，在地球上來制備這類化合物，卻意外地得到C-60，并獲得諾貝爾獎。但這類HCiN分子，至今在地球上尚未合成。
10 傻瓜提問法
創新的第一步是“提出問題”。年輕人好奇提問往往是創新的開端。好奇性是科學發展的重要動力之一，所以“好奇性”也是科學家應具備的素質之一。
例（1）三角形的內角之和一定要等于180度嗎？
其實，三角形的內角之和等于180度是平面上的幾何學，即歐幾里德幾何學。人們發現用平面幾何學經行大地測量，在范圍較大時有偏差。這是因為地球是球面的。在地球上距離較大的三點之間，作三條直線，組成一個三角形，它的三個內角之和大于180度。這就是球面幾何學。反之，在凹面上的三角形的內角之和小于180度。由此建立了一門新的學科：非歐幾何學。
例（2）空間的維數是不是一定要整數？例如說一維、二維或三維空間。可不可以有分數的維度？這個看似傻瓜的提問，終于發展成為一門新科學：分形理論。彎彎曲曲的海岸線的維數就在一維和二維之間。
11 大膽假設、小心求證法
胡適在考古學研究中提出“大膽假設，小心求證”的科學方法，我認為也可用于自然科學研究，而且是一個很重要的科學創新的方法。如果你不明白為什么，對老師、專家、權威都可提出質疑，敢于好高騖遠大膽假設，善于實事求是，小心求證。對于你的假設預期，要認真安排實驗來小心求證。實驗的結果不外四種：
（1）證明了你的假設，于是進一步去尋求新的實驗證明。證明越來越多，假設就能發展成為理論；
（2）部分否定了你的假設，于是你可以部分修改你的假設，使之更為完善；
（3）全部否定了你的假設，于是你可以根據新的實驗結果，提出新的假設；
（4）得到完全意外的結果。例如從設計合成一個新化合物的失敗，到發現一個新的結構類型。如果你的運氣好，可能發現新現象或新效應，但必須有敏銳眼光才能抓住它。
所以這四種可能性，在科學上都有收獲。尤其是第四種，可能有巨大收獲。
12 意外機遇法
例（1）弗萊明發現青霉素。
例（2）X－射線的發現。
例（3）宇宙的微波背景輻射。
13 靈感培養法
國學大師王國維在《詞話》中寫到治學的三個境界：“獨上高樓，望盡天涯路”，這是第一境界，是治學或研究的開始，要找到學科發展的前沿，作為你科研創新的起點。“衣帶漸寬終不悔，眾里尋她千百度”，這是第二境界，正是科學研究的緊張階段，遇到困難，不知如何解決才好。“驀然回首，伊人正在燈火闌珊處”，這是第三境界，正在山窮水盡的時候，忽然靈感到來，驀然回首，伊人（這里指你希望得到的結果，或解決困難的方案和辦法）出來了，卻在忽明忽暗的燈火闌珊處。
從中可以得到三點啟發：（1）開題的重要性；（2）勤奮是成功的關鍵，如果你夢想要做一個科學家，那么勤奮學習就是實現你的夢想之“舟”。但舟有快如宇航飛機，慢如蝸牛。所以勤奮必須是高效率的勤奮，不要去做“磨擦生熱”的“無用功”，更不要做“負功”；3）創新除了勤奮外，還要有一定的“靈感”。當你在科研中已“進入角色”，“身心投入”后仍然遇到難題，百思不得其解，這時你可以忘掉它，輕松愉快地去做別的工作，或看電影，或散步，或聽音樂，然后好好睡一覺。睡眠中大腦會把白天困擾你的問題進行知識的反芻、醞釀和陳化的慢波處理，早上一覺醒來，往往就忽有所悟。聽說開庫勒就是在早上一覺醒來時，悟到苯分子的六角形結構的。
14 虛擬實驗法
現在常用的虛擬現實法也是“建立模型”的方法之一。提出一個理論模型，用計算機虛擬現實，得到希望得到的結果。這一方法現已廣泛用于科學研究和高新技術，例如：
（1）虛擬大氣溫度、濕度、氣流的未來變化，做出近期和中期的天氣預報；
（2）建立模型，虛擬小浪底水庫放水沖洗黃河的泥沙，提供最優化實際放水時間和流量等參數；
（3）虛擬原子彈爆炸過程，代替實際爆炸實驗，為原子彈設計提供基礎；
（4）北京大學在稀土分離研究中，以串級萃取理論為模型，用計算機模擬“搖漏斗”的實驗，獲得稀土工藝設計的“一步放大專家系統”，并在全國推廣應用。
15 綜合集成法
系統科學是從傳統科學中提出帶有共性的問題來研究，因而產生的科學。它是最廣泛的交叉學科。如果把自然科學、技術科學、社會科學看作科學分類的經線，那么系統科學就是橫跨自然科學、技術科學、社會科學的緯線，所以也可稱為橫斷科學。它包括系統論、控制論、信息論、耗散結構理論、非線性科學、協同學、運籌學、混沌理論、分形理論、突變論、超循環論等。下面僅以控制論為例，說明它是怎么發展起來的。
控制論是把自動調節、通信工程、計算機技術，以及神經生理學和病理學等學科，以數學為紐帶聯系在一起而形成的新學科。它是1948年美國數學家維納創立的，他在二次世界大戰期間，接受了研制防空火力的控制系統的任務，嘗試用機器來模擬人腦的功能。他把生命機體和機器作比較研究，總結出自動機應具備的一些特點。他的研究還表明，無論是自動機器，還是神經系統、生物系統，以至經濟、社會系統，反饋都對系統穩定起著至關重要的作用。他總結了這些思想，在1948年出版了《控制論》一書，把控制論定義為“關于機器和生物的通訊和控制的科學”。錢學森1954年在美國出版的《工程控制論》一書，是這個學科的奠基性著作。同年艾什比發表《大腦設計》，建立了“生物控制論”。
16 接近于“無中生有”的原始大創新
量子力學和相對論是突破當時牛頓經典力學的理論和傳統概念，提出全新思維和理論的創新。但即使這樣重大的原始創新，也不是完全“無中生有”，而是有跡可尋的。
以量子力學為例，實現這一類創新的第一步是“提出科學問題”。正確敏銳地提出科學問題，本身就是重大的創新。
第二步是要有敏銳的直覺和靈感，提出一些前所未有的新概念，并重新審視舊理論中的概念。
第三步是要建立新理論的基本方程。既然微觀粒子與光子一樣具有波粒二象性，它們的基本運動方程也應相似。薛定鄂把光的Maxwell電磁波方程與德布羅意關系式結合起來，得到量子力學的基本方程，即著名的薛定鄂方程。
第四步是要有深厚的數學基礎，從基本方程推導出可以由實驗來檢驗的結果。
第五步，一個新理論的基本方程建立以后，還要回過頭來看看這個理論體系是建筑在哪些基本假設的基礎之上的。基本假設的要求是：物理概念要明確，表述要簡潔，它的實驗基礎要鞏固，條數要愈少愈好。這樣才能建立簡潔優美的理論體系。
徐光憲，著名化學家，中國科學院院士。現任北京大學化學系教授、博士生導師。
徐光憲長期從事物理化學和無機化學的教學和研究，涉及量子化學、化學鍵理論、配位化學、萃取化學、核燃料化學和稀土科學等領域。通過總結大量文獻資料，提出普適性更廣的（nxcπ）格式和原子共價的新概念及其量子化學定義，根據分子結構式便可推測金屬有機化合物和原子簇化合物的穩定性。建立了適用于研究稀土元素的量子化學計算方法和無機共軛分子的化學鍵理論。合成了具有特殊結構和性能的一系列四核稀土雙氧絡合物。
2008年，徐光憲獲得中國國家最高科技獎。
文匯報2009年4月16日第十二版
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