我们离诺贝尔奖有多远?

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  王绶 ,天文学家、科普教育工作者,中国科学院资深院士,中国天文学会名誉理事长,中国科学院北京天文台名誉台长。开创了中国的射电天文学观测研究领域并予以推进,也是中国现代天体物理学的早期创建者之一。1998年开始主要从事青少年科普教育工作,先后创办中学生“科研实践”、“校园科普”等实验性活动。1996年被评为全国先进科普工作者。1993年中国科学院紫金山天文台将3171号小行星命名为王绶星。
  
  “我们离诺贝尔奖有多远?”近年来关心我国科学进步的人常会这么问。我们也常听到各种答案。我也有一个答案,即:“远虽是远,但说近却也很近。”
  


  从全局看,在100多年的诺贝尔奖历史中,还没有一项奖项出自中华大地。然而,诺贝尔奖获得者并非凤毛麟角。自然科学方面获奖者每十年不下六七十人。其中有一些旷世奇才,但大部分则是一般的优秀学者;有一部分科研工作依靠昂贵的精良设备,但也有不少科研工作选择或设计了适用而且相对低廉的设备来完成。因此,要问今天我们离诺贝尔奖的远近,就要看选择什么为参照。下面我先就这个话题讲一个诺贝尔奖的故事。
  
  “脉冲星”的发现
  
  1967年,乔瑟琳·贝尔,英国剑桥大学的一位研究生,她用导师安东尼·休伊什设计的一种测量“行星际闪烁”的射电望远镜,意外地发现了后来被称之“脉冲星”的奇异天体,脉冲星很快便被认定为30年前根据恒星演化理论预言的“中子星”。
  中子星理论的提出超前于脉冲星的发现30余年,脉冲星的发现为它提供了一个决定性的验证,并由此确立了恒星演化模型作为当代天文学一大理论支柱的地位。与此同时,它还引发了极端致密物体——中子星、黑洞的探讨,为当代天体物理学(和物理学)的研究开辟了一个富有挑战性的崭新领域。由于这一成就,休伊奇被授予1974年度诺贝尔物理学奖,而天文学界把这看做他们师生两人共享的荣誉,因为其中乔瑟琳作出了同等的贡献。
  这个诺贝尔奖故事中的科学成就无疑是巨大的,但是这个成就中的“巧遇”在科学研究上并不罕见,往往是一种“必然的偶然”。比如休伊什当时研究的“行星际闪烁”,在学术水平上和优秀科学刊物中日常发表的优秀文章没有太大差别,而在获得诺贝尔奖之前,无论是乔瑟琳还是她的导师休伊什,在学术界都尚未成名。可以说,在我们国家今天的科学团队中,这样层次的人才和研究工作并不罕见。由此看来,诺贝尔奖离我们未必太远。但我国为什么这样的人才还没有脱颖而出?
  


  根据这种情况,现在我们来比较不同国家获得诺贝尔科学奖成就的概率。如果假定国与国之间国民的勤奋本质没有什么差别,人口中赋有潜在科学禀赋的比例也没有什么差别,那么总成就的高低就唯一地取决于种种机遇:1.国民最基本的谋生和受教育的机遇——“宏观机遇”;2.不同的人走进科学之前被发现和受引导的机遇——“入门机遇”;3.所有人进入科学之后自由探索、激励“火花”的机遇——“学术机遇”。
  于是,回答诺贝尔科学奖离我们多近或多远的问题,便转化成为对各种机遇的研究和分析。
  
  关于“宏观机遇”
  
  我曾在一篇文中提到:“考虑大环境的‘宏观机遇’:爱因斯坦和陈独秀是同龄人。在他们的青少年时期,灾难深重而正临民族觉醒的中国大环境,相对于当时的西欧,有更多的机会产生杰出的革命家,而出现杰出科学家的机会则要少得多。这并不是因为那一年代的中国少年中值得造就的‘科学苗子’比人家少,而是因为缺少适于‘科学苗子’生长的土壤。”
  现在,比起以往,许多大城市和富裕小城市已进入“小康”,接受良好科学教育的人口前所未有地增多,大环境似乎已经向着诺贝尔奖的机遇靠近了一大截。
  
  关于“入门机遇”
  
  相对于“宏观机遇”,“入门机遇”属个人小环境。首先,这样的机遇应当为谁而创?
  


  看一下杰出科学家做出杰出贡献时的年龄段:根据统计,20世纪的100年中诺贝尔物理学奖获得者共159人次,他们做出自己的代表性工作的年龄分布为:30岁以下的占29%,40岁以下的占67%,这是一个很能说明问题的例子。说明了近30%的杰出人才的成就高潮发生在30岁以前,而由于学科条件不一,40岁时取得大成就的人多半也不是“大器晚成”,而是在20几岁时就已经脱颖而出。
  比如从牛顿说起,1665年他23岁,当年他发现了万有引力定律。同一时期他通过实验还发现了光的分光性质,非常可能也是在这一时期他还发明了微积分。爱因斯坦的狭义相对论发表于1905年,同年他还发表了光电效应和布朗运动理论,这时他26岁。
  牛顿和爱因斯坦的成就是无以伦比的,但他们都不是神童。而科学史上20来岁进入成就高潮的事例并不罕见。达尔文是在22〜27岁的五年时间里进行他的环球考察的。在20世纪量子力学形成期,玻尔提出他原子模型时是28岁,海森堡在25岁时提出测不准原理,包利25岁发现不相容法则,狄拉克28岁提出反物质理论,李政道(和杨振宁一道) 发现宇称不守恒时是30岁,沃森(和克里克一道)提出DNA双螺旋结构时是25岁⋯⋯
  以上现象是带有规律性的。现在设想一个科学家在20几岁时作出了世界性的杰出贡献,但在这之前他会需要几年的奋斗时间。可以容易地推算出:这个奋斗时间应当开始于十六七岁,正是处在高中时期。
  这就是说,“明日的杰出科学人才” 非常可能产生在“今日有志于科学的优秀高中学生” 中。高中时期由于学业负担加重,对于志趣已明、禀赋已显、常规课程已难满足要求的学生,非常有必要普遍地为他们创造“入科学之门”的机遇,以提高人才被发现和得到造就的概率。为了做到这一点,一个自然的(也是可取的)想法是接纳这些学生进入到第一线上的科学环境中去接触科研、求师交友。
  把这种想法具体化,一项已经做了几年试验的方案是:一方面组织各个学校有志于科学的优秀高中学生,另一方面联络各个科研院所的第一线的优秀团组,每年安排每个团组接纳一到几个学生在寒暑假和课余时间进入实验室,进行时间跨度为一年左右的“接触科研、求师交友”的活动 。活动的方式是 “以科会友”,主要是学生在研究人员指导下完成一项 “真刀真枪”但又适于中学生的科研课题。
  


  课题的设置和执行需要精心策划,做到足以使学生体验科学思想和科学方法、发掘他们的科学潜质,同时又可以借以考察和发现可能的“科学苗子”。为了区别于“科学实习”,我们把这种方式称为“科研实践活动”。“科研实践活动”应严格与“应赛教育”相区别。
  与此同时,设置了一套相应的评审方法,对学生的科学素质做出有效的评估,以检验“科研实践活动”的效果,并借以对可能成为杰出的科学家的人才(通常所谓“科学苗子”)的判断提供科学依据。
  这种“科研实践活动”方案目前已有一系列试验结果可供探究。以下是目前考虑到了的两个方面:
  首先是影响问题:这个活动的效果如果得到人们认可,那么由于可以接纳的人数远远不能满足要求,将会不可避免地引进某种选拔过程。我们非常希望这种情况不要演变成为新的“应试”或“应赛”的要求,给学生施加新的压力。
  更现实的是效果问题:假设全国有一万个科研课题组自愿参加“科研实践活动”,如果一个课题组平均每三年接受一次中学生(平均三个人一组)来实验室工作,那么每年全国可以有一万个有志于科学的高中学生参加这一活动。设想这一万人中日后有2000人从事科学研究,倘其中有200人比较出色,当可望出一二十个“尖子”,包括一两个诺贝尔奖级人物(这样的话,也许每历三五届就会出几个诺贝尔奖候选人)。
  可以看出,这种估算条件相当宽。目前我国单是国家自然科学基金委员会每年资助的课题项目就数以万计,如果把中学生“科研实践活动”作为一种社会义务提给每个项目,则受益的中学生范围还可以扩大很多。这样做,虽然依然覆盖不到大部分中学生,但总体来说,哪怕实际参加的课题组只达到预计的十分之一,这样我们离诺贝尔奖还是会近了很多。
  
  关于“学术机遇”
  
  在自然科学领域,具有优秀科学素质的人才能不能发挥他的才智,与“学术机遇”密切相关。影响这种机遇的因素,除经费、装备等“硬条件”外,科研体制、学术风气等“软条件”同样十分重要。近一二十年,随着经济能力的增长,我国自然科学研究的“硬条件”有了很大的改善,这显著提高了我们的科学实力。
  然而,国际上的发展速度同样很快,缩短与他们之间的差距仍然是一个重大的策略性课题,这当放在其他场合讨论。这里我们将着重就“软条件”的影响说几点看法。
  对于已经成名的科学家,倘要“择木而栖”,“硬条件”的吸引力会起很大作用,这无须赘说。而对于一个未成名的、可能成为杰出科学家的人,特别是20来岁的青年,能导致他“脱颖而出”的“软条件”则更为重要。
  “软条件”往往不是绝对的。一个优秀的科学家能不能发挥他的洞察力和创造性以取得成功,就如格罗特·雷伯(射电天文学的创始者之一)所说的:“需要合适的人在合适的地方和合适的时间做合适的事。” 这里我们讨论的合适的人是与前面故事里所说的那些科学家同样优秀的人;主观上,他可以做到的合适的事应当是与那些科学家做的同等水平的事,而他所需要的合适的时间和合适的地方则是一种带给他“学术机遇”的工作环境和管理政策,其标志为:自由与宽容。
  解释一下“自由”:自然科学家面对未知世界,要运用洞察力以判明探索的方向、运用创造性以追求探索的目标。而“运用之妙,存乎一心”,所以必须有一个自由发挥的空间;再说说“宽容”:探索含有“试错”的性质,必须有一个宽容的环境。
  自由和宽容都是相对的。对于任何人或任何事都有一个适度的“相对于约束的自由”和“相对于问责的宽容”。为了适度,对于新手(为了后面的讨论,姑且称为“学生级”的人才),会多关照一些、传帮带,多约束一些;对于学术水平高的(“同事级”的人才),就会比较放手,按计划,看结果;对于杰出科学家(“老师级”人才),自由度就更大。
  这种按学术水平、或“学术可信赖度”区别对待是必要的。对不同的事也一样,也要区别对待。比如一项周密计划好的任务,就必须卡内容、卡进度,而对于自由探索就不能这样。
  于是,问题就转成为对于不同学术等级的人才应掌握的自由和宽容的分寸。这当然是“仁者见仁、智者见智”,需要更多的讨论,希望感兴趣的读者能够都参与。
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