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科学的走失的驴

美国剑桥—圣经中索尔(Saul)在寻找父亲走失的驴时偶然发现了他的王国的故事给科学家提供了重要的教训。我们不应该狭隘地定义我们的研究目标,而必须让思维彻底向潜伏在我们关注领域外围的不同的、更令人激动的发现开放。

阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)在1965年做出了一项这样的意料之外的发现。他们原本试图减小最先进的无线电天线的噪音,结果发现了宇宙微波背景。他们注意到一个本底噪声,后来证明是大爆炸遗留下来的辐射。这一从根本上改变了我们的宇宙观的发现是在贝尔实验室而非一流研究型大学做出的。

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汇集新数据对科学进步至关重要。数据在指引科学家作出新发现、找到新方法以及发现新的待解之谜,从而让科学过程变得可靠而充满活力方面扮演着重要作用。长期得不到新数据促进了——事实上,是造就了——投机性理论泡沫的疯涨。

即使解释令人困惑的数据失败,也对科学过程具有重要意义,这些数据构成的挑战鼓励有创造力的个人发展关于物理现实的新思路。在相当长的时期内——几十年或更长——不受计划约束的数据推动文化给我们带来了巨大的好处,就连趋向利润的企业也常常支持。

最著名的例子是20世纪30年代—70年代,贝尔实验室认识到这一文化的优点,集中了一批有创造力的物理学家给与他们不受约束的自由。这一气度产生了不少二十世纪最重要的科学和技术发现,包括1932年的射电天文基础和1947年晶体管的发明。

贝尔实验室的科学家在1948年发展出信息论,1954年开发出太阳能电池,1958年开发出激光,1962年开发出第一批通讯卫星,1969年开发出电荷耦合元件,1976年开发出光纤网络。如果没有耐心和远见,贝尔实验室就无法获得这些突破所带来的巨大的长期利益。

与任何复杂而具创造性的活动一样,在科学领域,统一的观点和方法永远会归于平庸。各种不同思想的并存培育了竞争和进步。

当然,很难了解哪种探索性方法能够产生果实,最终被证明错误的新奇科学思想也层出不穷。因此,失败应视为创新文化的天然组成部分。

事实上,高风险研究——正如商业界的高风险资本投资——的利润潜力比较安全的方法更大。哪怕只有一个非主流思想结出果实,也可以改变我们的现实观念,也证明了所有毫无结果的离经叛道的假说都是有价值的。

比如,爱因斯坦并未预见到他的创新引力论对开发精确GPS导航系统的重要性。类似地,受西班牙皇室赞助的哥伦布向西航行本是为了开拓通往东印度的新航路,结果却发现了“新世界”。毫无疑问,他的金主因为这一意料之外的发现而获益良多——他将美洲多部纳入了西班牙帝国的版图。

教训是明确的:尽管证实我们期待找到的主要科学使命很重要,但出资应该主要基于带来意料之外发现的潜力。

这并不是说日程驱动的项目不能带来重要突破。最新发现的希格斯波色子就是确认理论思想的计划实验的顶峰,其理论思想提出于20世纪60年代,是粒子物理标准模型的基础。尽管这一发现早已在预料之中,但其所打开的未来进步空间是不可估量的。

机构将所有资金用于高风险研究是不审慎的。但它们应该将小部分——比如20%——资源用于不受具体目标约束的研究。这样的融资机制对于促进长期突破来说至关重要,因为它鼓励研究者上马结果本质上不可预测、但潜在收益极高的高风险项目。最重要的是,它给予个人对他们所发现的意料之外的洞见做出反应的自由,而不强迫他们遵从既定日程。

这一方针要求明白进步不是时间投下去就一定能水到渠成的,因为发现需要建立在大量预先工作的基础上。因此,用同时配置了多少资源来衡量成功是不合适的。在不与具体计划日程挂钩的文化中,损失的资源(时间和金钱)永远都不应该成为顾虑,因为从长期看,意料之外的发现的价值远远高于损失的资源。

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索尔从与他意外碰面后给他加冕皇冠的人撒母耳得到的建议才是合适的:“三天前走失的驴,你就不要再操心了。”

Abraham Loeb, Professor of Science and Chair of the Astronomy Department at Harvard University, is Director of Harvard’s Institute for Theory and Computation.