诺贝尔奖|历史上这些学者竟把到手的诺奖“弄丢”，如何把握科研中的机遇和灵感
爱因斯坦和他的著名公式
撰文 | 蒋百川（美国佛州诺瓦东南大学荣誉教授）
什么是机遇？
讨论 “机遇” 和 “灵感” 这两件事情 ， 目的是希望研究者在开始实验工作后 “要留意意外之事” 。 如果不去留意任何可能发生的事情 ， 许多机会很可能被忽略掉 。
在贝弗里奇的两本书中（W. I. B. 贝弗里奇 ， 《科学研究的艺术》 ， 陈捷译 ， 科学出版社 ，1979；W. I. B. 贝弗里奇 ， 发现的种子 -《科学研究的艺术》续篇 ， 金吾伦、李亚东译 ， 科学出版社 ， 1987） ， 有许多关于机遇在科学研究中的作用的故事 ， 因此在本文中笔者不再去重复这些故事 。
经常在议论某个成功人士时会听到：这个人碰上了好的机遇 。 或者说：他抓住了取得成功的机遇 。 机遇表现的形式是多种多样的 ， 例如：形势的变化 ， 良师的指导 ， 贵人的提携 ， 朋友的帮助 ， 家庭出身 ， 社会地位等等 。
法国物理学家安东尼-亨利-贝克勒尔（Antoine Henri Becquerel ， 1852-1908）由于发现放射性的贡献而与居里夫妇（Curie Pierre, 1859-1906,Curie Marie, 1867-1934）（由于研究贝克勒尔发现的放射性现象）共同分享了 1903 年的诺贝尓物理学奖 。 天然放射性的发现被誉为原子科学发展的第一个重大发现 。 贝克勒尔发现放射性的故事如今被科学工作者反复传颂 ， 已经带有了一层传奇的色彩 。
1896年贝克勒耳想研究一下一年前伦琴（德国物理学家 ， Wilhelm R?ntgen, 1845-1923）发现的X射线到底与荧光有没有关系 ， 他选用了一种荧光物质铀盐 ， 学名叫硫酸钾铀 。 贝克勒耳想 ， 要弄清这个问题 ， 方法并不难 ， 只要把荧光物质放在一块用黑纸包起来的照相底片上面 ， 让它们受太阳光的照射 ， 就能作出判断 。 他的想法是 ， 太阳光本身不会使黑纸里面的照相底片感光 ， 但是如果由太阳光的激发而产生的荧光中含有X射线的话 ， X射线就会穿透黑纸而使照相底片感光 。 于是 ， 贝克勒耳进行了这个实验 ， 结果照相底片真的感光了 。 因此 ， 他几乎可以得出结论 ， 在荧光中含有X射线 。
他又让这种现象中的 “X射线” 穿过了铝箔和铜箔 ， 这样似乎就更证明了X射线的存在 。 因为当时除了X射线之外 ， 人们还不知道有别的射线能穿过这些东西 。 可是 ， 正好连续几天都是阴沉沉的天气 ， 没有太阳 ， 这就使贝克勒耳无法再做实验 。 他只好把那块已经准备好的硫酸钾铀和用黑纸包裹着的照相底片一同放进暗橱 ， 无意中还将一把钥匙搁在了上面 。 几天之后 ， 当他取出一张照相底片 ， 企图检查底片是否漏光 。 冲洗的结果 ， 却意外地发现 ， 底片强烈地感光了 ， 在底片上出现了硫酸钾铀很黑的痕迹 ， 还留有钥匙的影子 。 可是这次照相底片并没有离开过暗橱 ， 没有外来光线；硫酸钾铀未曾受光线照射 ， 也谈不上荧光 ， 更谈不到含有什么X射线了 。 那么 ， 是什么东西使照相底片感光的呢？照相底片是同硫酸钾铀放在一起的 ， 只能推测这一定是硫酸钾铀本身的性质造成的 。
硫酸钾铀这种化合物 ， 含有硫原子、氧原子、钾原子、铀原子 。 通过比较和鉴别 ， 后来进一步发现 ， 原来硫酸钾铀中 ， 硫、氧、钾原子是稳定的 ， 只有其中的铀原子能够悄悄地放出另一种人们肉眼看不见的射线 ， 使照相底片感光了 。 这种神秘的射线 ， 似乎是无限地进行着 ， 强度不见衰减 。 发出X射线还需要阴极射线管和高压电源 ， 而铀盐无需任何外界作用却能永久地放射着一种神秘的射线 。 贝克勒耳虽然没有完成他预想的试验 ， 却意外地发现了一种新的射线 。 后来 ， 人们把物质这种自发放出射线的性质叫放射性 ， 把有放射性的物质叫做放射性物质 。 这就是关于发现天然放射性的传奇过程 。
在科学上 ， 决不能轻易地放过偶然出现的现象 。 新的苗头或线索 ， 一经出现 ， 就要立即抓住它 ， 刨根究底 ， 问它个为什么 ， 查它个水落石出 。 据说 ， 在贝克勒耳之前 ， 已经有人发现了这种怪现象 。 有一位科研人员把沥青铀矿石和包好的照相底片搁在一起 ， 底片因曝光而作废了 。 但是 ， 这个人只得出了一个 “常识性” 的结论：不能把照相底片同沥青铀矿石放在一起 。 这个结论虽然是对的 ， 也有实用价值；可是由于他缺乏一种刨根究底的钻研精神 ， 没有把原因搞清楚 ， 以至白白地失去了一项重大发现的机会 。 粗心的人是难有重要发现的 ， 伟大的机会到来时 ， 常常擦肩而过 。 因此 ， 科学上想要有成就 ， 必须首先养成不放过细节的习惯和本领 。
亨利-贝克勒尔（Antoine Henri Becquerel, 1852-1908）法国物理学家 。 获 1903 年诺贝尔物理学奖 。
在科学研究中 ， 机遇与科学发现也经常联系在一起 。 在许多科学家的故事中 ， 常常会说到他们的重大发现是 “偶然碰上的” 。 在1996年瑞典斯德哥尓摩天举行的一次视觉科学家的研讨会中（The First International Symposium on Accommodation/ Vergence Mechanisms in the Visual System, Stockholm, 1996） ， 笔者亲耳听到瑞典科学家、诺贝尔奖获得者维厄瑟尓在介绍他的工作时说起 ， 有一天在快下班时 ， 实验室的扬声器发出异常的响声 ， 引起了他们的注意 。 这个扬声器是与插在实验动物大脑上的电极联结着的 ， 他们检查了给予动物的视觉信号 ， 才开始发现皮层细胞的活动与视觉信号的方位有关 。 最后导致了他们后来获得诺贝尔奖的一系列工作 。 他也与其他许多科学家一样 ， 说这是一个偶然的机会 。
瑞典神经生理学家 维厄瑟尓（Torsten Nils Wiesel） 。 他与美国科学家休伯尔（ David H. Hubel ）一起因研究大脑视神经皮层的功能结构而获得 1981 年诺贝尔生理与医学奖 。
法国生物学家巴斯德（Louis Pasteur, 1822-1895）说得好：“在观察的领域中 ， 机遇只偏爱那种有准备的头脑” 。 要想捕捉机遇 ， 科学家必须具备以下两个条件：第一 ， 要有敏锐的观察力 ， 实验过程中 ， 在观察预期结果的同时 ， 要保持对意外结果的警觉性和敏感性 。 科技史上 ， 凡属成功者 ， 必是敏于观察和思考、善于捕捉机遇的人 。 因为任何机遇之本身 ， 都仅仅是提供线索和机会 ， 能否最终摘取成功之果 ， 全在于研究者的科学素养；第二 ， 要有渊博的科学知识 ， 敏捷的判断力 。 捕捉机遇 ， 除了注意新现象之外 ， 更重要的是解释线索、理解其意义 ， 这也是能否获得最终成功的关键 。 而这些又都以知识的积累为前提 。 否则的话 ， 即使有千万次机遇 ， 也会由于未能认识其潜在的重要意义 ， 而错过良机 ， 让机遇所提供的线索从眼前白白溜掉 。
1870 年 ， 英国科学家克鲁克斯（Sir William Crookes, 1832-1919）在做高真空放电管的实验时 ， 发现管子附近的照相底片有模糊的阴影 ， 但他只是埋怨自己不小心 。 1890 年 ， 美国科学家古兹比德和詹宁斯也看到在演示克鲁克斯放电管以后 ， 照相?片会发黑 ， 可是他们也毫不在意 。 到了 1892 年 ， 德国有些物理学家也观察到这个现象 ， 但是他们的注意力都集中在研究阴极射线的性质 ， 而没有对于这种现象引起重视 。 就这样 ， 机会接二连三地被错过 。 直到 1895 年伦琴及时抓住这个现象 ， 反复实验 ， 最终发现 X 射线 ， 成为十九世纪物理学革命的开端 。
威廉. 康拉德. 伦琴（Wilhelm Conrad R?ntgen, 1845年3月27日－1923年2月10日） ， 德国物理学家 。 1895年11月8日 ， 时为德国维尔茨堡大学校长的他在进行阴极射线的实验时 ， 观察到放在射线管附近涂有氰亚铂酸钡的屏上发出的微光 ， 最后他确信这是一种尚未为人所知的新射线 。 有人提议将他发现的新射线定名为“伦琴射线” ， 伦琴却坚持用 “X 射线” 这一名称 。 1901年 ， 首届诺贝尔奖颁发 ， 伦琴是此次物理学奖得主 。
什么是灵感？
图.关于灵感的示意 。 其中瞬间的触发是灵感出现的关键 。
灵感是根据自己的经历而联想到的一种创造性的思维活动 。 通常 ， 灵感只是在特定的环境下 ， 在脑海里突然地冒出来 。 有两个经常被提起的关于科学发现中灵感的例子 ， 第一个故事是牛顿的苹果树 。 据说 ， 牛顿因为看到了苹果掉落而发现了万有引力定律 。 还有人绘声绘色地说 ， 牛顿是在苹果树下思考时被掉下的苹果砸中了脑袋之后才悟到这个定律的 。 这棵苹果树 ， 据称直到今天还长在牛顿的老家 ， 英国林肯郡的沃尔斯索普庄园（Woolsthorpe Manor） 。 真实的历史并不像传说那么简单 。
1665 年为了躲避鼠疫 ， 牛顿的确从他求学的剑桥大学回到了老家 ， 并在那里对万有引力问题做了卓有成效的研究 。 他于 1678 年出版《自然哲学的数学原理》 ， 首次正式发表万有引力定律时 ， 并未提到什么苹果 。 直到 1726 年 ， 牛顿去世之前不久 ， 他才和几个朋友谈到受苹果启发的事 。 牛顿出于什么动机讲述这个故事我们不得而知 ， 唯一可以确认的是苹果在新教文化中象征着智慧 ， 而牛顿又是一个虔诚的新教徒 ， 所以这个故事在牛顿死后才不胫而走 ， 成功地帮助人们把牛顿树立成一位 “科学圣徒” 式的传奇人物 。 （ 取自网络文章 ， 刘夙：牛顿的苹果树遍天下） 。
英国剑桥大学三一学院外的牛顿的苹果树及在三一学院内牛顿的雕像 （系作者在 2017 年 5 月去参观访问时所摄） 。
第二个故事是阿基米德洗澡的故事 。 阿基米德出生于公元前 287 年 ， 希腊西西里岛的叙拉古城 。 叙拉古的国王请金匠用纯金打造了一顶王冠 ， 做好以后 ， 国王又怀疑金匠不老实可能掺了银子在里面 ， 于是要求阿基米德在不破坏王冠的情况下加以检验它是不是纯金的？阿基米德想了好久 ， 一直没有好办法 。 有一天 ， 他在洗澡的时候发现 ， 当他坐进浴盆时便有许多水溢出来 ， 这使得他想到：溢出来的水的体积正好应该等于他身体的体积 。 所以只要拿与王冠等重量的金子放入水中 ， 便可由溢出的水求得它的体积 。 再用同样方法可测量王冠的体积 。 如果王冠的体积更大 ， 那么必定在其中掺了银子 。
阿基米德 （大约生于公元前 287 年 ， 卒于公元前 212 或 211 年） 。
通过这些故事 ， 我们可以大致体会到 ， 灵感这种思维活动是创造者有意识地追求某一个既定目标而久攻不克时 ， 偶然受到某种启示而茅塞顿开 ， 头脑中突然闪现出一个念头 ， 从而找到了解决问题的关键 。
在科学研究中如何把握机遇 ， 产生灵感
在大学里读书的时候 ， 笔者曾幻想可以做出一篇出色的毕业论文 ， 例如发现一个新的现象 ， 或者推导出一个新的公式或定律 ， 后来知道这只是一个学生的梦想 。 自己当了教授开始指导学生做论文以后 ， 才体会到给一个硕士生的研究题目 ， 只是为了让他了解一下整个研究工作的过程 ， 对于他的研究成果的好坏 ， 老师其实不抱太大的期望 。 到了博士论文的阶段 ， 老师当然希望学生可以做出一点名堂 。 但是基本上的目的 ， 还是培养学生的科研能力 ， 让他领略科研之路的甘苦 。 如同教练开车一样 ， 教会学生如何应对科研工作的各个环节 ， 待他毕业之后就可独挡一面 。 所以对于这样的新手 ， 过分强调机遇和灵感也或许为时过早 。 但是在这个做论文的过程之中 ， 一名优秀的教授应该让学生准备好去迎接机遇的到来和灵感的出现 。
讨论 “如何把握机遇、产生灵感” 这个问题时 ， 首先要分析一下思维方式 。 这在心理学中已经有详细的描述与分类 ， 为了讨论与科学研究方法有关的问题 ， 可以将思维方式简单地分类为 （1）批判性思维 ， （2）想象性思维 ， （3）无控性思维 。 （W. I. B. 贝弗里奇 ， 发现的种子 - 《科学研究的艺术》续篇 ， 金吾伦、李亚东译 ， 科学出版社 ，1987） 。 我们应该认识到 ， 在学校里学习书本知识的时候 ， 所受到的训练主要是批判性的思维方式 ， 所谓凡事都要问一个为什么 。 所以学生被训练成有逻辑的头脑 ， 会系统地思考问题 。 但是我们常常又会批评 ， 这种教学方式不能培养出有创新能力的人才 。 因此在研究生培养的阶段 ， 后两种思维模式应该被提出来 ， 并且使学生得到一定的体验 。
科学研究的通常程序是按照批判性思维展开的 ， 在提出研究问题之后 ， 便是设计实验 ， 接着就是着手进行实验 ， 这大概是目前大多数实验室每天在做的事情 。 但是当批判性思维无法提出研究问题 ， 或者在实验过程中出现事先没有想到的结果时 ， 便应该打开想象性思维的大门 ， 以期找到一条新的途径 。 或者进而求助于无控性思维 ， 用新的眼光寻找解决问题的答案 。 当然在产生了新的想法以后 ， 还是要回到批判性思维去制定新的研究方案 。 所以在科学研究过程中 ， 各种思维方式不应该是截然分离的 ， 而是总是在这些思维方式中不断转换跳跃 。
实行想象性思维与无控性思维的前提 ， 首先是研究者对于所要研究的问题的各个方面已经有深入彻底地了解 ， 再是他需要具有寻求解决问题办法的强烈欲望 ， 有一种将整个身心投入其中的精神 。 此时达到一种无法使自己的思考离开这个问题的境地 ， 甚至是在做梦时也是围绕着它 。 如果这种时候 ， 去做一种放松身心的活动 ， 例如躺在床上休息 ， 去郊外散步 ， 听音乐等 ， 一个可能的答案会突然浮现出来 ， 它们似乎是自发产生的 ， 伴随着情不自禁的激动和欢乐 ， “豁然开朗” “众里寻他千百度 ， 蓦然回首 ， 那人却在灯火阑珊处” 大概是这种情形的最好写照 。 传说俄罗斯化学家门捷列夫做了一个梦 ， 就发现了元素周期表 ， 就是一个有趣的例子 。
俄罗斯科学家 ， 德米特里-伊万诺维奇-门捷列夫（Дми?трий Ива?нович Менделе?ев ， 1834 - 1907） 。
1865 年英国化学家纽兰兹将化学元素按照原子量从大到小排列 ， 发现每隔八个元素 ， 化学性质会有重复 。 他把元素的这种周期性叫做 "八音律" 。 但是当时对于各种元素的测量数据还是不足 ， 因此这个排列只是一个初步的形式 ， 并没有能够解开周期定律之谜 。 门捷列夫在纽兰兹工作的基础上 ， 开始搜集每一个已知元素的性质和有关数据 。 他认为 ， 如果能够以更准确的数据对已知元素来进行重新排列、测算的话 ， 或许能够揭示出它们之间更为科学的排列规律 。 然而 ， 任何科学研究都不是一帆风顺的 。 他辛苦工作了许多个日夜 ， 毫无进展 ， 在已知资料前徘徊不前 。
1869年2月17日的清晨 ， 门捷列夫疲惫地横躺在书房的沙发上 。 数周以来 ， 他一直在夜以继日地工作 ， 根本没有好好睡过觉 ， 然而彻夜不眠的加班并没能带来多少重要成果 。 “八音律” 元素排列表上的那些元素连同许多未解的问题一直在他的脑海中萦绕 。 过度的疲惫 ， 使他不知不觉之中睡着了 。 在梦里 ， 他觉得一张元素周期表浮现在他的眼前 ， 元素之间排列的规律清晰了 。 他喜出望外 ， 一下子清醒过来 ， 随即动手剪制了一些标有元素符号的卡片 。 按照梦中的印象 ， 反复调整卡片的次序 ， 最终元素周期表排列成功了 。 我们可以这样说 ， 这个发现并非完全依据梦境 ， 而是和门捷列夫多日来孜孜不倦的探索研究联系在一起的 。 睡梦中的门捷列夫依然在紧张地思考探索 ， 然后奇妙的事情发生了 ， 元素周期表逐渐清晰在他的意识中 。
从现在的周期表中可以看到 ， 元素以及由它形成的单质和化合物的性质 ， 都随着原子量的递增而呈现周期性的变化 。 此外门捷列夫还根据这个周期表预言了 11种未发现的新元素 。 1871年 ， 他根据自己的元素周期律详细描述了类铝、类硼、类硅三种未发现元素的一系列的性质 。 这些元素在以后的科学研究中陆续被其他科学家发现 ， 元素表上的化学元素也越来越多 ， 从而有力地证实了门捷列夫元素周期律的正确性 。 它不仅把已知的元素囊括其中 ， 更是科学地预见了未知元素的存在和性质 。 元素周期律是近代科学史上最辉煌的发现成果之一 。 按元素的原子序数具体排列而成的元素周期表 ， 不仅是现代化学科学的理论基础 ， 而且也是整个现代自然科学的理论基石 。 由于在周期表中位置靠近的元素性质相似 ， 这更启发人们在周期表中一定的区域内寻找新的物质 ， 将这些发明应用于人们的生活 。 可以说 ， 一个小小的梦开启了人类另一个广阔的天地 。 神秘莫测的梦和严谨的科学结合在一起 。 创造了一个个奇迹 。 （以上门捷列夫的资料 ， 部分摘录于百度号内容） 。
【诺贝尔奖|历史上这些学者竟把到手的诺奖“弄丢”，如何把握科研中的机遇和灵感】开启思维大门的另外一种方式是积极地与别人讨论和交流 。 在讨论的环境中（大约以 5 个人上下为宜） ， 容易产生思想的交流与碰撞 ， 并且造成激励的作用 。 所以从研究生开始 ， 在实验室里应该每周有一次讨论会 ， 在一种轻松的气氛中讨论正在进行的研究工作 。 在报告了各个研究小组或个人的阶段性研究成果之后 ， 开始一系列的相互的评论、质疑、以及提出改进的建议等等 ， 这种讨论往往使每个人都有收获 。 我国早期的留学生、中科院院士周同庆先生曾给他的学生讲起过在普林斯顿留学时的故事 。 在普林斯顿每天下午都有喝咖啡的时间 ， 咖啡和点心由研究生轮流准备 。 在喝咖啡的时候研究生之间相互交流心得 ， 低年级学生可以趁这个机会向高年级学生请教 。 周先生说他在喝咖啡时间里学到不少东西 。 （潘笃武：回忆我的老师周同庆先生） 。
周同庆教授（1907-1989） ， 中国物理学家 ， 1929年毕业于清华大学 ， 1933年获美国普林斯顿大学物理学博士学位 。 1955 年当选中国科学院学部委员（院士） 。
黄昆教授（1919-2005） ， 中国物理学家 ， 1941年毕业于燕京大学 ， 1948年获英国布里斯托尓大学博士学位 ， 1955 年当选中国科学院学部委员（院士） 。
西安联大时期 ， 学术讨论风气盛行 。 杨振宁教授回忆当时他与黄昆、张守廉在当硕士研究生时 ， 每天晚饭后回宿舍前会去一个小茶馆里喝茶 ， 相互讨论争论不休 。 有一次他们所争论的题目是关于量子力学中测量的准确意义 ， 那天从开始喝茶辩论到回宿舍 ， 关了电灯上床之后 ， 辩论仍然没有停止 。 最后又从床上爬起来 ， 翻着海森伯的《量子理论的物理原理》来调解他们之间的争论 。
最后 ， 必须指出学科的交叉也是一个产生新思想的重要源泉 。 跨学科的研究活动 ， 可能成为一门科学的新的生长点 ， 那里最有可能产生重大的科学突破 ， 使原有的知识体系发生革命性变化 。 为了突出交叉学科研究的重要性 ， 2015 年 9月17日的《自然》杂志专门开辟了一个版块 ， 讨论“交叉学科研究为什么重要” 。 在世界全部出版物总量中排名前10%的交叉学科研究出版物的数量正在迅速增加 。 为了发展交叉学科 ， 在科研单位（例如大学或研究所）中 ， 应该为这种合作与交流创造更多的条件与机会 。 要鼓励不同学科和领域的研究者相互合作 ， 学习对方领域的思维语言 ， 熟悉对方领域存在的困难与问题 。 学科之间交流的难点在于双方的兴趣、思维的方式和语言、以及交流双方的知识背景 。 有创造力的年轻科学工作者应该更加关注这方面的发展 ， 扩大自己的知识面 ， 积极参与交叉科学的前沿研究工作 。
在科研工作中体会科学之美
什么是科学之美？科学研究的目的是认识自然现象和发现自然规律 。 科学家从事研究工作时有一个重要的信念 ， 就是宇宙是和谐有序的 ， 而且是可以被认识的 。 这是他们坚持不懈探索自然的最大动力 。 这也是科学之美的基本观念 ， 即和谐有序 。
20 世纪初开始 ， 对于这种宇宙和谐有序的认识达到了一个鼎盛的时期 ， 经过昂利-彭加勒、爱因斯坦、玻尓、薛定谔、狄拉克、海森堡等等物理学家的工作 ， 构建了一个个精致的物理学理论 。 科学美从引导着科学发展的哲学含义进一步成了科学成果的形式和内容之美 。 现在科学美通常是指那些既不脱离具体客体 ， 又赋予理想内涵的 ， 充分体现出合理而巧妙的形态、结构、规则、秩序的自然规律、研究方法、研究过程或研究结果 。
物理学家杨振宁把科学之美分为三类 ， 即现象之美、理论描述之美、理论结构之美 。 现象之美 ， 是指从人的直观感觉中所体会到的美 。 对于物理学家来说 ， 如宇宙中行星的椭圆运动轨迹、晶体的微观晶格结构等等便具有这种特色 ， 这种美表现出自然和谐、统一和有序；理论描述之美 ， 是指对于自然界的一些规律的理论描述的优美 。 例如 ， 库仑定律、热力学第一、第二定律等等；理论结构之美 ， 是指对于自然规律从理论上归纳出的漂亮的数学公式 。 例如 ， 牛顿的万有引力方程、麦克斯韦方程、爱因斯坦质能方程等等 。 它们表现出对称、平衡、简单的美学特征 。
科学美是来自对自然和谐、统一之美的深刻体验 。 自然界表面上是杂乱无章纷繁复杂 ， 但在实质上是和谐统一、规则有序、简单巧妙的 。 法国科学家彭加勒（Jules Henri Poincaré）曾说：“科学家研究自然界是因为它的美激起了科学家的热爱之情 ， 这才产生了科学活动和整个人类生活 。 如果自然界不美 ， 也就不会有科学活动” 。 爱因斯坦也赞同这种思想 ， 他说：“我同意彭加勒相信科学是值得追求的 ， 因为它揭示了自然界的美” 。 对自然界的和谐、统一的信念是科学家从事科学活动的初衷和信仰 ， 它作为一种动力成为科学发现的力量源泉 。
阿尔伯特 - 爱因斯坦（Albert Einstein, 1879 - 1955） 。 爱因斯坦因提出光子假设成功地解释了光电效应 ， 获得1921年诺贝尔物理奖 ， 1905年创立狭义相对论 。 1915年创立广义相对论 。 被公认为是继伽利略、牛顿以来的最伟大的物理学家 。
科学美具有重要的方法论功能 ， 可以成为帮助科学发现的工具 。 由于科学发现是科学家个人的心理活动和科学实践 ， 他通过这样的过程 ， 提出新的概念、理论、定律 ， 发现本有的事物或规律 。 这样的科学发现活动是一个不断试错的过程 ， 是一个从粗糙到精致的创新过程 。 在这样的过程中 ， 除了要遵循一些常用的研究方法 ， 研究者对科学美的领悟 ， 有时也是科学发现的重要因素 。 在科学发现的过程中 ， 提出问题、构建假说、形成理论 ， 每一个环节都离不开对美的追求 。 当科学家站在科学发现的起点时 ， 最初的判断往往并不是源于十分成熟的理性思考 ， 而有赖于直觉的判断 。
杨振宁曾说当一个科学家在从事创造性工作时 ， 他常常犹如站在交叉路口 ， 这时候他的品味（taste）往往是决定他选择哪一条道路的重要因素 。 这里 ， 杨振宁把 “taste” 解释成由好奇心和兴趣进一步升华而形成的一种判断 ， 其中对美的感悟和意识是它的核心因素 。 科学发现的过程是揭示客观实在的过程 ， 也是人的思想的创造过程 。 建构 “科学艺术品” ， 同音乐、美术等艺术创作是一样的 。 在科学中 ， 这个美的标准就是简单、经济、和谐 。
杨振宁（1922 年 - ）著名物理学家 。 因与李政道合作提出弱相互作用中宇称不守恒定律 ， 于1957年获诺贝尔物理学奖 。 杨振宁在粒子物理学、统计力学和凝聚态物理等领域均作出了里程碑性的贡献 。
科学美具有选择功能 。 有些时候 ， 同样一个问题 ， 同样的事实 ， 却同时存在几种不同的解释方案 。 此时对美的感受和偏爱常常可以起到一个选择功能 。 当某些组合是和谐的 ， 同时也是有用的和美的 ， 往往可以激发起研究者的特殊感觉 。 诺贝尔物理学奖获得者、美籍印度科学家钱德拉萨克曾说过：“我的工作总是力图把真和美统一起来 ， 但当我必须在两者中挑选一个时 ， 我总是选择美” 。 科学美的这一功能贯穿在科学家探索的全过程中 ， 他们通过审美感选择理论而做出发现 ， 他们也通过审美来鉴赏理论而坚定信心 。
印度裔美国籍物理学和天体物理学家苏布拉马尼扬 - 钱德拉萨卡（Subrahmanyan Chandrasekhar, 1910 - 1995）在 1983 年因在星体结构和进化的研究而与另一位美国天体物理学家威廉 - 艾尔弗雷德 - 福勒（William Alfred Fowler, 1911 - 1995）共同获诺贝尔物理学奖 。
在科学实践中 ， 越来越多的科学家将科学美作为一个标准 ， 与逻辑标准、经验标准放在一起作为鉴定和评价科学理论的依据 。 一个科学理论是否和谐、对称或者简单往往是判定它是否有真理性或者是否可以被接受的依据之一 。 英国生理学家贝弗里奇曾指出：“有相当部分的科学思想并无足够的可靠知识作为有效推理的根据 ， 而且势必只凭借鉴赏力的作用来做出判断” 。
科学美作为鉴定科学理论好坏的标准 ， 它的原则具体体现在逻辑的简单性、结构的系统性、和真理的普遍性 。 逻辑的简单性强调在科学理论中 ， 作为逻辑出发点的彼此独立的初始命题的数量要尽可能的少 。 爱因斯坦认为：“科学的目的 ， 一方面是尽可能完备地理解全部感觉经验之间的关系 ， 另一方面是通过最少个数的原始概念和原始关系的使用来达到这个目的” 。 1687 年牛顿发表的那部划时代的著作 《自然哲学的数学原理》 ， 仅从给定的几个概念入手 ， 便推演出力学的三大定律和万有引力定律 ， 结构之严谨和完整令人叹为观止 。 尽管牛顿理论经过了几百年 ， 已经被发展和取代 ， 但此书的理论结构之精美与严谨 ， 仍是物理学中的一个经典 。 爱因斯坦创立的相对论作为一种公理化的演绎体系 ， 他以最少的逻辑上独立的前提构建了他的理论体系 。 广义相对论将一直以来被科学家认定为无关的概念：时间、空间、物质、运动 ， 完全统一在一个理论体系当中 。 他的理论一问世 ， 还没有得到经验证实时 ， 就要赢得了普朗克等几位著名物理学家极高的赞誉 。 因为这个理论具有科学的普遍性 ， 这些科学家们是按照内心一种潜在的 ， 也是公认的标准 - 科学理性美 ， 来评价它的 。
在学习科研方法的同时应该提高对科学美的鉴赏力 。 在学校上课的时候 ， 老师恐怕没有太多时间与学生分享任何理论和科学发现的科学美 ， 但是到了研究生阶段 ， 学生的研究方向已经确定在某个专门的领域 ， 在专研这个领域的文献和研究历史的时侯 ， 应该多多关注曾经有过的重要成果及其科学美 。 就象画家欣赏他人的名作 ， 音乐家聆听他人的演奏 ， 真正在这个领域的专家不仅是能够读懂别人的发现 ， 更应该深入地理解这个研究的来龙去脉 ， 它的特色和应有的价值 。 或许这可以称之为科学鉴赏力 。 科学鉴赏力不是先天就有的 ， 而是在长期的科学实践中逐渐形成和培养起来的 。 一个人如果缺乏科学鉴赏力 ， 那就不可能领略到科学美的魅力 。 这种鉴赏力也是科学创造性的一个标志 ， 它在科学发现中 ， 往往是有意识地引导科学实践的先导 。
注：本节部分内容参考文章 《论科学美在科学发现中作用》https://max.book118.com/html/2018/0919/6002121111001220.shtm
制版编辑 | Morgan
来源：赛先生
编辑：槿知
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