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马大猷:基础研究探源

科学时报 8月16日 1版文章

基础研究目的是处理自然现象(或实验),以寻求新的科学知识,如新的理论、规律、技术、方法等,所以基础研究和科学技术一样,也是第一生产力。求得新的科学知识必须基于基础研究,别无他法。这些科学理论规律等是本来存在的,不是人造的,人只是将其找了出来,所以基础研究的成果称为发现。开发是把科学知识转化为实物,如仪器、设备、产品、设计方法等,是实际的第一生产力,其成果则称为发明。加强国家科学技术自主创新能力,只有靠加强、推广基础研究,加强发明创造工作。国家的科学水平和经济水平根源都来源于基础研究(见《科学时报》2005年7月15日A4版),来源于发明创造。

为了加强和推广基础研究,现将其性质和特性介绍如下,以作参考。

了解基础研究

根据爱因斯坦的意见,基础研究根据自然现象(或实验)寻求新科学知识,主要为:(1)提出新问题,即文献中没有解的新问题,或另有新解的旧问题,即谁都不知其解的问题。只有新问题才能求得新结果。(2)深入思考,考虑与问题有关的现象和理论,以及解的可能方向。(3)大胆设想,想出解决问题的关键。这主要需要科学家去想并作出判断,因此须要求研究者一是具有好奇心、创造性和想象力,即有创新能力。勤勤恳恳只能严格照章办事的人就不适于基础研究工作。相反,思想活跃,往往异想天开并常出怪主意的人可能更为适合。二是对科学和科学研究有浓厚兴趣。科学研究或基础研究,是创造新科学知识的工作,这和科学本身不同,研究者必须对科学研究有兴趣,把科学研究取得成果作为最大的兴趣和报酬,而以科学研究为职业的人不适于此工作。三是科学知识和研究经验丰富。这要求具有博士等学位。

基础研究工作主要是脑力劳动,主要靠人想,而拼体力解决不了需要思考的问题。什么时候想得出“人都不知其解,而可能有解”的新问题,想出解的可能方向,以及想出关键的设想,都是很难预知的。解决问题,某些只要几分钟,有的甚至几天几个月也解决不了。常常有人谈起偶然性、必然性、灵感等等,在基础研究工作中,这些都有。不过有一个必要的前提,就是基础研究工作必须集中精力和注意力。基础研究工作没有上班下班之分。既然要产生新思想、新知识,不通过完全集中精力认真思考是不可能的,到了下班时间就不再想了是不可能的。甚至在睡眠时间也常会想起重要问题,下意识并不完全停止活动。精力集中是非常重要的,只有精力集中,偶然性、灵感才有可能。所以研究工作必须有学术自由,科学家应能完全自主决定工作计划,选择或改变问题,决定研究路线以及实验方法等,在基础研究工作中,必须享有完全自由、不受任何干扰。但是,可以接受适当的研究任务。在科学家的专业范围内提出研究要求是对科学研究最大的支持。

举一个简单的例子。大型厅堂内的混响问题很重要。但是直到19世纪末还没有人能解决。美国哈佛大学物理系讲师赛宾接受任务,解决大教室中不能讲课的问题。那时美国已了解混响和吸声材料有关,但不知是何关系。于是赛宾就开始做实验,求混响时间与吸声材料多少的关系。他从1895年起,每隔一天晚上做实验,以免干扰学生上课,白天还要教书,一共研究了五年。三年里已测了十几个房间,几千组数据,于是该处理数据了,但数据画到坐标纸上一直找不到规律。有一天,他深夜工作,正好他母亲在旁,他忽然大喊:“妈妈,尤瑞卡(Eureka)”。

Eureka是什么?原来希腊时代,希腊王怀疑给他加工王冠的工匠赚了他的黄金,要求大哲学家阿基米德给他证明。这无头案真无从下手。一天,阿基米德在洗澡时发现有浮力,真是喜出望外,大喊“尤瑞卡”。根据浮力,他算出王冠中含金量百分之几十,含银量百分之几十。完成任务只用了3天。赛宾也是这样,他忽然想到,空屋里还有吸收,加上空屋吸收,总吸收量和混响时间恰成反比,解决了他的问题,喜出望外。他的“尤瑞卡”用了5年。两个都是重大问题,解决靠集中精力、深入思考后的偶然、灵感。赛宾只有几个符号的混响公式开创了建筑声学,并且开创了应用科学的20世纪。其研究结果可直接应用,浮力的研究也是如此。

基础研究需要全神贯注,需要系统、深入、认真的工作。有时,工作中发现一个小问题,特别是解决了重大问题后发现有些不正常,必须注意。研究工作中,发现任何问题(不管多么小)都是不容易的,绝不能忽略,忽略了可能很严重。例如,著名科学家若里奥・居里在1930~1932年间用α粒子轰击轻元素时,发现有某种辐射,不认为是重要问题。1932年,查得威克重复同样实验,仔细测量了该辐射而发现了中子,因而获得了1935年诺贝尔奖。著名高能物理学家赵忠尧院士1930年在国外时,发现重元素对硬γ射线散射时有一种特殊辐射,并伴随特殊吸收,认为是一般问题。两年后,安得森继续实验,证明是带正电的轻粒子,因而发现了正电子,于1936年获得了诺贝尔奖。在基础研究中,像陆游的《游山西村》诗中说的“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的情况还是常见的,绝不可漏过。

电子计算机是1946年宾州大学一位研究生发明的。ENIAC重30吨,由18000个电子管制成,计算速度每秒5000次,当时的价格为48.7万美元。使用时每7分钟坏一个电子管,还要配上庞大的冷却系统。这样的机器只能由国家制备一个,而且使用不便。当时,人们并未把它放弃,而是继续开发改进。现在,电子计算机已成时代特点,台式微机只需几百美元,速度达每秒几千万次,成为个人设备。所以,基础研究结果不考虑经济问题。只要是新一代的东西就值得做,经济或任何其他问题以后再研究解决。任何情况,遇到问题就要研究,研究好了就是科学的进步。如果知难而退,则将一事无成。

基础研究要不要保密?不!互相讨论有好处。参加讨论会、学术会议,一般不谈细节,可以谈题目、方法等。同样,做不同问题研究的人也可以互谈细节。讨论可以互相启发,不但谈未来工作,也可谈具体问题。有人提一个无关的问题,也可能使你在自己的工作中受到启发。有了成熟的东西马上发表,保护你的知识产权。但你不可能希望人家教你。做研究工作,失败的机会比成功的机会要多,因为人的思想总不能一下子就符合客观规律。做了多年工作以后,知道某做法多半要失败,这就是研究工作的经验了,谁都没有成功的经验。

基础研究工作创造新的科学技术,既有甘苦,也有乐趣。

领导基础研究工作

基础研究工作主要在人,多少钱也买不来。有些领导同志以为,任何单位或个人,只要给钱就可以负责任何研究工作,这是错误的。基础研究工作首先要求保证学术自由,研究人员在其具体工作范围内完全自由,不受任何干扰。领导要为研究人员准备轻松的生活和工作环境,支持其工作。研究人员有责任在完成研究工作后,写出研究论文或报告,并且在年末写出年度总结(简单说明研究工作的成功和失败)。此外,不向研究人员作任何要求。领导主要为研究人员个人及研究单位作出评价,并负责研究人员的聘请、升迁、奖励、退休等工作。根据同行评议作出决定。同行评议聘请三五位资历较高的大同行科学家进行,不开会,进行书面评议,完全以业绩为准,绝对保密。对研究人员作出评价和比较可能形成压力,但是压力有助于研究工作。奖励和评比是主要的领导方法。
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