X射线这个新事物被发现以后,德国物理学家劳厄(Laue)开始研究X射线的性质,1909年,他用X射线照射晶体以后发现了衍射现象。并首次用实验验证了晶体的空间点阵假说,获得了1914年的诺贝尔奖。而英国的布拉格(Bragg)父子则想到怎样用X射线分析晶体结构,并创立布拉格方程阐明了它的原理,结果父子俩同时获得1915年诺贝尔奖。25岁的儿子更是初生牛犊不怕虎,成为迄今为止所有诺贝尔奖获得者中最年轻的科学家。英国的巴克拉(Barkla)研究X射线的光谱学,也获得了诺贝尔奖;西格巴恩父子(Siegbahn)分别在X射线光谱学和能谱研究上取得了突破性进展,先后获得诺贝尔奖。 这一新事物所带来的连锁效应还没有结束。威尔金斯采用X射线衍射技术测定生物大分子DNA的结构,这使得他和克里克、沃森同时获奖。通过善用X射线获得诺贝尔生理学奖的还有3位科学家。缪勒(Muller)用X射线照射果蝇受精卵,找到了诱发果蝇基因突变的一些规律,成为用X射线照射诱发基因突变的第一人。比德尔(Beadle)则用X射线诱发红色面包霉基因突变,证明一个基因一个酶,成为开创生化遗传学的先驱。莱德伯格(Lederberg)用X射线照射大肠杆菌诱发营养缺陷型突变体,证明了细菌也存在有性繁殖。据不完全统计,与X射线有关的 Nobel 三大科学奖总计不下15项,蕴含的创新机遇真的是不可胜数。 天然放射性被发现以后,第二年,居里夫人就将对它的进一步研究作为自己的博士论文,他和丈夫发明了石英压电秤,来检测放射性的强度,结果发现了比铀辐射强数百倍的放射性镭和钋,与贝克勒尔同获Nobel奖。 卢瑟福(Rutherford)则另辟蹊径,没有像居里夫人那样去测量放射性的强度。而是测铀辐射的穿透力,使其穿透一层层铝箔,每一层铝箔厚5个微米,当铝箔加到第4层时,95%的射线被挡住了,然后他再一层一层地叠加上去,却发现剩余5%的射线强度很少变化。他很想知道加到多少层射线强度才会再有变化,结果加到第100层时,他发现在剩余5%的基础上,射线强度又下降了50%。由此他得出,铀辐射至少含有3种射线,它们的穿透力相差悬殊。穿透力最差的是α,其次是β,再其次是γ。他回过头来专门研究α射线,发现α射线是带正电的He原子核。这一研究使他获得了诺贝尔奖。实际上,卢瑟福的最大贡献不是在这方面,而是在于他对原子核结构的研究。 通过这些事例,我想告诉大家,对新事物的探索绝对要避免步人后尘。每一个新事物有很多侧面,当有人已经占据了它的东面时,你可以尝试攻下它的西面;当有人在它的南面崭露头角时,你还可以绕到它的北面看看。现在,社会上跟风的问题很严重,但科学研究绝对不能单纯模仿。我们要有新的路子,要选择与众不同的角度。只有这样,你才有可能独辟蹊径,自主地开拓出一片新天地。 创新要最大限度地发挥想象力 创新不外乎发现前所未知、创造前所未有。事物的表象具体而可感知,但事物的本质和内在联系既看不见又摸不着,不借助想象你是难以洞察的。我们常说,想象源于现实又超越现实。为什么源于现实呢?因为想象不能凭空而发,它必须基于你脑海中原有的观念或印象。比如孟德尔的遗传因子就是在豌豆性状遗传规律性演变的现实基础上想象出来的东西。但想象又超越现实,因为孟氏提出遗传因子假说时,尚不知其为何物。经过后人的努力,一步一步地不仅发现它就是DNA,还揭示出它的分子结构与功能,以及它如何进行自我复制与传递遗传信息等等。前后历时近100年,足见孟氏想象力的超前性。同时也表明,发现前所未知绝对离不开想象力的发挥。难怪牛顿如此强调:“没有大胆的猜想,就做不出伟大的发现。”爱因斯坦也说过,想象远比知识更重要,想象是知识进步的源泉。 想象是一种抽象思维能力,自然离不开思考和联想。联想必须有广博的知识与丰富的经验作基础,否则就会流于不着边际的空想。19世纪,班廷(Banting)发现胰岛素的实验是怎么做的呢?首先,结扎胰岛管使胰腺萎缩,保留胰岛。其次,粉碎萎缩的胰脏,制备提取液,不是消化腺而是胰岛的提取物。再次,把提取物注射到糖尿病模型狗体内,结果狗慢慢好了起来。这样导致了胰岛素的发现。班廷的实验设想来自两项互不相干的研究。其中一个实验是人们把狗的胰脏全部切除后,狗就因糖尿病而昏迷死亡。而另有一个报告说,胰腺导管堵塞后,消化腺功能会丧失,但这对糖代谢没有影响。班廷把两个实验联系起来,加以想象,就形成了自己独特的思路。 所以说,想象绝不是对已有的知识和经验进行简单的再现或者相加,而是必须改变人类头脑中固有的思维模式,换一种眼光去看待事物、理解事物,而且以与众不同的方式提出问题、解决问题。爱因斯坦曾就此说过:“敢于在风马牛不相及的概念之间寻找联系,可能给重大发现提供启示。”所以,学习加思考是培养想象力的不二法门。 接下来,我讲最后一个例子。莱德伯格(Lederberg)用大肠杆菌做杂交实验,证明了细菌也存在有性繁殖。他的实验是如何进行的呢?在第一个实验,他用X射线照射大肠杆菌,诱发营养缺陷型的双基因突变体。接下来,他把两种不同的双基因突变体分别克隆了1亿个,在基本培养基上混合培养。大肠杆菌的生殖方式主要是一分为二的无性繁殖,而以这种方式进行繁殖的细菌突变体都是有营养缺陷的,在基本培养基上难以存活。果然,大肠杆菌一批批地死了,但最后竟然有少数存活了下来。凡是带有营养缺陷型基因的突变体,在同样的实验条件下一个都活不成。但混合培养的少数残留者竟然一代代繁殖下来,显然他们的基因全都正常。但他们的正常基因是从哪儿来的呢?只能是同时继承了两种突变体的正常基因,是二者正常基因重组所产生的后代。莱氏以此雄辩地证明了细菌也存在有性繁殖。这就突破了人们认为只有那些表象上雌雄有别的生物才能进行有性生殖的传统观念。莱氏产生细菌也可能存在有性繁殖的遐想时,年方19岁,刚进入哥伦比亚大学医学院一年级就读,旋即辍学转入耶鲁大学塔特姆(Tatum)实验室验证他的设想,21岁即在Nature上发表首篇论文,23岁获PhD学位,29岁升为教授,33岁成为Nobel生理学或医学奖获奖年龄第二小的得主。他应是大胆想象、执着求证并导致成功的最佳范例。 创意来自想象,行动实现创新。任何创意必须付诸行动,才能成为现实,否则它只能停留在空想阶段。很多诺贝尔奖得主的创意最初并不是自己的,而是别人的。但别人把这些创意束之高阁,而他们悄悄将其发掘出来,并落实到行动上。当然在这个过程中,所有的人都难免遭遇困难和挫折,甚至被讥笑、被否定。比如沃森和克里克的头两个模型失败之后,很多人对这两个初出茅庐的小伙子敢触碰世界性难题表示不屑一顾。有人戏称他们的模型为WC结构(沃森和克里克姓氏开头的字母连起来是WC),认为他们的想法注定要被倒进WC的抽水马桶中冲走。