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罗曼蒋立科观察的魅力
你尝试过从镜子中看太阳吗?镜中的太阳呈现什么样的图像?镜中的太阳不是从东方升起,而是从西方越出地平线――看似真实,实则假象。自然界类似纷繁多变的现象比比皆是,若想悟出真伪,获得科学的结论,则必须细心观察,综合感知。
再看下面这张图像(图1)。
画面从左向右表达了生命从诞生到死亡的历程。树木、花草,果实,所有的植物象征着时间的飞逝和生命的消亡。画的标题是三个颇具震撼力的发问:我们从何处来?我们是什么7我们向哪里去?作为一个和科学家几乎没有交往画家,(1848~1903)根本就没有想到他的发问恰是科学界公认的最基本的、最有意义且最值得研究的问题。宇宙是怎样起源的?生命是怎样起源的?人类的未来会怎样?
人的生与死可以像画卷一样被描绘,画家原本想表达他同这个大自然的交融。人类的来去之谜,以及对自然和生命奥妙进行探索的欲望。这是画家最具有雄心的作品一――首先,画面中央一个人的手正在摘取智慧之果,这是人生中最灿烂的篇章;随后,通过艰苦努力,他获得了自己追求的东西。这是他人生的鼎盛时期,因为已能够辨别出什么是最美的东西:最后,画家用画笔表达了人类创造力的重要,主张必须敢于冒险,敢于摘取宇宙间最高的智慧之星。
对一幅画的观察尚且可以得出如此多的结论,更不要说若想获得一项成功的发明创造需要付出怎样的潜心观察了。
1观察是什么
观察是一个人形成的对感兴趣课题的研究方法,它是探索科学秘密的源泉之一。若没有对大自然各类现象的观察综合,就不可能有对图I的深刻理解,这个图深刻地表明了科学的发现诞生于仔细的观察之中。观察的实质是什么?是获得感性材料的基本途径。其任务是考察自然,记载事实和描述自然界发生的各种现象。如果不能掌握研究对象的第一手资料,就无法认识所有现象的本质和规律。可以说,自然科学的概念、规律和理论都是建立在观察实验所获得的第一手资料的基础上的。正如伟大的物理学家爱因斯坦(图2)所言:“理论之所以能够成立,其根本在于它同大量单个观察关联着,而理论的真理性也正在于此”。
2观察的作用
观察是检验科学理论的方法。任何假说只有经过对科学事实的反复检验,即对客观现象进行大量重复性观察才能最终确立为科学理论。
3观察的魅力
观察能力是人类创造思维能力的重要组成部分,观察能力在人类一切活动领域中都是必需的。观察力强的人观察速度快、准确,并且在单位时间内所观察到的参观对象、收集的信息越多,就越能迅速、准确、全面地获得重要信息。达尔文(图3)自我评价说:“我既没有突出的迅速理解,也没有国人的机智……但在发觉那些稍纵即逝的事物并对它们进行仔仔细细观察的能力上,我是超常人的。”正是达尔文这种超常的观察能力,最终使他发现了生物进化论。
比较是打开创造的交叉路口
什么是比较思维?它是指确定对象之间差异点和共同点的一种逻辑思维。在自然界中,任何事物无论有多大的差异性,也终究还会有共同点,且同一差异总是不可分割地联系在一起,这就构成了比较思维的客观基础。
1比较思维的产生
比较思维来源于类比,是一种从特殊到特殊或任意一般到一般的推理,是根据两个(或两类)对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。生物学类比思维过程的一般规律是:第一步,比较两个(或两类)不同的现象,找出它们的相同点或相似点,第二步,以找出两个对象的相同点或相似点为依据和前提,把其中某对象已知的属性推移到另一对象中去,从而获得对该对象原来未知属性的认识。
2比较是思维的重要性
比较思维可以把陌生的对象和熟悉的对象进行对比,把未知的东西和已知的东西相对比较,特别是在资料少,还不足以进行归纳推理和演绎思维的情况下,比较更显得无比重要,它可以启发思维,提供思维,进一步认识自然界。
3比较思维的特点
比较思维的着眼点在于事物之间有相同之处,应用这种比较可以使人们认识到表面相异事物间有共同点。如人们在很长一段时间里,一直把闪电看得很神秘。美国科学家富兰克林(1706―1790,图4)曾将闪电和地面上的电火花进行了比较,首次证明了天上的闪电与地球上的电火花是一样的,并于1752年夏天做了著名的风筝实验,从而检验了他的发现的正确性――通过这种对相同点的比较,更深刻地揭示了电的本质,对电学的发展产生了很大的影响。
4同中求异的比较
同中求异是比较两个或两个以上相似的对象,再找出不同点。这种比较着眼于事物之间的同中有异。应用这种比较可以使人们认识到表面相似的事物之间有差异性。例如物理学上的中子就是在同中求异的比较中发现的。那是在1930年,德国两位科学家在用α粒子轰击较轻的元素时,发现了一种贯穿力很强的中性辐射,他们认为是高能y量子。约里奥?居里夫人1931年在用来自铍的新射线去轰击石蜡时发现,从铍放射出的新射线能从石蜡中打出强质子束来,于是把这一现象解释为y光子同质子的康普顿散射。而查德维克通过比较发现,这种散射比当时已知的任何类似散射所产生的作用都要强100万倍,从而确信这是一种新射线。之后的实验中,他通过比较新射线轰击氢、氦、氮等元素的反冲,估计出新粒子的质量与质子的质量相等,从而发现了被声瑟福预言过的新粒子――中子。
5同异综合的比较
是指比较两个或两个以上对象的相同点,不同点。这种比较着眼于同、异点同时比较。应用这种比较,可以使人们认识到事物之间的相同点和相异点,从而更深刻地认识事物的全貌,如植物分类中,同质的不同种的划分。
勇于质疑――挑战过去,开创未来
质疑是创造的开始,是思维活动中的高级过程,也是个人在已知和经验基础上,从某种生命现象、生命过程和生命科学事实中形成新概念,建立新规律,完成新理论的思维过程。
1质疑的本质
通过观察,比较,我们可以找到生活中创造的目标,从而改造所看到的现象和不满意的状况;通过观察、比较,我们可以发觉现状中存在的弊端和突出问题,以及由于这些问题所带来的阻碍,影响,进而引发人们思考问题产生的背景和有关因素,设立解决办法――这个办法便是创新。江泽民同志指出:“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力,也是一个政党永葆生机的源泉”。这是关于创新重要性的生动表述。大至一个国家的存在,小至一个局部的发展,没有创新就没有前途,但要创新就要有质疑的勇气。
质疑是通过观察,采用逆向思维,总结对一个问题正反两方面的比较分析,它通过揭露相关问题在现实生活中的积极作用和落后面的消极影响,从而发掘内在本质,再以相反的方法予以铲除,这就是革命。即要拿出不畏强大的胆量去改变世袭保守观念,继而建立新秩序。正如前面所讲,虽然太阳从东方升起是传统经验判断,但倘若通过充分地创造,使每个人均可发挥革命创新的积极性,建立起依客观存在的自然规律,难道不也是太阳从西方升起?
2质疑的思维状态
所谓质疑,就是敢于问难怀疑并提出问题。与出现了问题提方法有根本区别,这里所说的质疑是指破旧立新,是指不受传统观念和理念的约束,打破陈规陋****敢于挑战权威,勇于标新立异。具备创新精神的人通常都是有强烈的好奇心和求知欲,喜欢追根求溯,敢于异想天开,乐于独辟蹊径的人。科学的海洋中既有花的芳香和妩媚,也有青草的葱郁和朴实,它是一个多学科融会贯通的世界,是培养人好奇心的好环境。在这个包揽千姿百态的智慧的海洋里,只要引导稳妥,不同的人都有可能产生不同范围,不同程度的灵感,都可以在这个充满平等和自由的创新王国里放飞思绪,;中出樊篱,让想象插上腾飞的翅膀,让思绪无拘无束地纵横驰骋,使思维得以舒展,潜能得以释放。
3质疑的特征
科学的独创,贵在质疑。爱因斯坦曾说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。比如机制炭工艺,它是将农林加工后的废弃物经挤压制成成型炭。笔者在调研时发现,一些企业的制炭机损坏非常频繁,生产时续时停,这是为什么7因为制炭机的核心部件由于高温、干燥摩擦,螺杆头部易发热软化从而易损坏(图5)。笔者据此提出改变材料比、预热脱水、焊补等改进办法,使得螺杆头从每周更换一次改成每2年更换一次,经济效益非常明显。
要提出问题,首先就要学会发现问题;而要发现问题,就一定要善于观察,敢于质疑。观察和质疑是建立在实验的基础上。再比如,里歇因发现过敏反应而于1913年获得诺贝尔医学奖。他通过对过去被认为是个别反常现象的细致观察,发现了这种与免疫现象相反的规律性现象。但在此前,接种牛痘预防天花的缪纲、马贝林和柯赫等诺贝尔获奖者都观察到了这种现象,而里歇早年也曾观察到过。只是多年后当里歇再次观察时,他开始深思这种现象究竟是个别的还是有规律地出现。于是,他反复进行实验,终于发现了过敏反应,并对其形成机理进行了深入研究,从而发现了创新的突破点。
挑战极限,方显英雄本色
创立体育赛场上的新纪录是超越极限,获取科学研究的桂冠更是一种攀登世界局部顶峰的极限。极限是一种对客观现实的真相的发现,是创造奇迹和超脱现实的开始。
1大胆向传统观念提出疑义,不畏艰难改写历史
譬如,生物体内的新陈代谢的启动与推进,归因于酶的作用,这是法国微生物学家巴斯德(图6)首先发现的。大概1752年左右,有人将肉片装入小铁笼内,给老鹰吃下后经过一定时间取出小笼子,发现里边的肉片不见了,于是人们认识到胃液中有某种可以消化肉类的物质存在,这便动摇了当时蠕动消化的说法。19世纪中期,科学启蒙时代的一些科学家围绕酵母的酒精发酵问题展开了激烈的论战,当时以著名的化学家利比希(-M893)为一派,认为酵母将糖发酵成酒精纯属一种有机化学反应,而以巴斯德为代表的年轻学者们则认为糖发酵生成酒精是活酵母细胞生命活动的结果,这一争论长达半个世纪,直到巴斯德逝世之后三年才被德国化学家彪赫纳(Buchuer)兄弟通过磨碎酵母仍可发酵的实验所证实。
2不恐惧科学深处的神秘,勇于挑战极限
常态下,自然界的事物和现象不易暴露其特征和规律,只有使它处于某种极限状态下才能显示它的规律性(如超低温、超高温、超真空、超强磁场等),并且只有使其物质的变化过程向着指定的方向强化,才有可能发现有重大意义的新现象或新创造。例如,在超高压下物质原子间的自由空间被压缩或电子壳层发生变化,这会引起物质的理化性质发生显著变化。20世纪60年代未,德国MaxPlank研究所科学家Zose根据这一理论首先将其引入工业界。他发现细胞中大分子物质在200万大气压下于常温时就可使分子间化学键断裂而释放。再有,现代生物化学家已能通过控制惰性CO2的状态变化而实现直接从茶叶中提取茶多酚,***羊藿和从蜂胶中提取黄***。这改变了通常需加入若干种化学试剂和一道道繁杂过程才能实现的观念,而只要通过增加空气压力即可提取又纯、含量又高的物质,排除了化学提纯中的污染。以上两个事例清楚地表明了科学家作出了依经典理论所不能作出的新物质的发现。前者是对生物催化剂(酶)新物质的发现,后者是对极限非物质性技术的创造。这也启示我们只要有“可上九天揽月,敢下五洋捉鳖”的恢宏气魄,坚持打恶仗,打持久战的硬功夫,就可以克服任何困难,使难以做到的事被傲到,无法实现的奇迹能出现,从而达到登上科学殿堂的精神境界。
大胆想象――展开翅膀,自由飞翔
想象是创造力的表现形式,又称发散思维,是指从一个目标出发,沿着多种途径和方向思考,以探索多种多样的答案,寻求多种解决问题的方法。故这种思维是一种开放式的、无规则的,无限制的、无定向的思维。想象的特性是流畅性、变通。性、独特性和精致性。