數(shù)學(xué)學(xué)研究包括實(shí)驗(yàn)和理論，而化學(xué)學(xué)家須要方法和信心。
李政道先生當(dāng)初提出過(guò)關(guān)于化學(xué)學(xué)家的兩個(gè)定理[1]，拿來(lái)說(shuō)明理論和實(shí)驗(yàn)的互相推動(dòng)。第一個(gè)定理是：“沒(méi)有實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家，理論化學(xué)學(xué)家就要懸浮不定。”第二個(gè)定理是：“沒(méi)有理論化學(xué)學(xué)家，實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家都會(huì)遲疑不決。”他還舉了幾個(gè)事例，其中一個(gè)是μ子衰變中“密歇爾熱阻”的檢測(cè)史。密歇爾熱阻ρ表征了μ子衰變形成的末態(tài)電子的動(dòng)量分布。從1949年開(kāi)始的20年時(shí)間里，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，得到的結(jié)果不斷甩尾(圖1)，直至理論精確地預(yù)言了ρ=3/4之后，實(shí)驗(yàn)值才穩(wěn)定出來(lái)。有趣的是，每次新實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都落在前一次實(shí)驗(yàn)的偏差范圍以內(nèi)，但同時(shí)又穩(wěn)定地朝著最終值前進(jìn)。
圖1密歇爾熱阻ρ逐年的變化[1]
這個(gè)事例挺好地說(shuō)明了，許多科研工作者顯然是很“保守”的。其實(shí)每位人都曉得，獨(dú)特的結(jié)果可能意味著重大的發(fā)覺(jué)，而且你們首先要排除的就是不要犯荒謬的錯(cuò)誤。克利青就說(shuō)過(guò)，在初次測(cè)到量子霍爾效應(yīng)的平臺(tái)時(shí)，他的第一反應(yīng)就是去踢雙腳檢測(cè)設(shè)備——這家伙不會(huì)又在關(guān)鍵時(shí)刻掉項(xiàng)鏈了吧？謝赫特曼深信他觀測(cè)到的五重對(duì)稱性衍射來(lái)自于全新的晶體結(jié)構(gòu)(準(zhǔn)晶)，但好多人卻在考慮其他愈發(fā)普通的來(lái)源，而泡令()在好多年之后還堅(jiān)持覺(jué)得那不過(guò)就是孿晶而已。
大部份人都能并且也只能看見(jiàn)自己樂(lè)意見(jiàn)到的現(xiàn)象，科研工作者也不例外，只是她們經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的訓(xùn)練，會(huì)時(shí)刻提醒自己不要犯這些一廂甘愿的錯(cuò)誤。堅(jiān)定的信心是從事堅(jiān)苦實(shí)驗(yàn)的必要前提，但只有精美的設(shè)計(jì)能夠保證得到正確的結(jié)果，例如赫茲驗(yàn)證麥克斯韋電磁理論的實(shí)驗(yàn)工作，或則密立根的電荷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)；假如設(shè)計(jì)不周或則過(guò)分熱情，就有可能被愚弄。例如韋伯檢測(cè)引力波的實(shí)驗(yàn)工作，或則布朗洛發(fā)覺(jué)“N射線”的研究歷程。正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果其實(shí)能經(jīng)受住歷史的考驗(yàn)，并且有可能錯(cuò)過(guò)一時(shí)的影響。例如趙忠堯先生當(dāng)初關(guān)于正電子的形成和湮滅方面的重要工作沒(méi)有得到國(guó)際認(rèn)可，就是由于其他實(shí)驗(yàn)組的錯(cuò)誤結(jié)果在當(dāng)時(shí)太有影響力。
這樣的事情并不是只發(fā)生在先前，如今可能還更嚴(yán)重一些，由于科研活動(dòng)正在顯得越來(lái)越須要“注意力”了。并不是人人都這么“保守”。類似的結(jié)果，平凡的解釋似乎正確，但肯定不如獨(dú)特的解釋更得到關(guān)注。再說(shuō)，宣傳新發(fā)覺(jué)的時(shí)侯一般是轟轟烈烈，而須要進(jìn)行更正的時(shí)侯常常是悄無(wú)聲息。例如說(shuō)，假如坐落磁性隧洞結(jié)中的磁性納米顆粒才能在強(qiáng)磁場(chǎng)下產(chǎn)生載流子電板物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)定律的故事，那就太好了，卻忽視了能量守恒的要求；假如具有微小磁矩的蛋白質(zhì)分子能否感應(yīng)小磁場(chǎng)，那就太好了，卻不曉得環(huán)境的熱漲落就足以剿滅這些可能性。我想每位人都據(jù)說(shuō)過(guò)類似的故事，但大多只是在口頭留傳，甚至可能就會(huì)看見(jiàn)相關(guān)的文章繼續(xù)獲得引用。
其實(shí)，還有玩過(guò)界了的。例如近來(lái)有兩位美國(guó)學(xué)者聲稱發(fā)覺(jué)了新的簡(jiǎn)單的“高溫超導(dǎo)體”，還沒(méi)來(lái)得及高興多久，就被發(fā)覺(jué)其檢測(cè)結(jié)果具有驚人的“可重復(fù)的噪聲模式”(圖2)，真是“為別人做嫁衣裳”。這不禁讓人想起20年前的風(fēng)云人物肖恩，他那光輝燦爛的研究歷程，同樣是由于幾個(gè)不同元件具有完全相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而忽然終結(jié)(圖3)。這兩位研究低溫超導(dǎo)的學(xué)者，莫非就對(duì)歷史一無(wú)所知嗎？其實(shí)，“我們從歷史學(xué)校到的惟一教訓(xùn)就是，我們從來(lái)不接受任何歷史教訓(xùn)”。其實(shí)如同近來(lái)留傳的那種預(yù)印本所暗示的那樣，低溫超導(dǎo)領(lǐng)域的個(gè)別研究主體和研究客體可能都是豬頭腦？
圖2“高溫超導(dǎo)體”電阻檢測(cè)結(jié)果中的“可重復(fù)噪聲模式”[2]
圖3揭開(kāi)“肖恩學(xué)術(shù)作假風(fēng)波”的關(guān)鍵證據(jù)：不同元件的檢測(cè)結(jié)果具有完全相同的數(shù)據(jù)[3]
這種還不算大的。雖然如同古語(yǔ)說(shuō)的那樣，“非同尋常的推論須要非同尋常的證據(jù)”。吸引注意力雖說(shuō)重要，但終究還是要經(jīng)過(guò)別人的檢驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)都還不太難做，須要的人力和資源也不太多，總是會(huì)有關(guān)心的人去重復(fù)它們，或則是發(fā)覺(jué)它們的漏洞，例如說(shuō)違背了某個(gè)基本數(shù)學(xué)定理。然而，如今有些科研工作是須要大量的人力和物力資源、需要很長(zhǎng)的時(shí)間才會(huì)得到結(jié)果的，懷疑者其實(shí)只能懷疑而已，可能由于沒(méi)有簡(jiǎn)單的判斷性證據(jù)，也可能沒(méi)有足夠的資源和精力去舉辦驗(yàn)證工作。其實(shí)我們都相信林肯的話，“你可以一時(shí)誤導(dǎo)所有人，也可以永遠(yuǎn)誤導(dǎo)個(gè)別人，但不可能永遠(yuǎn)誤導(dǎo)所有人。”但是，永遠(yuǎn)有多遠(yuǎn)呢？肖恩只做到了兩兩年，“辟爾唐人”堅(jiān)持了大約四六年，而耶魯學(xué)院的腎臟病專家安韋薩院長(zhǎng)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)定律的故事，更是開(kāi)辟了能否再生心肌的干細(xì)胞研究新領(lǐng)域，而且領(lǐng)導(dǎo)時(shí)尚十幾年，欺騙和浪費(fèi)了多少寶貴的科研資源啊！
其實(shí)，那些只是科研大潮里時(shí)常涌起的些許沉渣而已，更多的是理論和實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合的工作。諸如中國(guó)科學(xué)家作出了重要工作的拓?fù)浣^緣體和反常量子霍爾效應(yīng)、鐵基低溫超導(dǎo)體系，以及對(duì)高壓條件下可能出現(xiàn)低溫超導(dǎo)相的理論預(yù)言等等。
我們?cè)趶氖卵芯抗ぷ鞯臅r(shí)侯，或則在看到科學(xué)新聞的時(shí)侯，不要忘掉李政道先生提出的這兩個(gè)化學(xué)學(xué)家定理，應(yīng)當(dāng)都會(huì)少走一些彎路。
參考文獻(xiàn)
[1]李政道.粒子化學(xué)的挑戰(zhàn)，取自《李政道箋注(科學(xué)與人文)》.北京科學(xué)技術(shù)出版社，2008
[2]B.noiseinofarXiv：1807.08572，foratandin.arXiv：1808.02929
[3]G.BellLabsintoofdata.，2002，417：367
本文選自《物理》2020年第2期
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