諾貝爾自然科學(xué)獎與科學(xué)發(fā)現(xiàn)

陳 其 榮

(復(fù)旦大學(xué) 哲學(xué)學(xué)院，上海200433)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)，特別是重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，是一件激動人心而又令人陶醉的事情?？茖W(xué)巨匠愛因斯坦將它譽為“思想領(lǐng)域中最高的音樂神韻”。[1]23以科學(xué)哲學(xué)考之，科學(xué)發(fā)現(xiàn)在根本上是人類的一種復(fù)雜的科學(xué)實踐活動，因而自1958年N.R.漢森發(fā)表《發(fā)現(xiàn)的模式》一書以來，一直是科學(xué)哲學(xué)探討的頗有旨趣的主題。它具有豐富的內(nèi)涵，涉及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)，是否存在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯，科學(xué)發(fā)現(xiàn)遵循怎樣的模式，發(fā)現(xiàn)與證明(辯護(hù))的關(guān)系，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的機制與多重發(fā)現(xiàn)、多重發(fā)現(xiàn)與優(yōu)先權(quán)之爭等問題。

諾貝爾自然科學(xué)獎授予在物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出最重大發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人。在本文中，我們以諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為研究對象，以詳實可靠的原始文獻(xiàn)和一手資料為依據(jù)，運用統(tǒng)計分析、案例分析等研究方法，揭示科學(xué)發(fā)現(xiàn)的性質(zhì)、特征、模式與機制，彰顯鮮活的科學(xué)精神、科學(xué)思想與科學(xué)方法，讀者可以從中饒有趣味地感悟諾貝爾獎級的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是人類怎樣的一種探索活動，它們又是怎樣產(chǎn)生的以及做出重大發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的獲獎人所具有的特質(zhì)與品格。

一、諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果是發(fā)現(xiàn)的還是發(fā)明的？

為了更好地理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)，我們首先通過對“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的概念解析來回答諾貝爾自然科學(xué)獎的獲獎成果是發(fā)現(xiàn)的還是發(fā)明的這樣一個問題。

(一)常識中的“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的概念

在西文中，“發(fā)現(xiàn)”一詞的語義是“使原來隱蔽著的東西顯現(xiàn)出來”；而“發(fā)明”一詞則意味著“想出、設(shè)計出或制作出某種新事物、新過程”。

在中文里，“發(fā)現(xiàn)”意指“經(jīng)過探索、研究，揭示事物的存在或規(guī)律”；“發(fā)明”則意指“創(chuàng)制新的事物，首創(chuàng)新的制作方法”。

由此可知，中西文對“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”這兩個詞語意義的理解大體上是一致的：第一，都認(rèn)為“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”是人類的一種探索性活動，并且這種活動必定產(chǎn)生確定的結(jié)果；第二，認(rèn)為兩者所產(chǎn)生的結(jié)果的性質(zhì)是不同的，其區(qū)別在于作為“發(fā)現(xiàn)”的“探索性活動”的結(jié)果，在這種活動之前是存在的，它是對已存事物的“解蔽”或“顯現(xiàn)”，而作為“發(fā)明”的“探索性活動”的結(jié)果，在此種活動之前是不存在的，它是創(chuàng)造新的東西。即是說，如果某一對象產(chǎn)生于“發(fā)現(xiàn)”，那么就意味著這一對象在“發(fā)現(xiàn)”活動之前就已經(jīng)存在于自然界或人類社會；如果某一對象產(chǎn)生于“發(fā)明”，那么就意味著這一對象在“發(fā)明”活動之前是不存在于自然界或人類社會的。

顯然，上述對于“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的理解是適合于日常生活的。于是在這種語境下，人們將1901年諾貝爾物理學(xué)獎得主W.C.倫琴的獲獎成果稱為“X射線的發(fā)現(xiàn)”，將1935年諾貝爾物理學(xué)獎得主J.查德威克的獲獎成果稱為“中子的發(fā)現(xiàn)”，將1974年諾貝爾物理學(xué)獎得主A.休伊什的獲獎成果稱作“脈沖星的發(fā)現(xiàn)”，將1944年諾貝爾化學(xué)獎得主O.哈恩的獲獎成果稱作“重核裂變的發(fā)現(xiàn)”，將1951年諾貝爾化學(xué)獎得主E .M.麥克米倫和G.T.西博格的獲獎成果稱作“超鈾元素的發(fā)現(xiàn)”，將2011年諾貝爾化學(xué)獎得主D.謝赫特曼的獲獎成果稱作“準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)”，將1993年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主R.J.羅伯茨和P.A.夏普的獲獎成果稱作“斷裂基因的發(fā)現(xiàn)”，將2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主J.奧基夫、莫索爾夫婦的獲獎成果稱作“大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)”，將2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主屠呦呦的獲獎成果稱作“青蒿素的發(fā)現(xiàn)”；而將1971年諾貝爾物理學(xué)獎得主D.伽柏的獲獎成果稱作“全息術(shù)的發(fā)明”，將2000年諾貝爾物理學(xué)獎得主J.S.基爾比的獲獎成果稱作“集成電路的發(fā)明”，將2014年諾貝爾物理學(xué)獎得主赤崎勇、天野浩、中村修二的獲獎成果稱作“高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)的發(fā)明”，將1960年諾貝爾化學(xué)獎得主W.F.利比的獲獎成果稱作“放射性碳14紀(jì)年測定法的發(fā)明”，將2016年諾貝爾化學(xué)獎得主B.L.費林加的獲獎成果稱作“分子機器的設(shè)計與發(fā)明”，將1979年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主G.N.豪斯菲爾德的獲獎成果稱作“X射線斷層掃描儀(CT掃描儀)的發(fā)明”，將2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主P.C.勞特布爾和P.曼斯菲爾德的獲獎成果稱作“核磁共振成像技術(shù)(簡稱MRI)的發(fā)明”，將2010年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主R.G.愛德華茲的獲獎成果稱為“體外受精技術(shù)的發(fā)明”等等。無論是W.C.倫琴、J.查德威克、A.休伊什、O.哈恩、E.M.麥克米倫、G.T.西博格、D.謝赫特曼、R.J.羅伯茨、A.夏普、J.奧基夫、莫索爾夫婦、屠呦呦，還是D.伽柏、J.S.基爾比、赤崎勇、天野浩、中村修二、W.F.利比、B.L.費林加、G.N.豪斯菲爾德、P.C.勞特布爾、P.曼斯菲爾德、R.G.愛德華茲等人的“探索性活動”，都產(chǎn)生了確定的結(jié)果。X射線、中子、脈沖星、重核裂變、超鈾元素、準(zhǔn)晶體、斷裂基因、大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞、青蒿素等在“發(fā)現(xiàn)”活動之前就已存在，它們是自然界固有的；而全息術(shù)、集成電路、高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)、放射性碳14測定法、分子機器、CT掃描儀、核磁共振成像技術(shù)、體外受精技術(shù)等在“發(fā)明”活動之前是不存在于自然界或人類社會的。所以，人們一般把科學(xué)上的新事實、新概念、新定律、新原理、新學(xué)說等的提出稱作發(fā)現(xiàn)，而把技術(shù)上的新儀器、新工具、新流程等的提出稱作發(fā)明，即有所謂“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”與“技術(shù)發(fā)明”之說。

(二)廣義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)：包含發(fā)明在內(nèi)的發(fā)現(xiàn)

早在1986年，邱仁宗在其發(fā)表于《自然辯證法研究》第1期的文章《論科學(xué)發(fā)現(xiàn)的模式》中就提出科學(xué)發(fā)現(xiàn)包括科學(xué)發(fā)明的看法。在筆者看來，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為人類之科學(xué)實踐活動的主旋律，就其所蘊含的創(chuàng)造性或創(chuàng)新性意義而言，它與技術(shù)發(fā)明之間并沒有絕對分明的界限。無論是科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)，還是科學(xué)理論的提出，都是包含了發(fā)明在內(nèi)的發(fā)現(xiàn)。

在科學(xué)哲學(xué)中，科學(xué)事實和科學(xué)理論是科學(xué)認(rèn)識論的兩個基本范疇。眾所周知，“事實”一詞在日常生活中的意義是“真實”的事件、事故的意思。然而，在科學(xué)認(rèn)識論中它是指被揭示出來的自然的客體、現(xiàn)象、事件、關(guān)系、屬性、本質(zhì)及規(guī)律的總稱，所謂科學(xué)事實則是指由觀察和實驗獲得的、經(jīng)過鑒定的經(jīng)驗事實。在諾貝爾自然科學(xué)獎的獲獎成果中，像前面提到的X射線的發(fā)現(xiàn)、中子的發(fā)現(xiàn)、脈沖星的發(fā)現(xiàn)、重核裂變的發(fā)現(xiàn)、超鈾元素的發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)、斷裂基因的發(fā)現(xiàn)、大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)、青蒿素的發(fā)現(xiàn)等，就屬于科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)。科學(xué)事實不是裸露的，也不是被動地被發(fā)現(xiàn)的，而是借助于語言文字對自然的客體、現(xiàn)象、事件或過程的描述、陳述和判斷，它“含有對現(xiàn)象、事件的新看法、描述方法、表現(xiàn)技術(shù)或推理規(guī)則等等的新語言體系的發(fā)現(xiàn)”，[2]只有將它納入一定的理論體系中才能成為真正的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)事實不是對觀察到的事件的純粹而又簡單的敘述，而是建立在觀察記錄(數(shù)據(jù)、照片、曲線等)基礎(chǔ)上的對觀察到的現(xiàn)象的科學(xué)解釋。而任何一種科學(xué)解釋都是一種創(chuàng)造性的理解和發(fā)現(xiàn)。就以“脈沖星的發(fā)現(xiàn)”來說，早在1948年，A.休伊什在劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室攻讀博士學(xué)位期間就開始運用星際閃爍技術(shù)觀測射電源的強度起伏現(xiàn)象和致密成分，經(jīng)過長達(dá)19年的艱辛探索與研究，終于在1967年發(fā)現(xiàn)了脈沖星，不僅通過分析其起伏信號得知是一系列強度不等的脈沖，精確測定了脈沖周期，而且根據(jù)致密星體振蕩理論解釋了輻射的脈沖性質(zhì)，并提出“中子星”的新概念，提出了脈沖星是中子星的科學(xué)論斷?？梢?，科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)了科學(xué)家在科學(xué)實踐活動中的主觀能動性和創(chuàng)造性。正是在這種意義上，我們可以說科學(xué)事實不只產(chǎn)生于發(fā)現(xiàn)，亦產(chǎn)生于發(fā)明。

相對于科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)是指科學(xué)家在科學(xué)實踐活動中深入自然事物之深層結(jié)構(gòu)，揭示其內(nèi)在的規(guī)律性，進(jìn)而提出的科學(xué)概念、科學(xué)定律、科學(xué)原理、科學(xué)學(xué)說等理論形式。在諾貝爾自然科學(xué)獎的獲獎成果中，如A.愛因斯坦提出的“光量子”概念和光電效應(yīng)定律(獲1921年物理學(xué)獎)、L.V.P.R.德布羅意提出的“物質(zhì)波理論”(獲1929年物理學(xué)獎)、楊振寧和李政道提出的“弱相互作用中宇稱不守恒原理”(獲1957年物理學(xué)獎)、I.普利戈金創(chuàng)立的“耗散結(jié)構(gòu)理論”(獲1977年化學(xué)獎)、R.霍夫曼提出的“分子軌道對稱守恒原理”(獲1981年化學(xué)獎)、J.D.沃森和F.H.C.克里克建立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(獲1962年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎)、E.B.劉易斯揭示的“早期胚胎發(fā)育中的遺傳調(diào)控機理”(獲1995年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎)、A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎創(chuàng)立的“神經(jīng)傳導(dǎo)的離子學(xué)說”(獲1963年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎)等，都屬于科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)。

對于科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)是否包含發(fā)明在內(nèi)的問題，A.愛因斯坦早就做出了肯定的回答。他說：“概念和基本原理都是人類理智的自由發(fā)明”，[1]446“一切概念，甚至那些最接近經(jīng)驗的概念，從邏輯觀點看來，都是一些自由選擇的約定”。[1]7K.R.波普爾也曾指出：“科學(xué)理論并不是觀測的總匯，而是我們的發(fā)明——大膽提出來準(zhǔn)備加以試探的猜想?！盵3]C.G.亨普爾也強調(diào)：“科學(xué)假說和理論不是從觀察事實引申出來，而是從為了說明觀察事實而發(fā)明出來的。”[4]在我們看來，可以從下述兩個方面來理解科學(xué)理論既是發(fā)現(xiàn)的又是發(fā)明的思想：一是理論與規(guī)律是相互聯(lián)系又相互區(qū)別的兩個概念。規(guī)律是自然界或人類社會固有的、本質(zhì)的聯(lián)系，表現(xiàn)為某種條件下的不變性；肯定自然界和人類社會以其固有的規(guī)律運動與發(fā)展，即肯定“規(guī)律”的存在及其可知性，是人類從事一切科學(xué)研究工作的基本信念。顯然，規(guī)律具有不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀性，人們只能利用它，而不能創(chuàng)造、發(fā)明它。但是，理論則不然。由科學(xué)語言、符號、公式表達(dá)出來的科學(xué)概念、科學(xué)定律、科學(xué)原理、科學(xué)學(xué)說等理論形式，是科學(xué)家的主觀見之于客觀規(guī)律的“反映”。這種“反映”不是簡單的、直接的，而是一系列抽象的過程，需要科學(xué)家的創(chuàng)造性的思維活動。倘若沒有這種創(chuàng)造，也絕不會有科學(xué)理論?？茖W(xué)概念、科學(xué)定律、科學(xué)原理、科學(xué)學(xué)說等理論形式所反映的客觀內(nèi)容是自然界中事物呈現(xiàn)的現(xiàn)象、過程及其本質(zhì)和規(guī)律性，但作為一種思想體系，它并不預(yù)先存在于自然界和人類社會之中，而是科學(xué)家的創(chuàng)造與發(fā)明。二是從科學(xué)實踐哲學(xué)的觀點來看，科學(xué)是通過概念和理論來表現(xiàn)的，也是實踐介入的?！白匀恢尸F(xiàn)，隸屬于我們的實踐的塑造，而不是隸屬于事物的‘實在的’、非解釋性的本性。”[5]科學(xué)并非只是一組確定的命題和定律，它總是包含理論形式和使用的情景，而這種情景本身則是具有實踐性的?？茖W(xué)成果(包括科學(xué)事實和科學(xué)理論)是通過情景化的實踐活動建構(gòu)出來的，是富有創(chuàng)造性的發(fā)明。例如，對于1953年J.D.沃森和F.H.C.克里克建立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，分子生物學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家G.S.斯坦特就評論說：在J.D.沃森與F.H.C.克里克給DNA分子結(jié)構(gòu)定義之前，“自然世界中過去沒有，現(xiàn)在也依然沒有DNA分子這一物。它是數(shù)代生物化學(xué)家經(jīng)過長達(dá)一個世紀(jì)的努力所創(chuàng)造的抽象概念。這些生物化學(xué)家們關(guān)注自然現(xiàn)象，總結(jié)出這些現(xiàn)象中的特定集合，組成DNA分子。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確是被發(fā)現(xiàn)的，但在同等程度上也是一項創(chuàng)造發(fā)明?！盵6]309科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明在創(chuàng)造性或創(chuàng)新性的本質(zhì)上是統(tǒng)一的，它們既是被發(fā)現(xiàn)的，又是被發(fā)明的，是“發(fā)現(xiàn)”與“發(fā)明”的融合。

上述分析表明，科學(xué)發(fā)現(xiàn)本質(zhì)上是人類的一種創(chuàng)造性或創(chuàng)新性的實踐活動，人們應(yīng)當(dāng)摒棄將科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明截然二分的傳統(tǒng)觀念，確立一種廣義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)觀，即把科學(xué)發(fā)現(xiàn)理解為包含發(fā)明在內(nèi)的發(fā)現(xiàn)。

二、諾貝爾自然科學(xué)獎中的科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有怎樣的發(fā)現(xiàn)期？

我們轉(zhuǎn)入這第二個話題，是要闡明科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為人類一種復(fù)雜的創(chuàng)造性的實踐活動，不是瞬間做出的，而是經(jīng)歷了一段或長或短的時間才完成的。其內(nèi)容有二：一是提出并闡明“發(fā)現(xiàn)期”的概念；二是通過對作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期的統(tǒng)計分析，揭示其具有的性質(zhì)與特點。

(一)何謂科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期

所謂科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期，是指致力于某項科學(xué)發(fā)現(xiàn)從開始到完成的時間間隔期(通常以“年”為單位)。作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其發(fā)現(xiàn)期即是指諾貝爾自然科學(xué)獎獲得者從開始從事獲獎研究工作到取得獲獎成果所經(jīng)過的一段時間間隔期。這段時間間隔期取決于兩個時間節(jié)點：一是何時開始從事獲獎研究工作；二是何時取得獲獎成果。通常通過閱讀有關(guān)文獻(xiàn)資料，能夠追溯獲獎人開始致力于獲獎研究工作的具體時間。需要說明的是如何判定獲獎人在哪一年做出了諾貝爾獎級的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。在科學(xué)共同體中，科學(xué)的規(guī)范要求科學(xué)家做出的任何一項科學(xué)發(fā)現(xiàn)，都必須首先公之于世。由于科學(xué)家寫作的論文在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表，或在重大的學(xué)術(shù)會議上宣布自己的研究成果，就意味著得到科學(xué)同行的承認(rèn)與評價，因而科學(xué)家一旦取得研究成果，總是盡快將他撰寫的論文投寄到學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表或在重大的學(xué)術(shù)會議上宣布。這樣，學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文的日期或在學(xué)術(shù)會議上宣布的日期，便成為判定獲獎人完成獲獎成果的時間依據(jù)。

我們不妨考察一下部分諾貝爾物理學(xué)獎、化學(xué)獎、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的獲獎成果的發(fā)現(xiàn)期，以使讀者對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期概念有一個更具體的認(rèn)知。

法國物理學(xué)家L.V.P.R.德布羅意因“發(fā)現(xiàn)電子的波動性，提出物質(zhì)波理論”而獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎。他在1910年獲得巴黎大學(xué)文學(xué)學(xué)士學(xué)位，受愛因斯坦的光量子理論啟發(fā)，開始思考波與粒子的問題，為此轉(zhuǎn)而研究理論物理學(xué)；1922年在該校攻讀博士學(xué)位期間，他感悟到必須把長期以來在理論物理學(xué)中分別使用的波和粒子這兩個概念統(tǒng)一起來，概括成某一種綜合；1923年9月到10月之間，他在《法國科學(xué)院通報》上連續(xù)發(fā)表三篇題為《輻射——波與量子》《光學(xué)——光量子、衍射和干涉》《物理學(xué)——量子、氣體運動理論和費爾馬原理》的著名論文，提出并闡述了物質(zhì)具有粒子和波的二象性思想，其發(fā)現(xiàn)期為13年。

荷蘭物理學(xué)家M.J.G.韋爾特曼因“在非阿貝爾規(guī)范理論的重整化方法方面所作出的貢獻(xiàn)”而獲得1999年諾貝爾物理學(xué)獎。自1967年S.L.格拉肖、A.薩拉姆和S.溫伯格提出“弱電統(tǒng)一理論”以來，他就一直致力于探究“弱電統(tǒng)一理論”是否可以用“重整化”消除其中的“無窮大”問題。1969年初，他招收了年輕的G.霍夫特為他的博士生，讓其參與規(guī)范理論重整化的課題。G.霍夫特進(jìn)行無質(zhì)量楊-米爾斯理論可重整化的研究，他則把精力集中于維數(shù)調(diào)整方案上。1971—1972年，在《核物理》雜志上相繼發(fā)表了題為《無質(zhì)量楊-米爾斯場的重整化》《有質(zhì)量的楊-米爾斯場可重整化的拉格朗日算子》《規(guī)范場理論的例子》《規(guī)范場理論的組合技巧》等論文，提出了非阿貝爾規(guī)范理論的重整化方法，闡明了弱電相互作用量子結(jié)構(gòu)，其發(fā)現(xiàn)期為5年。

美國物理學(xué)家A.阿什金因“在激光物理領(lǐng)域的突破性發(fā)明”而獲得2018年諾貝爾物理學(xué)獎。1952年獲康奈爾大學(xué)核物理學(xué)博士學(xué)位后，他來到美國貝爾實驗室工作；1967年由于對光捕捉分子產(chǎn)生興趣，開始研究激光操縱微粒；1970年，描述了微米尺度透明球體的加速和俘獲；1986年，發(fā)明了使用激光陷俘粒子的技術(shù)——光學(xué)鑷子，并在《物理評論快報》上發(fā)表了這項研究成果，其發(fā)現(xiàn)期為19年。

加拿大籍德裔物理化學(xué)家G.赫茨貝格因“對分子的立體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，特別是對自由基的開拓性研究”而獲1971年諾貝爾化學(xué)獎。早在1925年他攻讀博士學(xué)位時就開始研究分子結(jié)構(gòu)，1928年發(fā)表關(guān)于分子分光分析的論文，因此獲得達(dá)姆斯達(dá)特工業(yè)大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位；1930年起借助于量子力學(xué)進(jìn)行分子光譜實驗，于1948年觀察到雙原子氫分子的四極紅外吸收光譜，接著創(chuàng)立新的光譜分析法，通過測定自由基的吸收光譜來確定其電子結(jié)構(gòu)；1956-1960年，成功地獲得了甲基自由基CH3和雙自由基碳烯CH2的吸收光譜，并確定了它們的電子結(jié)構(gòu)和幾何形狀，一年后在《加拿大皇家學(xué)會》雜志上公布了這項研究成果，發(fā)現(xiàn)期長達(dá)36年之久。他在諾貝爾獎頒獎“講演詞”中動情地說：“此獎授予了一系列有關(guān)這方面的研究，這實際上也授予了我的整個科學(xué)生涯?！盵7]

德國物理化學(xué)家S.W.赫爾因“開發(fā)超高分辨率熒光顯微鏡”而獲得2014年諾貝爾化學(xué)獎。他從1990年取得物理學(xué)博士學(xué)位以來，就一直在尋找繞開衍射極限方法，致力于開發(fā)超高分辨率顯微鏡。一天，他在一本《量子化學(xué)》的著作中看到“受激輻射”這幾個字，瞬間恍然大悟，萌生出一種解決這一難題的方法雛形。1994年，S.W.赫爾在發(fā)表的一篇論文中提出并闡述了實現(xiàn)超分辨率熒光顯微鏡的新技術(shù)——“受激輻射減損技術(shù)(Stimulated emission depletion, STED)”;2000年，他開發(fā)出了STED顯微鏡，其發(fā)現(xiàn)期為10年。

美國遺傳學(xué)家T.H.摩爾根因“發(fā)現(xiàn)染色體在遺傳中的作用”而獲得1933年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。1903年，他在實驗胚胎學(xué)研究的基礎(chǔ)上，開始致力于通過實驗檢驗孟德爾遺傳定律；1908年，他進(jìn)行果蠅遺傳實驗，誘發(fā)果蠅突變；1910年，觀察到一只雄性白眼果蠅變體，通過它與紅眼雌性果蠅交配，發(fā)現(xiàn)了伴性性狀是由雌蠅X-染色體上攜帶的遺傳因子(基因)控制的，由此確立了伴性遺傳的觀念；之后，他又發(fā)現(xiàn)了位于同一染色體上的基因的連鎖、交換和不分開等現(xiàn)象，提出了連鎖交換定律，并推知基因以直線方式排列在染色體上；1915年，他在題為《孟德爾式遺傳的機制》的著作中，比較系統(tǒng)地闡述了染色體遺傳理論，其發(fā)現(xiàn)期為12年。

英國生殖醫(yī)學(xué)家R.G.愛德華茲因“在人類試管受精技術(shù)上的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”而獲得2010年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。1955年，他在愛丁堡大學(xué)獲得博士學(xué)位時，了解到小鼠從卵母細(xì)胞成熟到胚胎發(fā)育的全過程，萌生了讓人類卵子在體外成熟受精的想法；1958年，他在英國國立醫(yī)學(xué)研究所開始致力于人類受精過程研究；1968年，與來自奧爾德姆的婦產(chǎn)科醫(yī)生P.斯特普托一起在伯恩·霍爾診所建立世界首個體外受精研究中心；1978年7月，接受了試管嬰兒手術(shù)的一名女士在曼徹斯特奧爾德姆醫(yī)院順利產(chǎn)下女嬰L.布朗，標(biāo)志著體外受精技術(shù)在臨床運用上的成功，其發(fā)現(xiàn)期為20年。

日本免疫學(xué)家本庶佑因“發(fā)現(xiàn)抑制負(fù)性免疫調(diào)節(jié)的癌癥療法”而獲得2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。1971年，他在美國卡內(nèi)基研究所做客座研究員時，被抗體的多樣性所吸引，開始專注分子免疫學(xué)研究；1992年，他在京都大學(xué)免疫基因組醫(yī)學(xué)研究室發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞程序性死亡受體PD-1，是激活T淋巴細(xì)胞的誘導(dǎo)基因；1999年，以一系列實驗揭示了PD-1分子具有T細(xì)胞“制動”的功能，是免疫反應(yīng)的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，提出了通過抑制PD-1因子而實現(xiàn)癌癥治療的方法，并在《免疫學(xué)》雜志上發(fā)表了這一研究成果，其發(fā)現(xiàn)期為28年。

通過對上述各項諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的發(fā)現(xiàn)期的考察，我們可以看出，科學(xué)家完成諾貝爾獎級的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，往往需要付出較長的時間，少則幾年，多則十幾年，甚至數(shù)十年。那么，一般而言，諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的發(fā)現(xiàn)期究竟有多長？它具有什么特征和呈現(xiàn)怎樣的規(guī)律性？下面，我們將通過對諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的發(fā)現(xiàn)期的統(tǒng)計分析，就這方面的問題予以討論。

(二)諾貝爾自然科學(xué)獎中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期統(tǒng)計分析

細(xì)數(shù)諾貝爾自然科學(xué)獎，自1901年頒發(fā)至2018年，已授予604名科學(xué)家、607人次；兩度獲獎的科學(xué)家有3人，分別是法國的M.S.居里(1903年物理學(xué)獎和1911年化學(xué)獎得主)、美國的J.巴丁(1956年和1972年物理學(xué)獎得主)、英國的F.桑格(1958年和1980年化學(xué)獎得主)；其中，物理學(xué)獎頒發(fā)112次，獲獎人數(shù)為210人(次)；化學(xué)獎頒發(fā)110次，獲獎人數(shù)為181人(次)；生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒發(fā)109次，獲獎人數(shù)為216人。

表1是筆者在求取607位(人次)獲獎?wù)咦龀隹茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期的基礎(chǔ)上制得的。它顯示的是作為物理學(xué)獎、化學(xué)獎、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎和整個自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)在各個授獎年代的統(tǒng)計平均值。

表1表明：

(1)作為整個自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期為11.8年。在各個單項獎中，物理學(xué)獎中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期稍短，為10.1年；化學(xué)獎、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期稍長且比較接近，分別為12.6年、12.8年。各學(xué)科的平均發(fā)現(xiàn)期或長或短，反映了不同學(xué)科的特點與差異。相對于物理學(xué)獎，化學(xué)獎與生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期比較接近，這是由于在已頒發(fā)的自然科學(xué)獎中有不少是“跨界”的學(xué)科交叉的獲獎成果(它們到底屬于化學(xué)還是生理學(xué)或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 并不能嚴(yán)格地加以區(qū)分)。統(tǒng)計顯示，自1901年至2012年，有25.8%的諾貝爾化學(xué)獎授予了研究生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和闡明生命過程中化學(xué)變化規(guī)律的生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域，有15.4%的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒發(fā)給了運用化學(xué)理論與方法研究生物的化學(xué)組成和生命活動中化學(xué)變化的生物化學(xué)領(lǐng)域。[8]考慮到現(xiàn)代自然科學(xué)學(xué)科交叉研究的這一顯著特點，諾貝爾化學(xué)委員會和生理學(xué)或醫(yī)學(xué)委員會在每年春季都要舉行聯(lián)合會議，互通情報，保證每一項科學(xué)研究成果的提名不會同時出現(xiàn)在這兩個學(xué)科領(lǐng)域。

表1 諾貝爾自然科學(xué)獎中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期統(tǒng)計平均值

(2)自20世紀(jì)20年代以來，整個自然科學(xué)獎以及物理學(xué)獎、化學(xué)獎、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎三個單項獎中的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。這從一個側(cè)面反映出，隨著現(xiàn)代自然科學(xué)研究不斷向縱深發(fā)展，科學(xué)家做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的難度越來越大，所需耗費的時日越來越長。

為了進(jìn)一步了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期的基本特性，我們又在求得的每位獲獎?wù)咦龀隹茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期和諾貝爾自然科學(xué)獎中科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期統(tǒng)計平均值之后，接著又運用統(tǒng)計理論與方法，繪制了“作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期與相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))”分布圖(圖1)和“作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期之特征參數(shù)”表(表2)。

由圖1可知，圖中各個坐標(biāo)點所構(gòu)成的“統(tǒng)計曲線”，即1901-2018年作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期-成果數(shù)(人數(shù))曲線，是一條連續(xù)的、不規(guī)則的振蕩曲線，它近似于數(shù)學(xué)上的正態(tài)分布，其峰值處于“科學(xué)發(fā)現(xiàn)期10年/成果數(shù)(人數(shù))49人”這一坐標(biāo)點上。在從1至48年這一寬闊的發(fā)現(xiàn)期跨度內(nèi)，除了38年、40年、42年、44年、45年、47年這6個發(fā)現(xiàn)期外，在42個發(fā)現(xiàn)期中均有相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))。由于在這6個發(fā)現(xiàn)期中沒有相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))，加之發(fā)現(xiàn)期在19年以上所擁有的成果數(shù)(人數(shù))急劇減少，故作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期-成果數(shù)(人數(shù))曲線的重心向左偏移了不少。

圖1 作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)期與相應(yīng)的成果數(shù)(人數(shù))

表2展示了作為諾貝爾物理學(xué)獎、化學(xué)獎、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎和整個自然科學(xué)獎之獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的最小發(fā)現(xiàn)期、最大發(fā)現(xiàn)期、平均發(fā)現(xiàn)期、標(biāo)準(zhǔn)差、中位數(shù)、眾數(shù)等特征參數(shù)。由此可知，諾貝爾物理學(xué)獎、化學(xué)獎、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎和整個自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的平均發(fā)現(xiàn)期、中位數(shù)都比較接近，這表明各學(xué)科和整個自然科學(xué)作為諾貝爾獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之發(fā)現(xiàn)期呈現(xiàn)一定的對稱分布；物理學(xué)、化學(xué)、 生理學(xué)或醫(yī)學(xué)三個學(xué)科獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期分布只相差一個水平方向的平移， 即可以通過適當(dāng)?shù)乃椒较虻钠揭茖⑷齻€學(xué)科的正態(tài)密度曲線重合。各學(xué)科和整個自然科學(xué)獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)期的標(biāo)準(zhǔn)差(分別為7.3年、7.3年、7.5年、7.4年)都比較小， 這說明這些學(xué)科獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)期的分散程度相當(dāng)小，亦即科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期分布較為緊密地集中于平均發(fā)現(xiàn)期。

表2 作為諾貝爾自然科學(xué)獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期之特征參數(shù)

由圖1和表2可知，在整個諾貝爾自然科學(xué)獎中，其獲獎人完成科學(xué)發(fā)現(xiàn)的最小發(fā)現(xiàn)期僅為1年(有12人)，最大發(fā)現(xiàn)期則長達(dá)48年。這意味著與獲獎人開始從事獲獎研究工作的時間相對而言，確有為數(shù)不多的獲獎研究工作完成得很快,也有極個別的獲獎研究工作則進(jìn)行得相當(dāng)持久。前者如1915年物理學(xué)獎得主W.H.布拉格和W.L.布拉格、1922年物理學(xué)獎得主N.H.D.玻爾、1925年物理學(xué)獎得主J.弗蘭克和G.L.赫茲、1938年物理學(xué)獎得主E.費米、1954年物理學(xué)獎得主M.玻恩、1998年物理學(xué)獎得主R.B.勞克林、1995年化學(xué)獎得主M.J.莫利納、1956年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主W.T.O.福斯曼、2008年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主F.巴爾-西諾西、2018年物理學(xué)獎得主D.T.斯特里克蘭等，完成獲獎研究工作非常迅速，距他們開始從事獲獎研究僅僅1年。其中，最迅速取得諾貝爾獎研究成果的要算E.費米了。他是由于“發(fā)現(xiàn)中子輻射產(chǎn)生的新放射性元素以及慢中子產(chǎn)生的核反應(yīng)”而獲獎的。據(jù)E.G.賽格雷在《原子舞者：費米傳》中記載，E.費米是在1934年初英國《自然》雜志宣布約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的時候想到利用中子轟擊原子核。就在當(dāng)年3月，他在羅馬大學(xué)通過實驗發(fā)現(xiàn)了中子產(chǎn)生的新放射性元素，并于7個月后用慢中子方法實現(xiàn)了核反應(yīng)。[9]其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期尚不滿10個月。

R.韋斯、E.R.坎德爾、R.J.萊夫科維茨則分別在物理學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、化學(xué)領(lǐng)域中做出的諾貝爾獎級科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有最大發(fā)現(xiàn)期。R.韋斯是因“在引力波研究方面的貢獻(xiàn)”而獲得2017年物理學(xué)獎的。早在1967年，R.韋斯在麻省理工學(xué)院就以思想實驗的形式，提出了“通過在物體之間來回運動的光速來測量引力波”。[10]隨后，制造了一個引力波探測器原型機。1983年10月，與加州理工學(xué)院K.S.索恩、R.德雷弗共同創(chuàng)立美國國家基金LIGO(全稱Laser Interferometer Gravitational-Ware Observatory，即激光干涉引力波天文臺)項目。2015年9月14日，通過LIGO首次直接探測到抵達(dá)地球的引力波。之后，經(jīng)過LIGO科學(xué)合作組織和Virgo天文臺的認(rèn)真檢查與核實，美國國家基金會于2016年2月11日在華盛頓舉行新聞發(fā)布會，正式向全世界宣布了這一重大發(fā)現(xiàn)，其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期長達(dá)48年之久。

E.R.坎德爾是因“發(fā)現(xiàn)由于突觸形態(tài)和功能的改變而產(chǎn)生記憶功能”而獲得2000年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的。據(jù)他回憶，早在1950年于哈佛大學(xué)上本科時，他就對記憶的問題產(chǎn)生興趣，1957年在美國國立衛(wèi)生研究院做博士后研究員時，開始探究“學(xué)習(xí)行為怎樣在大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中引起變化，以及一個瞬間的短時記憶如何轉(zhuǎn)化為持久的長時記憶”，致力于發(fā)現(xiàn)“記憶存儲的精神心理學(xué)和神經(jīng)元信號傳導(dǎo)的生物學(xué)的結(jié)合點”。[11]758-759于1998年在《神經(jīng)細(xì)胞》雜志上發(fā)表題為《認(rèn)知的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)與記憶研究》的獲獎?wù)撐?，其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期長達(dá)41年之久。

R.J.萊夫科維茨是因“G蛋白偶聯(lián)受體研究”而獲得2012年化學(xué)獎的。他自1968年開始利用放射性同位素追蹤細(xì)胞受體，70年代初分離出腎上腺素(β腎上腺素)等受體，1973年加入美國杜克大學(xué)致力于腎上腺素和去甲腎上腺素的受體特性的研究，于2011年在《自然》雜志上發(fā)表的論文中揭示了β2腎上腺素抑制蛋白在信號通路中的作用機制與功能。[12]其科學(xué)發(fā)現(xiàn)期長達(dá)43年之久。

表2還顯示，無論是物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)，還是整個自然科學(xué)，作為諾貝爾獎獲獎成果的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)期，它們的眾數(shù)均為10年(即發(fā)現(xiàn)期為10年的獲獎成果或人數(shù)最多，所占的比例最大)。我們認(rèn)為，這么驚人的巧合，其中必然隱含著科學(xué)發(fā)現(xiàn)的某種規(guī)則。早在20世紀(jì)80年代，心理學(xué)家J.海耶斯(John Hayes)就提出所謂“十年法則”，他指出：“在取得創(chuàng)新突破之前，這個人必須經(jīng)過大約十年的學(xué)習(xí)、實踐作為積累和沉淀。”[6]19他基于作曲家們創(chuàng)作出他們的第一部偉大作品所用的時間(幾乎總是十年或十年以上)這一證據(jù)，最先為這一法則提供了證據(jù)。20世紀(jì)90年代，H.伽德納(Howard Gardner)在出版的《創(chuàng)新意識》一書中宣稱，現(xiàn)代七位重要人物——弗洛伊德、愛因斯坦、畢加索、伊果·斯特拉文斯基、T.S.艾略特、瑪麗·葛蘭姆和圣雄甘地等，都遵循了10年磨一劍的“十年法則”。[6]344而如今，我們在此所做的實證研究表明，在作為諾貝爾獎獲得者的科學(xué)家群體中，數(shù)量眾多的人是十年磨一劍的。也就是說，在統(tǒng)計學(xué)的意義上，“十年法則”是成立的。

三、諾貝爾自然科學(xué)獎中的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是怎樣產(chǎn)生的？

這一話題是本文的落腳點，構(gòu)成了本文不可分割的組成部分。我們要結(jié)合科學(xué)發(fā)現(xiàn)的實際案例，通過對獲獎?wù)邚氖芦@獎研究的具體過程的考析，深入揭示諾貝爾獎得主做出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的秘訣，展現(xiàn)鮮活的科學(xué)精神、科學(xué)思想與科學(xué)方法，彰顯這些科學(xué)精英所具有的特質(zhì)和品格。

(一)明確要研究的問題，探尋解決問題的答案，做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)

自近代以來，人們普遍秉持一種科學(xué)始于觀察的觀點，認(rèn)為觀察是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的起點。然而，實際上作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的首個環(huán)節(jié)，即引導(dǎo)科學(xué)家做出發(fā)現(xiàn)的起點不是觀察，而是問題。正是從問題開始，發(fā)現(xiàn)之路才真正敞開。

2000年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主E.R.坎德爾指出：“如果要開始新的研究，就需要明確要解決的問題。對于要解決的科學(xué)問題，我有兩個基本要求：第一，就是它可以使我開拓一個新的研究領(lǐng)域，并且會需要很長的時間去研究；第二，我樂于在兩個領(lǐng)域或更多的學(xué)科之間的邊緣地帶去尋求解決問題的答案?！盵13]484據(jù)他在《追尋記憶的痕跡》一書中回憶，早在哈佛大學(xué)主修歷史和文學(xué)時就對精神病學(xué)產(chǎn)生興趣，1952年當(dāng)他成為紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院精神病學(xué)博士生時，便試圖尋求什么是精神病的核心問題。他認(rèn)為除了基因以外，記憶是最重要的。1957年，他到美國國立衛(wèi)生研究院做博士后研究員，便全力探究有關(guān)記憶在大腦中是如何發(fā)生和保存的問題。[13]109他跨越認(rèn)知心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等多個學(xué)科，最終從細(xì)胞和分子層面上破譯了人類記憶密碼，摘得了諾貝爾獎桂冠。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)與問題的提出及求解相聯(lián)系?！叭魏慰茖W(xué)問題都必須通過深入細(xì)致的研究才能獲得解決；自然科學(xué)家只有將他的思緒完全沉浸在自然界的大迷宮中并著手仔細(xì)研究那些特殊的問題，他才能獲得成功?！盵14]

丹麥物理學(xué)家N.H.D.玻爾因提出原子結(jié)構(gòu)的量子化軌道理論而獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎。他的獲獎研究始于“有核原子模型”的穩(wěn)定性問題。1911年他從哥本哈根大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位，不久到曼徹斯特大學(xué)跟隨E.盧瑟福研究，當(dāng)時E.盧瑟福的“有核原子模型”剛剛建立起來，該模型指出：原子是由帶負(fù)電的電子繞帶正電的原子核轉(zhuǎn)動而構(gòu)成的。但根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)，該模型的電子因其繞行必然存在向心加速度，也就必然向外輻射電磁波，電子因此而失去能量，最終墜入原子核中，所以，這一“有核原子模型”必然是不穩(wěn)定的。1913年，N.玻爾把量子論與“有核原子模型”的概念結(jié)合起來，提出了定態(tài)躍遷的原子結(jié)構(gòu)理論，不但解決了之前的悖論，說明了氫原子的穩(wěn)定性，而且其理論計算與實驗所得的氫原子光譜線波長完全吻合。

奧地利醫(yī)學(xué)家K.蘭德斯坦納因發(fā)現(xiàn)人類的血型而獲得1930年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。他的獲獎研究基于這樣一個問題的困擾，即“為什么有人輸入他人的血液會出現(xiàn)不良反應(yīng)，甚至?xí)劳觯械娜藙t不出現(xiàn)類似反應(yīng)?！?899年，在維也納大學(xué)病理解剖研究所工作的K.蘭德斯坦納想到：會不會是輸血者與受血者的血液混合產(chǎn)生病理變化而導(dǎo)致受血者死亡？1900年，他將22人的血液交叉混合，發(fā)現(xiàn)某些血漿能促使另一些人的血液發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。他將這些交叉結(jié)果編寫在一張表格中，細(xì)加分析后得出，人類的血液按紅細(xì)胞與血清中的不同抗原和抗體分為A、B、O三種類型，不同血型的血液混合就可能發(fā)生凝血、溶血現(xiàn)象，受血者因此會出現(xiàn)不良反應(yīng)，甚至?xí)＜吧?901年11月14日，他在《維也納醫(yī)院學(xué)報》上發(fā)表了題為《論正常人血液的凝結(jié)現(xiàn)象》的研究論文。1902年，他的兩名助手把實驗范圍擴大到155人，發(fā)現(xiàn)存在較為稀少的第四種血型(后來稱為AB型)。蘭德斯坦納的發(fā)現(xiàn)為安全輸血提供了理論基礎(chǔ)和科學(xué)保證，對免疫學(xué)、遺傳學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)均有重大意義，因此獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

英國生物化學(xué)家P.D.米切爾因提出生物細(xì)胞的化學(xué)滲透理論而獲得1978年諾貝爾化學(xué)獎，丹麥生物化學(xué)家J.C.斯科、美國生物化學(xué)家P.D.博耶和英國生物化學(xué)家J.E.沃克因?qū)C體能量儲存及轉(zhuǎn)運的相關(guān)分子ATP的酶催化過程的研究而獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎。他們的獲獎研究都始于生物化學(xué)領(lǐng)域的一個懸而未決的基本問題——“生物能量是如何轉(zhuǎn)換的”，其求解引導(dǎo)P.D.米切爾于1961年提出生物細(xì)胞膜的化學(xué)滲透理論，揭示出細(xì)胞內(nèi)的能量是通過由酶、輔酶等組成的細(xì)胞膜的化學(xué)滲透而轉(zhuǎn)換的；P.D.博耶、J.E.沃克爾和J.C.斯科則發(fā)現(xiàn)了作為三磷酸腺苷(ATP)合成基礎(chǔ)的酶學(xué)機制，正是獨一無二的三磷酸腺苷合成酶分子在所有的生物組織中的儲存和轉(zhuǎn)移能量的。

美國分子生物學(xué)家E.H.布萊克本、C.W.格雷德和J.W.紹斯塔克因發(fā)現(xiàn)染色體末端的端粒和端粒酶如何保護(hù)染色體而獲得2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。他們的獲獎研究始于生物學(xué)上的一個重要問題，即“染色體在細(xì)胞分裂過程中是怎樣實現(xiàn)完全復(fù)制，同時染色體如何受到保護(hù)而不至于發(fā)生降解”，其求解使他們于1989年發(fā)現(xiàn)染色體末端的端粒和端粒酶保護(hù)染色體的機制，這一發(fā)現(xiàn)揭示端粒變短，細(xì)胞就老化；如果端粒酶活性很高，端粒的長度就能得到保持，細(xì)胞的老化就被延緩。

諾貝爾自然科學(xué)獎得主們的科學(xué)實踐活動一再重復(fù)這樣一個事實，許多重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)來自于對科學(xué)問題的提出與求解。由于他們具有很強的問題意識，以敏銳的洞察力洞悉科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在邏輯，在分析當(dāng)時科學(xué)背景知識的基礎(chǔ)上，提出并解決科學(xué)認(rèn)識和科學(xué)實踐中的基本問題，從而做出了重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

(二)靈活運用邏輯與超邏輯的方法，做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

在科學(xué)哲學(xué)界，對于是否存在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯的問題，有著兩種對立的觀點。一種觀點認(rèn)為，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是理性的過程，這個過程遵從發(fā)現(xiàn)邏輯的原則，相繼提出了歸納-演繹模式、假說-演繹模式、逆推(溯因)模式等科學(xué)發(fā)現(xiàn)的模式。另一種觀點認(rèn)為，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是非理性的“靈感的激發(fā)和釋放的過程”，“既不需做邏輯的分析，也無法做邏輯的分析”。[15]31“每個發(fā)現(xiàn)都含有‘非理性的因素’或柏格森所說的‘創(chuàng)造的直覺’”。[15]32科學(xué)概念或科學(xué)原理等不能直接通過邏輯過程產(chǎn)生，而只有通過非邏輯的想象、直覺、猜測等建立起來，由此提出了著名的“猜想-反駁”的科學(xué)發(fā)現(xiàn)模式。

實際上，上述兩種觀點并不完全符合諾貝爾自然科學(xué)獎得主們做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的真實情況。在我們看來，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為一種復(fù)雜的創(chuàng)造性思維活動，無論是科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)還是科學(xué)理論的提出，其中既有歸納、演繹、類比等邏輯因素，又有想象、直覺、靈感等超邏輯的因素?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的創(chuàng)造性思維過程是邏輯的和超邏輯的方法的綜合運用。如果我們對作為諾貝爾獎獲獎成果的一些科學(xué)發(fā)現(xiàn)案例進(jìn)行具體的分析，就不難發(fā)現(xiàn)，邏輯-超邏輯的科學(xué)發(fā)現(xiàn)模式是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一種更為真實的模式。

首先，通向科學(xué)事實和科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)，是有邏輯道路的。英國物理學(xué)家P.A.M.狄拉克關(guān)于正電子的發(fā)現(xiàn)和法國物理學(xué)家德布羅意關(guān)于電子的波動性的發(fā)現(xiàn)與物質(zhì)波理論的提出，就是運用邏輯的類比方法而取得的。

1949年諾貝爾物理學(xué)獎得主湯川秀樹說過：“類比是一種創(chuàng)造性思維的形式?！盵16]所謂類比方法，即是根據(jù)兩個或兩類對象之間某些方面的相似或相同，而推出它們在其他方面也可能相似或相同的一種邏輯思維方法。

據(jù)P.A.M.狄拉克回憶，當(dāng)他于1928年發(fā)表電子波動方程時，就敏銳地意識到這個方程在形式上有一個額外的價值：它有正負(fù)對稱的兩種能量解。正的能量對應(yīng)著電子，那么負(fù)的能量對應(yīng)著什么？起初，P.A.M.狄拉克被負(fù)能概念性困難所困擾。1930年，他運用邏輯的類比推理推知“負(fù)能態(tài)”可用帶正電的“空穴”來表示。他寫道：“一旦真正理解自己的需要就真的不難獲得這個空穴的想法，因為化學(xué)價理論提供了一個非常接近的類比?！盵17]72他認(rèn)為“負(fù)能態(tài)”如果有一個沒有被填滿，即是由于缺少一個負(fù)能電子而出現(xiàn)了一個“空穴”。1931年5月，他在向《倫敦皇家學(xué)會學(xué)報》遞交的題為《電磁場的量子化異常》的論文中，預(yù)言了“一種和電子質(zhì)量相同、電荷相反、實驗物理學(xué)家未知的新粒子”。[17]77即把反電子(正電子)引入到物理學(xué)之中。1932年8月，C.D.安德森在用云室觀測宇宙射線的實驗中拍攝到異常粒子的軌跡，它與電子的軌跡相似，卻方向相反。C.D.安德森根據(jù)該徑跡的長度、粗細(xì)、曲率半徑及磁場的強度與方向等數(shù)據(jù)，論證了這種軌跡的粒子就是P.A.M.狄拉克預(yù)言的正電子。由于正電子的發(fā)現(xiàn)，使P.A.M.狄拉克的電子運動相對論理論得到確證，因此獲得了1933年諾貝爾物理學(xué)獎，C.D.安德森本人也因此獲得了1936年諾貝爾物理學(xué)獎。

物質(zhì)波理論，亦稱“德布羅意物質(zhì)波假說”，是L.V.P.R.德布羅意在A.愛因斯坦的光量子理論和N.玻爾的原子論的啟發(fā)下提出的。據(jù)他于1923年在《法國科學(xué)院通報》上發(fā)表的題為《物理學(xué)——量子、氣體運動理論和費爾馬原理》論文中稱，他所提出的“這種綜合是在與幾何光學(xué)和經(jīng)典力學(xué)奇妙的類比中完成的”。他把光學(xué)現(xiàn)象和力學(xué)現(xiàn)象作了如下的比較。

在幾何光學(xué)中，光波的運動服從最短程原理即費爾馬原理，其數(shù)學(xué)形式為：

其中υ為光速，dS為光線路程元，而這一最短程原理可以從波動理論中導(dǎo)出。

在經(jīng)典力學(xué)中，質(zhì)點的運動服從最小作用量原理即哈密頓原理，其數(shù)學(xué)形式為：

其中L為拉格朗日函數(shù)，dt為時間元。

可見，這兩個反映不同領(lǐng)域運動規(guī)律的原理具有相似的數(shù)學(xué)形式。又知光不但具有波動性，而且具有粒子性。L.V.P.R.德布羅意由此推出物質(zhì)粒子也具有波動性，即著名的物質(zhì)波假說。1927年，這一假說為C.J.戴維遜的電子單晶衍射實驗所確證。1929年，L.V.P.R.德布羅意獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

其次，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為一種富有探索性、創(chuàng)造性的活動，不僅需要借助于歸納、演繹、類比等形式邏輯的思維方法，還需借助于想象、直覺和靈感等超形式邏輯的思維方法。這種思維方法并不是根據(jù)一定的形式邏輯規(guī)則按部就班地進(jìn)行的，它們不遵循固定的邏輯通道，而有意無意地打破固定不變的邏輯規(guī)則，在“非邏輯”方面另辟蹊徑。許多諾貝爾獎得主在做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程中都曾有過這樣的經(jīng)歷。

日本物理學(xué)家湯川秀樹因“提出介子理論并預(yù)言介子的存在”而獲得1949年物理學(xué)獎。為了解開“原子核中質(zhì)子與中子是怎么結(jié)合在一起”的問題，他在相當(dāng)長的時間里，幾乎每個晚上都是瞪著天花板度過的。“一天晚上，他注意到天花板上兩個漏水痕的形狀頗似樹的年輪，年輪圈的中心部位有兩個瘰疬，外邊形成了葫蘆狀的水痕，第二天早晨，他到操場打棒球。當(dāng)他望著手中準(zhǔn)備投出去的棒球，不由得回想起昨晚看到的由兩個瘰疬組成的葫蘆年輪。突然，一個大膽的假設(shè)跳了出來：原子核中會不會存在一些微粒子，它們產(chǎn)生一種交換力，使核中的質(zhì)子和中子既可以相互作用又不相互排斥，共同構(gòu)成原子核呢？”[18]1934年他以《基本粒子的相互作用》為題，發(fā)表了有關(guān)介子學(xué)說的論文。13年之后，C.F·鮑威爾用照相乳膠技術(shù)確證了原子核中介子的存在。

美國分子生物學(xué)家K.B.穆利斯因“發(fā)現(xiàn)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)”而獲得1993年諾貝爾化學(xué)獎。據(jù)他在諾貝爾獎講演詞中說，這一發(fā)現(xiàn)的靈感是他于1983年5月的一個星期五晚間開車前往鄉(xiāng)間小屋獲得的?！爱?dāng)我那天晚上駕車跨越山脈時，盛開的加利福尼亞七葉樹的枝干傾向山路這邊，空氣有點涼爽、潮濕，充滿了七葉樹那令人陶醉的香味?！业乃季w漸漸地回到了實驗室DNA序列試驗”。突然，他腦子里靈光一閃，蹦出來一個使極微量DNA迅速大幅度擴展的想法，情不自禁地高呼道：“我想出來了！”“‘親愛的雷神啊’，我已經(jīng)在閃電般的一瞬間解決了DNA化學(xué)中最令人煩惱的問題。用兩條寡聚核苷酸、DNA聚合酶和四種三磷酸核苷，我就能合成任意多的一種DNA順序?！薄澳且惶焱砩?，我沒有睡。到了小屋后，我在每一個能用鋼筆、鉛筆或蠟筆涂的平面上畫出了小的簡圖，這樣一直到天亮?！盵19]116-119實際上他描繪了PCR技術(shù)的雛形。同年12月16日，他成功地完成了PCR的第一個實驗。1986年5月，他在冷泉港舉行的“人類分子生物學(xué)”專題研討會上發(fā)表了題為《PCR的原理和應(yīng)用》的研究成果。

美國化學(xué)家R.E.斯莫利、R.F.柯爾和英國物理學(xué)家H.W.克羅托因發(fā)現(xiàn)碳的第三種同分異構(gòu)體C60而共同獲得1996年諾貝爾化學(xué)獎。1985年9月，當(dāng)他們在實驗中發(fā)現(xiàn)具有60個碳原子的C60時，便開始設(shè)想C60分子的結(jié)構(gòu)。R.E.斯莫利熟悉分子結(jié)構(gòu)中廣泛存在的對稱性，認(rèn)為60個碳原子的排列很可能是處在一個球面上且互相鏈接形成的一個球體的閉合結(jié)構(gòu)。那么，60個碳原子又是怎樣在球面上排列呢？這個問題一直困擾著研究小組的每一個成員。R.E.斯莫利本人更是整日里苦思冥想，即使是在走路、用餐時，他的腦海里仍然浮動著C60球。一天晚上，他在家中用計算機模擬技術(shù)來構(gòu)建C60的分子結(jié)構(gòu)模型，雖連著干了幾個鐘頭，但事情毫無進(jìn)展?！皶r間已過午夜，我還是沒能入睡。我從廚房冰箱里找出一瓶啤酒，就在我漫無目的地一口一口啜啤酒時，突然想起H.W.克羅托曾和他的孩子一起搭建的多面體星穹模型，H.W.克羅托說過那個模型上既有六邊形，又有五邊形。噢！自己一直苦苦思索的C60分子結(jié)構(gòu)不就與美國著名設(shè)計師巴克明斯特·富勒為1967年蒙特利爾世界博覽會設(shè)計的由多個正五邊形和正六邊形拼接而成的圓頂型建筑結(jié)構(gòu)極為相似嗎？”[20]R.E.斯莫利重新忙碌起來。隨著這個結(jié)構(gòu)逐漸成形，他發(fā)覺在一個正五邊形周圍環(huán)繞著五個正六邊形的組合模式在整個結(jié)構(gòu)上是可重復(fù)的。他連夜用膠帶、12個正五邊形和20個正六邊形紙片制作了C60的球形結(jié)構(gòu)模型。1985年11月，以R.E.斯莫利為首的研究小組在英國著名的《自然》雜志上發(fā)表題為《C60：巴克明斯特富勒烯》的論文，宣布了C60的重大發(fā)現(xiàn)。

德國生理學(xué)家O.勒維因“發(fā)現(xiàn)神經(jīng)沖動的化學(xué)傳遞”而獲得1936年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。據(jù)他回憶，他最初產(chǎn)生化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)的想法是在1903年與一位朋友討論的時候。不過，他沒有能夠設(shè)計出一個實驗來確證自己的想法。17年后，他做了一個夢，1960年他對這個夢作了如下的描述：

那是1920年復(fù)活節(jié)前一天晚上，我從夢中醒來的時候，開了燈，并在薄薄的小紙條上草草記下幾個筆記。然后我又睡著了。第二天早上6點我突然想到在夜里我寫下了些非常重要的事情，但由于字跡太潦草根本看不清楚寫了些什么。第二天晚上，凌晨3點的時候，又記起了昨天晚上夢中的想法。這個想法就是如何設(shè)計一個實驗來證明17年前關(guān)于化學(xué)傳輸?shù)募僭O(shè)是否正確。我立即起床，趕去實驗室，并在夜間做了一對離體的蛙心實驗[6]40

通過對這一對離體的蛙心實驗，終于發(fā)現(xiàn)了一種化學(xué)性神經(jīng)傳遞介質(zhì)，他稱之為“迷走素”。

從認(rèn)識的發(fā)生看，想象、直覺和靈感都是認(rèn)識主體偶然受到某種外來信息的刺激而突然產(chǎn)生的。這是超形式邏輯思維的一個基本特征。正如T.R.切赫(1989年諾貝爾化學(xué)獎得主)所說：“科學(xué)創(chuàng)造過程中有一個共同的特征，那就是創(chuàng)造的進(jìn)展與時間沒有線性關(guān)系。通常是你花了一定的時間，卻什么都得不到。然后，突然之間腦子里靈光一閃，你就找到了突破口，問題也就很快解決了?！盵6]279

毋庸置疑，許多諾貝爾獎得主在做出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程中，都曾有過靈光乍現(xiàn)、靈感眷顧，類似于“尤里卡經(jīng)驗”。但是，他們在獲得直覺、靈感之前的日子里，都經(jīng)歷了長時間的研究和思索，并在此后對研究結(jié)果進(jìn)行了嚴(yán)格的檢驗。

上述的案例表明，直覺和靈感能打破常規(guī)的思路，突破思維定勢和邏輯規(guī)則之束縛，成為突破性創(chuàng)造的“催生婆”。它是創(chuàng)造者的顯意識和潛意識與客觀對象在特定條件下的一種突然溝通。但是，由直覺和靈感思維的閃光而獲得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的突破，其雛形往往帶有模糊性，尚有待用邏輯方法等手段進(jìn)一步加工和完善。直覺、靈感等思維的發(fā)生機制其本質(zhì)上是超邏輯的，但從思維發(fā)生的過程來看，又有邏輯參與在其中，特別是在超邏輯過程之前和之后，都離開不開邏輯。J.阿克塞爾羅德(1970年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主)說得好：“研究并非宏大有序，結(jié)構(gòu)井然，不必預(yù)見一切并謹(jǐn)慎從事；研究是試試這個，再試試那個，朝繆斯所指引的方向走，引導(dǎo)你的是直覺和邏輯?！盵21]

(三)善于抓住意外的事件，追根究底，做出機遇性發(fā)現(xiàn)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)，是在已知的指導(dǎo)下探索未知的實踐活動。一方面，這種實踐活動具有明確的目的性、高度的組織性和嚴(yán)密的計劃性；另一方面，理論思想、目的和計劃又具有主觀性，一切都在預(yù)料之中是不可能的。因此，科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為人類的一種復(fù)雜的實踐活動，就難免具有一定的不確定性，難免不發(fā)生任何“意外的事件”。而抓住這種“意外的事件”，追根究底，則有可能作出新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！爱?dāng)機遇光顧，使我們發(fā)現(xiàn)某些可能變得有價值的東西時，我們會說這是‘意外發(fā)現(xiàn)珍寶的好運氣’?！盵19]733這就是所謂的“機遇性發(fā)現(xiàn)”。

在諾貝爾獎的獲獎成果中，幾乎所有的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都包含著意外的機遇性發(fā)現(xiàn)。廣為人們傳說的就有：1895年W.C.倫琴關(guān)于X射線的發(fā)現(xiàn)(獲1901年物理學(xué)獎)，1896年A.貝克勒爾關(guān)于天然放射性的發(fā)現(xiàn)(獲1903年物理學(xué)獎)，1928年A.弗萊明關(guān)于青霉素的發(fā)現(xiàn)(獲1945生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎)，1931年H.C.尤里關(guān)于氫的同位素重氫的發(fā)現(xiàn)(獲1934年化學(xué)獎)，1932年C.D.安德森關(guān)于正電子的發(fā)現(xiàn)(獲1936年物理學(xué)獎)，1947年W.H.布拉頓、J.巴丁和W.B.肖克萊關(guān)于晶體管效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)(獲1956年物理學(xué)獎)，1955年S.奧喬亞關(guān)于核糖核酸(RNA)的生物合成機制的發(fā)現(xiàn)(獲1959年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎)，1958年R.L.穆斯堡爾關(guān)于伽馬射線無反沖共振吸收現(xiàn)象(穆斯堡爾效應(yīng))的發(fā)現(xiàn)(獲1961年物理學(xué)獎)，1967年A .休伊什關(guān)于脈沖星的發(fā)現(xiàn)(獲1974年物理學(xué)獎)，1965年A.A.彭齊亞斯和R.W.威爾遜關(guān)于宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)(獲1978年物理學(xué)獎)，1974年J.H.泰勒和R.A.赫爾斯關(guān)于脈沖雙星的發(fā)現(xiàn)(獲1993年物理學(xué)獎)，1974年下村修關(guān)于綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)(獲2008年化學(xué)獎)，1976年白川英樹關(guān)于導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)(獲2000年化學(xué)獎)，1982年J.R.沃倫和B.J.馬歇爾關(guān)于幽門螺桿菌的發(fā)現(xiàn)(獲2005年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎)，1984年D.謝赫特曼關(guān)于準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)(獲2011年化學(xué)獎)，1985年R.F.柯爾、H.W.克羅托和R.E.斯莫利關(guān)于富勒烯(C60)的 發(fā)現(xiàn)(獲1996年化學(xué)獎)，1999年本庶佑關(guān)于癌癥免疫療法的發(fā)現(xiàn)(獲2018年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎)等等。顯然，現(xiàn)實中有比上述所說的多得多的機遇性科學(xué)發(fā)現(xiàn)。從眾多的機遇性發(fā)現(xiàn)的事例中，我們可以提煉出有關(guān)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一些重要思想。

第一，由于機遇性發(fā)現(xiàn)背離了原來的研究目的，是已有理論或假說既不能預(yù)言也不能解釋的，不符合當(dāng)時流行的看法，因而往往是更加重大的突破性發(fā)現(xiàn)。例如，日本化學(xué)家白川英樹關(guān)于聚乙炔具有導(dǎo)電性的偶然發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致了一個極為重要的研究領(lǐng)域——塑料電子學(xué)的誕生。1967年，他在東京工業(yè)大學(xué)資源科學(xué)研究所從事乙炔聚合研究工作。一天，實驗室中一位訪問研究員在實驗中看錯了配方，誤加入比正常濃度高出上千倍的催化劑，結(jié)果得到了一種銀白色的具有光澤的薄膜。經(jīng)測定，它并不導(dǎo)電，但正是這個偶然事件給了白川英樹極大的啟發(fā)。在做了一系列重復(fù)這個失誤的實驗后，他發(fā)現(xiàn)用一種改性的齊格勒-納塔催化劑，在高濃度下能夠得到具有金屬光澤的膜狀聚乙炔；在聚乙炔薄膜內(nèi)加入溴和碘，其電子狀態(tài)會發(fā)生變化。1976年，白川英樹應(yīng)邀到賓夕法尼亞大學(xué)作博士后研究員，與A.G.麥克迪爾米德、A.J.黑格合作，有目的地用碘等鹵素進(jìn)行摻雜實驗。在經(jīng)過了無數(shù)個日日夜夜的實驗之后，終于實現(xiàn)了第一個全有機導(dǎo)電聚合物，碘摻雜聚乙炔的導(dǎo)電性提高了一千萬倍。1977年，白川英樹、A.G.麥克迪爾米德和A.J.黑格在英國《化學(xué)共同體》雜志上發(fā)表題為《導(dǎo)電有機聚合物的合成：聚乙炔的鹵素衍生物》的論文，公布了發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物這一突破性成果，由此開創(chuàng)了一個介于化學(xué)與凝聚態(tài)物理之間的新的研究領(lǐng)域——塑料電子學(xué)。2000年，他們因此被授予諾貝爾化學(xué)獎。

第二，機遇性發(fā)現(xiàn)總是垂青具有高度好奇心之人。2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主本庶佑關(guān)于癌癥免疫療法的發(fā)現(xiàn)，即是一個典型的案例。他原本研究細(xì)胞凋亡，卻意外發(fā)現(xiàn)了控制免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵因子PD-1。1992年，在本庶佑指導(dǎo)下，他的研究生石田靖雄研究細(xì)胞凋亡時發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)胞程序性因子，將其命名為PD-1(Programmed Call death-1)。雖然后來證明PD-1并非導(dǎo)致細(xì)胞“自殺”的原因，但本庶佑對該分子具有怎樣的功能抱有強烈的好奇心。為此，他從小鼠上敲除PD-1基因，然而最初的實驗卻未顯示出缺乏PD-1的小鼠發(fā)生什么特殊癥狀。不過，在本庶佑看來，既然小鼠和人類都擁有該基因，并且它在遺傳進(jìn)化的過程中一直被保存下來，那么必然有其存在意義。本庶佑感到必須一再地做實驗，以便絕對地肯定它的實際存在。于是他更換了其他種類的小鼠進(jìn)行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺乏PD-1基因的小鼠發(fā)生了自身免疫疾病的癥狀(如增生性狼瘡腎小球腎炎等)，與人類的免疫疾病的癥狀有相似性。經(jīng)過大量的一系列實驗，終于在1999年證實了PD-1分子具有T細(xì)胞“制動”的功能，是一種免疫負(fù)調(diào)節(jié)因子，從而提出了通過抑制(阻斷)PD-1因子而實現(xiàn)癌癥治療的方法。2014年，依此促成了PD-1抑制劑成為用于臨床治療癌癥的新型免疫藥物。

第三，機遇性發(fā)現(xiàn)實屬偶然中之必然。科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為富含意外的機遇性發(fā)現(xiàn)，總是包含著偶然、運氣之類的非理性因素，但回頭追索，所有偶然、運氣皆有跡可循。事實上，它們是發(fā)現(xiàn)者長期不懈探索、知識與經(jīng)驗的豐富積累與沉淀所產(chǎn)生的必然結(jié)果。就青霉素的發(fā)現(xiàn)來說，A.弗萊明在1928年培育葡萄球菌時，純屬偶然間發(fā)現(xiàn)了一種可以殺死細(xì)菌的霉菌——青霉素，此后成為第一種抗生素藥物的來源。然而，我們注意到，在獲得這一重大的發(fā)現(xiàn)之前，A.弗萊明就已經(jīng)在倫敦圣瑪麗醫(yī)院細(xì)菌學(xué)部工作了20個春秋。第一次世界大戰(zhàn)期間，他在治療士兵傷口敗血癥的過程中，萌生了尋找能夠殺死那些病菌的藥物的念頭。1918年以后，他始終保持著一顆努力奮斗的心，鍥而不舍地探尋抗菌物質(zhì)。1923年，他發(fā)現(xiàn)不僅在人的血清中，而且在人的眼淚、唾液和鼻涕中存在抗菌物質(zhì)溶菌酶。這一發(fā)現(xiàn)為他深入探索指明了方向，鼓舞他去尋找作用更大的抗菌物質(zhì)，從而為他以后發(fā)現(xiàn)青霉素埋下了伏筆。由此足以見得，A.弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素實屬偶然中之必然，有其背后的艱辛深意。

(四)沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，質(zhì)疑既有的認(rèn)知，以堅韌的毅力做出突破性的發(fā)現(xiàn)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)的魅力在于創(chuàng)新，而創(chuàng)新則以質(zhì)疑與批判為前提。諾貝爾自然科學(xué)獎得主之所以能夠做出突破性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，還在于他們具有開放的頭腦、巨大的勇氣和堅韌的毅力，敢于沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，勇于質(zhì)疑已有的認(rèn)知。

美國神經(jīng)病理學(xué)家、生化學(xué)家S.B.普魯西納因“發(fā)現(xiàn)一種全新的致病因子——普里昂(prion)，并闡明它們潛在的作用機制”而獲得1997年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。1972年，他開始在加州大學(xué)舊金山分校研究一種與癡呆癥有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(亦稱“海綿狀腦病”)。他使用小鼠等攜帶病原體活體來做實驗(每個實驗從設(shè)計到取得實驗結(jié)果，需要1.5-2年)，經(jīng)過10年艱辛研究，于1982年鑒別出了這種疾病的感染因子是不包含核酸的蛋白質(zhì)，他將這種未知的病原體命名為“普里昂”(“Prion”)，并在當(dāng)年美國的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為《一種新型的病毒——“普里昂”》的論文。

但是，認(rèn)為普里昂蛋白能在沒有遺傳物核酸的情況下自我復(fù)制，并能引發(fā)疾病，這與傳統(tǒng)的觀念相悖。傳統(tǒng)的疾病傳染理論認(rèn)為，傳染因子必須含有遺傳物質(zhì)核酸；病毒、細(xì)菌、真菌和寄生蟲是主要的病原體，當(dāng)它們侵襲正常細(xì)胞并大量繁殖時，會破壞宿主細(xì)胞的正常功能，這些過程都涉及核酸的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。長期以來，科學(xué)家們都是固守這一傳統(tǒng)的理論去尋找病原體的。因此，S.B.普魯西納的論文發(fā)表后，便遭到了強烈的反對。反對者為傳統(tǒng)觀念所束縛，叫嚷“提出普里昂是由一種不包含核酸的蛋白質(zhì)所組成的設(shè)想，簡直是異端邪說”，[11]464并聲稱，他們手上有著30多年積累下來的證據(jù)。然而，S.B.普魯西納進(jìn)而設(shè)計完成的各種實驗都不支持存在該疾病特有的核酸的偏見。

S.B.普魯西納越來越堅信他的發(fā)現(xiàn)是新穎的。他意識到，為了揭示普里昂蛋白感染及入侵大腦的機制，下一步必須深入剖析普里昂蛋白的構(gòu)造。為此，他檢查了像氨基酸分子一樣的長鏈性蛋白質(zhì)的構(gòu)造，復(fù)制了普里昂蛋白的基因。1984年，他發(fā)現(xiàn)了所有被檢查的動物包括人身上都有普里昂蛋白基因。但問題是，為什么健康人類的大腦里存在普里昂蛋白，腦神經(jīng)細(xì)胞(神經(jīng)元)卻不會遭到破壞呢？1993年，S.B.普魯西納找到了答案：引起疾病的普里昂蛋白與健康人類所攜帶的普里昂蛋白雖然看上去是同一種材料，但是構(gòu)造完全不同。據(jù)此，他確立了一種假說，異常的普里昂蛋白入侵大腦，與正常的普里昂蛋白接觸，正常的普里昂蛋白會變成異常的普里昂蛋白，從而使異常的普里昂蛋白不斷增殖。這也就是腦神經(jīng)細(xì)胞不斷地遭到破壞、疾病癥狀不斷得到發(fā)展的原因。

20世紀(jì)90年代的研究成果，給S.B.普魯西納的假說以極大的支持，越來越多的科學(xué)家確認(rèn)了引起瘙癢病、庫魯病和瘋牛病的病原體正是普里昂蛋白。在S.B.普魯西納提出普里昂概念15年之后，他終于因這項成就獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。