我對科學研究的體驗（二）
施一公
方法論的轉(zhuǎn)變
我的博士后導師尼古拉·帕瓦拉蒂奇（NikolaPavletich）只比我大一歲半，很年輕，是美國科學院院士，他曾8年間在《自然》和《科學》上發(fā)了30篇論文，我認為他的工作可以寫成兩本教科書。
在此，我想說方法論中很重要的一點，也就是——不能簡單地接受別人告訴你的事情，你自己要去思考，而且要有批判性思維（criticalthinking）。
我想舉一個較為“極端”的例子。
記得我在麻省理工學院面試博士后時，尼古拉的導師（也是美國科學院院士）告訴我說，尼古拉特別聰明，他能精讀26種科學期刊（journal），知識淵博，能力非常強。我聽后特別震驚，因為我自己也讀文章，但是讀上兩三本期刊后就沒有時間做研究了，覺得讀文章很占用時間，這樣會顧此失彼。
我想，一個人怎么會這么強大，做這么好的研究，讀這么多的文章，還什么都懂——這也是我去他的實驗室做博士后的原因。
有一天，我看到《自然》上有篇文章非常精彩，它闡述的是結(jié)構(gòu)生物學領(lǐng)域的一項重大發(fā)現(xiàn)。我把它精讀了一遍，想證明自己讀得很不錯。當時這個成果剛剛發(fā)布一個禮拜，我就拿著文章去辦公室找尼古拉。
“尼古拉，這篇文章做得很漂亮，我很想和你討論一下。”我說。
“這個……”他看著我很尷尬地笑了笑，“一公，抱歉，這篇文章我還沒有讀。”
我想這可能是他最近太忙的緣故，有些遺憾。
又過了一兩個月，我再次看到了一篇很好的文章，我又花了幾個小時精讀了一遍，而且讀得很透。我再次去敲尼古拉的門，因為我覺得這是對我很有幫助的一件事情，我希望我的導師知道，我將來要努力成為一位獨立的科學家，也要有自己的實驗室，和他一樣優(yōu)秀。
“尼古拉，這片文章發(fā)表兩周了，做得很漂亮。我覺得有些東西可以學，和你討論一下如何？”
尼古拉再次尷尬一笑，說：“我還沒讀。”
那時候我突然著急起來了：“尼古拉你到底讀不讀文章啊？”
他看了看我，把笑容一收說：“一公，你知道為什么嗎？世界上最難以復(fù)制的就是時間。我的時間是很有限的，我真的沒有多余的時間去讀這篇文章。”
這點對我的觸動非常大，這使我懂得在不同領(lǐng)域、不同課題階段會有不同的要求，在他當時的那個階段，他當然沒有時間去讀這樣的文章。他是一位卓越的科學家（brilliantscientist），他要做的是更高層面的、更具有創(chuàng)造性的事情，并不是要按照傳統(tǒng)的說法“一定要怎么做”。
我再講一個例子。有一次，我們在尼古拉教授的實驗室里做一個生物學實驗，實驗內(nèi)容是嘗試抽放一個蛋白質(zhì)的蛋白，做了整整兩天還沒能拿到，我不知道哪里出了問題，感到很失望。
“結(jié)果如何？”尼古拉過來問我。
“抱歉，我還沒有得到任何結(jié)果。”我說，“但是不用擔心，我會盡全力找到問題出在哪里，找出原因再重新做。”
“一公，你為什么一定要找到實驗沒有成功的原因呢？”尼古拉問我。
我聽后很驚訝，當時我說：“尼古拉，如果你不知道失敗原因的話，怎么能繼續(xù)工作呢？”
尼古拉的回答非常干脆：“再仔細做一遍，就會成功。”
對一個生物學的大型實驗來說，兩三天的實驗中會有幾十個步驟。如果要一個一個步驟地做下來，以此弄清哪一步出問題的話，至少得花費半個月的時間。
尼古拉說 “再做一次”，有可能就是實驗中的酶加錯或有其他原因，再做一遍的成功性很大。后來的結(jié)果證實果然如此。
這讓我明白了———做科研并非找不出原因就無法進步，而要視情況來定。如果一個問題困擾你多年，不把問題找出來課題無法往前走的話，那么確實需要繼續(xù)努力；但如果是一個技術(shù)錯誤，你是不需要花費時間去找原因的。這就是他給我第二個啟發(fā)。
我再舉第三個例子———我認為這些都跟方法論以及批判性思維有關(guān)。
不知在座的本科生同學有沒有意識到，高中階段以學習知識為主，對我們來說那時并不特別注重舉一反三的思維能力訓練。但是，邁入大學以后，你們就要開始自覺轉(zhuǎn)變———從汲取知識到創(chuàng)造知識。等你攻讀碩士、博士的時候，你就可能創(chuàng)造知識。
可以想象，本科階段的一節(jié)課是前人工作幾十年總結(jié)出的經(jīng)驗，而你只用50分鐘就學完了。然而等到你讀博士的時候，也許你五、六年的科研工作還很難成為教科書里的只言片語。
這就是其中的艱辛和艱難，成長和轉(zhuǎn)變是很不一樣的。你需要在大學伊始盡快轉(zhuǎn)變思維，這就是方法論的轉(zhuǎn)變。
當前，好多中國人都喜歡和大師、科學家在一起，有機會的話定會去與他們交談，這是正確的，在這個階段你們一定要這樣做。
但有件事情引發(fā)了我的思考。記得有一次，1993年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主菲利普·夏普 （PhillipA.Sharp）來做講座，他希望能見尼古拉談一談。
我知道他舉辦講座的那一天尼古拉在，因為上午我們曾一起討論如何寫一篇文章。可我聽到尼古拉對秘書說：“抱歉，請告訴夏普我那天有事，謝謝他，我們以后有機會再見面。”
夏普來做講座的那天，尼古拉把自己關(guān)在辦公室里，上午跟我談話，下午專心做自己的機理研究。我覺得，很少人有這樣的定力，這是不可思議的一件事。
這個例子不是讓同學們?nèi)バХ拢皇窍胱尨蠹宜伎紩r間的取舍，以及方法論的轉(zhuǎn)變。
挑戰(zhàn)學術(shù)權(quán)威
我認為挑戰(zhàn)學術(shù)權(quán)威對中國學生尤為關(guān)鍵。因為中國學生經(jīng)常會認為老師講的大部分是對的，或者基本上是對的。即使錯，也會以為自己沒有理解好。
記得有一次我在普林斯頓大學講課，學生在課堂上提出了一個問題，其實我不知道答案，但覺得我能推測出一個。我講了幾句后，學生當場就反駁了我：
“施老師，我覺得這好像不是真正的原因，我覺得你講的不對。”
我當時滿臉通紅，雖然沒有在課堂上承認，但我知道這個問題我的確講錯了。這件事對我個人的觸動很大。
但是我把同樣的回答在清華學生的課堂上再講一遍，下面有很多同學在皺眉思考，他們明明知道我講的這個有問題，但最終還是接受了，還是覺得施老師不會有錯。
其實每個人都會犯錯，包括我現(xiàn)在正演講的內(nèi)容，大家也應(yīng)該進行反思和質(zhì)疑，因為我講的都是我的主觀觀點。你仔細想，世界上沒有絕對的客觀觀點，敢于質(zhì)疑特別重要。
我從小就有個特點——“愛出風頭”。下面我講的這個故事，和我博士期間的導師杰里米·伯格（JeremyBerg）有關(guān)。
杰里米出生于1958年，我去他實驗室做博士的時候他才32歲，是美國比較年輕的終身教授。記得有一次開組會，杰里米走進來，看起來心情很激動，他說：“今天的組會我來講吧！”他平時是輕易不主講的。
他在黑板上畫了一個立體的矩形，中間畫了一個隔板，左邊標注氧氣，右邊標注氮氣，隔板一拉，里面的氣體便開始發(fā)生物化作用。杰里米由此開始推導公式，寫滿了整整一個黑板，最后得出了一個驚人的結(jié)論：熱力學第二定律是錯的！
這非常有可能，你不要小看杰里米。有一次他在開車時，突然想到了吸脂蛋白 （當時美國有很多人都在做這個蛋白的結(jié)構(gòu)，但都沒有做出來）。這個蛋白前面有兩個半胱氨酸（cysteine），中間是三個氨基酸，后面有兩個組氨酸（histi鄄dine），中間是四個氨基酸。他同時想到兩個半胱氨酸參與的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一個β-sheet，兩個組氨酸參與的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一個α-helix。最后他想到這個蛋白應(yīng)該是正四面體的結(jié)構(gòu)，zinc是包在中間的。這個結(jié)構(gòu)預(yù)測得非常精美，是美國科研歷史上一個非常有名的事件，后來過了兩三年大家才用實驗驗證了這個預(yù)測。他是一個天才。
杰里米在黑板上推算的時候，我發(fā)現(xiàn)公式里出現(xiàn)了3處錯誤，都是概念性的錯誤，很難察覺。當時房間里有20多位博士和博士后，大家聽得如癡如醉，我是唯一一個察覺到的。
（未完待續(xù)）
本文根據(jù)施一公院士2014年5月17日在 “基礎(chǔ)學科拔尖學生培養(yǎng)試驗計劃”學生學術(shù)交流會上所作報告錄音整理。整理/胡雨寒 程璽 田姬熔）
來源：新清華 2014-06-27 第1961期
