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意外收获哪里来?


“我国科学家研发出世界首个液态金属‘软体动物’”,“‘液态金属机器人’‘终结者’正向我们招手”……前不久,清华大学医学院与中国科学院理化技术研究所联合研究小组获得的一项科研成果,由国际权威学术期刊披露又经媒体报道后,引发了广泛的关注和热议。

这一科学幻想色彩甚为浓厚的研究,在世界上首次发现了一种异常独特的现象和机制,即液态金属可在吞食少量物质后,以可变形的机器形态作长时间高速运动,实现了无需外部电力的自主运动,从而为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器等奠定了理论和技术基础。这是该研究小组继首次发现电控可变形液态金属基本现象之后的又一突破性发现。

两个极具现实意义的重大突破,“货”真“价”实,“大用”可期,可喜可贺。而此一科学传奇背后的两个意外,则为科学发现的历史增添了生动的案例,饶有趣味,也耐人寻味。

在联合研究小组负责人刘静的叙事中,他们是在做连接断裂神经的研究时,偶然发现了用作连接神经信号传导的液态金属的电控可变形特性,由此促发了对液态金属在电场作用下的运动机制的研究。像这样“跑题”进入未曾有人触及的领域并摘意外之果,正是科学魅力之所在。顺理成章的下一步探求,即是如何让液态金属脱离电场环境也能够有所“作为”。

新的奇迹现身于去年9月的一次实验中。一位年轻的研究人员在清除液态金属表面的氧化物时,没有依从常规使用玻璃棒,而是顺手将桌上的一张铝箔卷成小棒“代劳”。正当铝棒触碰液态金属的瞬间,在未加电场的情况下,那滴原本圆润安闲的镓铟合金,竟然在盛满氢氧化钠溶液的培养皿里不停地跑动起来……对于这个并非国家科研经费资助的项目所带来的意外发现,刘静有此感叹:“科学上偶然和必然总是相伴的,我们确实很幸运,但这离不开此前的积累。”

不错,科学研究中确乎存在某种运气或机遇。一个优秀的科学家能不能发挥他的洞察力和创造性以取得成功,正如射电天文学的创始者之一格罗特?雷伯所言:“需要合适的人在合适的地方和合适的时间做合适的事情。”

纵览科学技术发展的历史,许多重要的突破,实际上都出现在意想不到的情况之下。

例如,电流、X射线、超导电性、青霉素、脉冲星、宇宙微波背景辐射等的发现,预防天花的牛痘接种法、细菌染色的革兰氏法、蛋白质试验中的色氨酸离析法等的发明,以及对电和磁之间的关系、胰岛素与糖尿病之间的关系、减弱病原体免疫法原理等的确认,都是由某种偶然性或意外事件触发而取得,有的甚至还是诺贝尔科学奖量级的重大成果。

然而,意外或偶然之中常常蕴涵着某种必然,在科学研究中并不罕见的“巧遇”,往往是一种“必然的偶然”。换句话说,运气或机遇其实只是科学研究取得成功的一个诱因,能够发现偏离常态或超出预期的情形,并且明白其潜在重要性及意义所在,抑或注意到了其他人可能忽略或觉察不到的某些不寻常的细节,才是至关重要的。

这方面的一个典型例子是电磁关系的确立:1820年,一直在思考热、光、电和磁之间联系的丹麦物理学家汉斯?克里斯蒂安?奥斯特在实验中发现,磁针会在通电的金属导线旁边发生偏转。当他反转电流的方向时,磁针则向相反的方向偏转。奥斯特意识到,是电流产生的磁作用使磁针发生了偏转,他就这样发现了电和磁之间的关系。这为法拉第、亨利等人建立电磁学、发明电磁发电机开辟了道路。奥斯特的这一发现是如此重大,以致有一位观看他实验演示的科学家,当场激动得情不自禁地喊出这样一句话:“先生们,发生政变啦!”

正是在讲述上面这个故事的时候,法国著名微生物学家路易斯?巴斯德道出了那句让后人广为引用的名言:“在观察的领域里,机遇只偏爱那种有准备的头脑。”1928年诺贝尔生理学或医学奖获得者查理?尼克尔则直言:“机遇只垂青那些懂得怎样追求她的人。”

科学就其实质来说是在研究中探寻未知的细微之处,科学发现在本质上是不可预期的。在科学发现史上,由于短视与疏忽、保守与成见,或者没有足够的警觉性、敏锐的观察力,也缺乏深入探究的后劲,常常使得许多研究者生生地放过机遇,与重大发现失之交臂。这样的事例不胜枚举。有道是:头脑准备不足,就看不到伸过来的机遇之手。

意外收获哪里来?

英国著名生理学家W.I.B.贝弗里奇在《科学研究的艺术》一书中,用了两章篇幅论证了科学新发现中机遇和直觉的重要性,特别指出:新知识常常起源于研究过程中某种意外的观察或机遇现象。这一因素在新发现中的重要意义应得到充分的认识,研究人员应该有意识地去利用它……要能解释线索,并认识其可能的重要意义,就需要有不受固定观念束缚的知识,要有想象力、科学鉴赏力以及对一切未经解释的观察现象进行思考的习惯。

贝弗里奇还提出:如何辨别有希望的线索,是研究艺术的精华所在。“留意意外之事”,应该成为研究工作者的座右铭。

从我国研究液态金属的这个刘静团队,我们已然可以看到他们捕捉“意外良机”的本领。热切期待他们今后能够发掘出更多的珍宝,成就“终结者”之梦。

(来源:科技日报  作者:尹传红  编辑:黄浩  更新:2015-05-04  点击:次)
 
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