科學(xué)創(chuàng)新的發(fā)生機(jī)制探討

汪　寅

在科學(xué)發(fā)展的歷史長河中存在著無數(shù)科學(xué)創(chuàng)新的鮮活案例?？茖W(xué)創(chuàng)新有沒有具體的發(fā)生機(jī)制，有無規(guī)律可循?筆者結(jié)合科技史中有關(guān)史實來探論科學(xué)創(chuàng)新的發(fā)生機(jī)制。按照科學(xué)創(chuàng)新孕育與產(chǎn)生的途徑可將創(chuàng)新的發(fā)生機(jī)制分為以下幾種類型。

一、靈感直覺型

靈感直覺型原始創(chuàng)新是指在科學(xué)研究中，借助于靈感與直覺的啟示，尋找到解決問題的癥結(jié)，從而孕育出原創(chuàng)性思想的機(jī)制與方法。靈感是認(rèn)識主體在偶然受到外來某種信息的刺激而突然產(chǎn)生的隨機(jī)過程，它常常在不經(jīng)意間突然而至。伴隨它的往往是被稱為“直覺”的特殊心理體驗和心理過程，使認(rèn)識主體的創(chuàng)造力突然之間超水平發(fā)揮，一下子使感性認(rèn)識升華為理性認(rèn)識，從模糊感覺轉(zhuǎn)化成清晰認(rèn)知，從而頓悟出事物的本質(zhì)，獲得具有獨(dú)創(chuàng)性的認(rèn)識成果。

靈感往往是在創(chuàng)新主體對問題苦苦思索時發(fā)生的。對科學(xué)問題的長久沉思，對解決問題的熱切渴望，加上一定的知識積累是產(chǎn)生靈感的重要前提。美國著名的發(fā)明家愛迪生有一句名言：“發(fā)明是百分之一的靈感加上百分之九十九的汗水?！笨梢姡`感是長期積累、探索的結(jié)果。通過研究科學(xué)史中的原始創(chuàng)新案例，筆者總結(jié)了靈感觸發(fā)的幾種情況：

1夢境啟發(fā)

在科學(xué)研究過程中，借助于夢境的啟發(fā)產(chǎn)生靈感的事例最著名的就是凱庫勒的苯環(huán)結(jié)構(gòu)猜想。凱庫勒在夢中看到蛇咬住自己的尾巴形成了一個環(huán)形，醒來后他頭腦中閃現(xiàn)了一個念頭：苯的碳原子結(jié)構(gòu)會不會是環(huán)狀的?夢境的啟發(fā)使他做出化學(xué)直覺判斷，導(dǎo)致了有機(jī)化學(xué)方面的重大發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)代腦科學(xué)的研究表明，腦電波存在一種被稱為“西托”的狀態(tài)。美國的格林博士認(rèn)為，一個人身心進(jìn)入似睡似醒狀態(tài)時，腦電圖顯示出一系列長長的、頻率為4～8周的電波，科學(xué)家稱這種狀態(tài)為“西托”，而在西托狀態(tài)中做夢常常會迸發(fā)出創(chuàng)造性靈感。這種“西托”式的夢境，只有在思考的問題焦點(diǎn)明朗，思索緊張，以至達(dá)到寢食不安的程度才易于出現(xiàn)。

2偶然事件的激發(fā)

當(dāng)創(chuàng)新主體對研究的問題處于百思不得其解的困惑狀態(tài)時，外界的偶然事件往往能起到激發(fā)靈感的作用。牛頓的萬有引力思想、阿基米德的浮力定律思想的靈感都源于一些偶然事件。偶然事件在普通人眼中沒有什么特別，但卻恰恰觸發(fā)了創(chuàng)新主體苦苦尋覓的解題線索，從而激發(fā)了靈感。當(dāng)然，偶然事件是一種機(jī)遇，可遇而不可求，靈感激發(fā)的關(guān)鍵還在于對問題的長期思考。

3情境轉(zhuǎn)移

靈感的觸發(fā)除了艱苦的勞動外，還需要一定的激發(fā)條件。靈感通常是在緊張思考活動之后轉(zhuǎn)入某種精神松弛狀態(tài)時出現(xiàn)的。即做到“一張一弛”，緊張之余適當(dāng)放松調(diào)整有助于靈感的產(chǎn)生。長久思考一個問題而不得其解時，利用各種方式轉(zhuǎn)換情境，制造寧靜愉悅的心境。

二、哲學(xué)助產(chǎn)型

哲學(xué)助產(chǎn)型原始創(chuàng)新是指在科學(xué)研究中，借助于哲學(xué)的洞察力與批判力，發(fā)現(xiàn)原有理論的缺陷與不足，通過修正、完善、重構(gòu)等方式獲得原創(chuàng)性思想的機(jī)制與方法。偉大科學(xué)家在做出重大科學(xué)原創(chuàng)的過程中，往往從先哲富有哲理的思想中得到過深刻的啟迪。日本著名物理學(xué)家湯川秀樹認(rèn)為，中國先哲老子和莊子對自己物理思想的形成有著深刻的影響。愛因斯坦承認(rèn)自己的相對論思想受益于馬赫哲學(xué)。

哲學(xué)助產(chǎn)作用更多地表現(xiàn)在理論研究之中，例如理論物理學(xué)與數(shù)學(xué)領(lǐng)域之中，這與哲學(xué)學(xué)科的抽象思辨性特點(diǎn)相關(guān)。具體來說，哲學(xué)對原始創(chuàng)新的啟示主要表現(xiàn)在兩個方面：

1以徹底的哲學(xué)批判精神反思科學(xué)理論的缺陷

在某個特定的研究領(lǐng)域中，對科學(xué)權(quán)威或已經(jīng)得到普遍認(rèn)可的理論或方法提出質(zhì)疑，對理論的前提、公理性假設(shè)及其相關(guān)背景知識進(jìn)行批判性反思，發(fā)現(xiàn)其中的缺陷和問題，從而對該理論進(jìn)行補(bǔ)充、完善，甚至是徹底的決裂，最終形成新的理論或方法。以納什在博弈論中的原始創(chuàng)新為例。博弈論是由數(shù)學(xué)家馮·諾依曼創(chuàng)立的一個新的數(shù)學(xué)分支，他和莫根·施耐恩合作的《博弈論和經(jīng)濟(jì)行為》是博弈論的經(jīng)典著作。納什在研究中發(fā)現(xiàn)，這一著名理論中存在兩大缺陷：一是這一理論并不能成功解決重大的經(jīng)濟(jì)學(xué)問題，與馮·諾依曼之前提出的極大極小定理相比，也沒有新的突破。二來該理論最完善的部分是兩人零和博弈，而這種完全沖突的博弈在現(xiàn)實世界中沒有太大的用途。經(jīng)過幾年以后，運(yùn)用相關(guān)的數(shù)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，納什發(fā)表了著名的均衡定理。均衡定理可以看成馮·諾依曼定理的一種擴(kuò)散，但同時也是一種徹底的決裂，它引入了合作博弈和不合作博弈的區(qū)別。納什將這一理論擴(kuò)展到牽涉各種合作和競爭的博弈，成功將博弈論應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)學(xué)、政治學(xué)、社會學(xué)乃至進(jìn)化生物學(xué)中。

2以堅定的哲學(xué)信念從事科學(xué)研究

哲學(xué)信念是科學(xué)家從事科學(xué)研究的精神伴侶?？茖W(xué)研究活動與其他人類文化活動一樣，是需要以一些信念作為自己的前提和基礎(chǔ)的。這些信念是科學(xué)研究的先決條件，它們構(gòu)成了指導(dǎo)科學(xué)探索的總的世界觀或哲學(xué)背景。客觀世界的存在性與世界的可知性是自然科學(xué)家的基本哲學(xué)理念。正如愛因斯坦所說：“相信有一個離開主體而獨(dú)立的外在世界，是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)?！笨茖W(xué)家必須堅信世界的可知性，相信通過科學(xué)實踐可以逐步認(rèn)識自然界。這些基本的哲學(xué)信念是唯物論與辯證法的反映。在具體的科學(xué)研究中，科學(xué)家總是依據(jù)特定的哲學(xué)信念從事工作。貝塔朗菲的一般系統(tǒng)論來源于20世紀(jì)20年代的機(jī)體論。在1924～1928年，他多次發(fā)表文章，主張要把有機(jī)體當(dāng)成一個整體或系統(tǒng)來考慮。他從哲學(xué)先驅(qū)那里汲取了許多思想，把協(xié)調(diào)、秩序、目的性等許多概念用于有機(jī)體，為形成一般系統(tǒng)論奠定了基礎(chǔ)。

三、科學(xué)臻美型

科學(xué)臻美是指在科學(xué)研究中，把對美的追求放在思維首位，通過對科學(xué)對象進(jìn)行加工、修改及重構(gòu)以達(dá)到使科學(xué)對象趨于完美的一種思想或方法。哥白尼說過：“在哺育人的天賦才智的多種多樣的科學(xué)和藝術(shù)中，我認(rèn)為首先應(yīng)該用全部精力來研究那些與最美事物有關(guān)的東西?！笨茖W(xué)美與原始創(chuàng)新之間密切相關(guān)。

科學(xué)的一系列重要活動，包括科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)原理的建立、科學(xué)理論的評價，都表現(xiàn)為一種審美活動。愛因斯坦狹義相對論、廣義相對論的建立得益于從自然界蘊(yùn)涵的崇高莊嚴(yán)和令人敬畏的秩序美、和諧美中的啟示。愛因斯坦提出了理論評價的內(nèi)部層次與外部層次。內(nèi)部層次的評價判斷依據(jù)是理論內(nèi)在的概念結(jié)構(gòu)，就是有關(guān)理論的“自然性”或簡單性；外部層次的評價判斷依據(jù)的是該理論與經(jīng)驗數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。對科學(xué)理論“自然性”的追求實際上源于對自然美的追求。它包含對世界的秩序性、規(guī)律性、和諧性與統(tǒng)一性的理解，是科學(xué)審美精神的本質(zhì)體現(xiàn)。由此可見，愛因斯坦的理論評價的內(nèi)部層次

實際上是一種審美標(biāo)準(zhǔn)。

科學(xué)臻美遵循其自身的邏輯規(guī)則：審美邏輯。審美邏輯研究意象思維形式及其規(guī)律。我們知道，概念是形式邏輯的“細(xì)胞”，推理是形式邏輯核心問題。審美邏輯與形式邏輯不同，想象是審美邏輯的“細(xì)胞”，想象和直覺的矛盾運(yùn)動，以及在此基礎(chǔ)上形成的審美判斷、審美推理，構(gòu)成了審美邏輯的主線。審美邏輯的推理結(jié)構(gòu)可以用圖1表示。在圖中，橫軸t表示時間，縱軸L表示理性高度。其中1、2、3、4……表示隨著時間推移想象發(fā)生的飲數(shù)。各次數(shù)之間彼此間隔是不等距的，有大有小，表示在創(chuàng)造中有想象頻繁集中的時刻，也有想象沉寂進(jìn)行孕育的時刻。同次數(shù)相對應(yīng)的虛線，表示否定型直覺。直覺高潮是BC，它是一個肯定型直覺，用實線表示，亦即靈感產(chǎn)生之處。AB斜邊表示推理，由低向高不斷上升構(gòu)成了思維的運(yùn)動。

四、交叉創(chuàng)造型

當(dāng)代科學(xué)發(fā)展呈現(xiàn)出高度分化與高度融合的雙重特點(diǎn)。一大批新興交叉學(xué)科興起，很多原始創(chuàng)新都是從學(xué)科之間的邊緣地帶產(chǎn)生出來的。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在已有交叉學(xué)科數(shù)目超過兩千多門。如分子生物學(xué)是物理學(xué)與生物學(xué)的交叉研究。從學(xué)科交叉中孕育新思想、新問題是科學(xué)原創(chuàng)產(chǎn)生的一個重要途徑。

學(xué)科交叉是學(xué)術(shù)思想的交融，是系統(tǒng)辯證思維的體現(xiàn)。自然界現(xiàn)象復(fù)雜多樣，僅從一種視角研究事物，往往具有很大的局限性，難以揭示其本質(zhì)。因此，采取學(xué)科交叉的方式進(jìn)行跨學(xué)科研究有利于形成正確完整的認(rèn)識。著名物理學(xué)家海森伯認(rèn)為，在人類思想史上“重大成果的發(fā)現(xiàn)常常發(fā)生在兩條不同的思維路線的交叉點(diǎn)上”。1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)就是化學(xué)家鮑林，生物學(xué)家沃森和物理學(xué)家克里克、富蘭克林、威爾金斯等合作的結(jié)果。這表明在學(xué)科、理論之間發(fā)生相互作用、相互滲透形成了新的科學(xué)生長點(diǎn)。

解恩澤教授總結(jié)了交叉科學(xué)的形成機(jī)制：單向移植、雙科交融、多元綜合、側(cè)面斷析等多種形式。移植是交叉產(chǎn)生和發(fā)展的一個有效途徑。移植就是將既有的科學(xué)理論方法或手段運(yùn)用于正在探索的課題中去，從而有所創(chuàng)新。貝弗里奇認(rèn)為，把一門學(xué)科的概念擴(kuò)散移植到另一領(lǐng)域，也許是科學(xué)研究中最有效、最簡便的方法。各學(xué)科之間通過形成機(jī)制與方法孕育出新興的交叉科學(xué)，為原始創(chuàng)新開辟了新的方向與思路。