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第12章 独立思考,习得分析问题和解决问题的能力(1)

法国科学家法伯曾做过著名的”毛毛虫试验“。他把若干条毛毛虫摆放在一个花盆边缘上,使它们首尾相连,围成一整圈。再在花盆周围不到6英寸的地方撒一些毛毛虫最爱吃的松针。然而,由于这些虫子有”相互跟随“的习性.致使它们首尾相接,一个接一个地在花盆沿上蠕动着,谁也不偏离”轨道“。七天七夜之后,这些虫子全部饿死在花盆沿上。

如果毛毛虫中有一只稍微与众不同,敢于打破这种相互跟随的定势,它们就能马上改变整体的命运,告别死亡。人类的”从众心理“也是相当强的,总是习惯于固有的”思维模式“或”行为方式“,因而禁锢了创新能力的发展。如果我们善于打破传统僵化的思维模式和习俗,冲破一些条条框框的束缚,就会摆脱绝境,从而获得从容洒脱的人生。

创新能力的培养,需要养成独立思考的习惯。不能让思维总是跟着老师转,总是随着同学跑。而应该学会自己去理解、去发现。只有通过自己努力理解了的知识和道理,才能成为自己的东西。

刨根问底,认识本质

决定和影响世界格局的都是本质性的东西。在科学的道路上,那些一般性的知识只是用来前进的必经路段,而我们所追逐的目标和获得突破的进步则依赖于更加深入的知识和科学。所以我们不能停留在一般性的知识上面。

·韦勒10岁时,从野外抓来许多小鱼,放在缸里养。一天,有一条小鱼死了。为了弄清原因,韦勒用小刀解剖了小鱼。他惊奇地发现在小鱼的肚子里有一些非常小的白色虫子在蠕动。这些白色的虫子是什么呢?韦勒疑惑不解。正在这时,韦勒的父亲回来了,当时他是某医院的病理学系主任。”这些白色的小虫子是什么东西?是不是小鱼的宝宝呢?“韦勒向父亲求教。”这不是小鱼的宝宝,是寄生虫。“父亲回答道。”寄生虫是一种什么虫子?它是怎么跑到小鱼肚子里去的?是它把小鱼弄死的吗……“韦勒冒出了一连串的问题。父亲耐心地解释说:“寄生虫不仅鱼体内有,在其他动物甚至人体内也有,他们危害着生命的健康,是应该消灭的大敌。”韦勒认真地听着,后来,为了探究生物世界的奥秘,他选择了病原微生物学作为毕生的事业,后来,因研究小儿麻痹症疫苗的成果荣获诺贝尔奖。

·科学家尼耳斯·享利克·戴维·玻尔小时候,有一次,他家自行车的链子坏了,本来也不是个大毛病,不难修理。但尼·玻尔却建议将车拆开,彻底地修一下。大人们都反对,认为只是车链子坏了,有必要把整个车都拆开吗?尼·玻尔是想借着这个机会,看看车的内部结构和各个部件的组合奥妙。他把车拆开,零件堆了一地。在弄明白了各个零件之间的关系后,不仅又把车组装好,而且骑起来非常灵活,几乎像新车一样。

科学总是在不经意间来到我们的身边。在我们的生活中总是充满了许多奇妙的事情,那些天真无邪的人们总会想知道它们“是什么”、“为什么”……在这样对事物本质的追问中,他们的学问增加了。

玛丽亚·戈佩特是继居里夫人之后第二位荣获诺贝尔物理学奖的女科学家。玛丽亚不仅从小就对科学发生了兴趣。一次,家里的一位老佣人在给客人沏茶时,由于岁数大了,端茶杯的手不住地颤抖,洒出了一部分茶水在盘子里。玛丽亚注意到一个奇怪的现象:茶杯在洒出一点水之后,茶杯和盘子之间就像被什么东西粘住了一样。她很好奇,为什么会这样呢?她拿了一套茶杯做起实验来了。她有意洒出一点水在盘子里,并轻轻地晃动杯子,看看茶杯动不动。一连试了好几回,她终于发现了一个秘密:在茶杯和盘子之间洒一点水,茶杯就不会滑动了。有了新的发现小玛丽亚很兴奋,她激动地将这个秘密告诉了父亲:“爸爸,你快告诉我这是为什么?”父亲却没有回答她提出的问题,而是高兴地抱起了玛丽亚,大声地说:“瞧,我们的小玛丽亚有了新的发现……”

科学家克里克说,我相信自己具有一个异常清醒的分析头脑和迅速掌握任何问题本质的能力,这使我在起步晚的情况下也能迅速地达到事业的顶层。不停留于一般性的知识,认识事物本质,是做学问的终极目的。

自古以来,西方人就有一种对世界的本体刨根问底的习惯,他们一心要在各种杂多的意见中寻求统一的智慧。世界的本原是什么?什么是世界的始基?最终极的原因是什么?这是希腊哲人爱提的问题。答案或曰水,或曰火,或曰气,或曰原子。起初只是在感性具体物中兜圈子。可是他们越来越发现,用这些可感事物的物质作本原,无法表达万物的普遍性、统一性、无限性。于是提出了一些抽象词语,用来表示无限的统一的存在本体,比如阿拉克西曼德的“阿派朗”,赫拉克利特的“逻各斯”,巴门尼德更是首次提出了“存在”范畴。这些始基论,后世以“逻辑”一说最流行,并常常以此为代表。

西方一切学说之母胎始于哲学,而对哲学的定义就是智慧的学问。亚里士多德逻辑,欧几里德几何,乃为重智之产物。从英国的经验主义到美国的实用主义,从路德的宗教改革到韦伯的新教资本主义伦理,到穆勒的利己主义都浸透着一种理智精神。西方哲学对人类精神的讨论,也多以理智为结论。可以说,对事物本质的追问是人类的智慧之源。

有新的见解,接受事实的检验

克劳斯·玛·克里津是德国物理学家,因为发现了量子霍尔效应并开发了测定物理常数的技术而荣获1985年诺贝尔物理学奖。

1978年,克里津在测量硅场效应管的一些特性时,发现随着电压的变化,场效应管的霍尔电阻的曲线会出现平台。霍尔效应是美国人霍尔发现的一种电磁效应。霍尔在研究电流在磁场中受力的情况时,发现如果在电流的垂直方向加上磁场,则在同电流与磁场都垂直的方向上就会出现一个电场。应用霍尔效应的霍尔元器件早已被广泛应用了。其实,在克里津之前就曾有人发现过在某些条件下霍尔电阻曲线出现平台,但他们都把它看作是偶然的、不重要的现象而忽略了,没有加以深入研究。而克里津以敏锐的目光注意到这种现象,他不明白其中的原因,因为当时的理论都没有解释过这一现象。

克里津认为可能是由于测试材料中的结构缺陷影响了霍尔效应的测量结果,但他并没有想当然地加以简单推断,而是试图通过精确的实验来说明。为此,他反复地测量了多种不同的样品,并设置了不同的实验条件。由于克里津严格地挑选测试样品,对测量线路进行了有效的屏蔽,谨慎小心地安装样品,排除了各种外界干扰因素,这就使测试结果非常真实可信。大量的测试结果表明,在特定的条件下,多种测试样品都出现了霍尔电阻曲线的平台。这说明霍尔电阻曲线平台不是偶然的现象,而是精确地被固定在某些位置的,它不受材料或器件尺寸等因素的影响,是客观存在的一种规律性现象。

经过长时间的思考,克里津发现在某种条件下,霍尔效应是呈现量子化的!霍尔电阻曲线的平台,正是这种量子化的表现。这是一个非常新颖的思想,人们很难想象量子化的规律会十分准确地在这里起作用,克里津在实验中发现的量子霍尔效应,被同行们认为是“非常令人意外的,它开辟了一个具有极其重要意义的新的研究领域。”

科学和学习的过程不单纯是被动地接受现成的知识。在现实的世界里,那些有价值的东西常常需要我们通过一个全新的视角去发现,我们独辟蹊径的任何一种想法都有可能是成为重大发现的契机。

斯万特·奥古斯特·阿伦尼乌斯是瑞典物理化学家。在他生活的19世纪,科学家们面对着一个难题:当在实验中把电池的两个板极放进溶液时,他们发现电流可以通过溶液。这个问题使许多科学家感到困惑,因为已知的条件是:电流不能通过蒸馏水,也不能通过固体的盐块;但是,把盐块放进蒸馏水中化成盐水,电流却很容易通过;而且,当电流通过盐水时,在电极板上还会出现新的物质。

英国化学家戴维和德国科学家格罗斯特曾试图解释这种现象,但没有成功。后来法拉第也做过这方面的研究,也没有找到满意的答案。许多年过去了,一些化学家和物理学家始终被这个难题困扰,无法解答……

1882年,阿伦尼乌斯向上述难题提出挑战,力求一揽子解决问题,对难题做出完满解答。他下决心攻克溶质溶于溶剂后出现的种种不可解释的难题,选择了研究溶液的导电问题作为博士论文选题。

为了发现溶液导电问题上的规律,必须通过大量的实验和理论思考去解决。乌普萨拉大学实验物理学教授不赞成开展有关这类问题的实验,阿伦尼乌斯不得已到斯德哥尔摩大学去寻求帮助,他获得了斯德哥尔摩大学物理学教授艾伦德的热情支持。

阿伦尼乌斯在斯德哥尔摩做了大量的科学实验。他自己动手设计了一台方便实用的导电仪,然后把自己关在实验室里,将光亮的电极黏接到一个又一个烧杯上,向里面灌各种各样、不同浓度的溶液,然后通电,观察板极四周产生的气泡,观察电流计和电压计上指针的运动,以测定各种溶液的导电率。

日复一日,月复一月,阿伦尼乌斯在实验室里进行着数以千万计的实验,一干就是两年。经过无数次的观察,他得出了结论:即溶液稀释时导电性增加的原因是水。他仔细研究了很稀的溶液在通电后的反应,与浓的溶液相比较,稀溶液表现出的规律要简单得多。

不少化学家早就发现,在溶液中加入水以后,电流就比较容易通过;他们甚至注意到,加多少水与电流增加多少有一定的关系。然而,只有阿伦尼乌斯在反复的观察后,首次发现了电流和溶液浓度之间的奇妙关系。

1883年春天,阿伦尼乌斯认为已经完成了足够的实验,他需要对他所研究的问题进行思考。于是他离开了斯德哥尔摩实验室,回到乡下老家,潜心进行理论思考。有一天晚上,正当他在苦苦思索时,突然,像闪电一样,让许多科学家和他百思不得其解的谜,在他脑子里豁然开朗了。他大叫一声:“只有离子才参加溶液中的化学反应!”

那是1883年5月17日的晚上,他突然产生了这个崭新的法。那天晚上他睡得很晚,直到把整个问题搞清楚了,他才上床睡觉。

在这之前,法拉第认为,离子是由于电流的作用才产生的。他不同意法拉第的这种观点,他的看法正好想反。以盐水为例,他认为盐一溶于水,离子就产生了,并且存在于溶液之中;而正是由于有了这些离子,盐水才能够导电!

盐溶于水之后,氯化钠分子分成了两部分:带负电的氯离子和带正电的钠离子。氯离子和钠离子在盐水中自由自在,可以向四面八方运动,不再是氯化钠分子了。他认为,盐水越稀也就是水加得越多,离子就越多,所以就越容易导电。

但是,氯气是一种黄绿色有毒的气体,如果盐水中有氯离子,为什么盐水是白色的,而且没有毒,这如何解释?再者,钠一遇见水就要发生强烈反应,水像沸腾一样,大量冒气泡,如果盐水中有了钠离子,为什么没有出现这种反应,这又如何解释?

他有了一个大胆的想法:氯离子带有负电荷,因此它的性质不同于氯原子;同样,钠离子带正电,它的性质也不同于钠原子。离子带的电荷改变了原子的性质。这在当时人们还不清楚原子的构造的情况下,是一个非常大胆的提法。新的理论诞生了……

人们常说“真理掌握在少数人的手中”,这说明在一定时期内,那些思维敏感的人往往代表了历史发展的新方向。在科学上也是如此,那些人所共知的内容通常需要新的视野知识来打破,从而为人类的进步提供有价值的参考,所以不为大众所接受的创造性思想观点不一定没有价值,或许它是一个新的开始和思想起点。对科学家来说,自己的见解是他们的灵魂,也用事实去检验它是取得进步的动力。

诺贝尔化学奖得主、英国化学家约翰·沃卡普·康福思16岁时,考入了澳大利亚悉尼大学。这时,康福思由于耳疾几乎听不见教师的讲课了,只能从各种杂志和手册中学习。而阅读文献帮助他成为了一名科学家,因为这些文献向他揭示了我们必须学习的知识所依据的证据,而其中有些证据是正确的,他认识到,科学是一个不断发现和修正错误的连续过程。

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