科学的发展，是必然还是偶然？

　　近日，清华大学新雅书院院长梅赐琪在新雅书院2024级新生开学典礼上的讲话，引起不少师生、家长的热议。

　　在题为“在寻求规律中相信偶然的力量”的讲话中，他告诉新生：“按照你们过去成功经验的延续，你们或者已经想到的是如何通过精准的计划、努力的精神，加上已经被证明过的天赋，迅速地进入到创新的轨道之中。那么先让我给大家泼一盆冷水。人类知识创新的两个特征可能会使得那些看似完美的个人计划遭遇挫折。”

　　规律，即是必然性。今天我们该如何看待、理解创新中必然与偶然之间的关系呢？

　　阴差阳错的“馈赠”

　　大家可能听过这么一个故事：一个叫牛顿的青年坐在树下小憩，突然一个苹果落了下来，正好砸在他的头上。于是追问出现：是什么拉住它下落？万有引力定律由此发现。

　　这当然是一个充满浪漫色彩的故事，算不得“真”。回顾科技史发展，很多科学发现都源于某种程度上的“意外”——

　　青霉素的发明是因为英国科学家弗莱明着急出门旅游，忘记了培养皿中的细菌；中国科学院院士黄鸣龙改进了基斯内尔-沃尔夫-黄鸣龙还原反应，是因为帮忙照看实验的同事没有注意到木塞的脱落……这些由“意外”得来的成果声名赫赫，改变了人类生活，还有不少科学家借“意外”诞生的成果荣获诺贝尔奖。

　　“意外”给科学带来了无限的惊喜。来自西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心的研究亦是如此——实验中的一次意外，成为团队的“临门一脚”，神奇地突破了阴离子交换膜电解水制氢的催化剂难题。

　　2022年4月，彼时在中心做博士后的李志恒，在一次利用浸泡法制备镍铁基氧气析出反应催化剂时，不小心把乙醇（酒精）当作去离子水使用，结果发现在泡沫镍上长出来的催化剂，氧气析出反应性能居然非常不错。

　　他们把样品拿到电镜下，发现这种催化剂如同花朵一样层层叠叠。中国科学院院士、西湖大学讲席教授、人工光合作用与太阳能燃料中心主任孙立成当时就给它取名为“绣球花”，凭借经验判断这种层叠结构很可能有不错的催化稳定性。

　　意外促成了进一步研究的突破口。如今在实验室，这款来自意外的新型催化材料在碱性水中，表面源源不断地产生气泡。从2022年5月份开始一直运行到今年8月份，它已经在安培级电流密度下稳定工作了19000小时，至今还未出现衰退的迹象。其催化效率和稳定性远优于现已报道的催化剂。

　　看似偶然的自然而然

　　看似是一场实验中的偶然，让人类离高效制造绿色氢气更近一步。但这背后离不开实验室长期的探索所带来的准确经验判断和敏锐的直觉，这在冥冥之中又是一场必然的成功。

　　就像孙立成说，道法自然。科学研究的“道”，就是“自然而然”。

　　在偶然中寻找新的坐标。这个夏天，相信很多人坐在电视机前为中国健儿在巴黎奥运会上的优异表现加油呐喊。男子运动攀岩速度赛决赛让梅赐琪印象深刻——中国选手伍鹏以0.02秒之差获得银牌。“如果伍鹏某一个手指或者脚趾再用力一些，结果就应该有很大的不同。”他说，对于每一次特殊的事件而言，决定结果的更可能是无法穷尽的偶然因素。这一点对于知识创新来说，同样适用。

　　科学的目标是探寻自然界的规律，试错是探索的重要途径之一——试错，本身就是在无穷路径中寻找一种偶然的通路。在科学探索的历程中，有着许多为人熟知或不为人熟知的试错细节，如果没有爱因斯坦为反对量子力学而抛出 “EPR佯谬”，后人不会接二连三地进行试验，进而揭开量子纠缠的面纱，开辟量子力学研究的新领域。面对未知的世界，我们不可能总是迈出正确的脚步。发现并剔除一种错误的可能，就是离真理更进一步。

　　中国科学院院士周光召曾指出，通常在科研探索过程中要出现多次的失败，但在失败中可能发生偶然出现的现象，其中包含启发新思想的萌芽。只有不怕失败，观察敏锐的人才能在单调重复的试探中注意到新的现象或思想的萌芽，并将其发展下去。

　　从这个角度看，人类探索未知的历程也是踩着偶然向上攀登的历程。

　　换个角度说，科学研究同样是在必然中留给有准备的人。“天才是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感。”这句来自美国发明家爱迪生的名言，在小学教育时便为我们所熟知——为了发明灯泡，爱迪生尝试了6000多种材料，7000多次实验，终于如愿以偿找到能坚持45个小时之久的灯丝材料。

　　科学发展是人类追求的一个长期目标，就像建筑需要地基一样，任何创新都来自人类知识的长期积累。有一些科学实验或科研项目难以在短期内完成，例如人类寿命研究、地壳变动情况勘查、太阳表面变化观察等，有可能需要几十年甚至几个世纪的时间。特别是对太阳黑子的研究，持续了近四百年之久。如此漫长的实验其过程受到各种外在条件和因素的挑战，尽管如此，一代又一代的科学家凭借熊熊燃烧的热情和坚韧不拔的毅力，将科学实验的成果传承了下去。

　　牛顿说：“如果我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。”从这一点来看，无论哪一个科学成果在明天迸发出璀璨的光芒，都不令人意外。

　　历史已经证明，科学发现的时机一旦成熟，发现就成为必然；至于由哪一位科学家发现则是偶然的。

　　换一副“眼镜”看问题

　　今天，正处于科学爆炸的重要节点。我们需要充分认识创新的偶然性和必然性，特别是正视产生重大科学发现的困难。

　　中国工程院院士、温州医科大学校长李校堃团队牵头完成的“生长因子FGFs 调控糖脂代谢新功能与新机制”项目获2023年度国家自然科学奖二等奖，而研究的最初起源，就来自李校堃院士自己意外摔伤之后“以身试药”的经历。神奇的药效，让他坚定了加速研制新药的决心。

　　获奖的研究同样始于一次临床发现。2010年左右，团队在开展生长因子对糖尿病足研究时，发现了生长因子对血糖变化有影响。这一发现激发了团队的好奇心。如今糖尿病模型采用FGF药物，中枢或鼻腔一次用药，机体的血糖稳定状态能保持4个月以上。药物作用的长效性，可以大大提升患者生命的质量。

　　在科学研究的必然中寻找偶然的机会，在偶然的机会到达时坚定抓住它的必然之处。回望科学史，伟大科学往往不是按照常规计划，在可预见结果的情况下进行实验和逻辑推理就能得到的——在X光衍射的发现中，物理学与生命科学及材料学产生了碰撞；在计算机的发明中，数学和计算擦出了火花……

　　包袱少，失败后不怕人笑话，对新事物非常敏感，有强烈的好奇心，不受原有思想方式和原有理论的束缚，敢想敢干。这是25年前，周光召曾总结有创新力的科学家必备的素质之一。放诸今天同样适用。

　　在接受记者专访时，梅赐琪也认为，对于所有的创新来说，偶然性都是绝对的，必然性都是相对的。从定义出发，创新应该是“不可预见的”；能被预见的“必然”应该不能被叫做创新，或者起码不会是大的创新。大的创新不容易发生也是因为这个偶然性的绝对存在。

　　需要强调的是，科学发现的偶然性不完全是客观存在。之所以觉得偶然，一方面因为没有关注到这个问题上来，所以就觉得稀奇，就像我们去别的地方旅游，总觉得各种“想不到”，但实际上这些“想不到”都是别人的习以为常；另一方面是因为“眼镜的颜色”的限制，一个人长期带着红色的眼镜看东西，看什么都是红色的，如果有一天突然摘掉眼镜，看到世界的真实面貌反而会觉得偶然，而且不敢相信。

　　“所以从这个角度出发，强调创新的偶然性并不是讲创新完全只能‘靠天吃饭’，等待‘偶然’的恩赐。如果可以经常的多向四周看看，可以经常主动地意识到自己的‘眼镜的颜色’并且敢于换一副眼镜看问题，也许就有更多创新的机会。”他说。