原來當年這隻玩具貓的主人為了掩人耳目,怕貓的金身暴露,便用黑漆將玩具貓漆了一遍。傑克後悔不已,問湯姆是怎麼知道的。湯姆笑道:“你要科學地看待問題。你應該注意到這樣一個細節:不值錢的黑鐵鑄的貓身會用綠寶石做貓眼——這意味著什麼?”
現實生活中,細節無處不在,隻有用科學的眼光去發現,去捕捉,才能挖掘出它的巨大價值。
捧讀科學史籍,重溫大師們攻關奪隘的經曆,總有一些細節忽隱忽現,盡管它們細小到如螢光一閃,甚至忽略不計,但卻逃不過大師們的眼睛。
那還是20世紀60年代,美國科學家克萊爾·佩特遜正在洛杉磯研究岩石中鉛的同位素。鉛的半衰期是一定的,了解了鉛的同位素之間的比例,便可以計算出地球的年齡。為了研究這個課題,需要用十分純淨的試劑作為樣本。但是,說來奇怪,盡管他反複提純,總是得不到純淨的試劑,試劑中總是存有微量的鉛。
佩特遜發現了這個細節。他在想:自己的燒杯沒有洗幹淨,或者是自己操作時有了疏忽?佩特遜反複地進行實驗,更加細心地操作。但是,結果還是一樣,樣品中總有一些鉛的成分。佩特遜決心把這個問題弄清楚。問題常常是發現的開端,是創造的種子,揭開了問題的原因,就是一種科學發現。
毛病出在哪裏呢?
他懷疑蒸餾水不太潔淨。然而,經測試,蒸餾水是純淨的。他又測試空氣是否潔淨,結果發現空氣中有鉛的汙染,空氣中的鉛汙染又造成了樣品的鉛汙染。為了驗證自己的想法,也為了獲得純淨的樣品,他搞了一個超淨實驗室,這就是說,進入實驗室的空氣也是經過淨化的。結果,在超淨實驗室中生產的試劑達到了要求,沒有了鉛汙染。這真是“有心栽花花不開,無意插柳柳成蔭”。佩特遜在研究鉛的同位素問題時,無意間發現了空氣中存在鉛元素,它造成了嚴重的鉛汙染。
佩特遜由此步入了鉛汙染研究領域。後來,他條分縷析地提出了鉛對生態有什麼影響、這種影響是自然的還是人為的、鉛汙染經曆了怎樣的曆史演變等一係列經典課題……從空氣到海洋,從古代到現代,從生態到曆史,再到人體健康,最後佩特遜把鉛汙染的相關問題搞得清清楚楚。
無獨有偶,美國昆蟲學家卡拉漢教授也是從一些細節問題入手,開始研究“飛蛾撲火”的秘密的。
“飛蛾撲火”是一個成語。它的意思是指弱小的東西自不量力,自討苦吃,甚至自取滅亡。人們注意到了飛蛾投火的現象,但是,恐怕很少有人會去思考飛蛾為什麼投火。是自殺嗎?表麵上是自殺,但是,它為什麼要投火自殺?自然狀態下的生命不會有意地自殺。飛蛾投火的原因何在呢?卡拉漢教授為了回答這個問題,進行了長期的跟蹤研究。最後他敏銳地抓住了幾個細節問題:
小小的飛蛾何以要自己找死呢?為什麼有許多種類的飛蛾會衝入燭光中去呢?火焰的色調與蠟燭相似的燃燒著的一塊木材就並不會對飛蛾有這樣的吸引力,要不,飛蛾為什麼不飛進野營者的營火裏去呢?要是對飛蛾誘惑力最大的是可見光,那麼營火和燭光應該具有相同的吸引力……也許這棕色的小飛蛾是對這閃閃燭光情有獨鍾!若是果真如此,那麼這灼熱的燭焰中,除了可見光之外,必定還有其他東西。
他進一步想到,火焰發出的光譜中,有可見光,也有不可見光。紫外波段和紅外波段的光對人眼來說,都是不可見的,由此,他想到了不可見光有可能是引起飛蛾投火的一個重要原因。
不可見光中,有紫外線,有紅外線,是哪一種不可見光吸引了昆蟲呢?他推測,吸引昆蟲的是紅外線。
推測和判斷都是尋求真理的必要的步驟,但是,並不是科學的結論。一切推測和判斷都必須接受檢驗。他想,如果是紅外線吸引了昆蟲,隻要有紅外光源,就可能吸引大量的昆蟲。
為了驗證這種想法,他用一隻6瓦的黑光燈放在濾光器裏,用濾光器過濾掉所有可見光和紫外線,隻讓紅外線光通過。濾光器的外邊是一個捕蟲器。他把這隻特殊的燈放在一間黑屋子裏,每天晚上放100隻蛾子,5天中一共放了500隻蛾子。結果,到周末,共有約70%的蛾子進入了捕蟲器。
這個實驗自然是具備一定說服力的。但是,隻憑一種實驗下結論,還不可靠,也可能是巧合。為了進一步驗證,他又用綠光燈作實驗。這種綠光燈也發射紅外線,這次用另一種蛾——穀蛾作實驗,結果,約80%的蛾子進入了捕蟲器。
卡拉漢又想到,最能引起飛蛾投火的又為什麼是蠟燭火呢?
他了解到,蠟燭中有一種叫蜂蠟的成分,這是一種昆蟲也具有的物質。他想象,蜂蠟在燃燒時會揮發,它能被昆蟲的觸須所接收。也許是這種物質引起了蛾子性的激情,它們誤解為異性在這裏,於是便不顧一切地衝向燭火。
這種大膽的猜測還是需要證明。他在實驗中發現,進入紅外線燈的蛾子都是清一色的雄蛾,而且,單純用紅外線燈引誘雄蛾的成功率是70%。但是,如果在紅外線燈中放進兩隻雌蛾的話,誘捕雄蟲的成功率便可達到80%。
卡拉漢由此想到,對於生物來說,最大的需要是食和色,它們最大的本能就是生存和繁殖。根據以上種種實驗,他推斷,昆蟲可能是為了求偶的原因而撲向火焰的。燭光像是一個微波發射源,它發出的波被昆蟲的觸角所接收,這對昆蟲來說,好像聞到了雌性昆蟲的信息。因為昆蟲是用一種電磁波的方式去嗅氣味的。紅外光的波長,激發了雄昆蟲的性興奮,使它們不顧一切地撲向似乎存在雌蛾而實際上並不存在雌蛾的燭火中去。
由現象到本質,由猜測到證實,由原因到機理,卡拉漢一步一步地找出了問題的答案,一層一層地將深層的原因揭開,出色地回答了這個人們司空見慣的問題,而這一切都是從對幾個細節問題的關注而開始的。
人們總是很尊敬作出科學發現的人。其實,要從事科學研究或科學發現,說難也不難,說容易也不是很容易。真理常常就在你的身邊,從你身邊擦肩而過。你能不能有所發現,這要看你有沒有一雙敏銳的眼睛。因為,一切科學奧秘,必有與其相聯係的現象。正如牛頓所說:“上帝把真理藏了起來,但卻故意留下一些蛛絲馬跡。”這些蛛絲馬跡往往演變成一些細節因素,從人的眼前一閃而過。抓住抓不住,全看你的敏銳性、觀察力及科學意識。
細節之所以稱為細節,是因為它往往不是一個主體因素,有時它是一個意外、一個偶然,如佩特遜發現鉛汙染。當時,佩特遜的主攻方向是運用鉛的同位素測定地球的年齡。這個時候,“鉛汙染”叩門而來。
要想抓住細節有很大的難度。關鍵看你的鼻子?嗅覺靈不靈?眼光毒不毒?大腦的科學細胞發達不發達?飛蛾投火早被人發現了,我們的祖先甚至把這種現象收入成語裏,並從中悟到了一定的哲理,但卻沒有人從中發現具有張力的科學。卡拉漢教授卻獨具慧眼,一下子抓住了幾個微不足道的問題,於是,一項科學發現問世了。
發現細節,表麵上靠的是敏銳的觀察力,本質上卻是科學視野與科學素養的差別。當年,謝皮羅教授在放洗澡水時,發現水的旋渦總是呈逆時針方向旋轉。發現這個細節的恐怕不止他一人,但揭示其中科學奧秘的卻隻有他自己。為什麼?就是因為他自身具有良好的科學素養起著支撐作用。
發現細節的人,是細心的人;發現科學細節的人,必定是一個具有科學頭腦的人。
不要忽略偶然的事情
留住偶然,就是喚醒自己。機遇隻會降臨到有準備的人頭上。偶然性不管在何時何地,以何種方式而來,隻能在富有科學和求索精神的人那裏才會落地生根。有科學頭腦的人,不僅善於抓住偶然,而且還會創造一個偶然出來。
原一平剛踏入保險推銷行業時,經朋友介紹,認識了一個準客戶。但是他除了知道那個人是某工廠的總經理之外,對其他的情況全然不知。
從此,原一平開始連續地登門拜訪,但每次都被一位老人擋在門外。他每次都會告訴原一平說,總經理還沒有回來,要不就是總經理去開會了。總之,原一平每一次都是興致勃勃地去,但始終無功而返。
但原一平始終沒有放棄,有時天還沒亮他就出發,有時即使是深夜他也去,但一直是徒勞的。漸漸地,他逐漸了解到那位總經理的情況,他才領悟:原來他一直苦苦尋找的總經理就是那位老人。那時,他已經光顧了71次了。
可見,忽略偶然,很有可能使成功之路受阻。
太陽每天從東方升起,從西邊落下,是常識和規律。一隻小鳥突然破窗而入,叫做偶然。規律性的東西,會一次又一次地再現;偶然性的東西,很可能出現一次以後,不會重複第二次。因此,在科學研究與科學發現中,科學家格外珍視偶然性的出現。因為偶然曾經不止一次地給人類帶來豐厚的饋贈。
世界上幾乎每位男士都要刮臉。但在一個世紀以前,刮臉都是用剃刀。
1895年的一天早晨,美國威斯康星州的吉列先生用一把又舊又鈍的剃刀刮臉,不小心把臉刮破了。
這種失誤對當時常用這種剃刀刮臉的人來說司空見慣,但吉列卻因此動起了腦筋。他想,不妨試試設計一個新的剃刀架,以便用起來既鋒利又安全。
8年之後,吉列與一位工程師合作,成功地生產出世界上第一把安全剃須刀和刀片。
世上無人不做夢。對每個人來說,一生都很難做兩次完全相同的夢。因此,每次的夢境都是一個偶然。
一天,德國化學家凱庫勒在夢中恍惚看到什麼東西在旋轉著,越轉越快,後來變成一條彎曲的蛇,在轉動中,蛇最後用嘴咬住自己的尾巴……這珍貴的一刹那夢境,給凱庫勒帶來了啟示:苯分子用一個六角形環狀結構來表示不是很好嗎?從此,苯分子C6H6有了一種固定的權威性的表述方法。
顯而易見,以上兩例,都是偶然性的精彩表現。偶然性不期而遇,孕育了發現、發明,是因為吉列、凱庫勒把偶然性留住的緣故。
把偶然性留住,並非一件容易的事情。偶然性的出現,往往並無先兆,它往往以一種突然的不速之客的身份突然而來,讓你猝不及防。
“珍妮紡織機”的發明就是這種情況。
詹姆斯·哈格裏沃斯是一個普通工人。他既能織布,又會做木工活。他的妻子是一個善良的紡織能手,但由於紡織工具的限製,她一天忙到晚,紡紗並不多。一天,詹姆斯·哈格裏沃斯不小心碰翻了家裏的紡車,他看到原來水平放置的紡錘變成了垂直豎立,仍在不停地轉動。詹姆斯看到了這個偶然現象,難能可貴的是他在此時此刻展開了聯想:既然紡錘豎立時仍能轉動,要是並排使用幾個豎立的紡錘,不就可以同時紡出好幾根紗了嗎?
詹姆斯·哈格裏沃斯說幹就幹,終於試製成裝有8個紡錘的新式紡織機,並命名為“珍妮紡織機”。這項發明比舊紡織機提高了幾十倍的效率,被恩格斯稱為“使英國工人的狀況發生根本變化的第一個發明”。
由此可見,能夠見機行事是留住偶然的一大訣竅。
發現與發明是一項極其複雜的係統工程。在偶然性叩門之後,見機行事有時候僅僅是一個開始,就向一個登門的貴客打了一聲招呼一樣,要想讓貴客留下來,還要做大量複雜的工作。魏格納提出大陸漂移學說充分地證明了這一點。
魏格納是一位德國氣象學家。1910年的一天,他去醫院看病。在醫院的候診室裏,他一邊看牆壁上的地圖一邊等待治牙病。看著看著,魏格納被地圖上一個非常有趣的現象吸引住了:大西洋兩岸的輪廓竟是如此相對應;巴西東端的突出部分與非洲的幾內亞灣,就像一張紙剪開來那樣吻合;再仔細看下去,幾乎巴西海岸的每一個突出部分,都可以在非洲西岸找到相對應的海灣……這時,他腦子裏掠過一個驚人的念頭:是不是非洲與美洲大陸曾經是連在一起的?魏格納知道,回答這個問題需要超出氣象學的知識。從此,他決心把這個問題搞清楚,開始向一個陌生領域進軍。
魏格納考察了大西洋兩岸的山係和地層,發現在它們之間處處都能連接起來:非洲南端的開普敦山脈可以與南美的布宜諾斯艾利斯山連接;非洲高原和巴西高原的岩石一致;歐洲的煤層可以延續到北美洲;挪威和蘇格蘭的山係又恰好與北大西洋對岸的嗬巴拉契亞山係北端銜接……此外,印度與馬達加斯加島、非洲之間的地層構造,南極洲與澳大利亞之間的地層構造,都可以找出對應關係。
在這個問題上,達爾文還幫了大忙。達爾文的考察證明,遠隔重洋的大西洋兩岸,有許多生物之間存在著親緣關係。比如,有一種蝸牛,既發現於德國和英國,也分布於北美洲,而這種行動遲緩的動物,是不具備跨越大西洋的本領的;同樣,在南美、非洲和澳大利亞都生活著一種淡水性肺魚。更為有力的證明是在這些大陸上還有許多的同類動物的化石。
魏格納吸收了地質學和古生物學的知識,又參加了格陵蘭探索。他多方查證,獲得了多方麵的證據之後,認為地殼的矽鋁層是漂浮於矽鎂層之上的,並得出全世界的大陸在古生代石炭紀以前,是一個統一的整體,即原始大陸,在它周圍是遼闊的海洋。後來,特別是中生代末期,這個原始大陸在天體引潮力和地球自轉所產生的離心力的作用下而破裂成幾塊,在矽鎂層上分離漂移,逐漸形成了現在世界上大洲和大洋的分布情況。
魏格納這個大陸漂移說在解釋諸如大陸移動的原動力、深源地震、造山構造等一些重大問題時遇到了困難,故沉寂了近半個世紀。自20世紀60年代板塊構造理論得出之後,大陸漂移說在新的科學資料的基礎上獲得了新的含義,又為人們所重視。近年來,大陸漂移和板塊構造的理論得以迅速地充實和發展,已逐步為世界科學所承認,並開始應用於對大自然的認識和改造之中。
由此可見,偶然性的到來僅是一個引子,一個契機,要想抓住這一機遇有所成就,必須展開深入廣泛的科學研究。
偶然性的降臨並不公平,也許你是一個漁翁天天張網以待,但就是不見魚的蹤影。怎麼辦?那就想辦法向別人“借”一個偶然。一般來說,隻要出現偶然性現象,總有人碰見,細細地在街頭巷尾傾聽,在傳媒上尋找,在同行裏打探,也會有所收獲。
加拿大科學家班丁就是這樣發現胰島素的。那是1920年夏天,班丁偶然地拿起一本雜誌翻閱起來,忽然一篇關於“結紮胰導管可以使分泌胰酶的細胞萎縮,而胰島細胞卻不受影響”的報道,引起了他的注意。當晚,班丁翻來覆去睡不著,找出了他的筆記本在上麵寫道:“結紮狗的胰導管。等候6~8個星期使胰腺萎縮。然後切下胰腺進行抽取。”
班丁決定重作這個實驗。1921年7月30日午夜,班丁按照上述方法終於獲得了胰島素可以治療糖尿病的偉大發現。
以上所述充分說明:留住偶然,就是要喚醒自己。機遇隻會降臨到有準備的人頭上。偶然性不管在何時何地,以何種方式而來,隻能在富有科學和求索精神的人那裏才會落地生根。有科學頭腦的人,不僅善於抓住偶然,而且還會創造一個偶然出來。