科学实验中的机遇

科学实验中的机遇所谓科学机遇，就是在进行观察和实验的过程中，由于某个偶然的机会，出乎意料地遇到新的自然现象，并由此而导致新的科学发现。这种意外的或偶然的发现，在科学上称为科学机遇。科学史上许多重大发现都与科学机遇透露出的大自然的信息有关。例如，1856年年，英国化学家柏琴（1838年-1907年）在合成药物奎宁的过程中，却偶然制造出了苯胺紫染料，是最早的合成。英国化学家雷姆赛（1897年）在空气中寻找惰性气体氦元素的实验过程染料中，意外地先后相继发现了氪、氖、氩和氙等新元素。第一次世界大战中，著名冶金学家哈布瑞尔莱在一堆废铁中，偶然发现所有的铁都生锈了，只有高铬合金钢还闪闪发亮，从而一种抗腐蚀的不锈钢被发现了。德国物理学家伦琴（1845年-1923年）对射线的发现，等等，都与机遇有关。按照意外性程度的不同，机遇基本上可分为两种情况。一种是部分意外的情况。即寻找的目标是明确的，但发现的场合或方式却是意外的。如美国的古德意尔（1800年-1860年）为了改变橡胶冬天变硬，夏天变软发粘等性质，坚持多年研究，进行无数次实验，都失败了。直到1839年，最后一次实验中，不小心把橡胶和硫磺的混合物掉落在发烫的炉子上，当他很快拿起这块很热的橡胶时，却发现橡胶没有发粘现象，据此，再次实验，终于发现了性能很好的橡胶。另一种是完全意外的情况。即本来所要寻找的是某种预期的现象，但结果却意外地发现了完全不同的另一种现象，甚至更重要的现象。例如，大约二十年以前，美国有个研究农业的科学小组，本想研究寻找促进植物生长的细菌群，结果，却意外地发现这一物质竟会阻碍农作物和杂草的生长，于是便发现了一种具有选择性的强效除草剂，从而奠定了现代农业中有最大价值的化学除草技术的基础。科学机遇在自然科学发展中有着重要作用，自然科学上的许多新发现都是在出乎意外的情况下获得的，或至少都带有机遇的成分，特别是那些最重要的和最富于革命性的发现，更是机遇所导致的结果。一般地说，开辟新天地的发现，人们很难事先做出预见。因为，这种发现常常不符合当时所流行的看法，所以，由机遇诱发的可能性就更大。具体说，科学机遇在自然科学发展中的作用，可归结为两种情况：（一）机遇为科学上的发现、技术上的发明提供线索科学机遇能够暴露大自然的信息，给人们提供探索自然的重要线索，科技工作者抓住这些线索，继续深入研究，就可导致科学技术上的重大发现和发明。例如，早在1780年，意大利的生物学家伽代尼（1737年-1789年）在解剖青蛙的实验中，偶然从青蛙腿和金属环接触时的痉挛现象发现了电流，据此，伏特进一步研究，并发明了电池。再如，本世纪六十年代，美国的冶金学家比勒在研究一种合金的实验中，曾意外地发现，在冷却和加热的过程中，镍钛合金的内部结构和物理性能会发生某种可逆的变化。他抓住这一线索，进行大量研究，导致“形状记忆合金”的发现（即发现镍钛合金具有记忆自己形状的特性）。近年来把两种金属结合起来的一种新方法，即“表层合金法”的发明等，都同机遇所提供的线索有极大关系。（二）机遇是自然科学理论发展的先导有些偶然发现，正因为它不在预料之中，也不属于旧的理论体系，所以往往可以成为科学研究的新起点，成为科学理论发展的先导。例如，现代射电天文学的发展，是以美国的工程师卡尔詹斯基的偶然发现为先导的。本世纪四年代，詹斯基在检查越过大西洋电话通讯的静电干扰时，发现有一种特殊的、稳定的弱噪声十，便引起他的注意并研究其起源，结果探知此电噪声来自太阳，来自距离地球二万六千光年的银河系中心。并且还发现不仅太阳能够发射宽频带的电磁波，而且星云间也能发射这种电磁波。经过进一步的研究，从而奠定了现代射电天文学的基础。科学史上，这样的事例更是不胜枚举的。如，电磁理论的发展是以伽代尼和丹麦物理学家奥斯特（1777年-1851年）的偶然发现为先导。奥斯特在为学生做电学演示实验时，偶然发现电流能使磁针偏离，然后，立刻抓住这一事实反复实验，终于发现电与磁之间的关系，并证实它的科学价值，致使法拉第得到启发，发现了电磁感应定律。微观物理的发展则是以伦琴和贝克勒尔（1852年-1905年）的偶然发现为先导，等等。科学机遇是偶然的、意外的，然而并不是神秘的、虚幻的，它的产生有着深刻的客观原因。（一）偶然性和必然性的关系从偶然性和必然性的关系看，机遇是一种偶然性，而偶然性是必然性的“补充和表现形式”，即必然性是通过偶然性表现出来的。但偶然性的发生又是有条件的。这种条件可在自然状态下出现，也可在人为的干预下出现。同时既可在有意识的干预下出现，也可在无意识的干预下出现。在观察和实验中，由于具备了某种有利条件，未知的现象就会以偶然的形式突然出现，所以，机遇带有偶然性。（二）主观和客观的关系从主观和客观的关系看，机遇是一种意外性。观察和实验都是在一定假说、理论、观点的指导下进行的，是有目的、有计划地认识未知自然现象的实践活动。可是，假说、理论、目的、计划都是带有主观性的东西，而人识过程中，主、客观之间的矛盾又始终存在。即使人们通过实践，能够认识事物的属性，掌握其发展的规律，但却又永远也不能穷尽事物的全部属性和规律。这样在观察和实验中对事先没有考虑的未知现象，由于具备了某种条件而突然出现了，就必然是意外的新现象。所以，机遇又具有意外性。对于捉摸不定的、偶然、意外的科学机遇，人们是无法事先有意地发现它。如果主客观条件具备了，一旦机遇出现就能及时捕捉住，而成为科学发现和发明的生长点。（一）捕捉机遇的客观条件所谓客观条件，是指社会给人们提供捕捉机遇所必需的各种外部因素或条件，其中包括社会生产、科学发展、物质文化生活的需要等等。例如，电磁效应的偶然发现，是在人类发现了电和磁之后，特别是电池发明之后，才发现的。假若没有前两项发明的客观条件，后来的机遇是不可能发现和捕捉的。又如，二十世纪初，美国墨西哥湾海底储藏丰富石油的偶然发现，就是由于当时社会迫切需要能源，才对海面偶然出现的油花现象引起注意很快抓住，及时探测、开采。否则，就很难有人问津。因此，社会的需要，是科学发现的源泉，而科学发展水平、技术条件，则是科学发现的理论前提和物质基础。（二）捕捉机遇的主观条件所谓主观条件，就是科学工作者捕捉机遇必须具有的科学素养和思维能力。法国生物学家巴斯德（1822年-1895年）说得好；“在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”科技工作者要想捕捉机遇，必须具备以下两个条件。第一，要有敏锐的观察能力。在进行观察、实验的过程中，要求注意观察预期事物的同时，特别要保持对意外事物的警觉性和敏感性。科技史上，凡属成功者，他必然是敏于观察和思考，善于捕捉机遇的人。因为任何机遇现象本身，都仅仅是提供线索和机会，就是说它只为成功披露信息，能否摘取成功之果，全在于观察者是否具有敏锐的观察能力和留心意外之事的科学素养。为此，当主观设想同客观现象发生矛盾时，要能够摆脱原有的主观设想，毫不犹豫地去捕捉新的偶然事件。只有这样，才能从那些不易被人注意的“小事”中发现真理。第二，要有渊博的科学知识，敏捷的判断力。捕捉机遇，除了注意新现象的线索之外，更重要的是解释线索，并及时抓住其潜在的有意义的线索，这也是能否获得成功的关键。而这些又都以知识的积累为前提，只有在实践中长期苦心钻研、具有广博知识、造诣较深的人，才有判断能力。才能在错综纷纭的事物中具有敏捷的判断能力，即使有千万次机遇，也会由于未能认识其潜在的重要意义，而错过良机，让机遇所提供的线索从眼前白白溜掉。科学史上，这样的事实不乏其例。仅就射线这一事例看。1870年，英国科学家克鲁克斯（1832年-1919年）在做高真空放电管实验时，发现管子附近的照相底片有模糊阴影，但他只埋怨自己不小心。1890年，美国科学家古兹比德和詹宁斯也看到在演示克鲁克斯管以后，照相底片特别发黑，可他们也毫不在意。到了1892年，德国有些物理学家也观察到了克鲁克斯管附近的荧光现象，但也因他们的注意力都集中在研究阴极射线的性质上，而对这种现象，没有引起警觉。就这样，良机接二连三地被错过。直到1895年伦琴发现了同样的现象，他及时抓住这一奇特现象，继续研究，反复实验，最终发现了射线。这一重大发现，成为十九世纪物理学革命的开端。由此可见，机遇在科学研究的发现中有着十分重要的意义。自然科学上有许多重要发现几乎都是由意外发端的。所以，在观察、实验中，不能片面地只看到目的性，而忽视意外性，但也不能片面地去注意意外性，而陷入盲目性。因为，即使在那些因机遇而成功的科学发现中，机遇也只是起到了一部分的作用，它只提供了线索，并没有解决问题。只有善于识别，并能抓住有希望的线索，跟踪追击，追根究底，才能获得新发现。正如学家查理。尼科尔所指出的，机遇只垂青那些懂得怎样追求她的人。因此，那种在科学研究中采取“守株待兔”的态度，把精力完全放在侥幸之上，那是永远不会取得成就的。相反，只有那些勤奋终身，具有精湛的专业知识又远见卓识、勤于思索的人，才有可能发现和捕捉有重大意义的机遇，导致科学上重大的发现。