创新中的催化剂

——浅谈科研如何创新

严加安院士曾说：“科研创新犹如化学反应，知识是载体，直觉、想象和灵感是催化剂。”那么，在认识催化剂之前，我们首先要探究何为创新。

著名统计学家C.R.Rao在他的《统计与真理》一书中有如下论述：“创新可以有不同的种类。最高水平的创新是一种新思想和新理论的产生……另外一种不同水平的创新是指在一个已存在法则范围内的新发现，而这种新发现在某个特殊领域内具有巨大的意义。”像牛顿力学和爱因斯坦相对论就是最高水平的创新。绝大多数科研创新是属于第二类水平的。创新的定义是指以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向，利用现有的知识和物质，在特定的环境中,本着理想化需要或为满足社会需求，而改进或创造新的事物、方法、元素、路径、环境，并能获得一定有益效果的行为。它要求人们的思维进程具有开拓性，思维方式要新颖，成果表达得具有创造性，同时思维还要具有综合性。在这种情况下，就要求我们着眼于真正的生活，注意观察和积累，埋头研究，慢慢的从量变到质变。使思维过程的简化、凝缩，最终“跳跃”，使思维得以擦出火花。

科研如何才能做到某种创新呢？我想，大致分为三步：知识积累，提出可能，实现假说。

首先，创新需要有长期的知识积累，这是创新的基础。积累，逐渐聚集的意思。从幼发拉底河的文明之花，到现今人类文化的美丽奇葩，从刀更火种的原始社会，到信息爆炸的新经济时代，人类社会的发展过程，从来都是一个积累的过程。“积土成山，风雨兴焉。积水成渊，蛟龙生焉。积善成德，而神明自得，圣心备焉。故不积跬步，无以至千里;不积小流，无以成江海”讲的也是积累的作用。爱因斯坦曾经说过：“创造一个新理论并不像是摧毁一个旧谷仓，然后在原地建一座摩天大厦。它倒像是在攀登一座山，获得了新的、更宽阔的视野，在我们的起点和它的丰富环境中发现意料之外的联系。”

其次，创新需要发现可能性。关键是突破思维障碍机制，突破思维定势、思维习惯、思维常规，突破原有的知识排列和组合关系，突破原有的能力结构，这需要丰富的想象力。所谓想象力，就是头脑中创造一个念头或者画面的能力，也就是形象思维能力。施一公表示，在人类文明的进程中，许多看似不合常规的“异想天开”，为科学探索提供了鲜活的命题和无限的空间。“可以说，想象力是社会进步的源动力，正是具备了超凡的想象力，人类才有超凡的创举，人类才有今天和未来。”施一公说，大学作为人类文明的灯塔，需要做的就是不断拓展认识自然的边界，保护好人类最原始也最宝贵的想象力。科学想象是科学技术创造领域的想象，是根据现有的科学知识和事实，发挥高度的抽象和联想能力，超越现实条件，猜测未知的客观规律，设想未知的变化过程。150多年前，法国科幻作家儒勒·凡尔纳曾在作品《从地球到月球》中，描写了3位探险家乘坐炮弹到月球探险的故事。作品问世104年后，人类终于首次实现了登月的梦想。他在另一部作品《海底两万里》中描绘了“鹦鹉螺”号潜艇纵横海底的景象，时至今日，这些幻想中的场景已经成真。爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”想象力是创造性思维不可缺少的基本素质，它能帮助人们透过那些能被感知的经验事实材料去把握、探求自然现象运动的内部机制。

当看到可能性，那么最后一步就是提出解决方法。一个新问题的解决没有前人经验可以借鉴，直觉和灵感在这时起到重要的催化作用。

直觉思维是不以逻辑为中介，而以独特的直觉能力从直接经验中直接觉察事物本质和规律的思维方法。直觉思维能把埋藏在潜意识中的思维成果，尤其是形象思维的成果，评价和审美体验的成果调动出来，同显意识中所要解决的问题相沟通，从而使问题得到突发式、顿悟式的解决。直觉思维是一种基于形象思维，而又不归结为形象思维的一种独特的思维形式。直觉思维是立体的，三维的或多维的。由于直觉把握对象不采取逻辑的形式，不以逻辑为中介，所以我们把它当作非理性因素来对待。直觉是一种潜意识的思维活动，是不被意识到的、不自觉进行的思维活动。但它往往能在一瞬间领悟和洞察事物的本质，实现认识的飞跃。

直觉思维不需要任何中间环节，即不通过逻辑思维，也不通过形象思维。在直觉中，认识主体和认识客体能够相互过渡，相互融合，最后达到主客两忘和主客合一的境界。正如哲学家帕格森指出的：“直觉就是一种理智的交融。这种交融使人们自己置身于对象之内，以便与其中独特的从而无法表达的东西相符合。”柏格森的话告诉我们，直觉不会像理性那样，只停留在世界的外部来观察世界，它会达到同世界的真实存在融合为一的无差别的境界。正因此，直觉能反观真实的存在。爱因斯坦的“短程线”思想实验就是直觉思维创造力的范例。有一次爱因斯坦上梯子换一幅画，从梯子上摔下来了。全家人都急坏了。他却双目紧闭且不吭一声。这时爱因斯坦在做“短程线”思想实验：他在直觉地观察一个人从高处往下落的情况。他在测量下落者的轨迹，总结分析这个直觉实验情况。他通过直觉观察，提出了一个绝妙的问题：“人为什么笔直地摔下来？”他于是一骨碌从床上爬起来说：“对了，物体总是沿着阻力最小的路径运动。”“事物是按短程线运动的。”这一原理为广义相对论的创立作出了巨大的贡献。也正因此，爱因斯坦说：科学原理是以“直接经验”为基础的，原理的发现并没有逻辑的道路，只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉。一般地可以说，从特殊到一般的道路是直觉的，而从一般到特殊的道路是逻辑的。

灵感通常是指突然出现的一种具有创新性认识内容的模糊观念，它之所以令人感到神秘，主要是因为它的出现不是事先就意料到的，而是突然到来的。是一种人们自己无法控制、创造力高度发挥的突发性心理过程。即文艺、科学创造过程中由于思想高度集中、情绪高涨、思虑成熟而突发出来的创造能力。灵感的产生是创造者对某个问题长期实践、经验积累和思考探索的结果,它或是在原型的启发下出现,或是在注意转移致使紧张思考的大脑得以放松的时机出现。德国化学家凯库勒一日午休时梦到一条小蛇的头部咬住尾巴被惊醒了，然后他花了一夜时间，提出了苯环结构假想。这就是在意识朦胧之中产生的灵感。

思维学、脑科学和心理学等现代科学已经取得许多重要突破，可以对灵感思维做出比较科学的论断。比如灵感思维与右脑的关系非常密切，也有学者认为海马神经回路是灵感思维的神经生理机制。可喜的是我国在该领域取得了突破性进展，中科院心理健康重点实验室研究员罗劲的一项功能性磁共振成像（fMRI）研究确认，灵感、顿悟最初的发源地在大脑额叶的扣带前回（ACC）。[3]可以说，灵感的真实存在性已被证实。

但是，即使有充足的知识储备，并准备好“催化剂”，也不一定能够在科研上有所创新。创新需要有一定的机遇。不过我不认可“机遇是可遇不可求”的说法。我认为在一定条件下可以人为地去创造产生机遇的环境。例如，为了保持研究活力和对研究问题有新鲜感，严加安院士提到，他每隔一段时期就改变一下自己的研究领域。他说，“在新的研究领域里机遇自然会多一些。在改变研究领域的过渡期内，我往往也同时研究几个相关领域。”

总之，想象力、直觉、灵感作为创新过程中的催化剂，能使人的思维潜力更充分地发挥出来，表现为人的思维的自由性、开放性、能动性，而思维活动的自由性、开放性、能动性恰恰是挖掘、发挥人的创新能力所不可缺少的因素与前提。这些催化剂使人能从杂乱中找到症结所在和解决困难的突破口，明确思维活动的方向。同时在人类的思维活动中，这些思维活动思维能排除逻辑思维过程中的一般性分析、比较、分类等概念性活动，沟通和接通各个要素间的关系，从而实现突发式的飞跃，实现创新。在我们这个处处寻求创新的时代，不能忽视直觉、灵感、想象力的价值。