在国外如何进行自然科学研究

施一公+刘晓蕾

世界上没有什么是一成不变的，每一条公理、定理只是在一定时期、一定范围内有效，我们知道的公理只是对现实世界适用，在我们发现新世界之前，在我们有限的宇宙空间内适用，它一定会被更新的理论和公理取代。

首先我想说，不管听多少讲座都不可能完全关照好你们留学生活的每一方面。留学期间大家还是会有自己的感受，我也鼓励大家有自己的新体验、新想法、新做法。

我想讲四个方面：一是英文的写作和阅读；二是成功科学家的必备素质；三是科学研究的三要素；四是科学研究的过程。

英文的写作和阅读。对很多留学生而言，英文写作都会是他们面临的一个比较大的痛苦。如何才能提高？每天背多少单词、读多少本书，这种方法不现实，很难坚持。但是有一个方法用心一点是可以执行的：每天读30分钟当地的报纸，读当地的新闻。

为什么读新闻？因为其新闻性促使你想了解细节。如果每天肯花半小时用心读新闻，两年以后你的英文写作会脱胎换骨。为什么不是读科学文献？原因很简单，在英文不好的情况下读科学文献，10分钟就睡着了。读“八卦”你不会睡着，越读越有趣。新闻就是“八卦”，而新闻里的文笔和科学写作的文笔非常相似，讲究逻辑性，行文行云流水，会让你感觉很振作。当然这个过程不是走马观花似的。

如果大家想详细了解英文写作和阅读的技巧，欢迎去我在科学网的博客，有专门的文章阐述。

成功科学家的必备素质。一个成功科学家需要具备什么样的素质呢？答案可能会有很多，坚持、细心、谨慎、投入、持之以恒、善学好问，等等。这些都对，但是没有一个成功科学家能拥有全部这些素质，而一定是将这其中的某些素质发挥到了极致。

这其中有几条是必须具备的。

首先是时间的投入，也就是通常讲的刻苦。没有时间投入，什么都是妄想。没有一个成功的科学家是不用努力的，即便有，他可能名气很大，但不一定是一个好科学家。你可能觉得自己贪玩、不适应环境，或者找借口说自己不是做学术的料，这些理由以前我都找过。但人是会改的，是可以适应环境的，最终会把时间和精力投入到做研究上来。从博一觉得实验室太苦，到博二基本适应，再到博三完全适应，这个过程我记忆犹新。刻苦是我认为一个成功科学家必须要具备的素质之一。

第二是批判性的思维，这对中国学生尤其重要。在清华研究生会组织的一次巅峰论坛上，请了两位诺贝尔奖获得者——杨振宁先生和以色列科学家阿龙·切哈诺沃。当时学生一而再、再而三地问做学术核心的宗旨是什么，阿龙的阐述非常精彩，其核心就是批判性思维。他说在以色列，所有人从小到大，家庭、社会教的就是要与众不同，不能简单接受别人教给你的东西，要怀疑一切。

当然你可能很纳闷，如果怀疑一切，那什么是真理？其实这是辩证的，怀疑一切不等于不接受所学，而是怀疑之后再接受，要有自己的思考。

批判性思维包括很多内涵，比如挑战学术权威，而不是简单接受。我曾经挑战了自己的博士生导师杰米·布罗克，他是美国著名科学家，名气很大。有一天组会，他非常激动地说要证明热力学第二定律是错的，并给我们做了一番数学推演。我没想到我的导师居然要去挑战热力学第二定律这个被认为是不可挑战的真理，当时他是想挑战更大的科学公理。一般的学生遇到这种情况不会挑战老师，但是我就没有忍住，实验室20多人，就我一个人做了出头鸟，向老师挑战，因为当时我在下面看得很清楚，他的推演是有问题的。我指出了问题，他也马上就明白了。但是其他学生太敬仰我们的导师，包括美国学生也一样，最后我被他们群起而攻之。

那天的午饭我是自己一个人吃的，没有人和我一起，这让我第一次尝到了挑战学术权威的“苦果”。然而我也因此受益，第一是受益于导师的态度，第二是受益于我挑战他的表现。因为这件事，突然间我得到了全系的关注。后来我申请新的工作，我的老师给我写推荐信也用了这件事举例，说我具有强大的理论基础，不仅有利于做生物学研究，对物理化学也同样有利。

世界上沒有什么是一成不变的，每一条公理、定理只是在一定时期、一定范围内有效，我们知道的公理只是对现实世界适用，在我们发现新世界之前，在我们有限的宇宙空间内适用，它一定会被更新的理论和公理取代。更不用说一个普普通通的假设、一个新的实验发现。所以，如果没有批判性思维，你一定不会有大发现。具有批判性思维、敢于挑战学术权威会给你带来无穷无尽的好处，但是你们需要胆子大一点。

批判性思维也包括方法论的改变。为什么要多读文献？在什么时候多读文献是有好处的？一天读多少文献为宜？我就是一个反对在任何时候都多读文献的人。这个道理是我博士后的导师教我的，他是美国科学院院士，学术做得炉火纯青，我们经常说他又去登“珠峰”了，因为他总是在做别人做不了的课题，他的能力超乎我们的想象。

1996年1月，我刚加盟他实验室的时候，总觉得要通过读各种科学文献、最新文章等表现我的博学多才。我几次想和他讨论科学文献，他每次都很羞涩地和我说没来得及读，或者正在读，后来我才知道其实他从来不读文献。

博一的学生该读文献，不读文献怎么培养读文章的能力？怎么选择导师？怎么把自己的读写素质提上去？写文章的时候要读文献，不读文献怎么援引别人的观点佐证自己的观点和发现？但是你在拼命做课题的时候，有多少时间读文献？我从我的博士后导师那里学会一条，平常别人告诉你的所谓科学研究的规律和方法，很多对你不一定适用，更不足以把它作为一个行为准则。自己想好了，跟着自己的感觉走。

第三是个性，所有成功的科学家都是有个性的。这个个性并不一定是格格不入，但几乎所有成功的科学家即便表面看很圆滑，也一定是外圆内方的。因为做科学研究，如果没有一点底气，没有一点想法，一定坚持不下来，一定越做越苦。

前不久有一个非常要好的朋友问我：“你真觉得豪车、洋房没有那么重要吗？”我说：“我认为挺重要的。”回清华以后，我住在清华最好的楼——院士楼。但是当楼上的大妈早晨6点把电视音量开到最大，当楼下的男高音晚上11点还在唱歌的时候，我还是有点受影响，还是觉得板楼的隔音果然有问题，还是希望自己的房子能更大一点，也会怀念自己在普林斯顿独门独户的居住环境。但除了偶尔遇到这样的情况，我不觉得现在的居住环境跟以前比有很大区别，这就是我对豪宅的理解。

2002年，我卖掉了我在美国读博期间买的第一辆车，一辆原价6800美元的丰田车，跟了我整整9年，卖的时候不免伤心。那时我已经是普林斯顿的终身教授，在美国东海岸，我也可以把1.3升排量的四缸车开到时速150公里。当我超过一辆辆奔驰、宝马时，心情非常愉悦，觉得自己不仅知识丰富，开车技术也强，6800美元的车比68万美元的车跑得还快，感觉真好。

前几天给清华的学生上课，我说别看你们现在信誓旦旦要做科学家，大浪淘沙，每过一关淘掉一批，过十年八年还有多少人剩下来？今天听说某个同学去了麦肯锡做咨询，一年30万美元起薪，没过几年就能拿到百万年薪。明天听说另一个同学自己开公司，公司上市了，挣了几亿。等到自己回家，老婆跟你说买房子没钱，孩子说同学又买了什么。在这样的反差下能坚持下来的人，一定都是有个性的。

举个例子。我在美国时有两个学生都比我年纪大一点。其中一个叫柴继杰的加入我实验室的时候，我看了他的简历，他是大连轻工业学院学造纸的，后来在丹东造纸厂工作了4年。为什么收他？就是因为他有个性，我就看中了他在工厂干了4年还能考回协和医学院做博士生的经历。

另一个学生是科班出身，1997年申请我实验室的时候已经有7篇第一作者的CNS文章（三大期刊Cell、Nature、Science的简称），在当时的中国是不可思议的。柴继杰一篇都没有，他只有一篇第二作者的小文章。

但是柴继杰在我这里的5年做得非常优秀，当然这5年他也很曲折。前两年他就是技术员，不明白自己在做什么，因为基础太差了，我需要手把手教他。但在某些学科领域，甚至可以说生命科学的大部分学科，确实不需要太多太深厚的基础知识也可以做得很好。第三年他终于开窍了，第四年他有了自己的想法，我非常欣慰。

那时我才第一次意识到，即使这样的学生我也可以带出来，就凭他好强这一点。他从来不认为有什么事情他做不到，也付出了比别人大得多的努力。当然他很有灵气，找到了适合自己做的领域和专业。他回国以后在北京生命科学研究所起家，后来在清华做教授，现在又去了德国，已经发表了10多篇文章。这样的人在国内当然是大牛，而他在国际上的名声要远大于国内。

我认为智商对科学家而言是最不重要的。在你进入大学以后，智商就不那么重要了，进入博一可能起点作用，之后就不重要了。什么重要？可以说是情商，或者说是对个性的把握。柴继杰就对自己的个性把握得非常好，他的好强和好胜是别人难以想象的。对于那些不是科班出身的学生，开始的时候可能成绩比较差，跌跌撞撞进入大学、读研究生。但是这样的学生只要坚持，100%有机会。

2006年我回国之前给清华的学生讲课，过程中有一个学生一直在问很精彩的问题，我觉得他一定在实验室做过，果然他说自己是柴继杰实验室的学生。我很欣赏这个学生，但是也想杀杀这个学生的威风，因为他一点没给我留情面。我说：“继杰？那是我的学生。”他回敬我一句：“我們柴老板说了，他从您的实验室出来，但青出于蓝而胜于蓝，他处处比你强。”

你们知道我当时的心情吗？不敢说欣喜若狂，但我真的很开心，我觉得我没有白培养他，如果我的学生不能这样想，不能这样教他的学生，我就白耽误时间了。这种批判性思维和他的个性结合在一起，就是我非常欣赏的一点，只有这样才能带出另一波优秀的学生，才有可能青出于蓝而胜于蓝。

我当年是河南省数学竞赛第一名。河南省过去30年间出过多少数学竞赛第一名？但他们绝大部分都没有成才，也没有成为好的科学家，或者没有达到他们的智力赋予他们的极限。为什么？因为他们缺乏个性，他们输给了我们传统文化中的糟粕。科学家的个性非常重要，如果没有一点个性，做学术也只是谋生的手段，越往前走，越会步履维艰。

科学研究的三要素。第一个要素是技术。比如进一个实验室，无论是工程技术还是自然科学，你要学很多基础的理论和实验操作，所以技术非常重要，没有技术寸步难行，课题难以开展。第二个要素是提问题，提不出好问题，科研无从进行。但是我相信大多数人不知道怎么提科学问题。有时候你觉得自己提的问题不够聪明，这个很自然，尽管问就是了。第三个要素是科学研究的体系，也可以说是科学研究的载体。很多科学研究的问题是在一定的体系中进行，研究才能得到解答。有了好的体系，自然就会沉淀出好的问题。

对于刚入门的科学家而言，技术无比重要，但是越往前走，相对而言技术的重要性就会越来越低。对我来说，如果去听一个细胞生物学的讲座，绝大部分技术可能我自己从来没有听说过，技术细节我完全不懂，但是这完全不影响我对讲座深度的理解，也不影响我提的问题，更不影响我对科学问题的欣赏。

技术细节对于一个好的科学家来说，相对作用极大降低，但它是每一个科学实验成功的必备。所以技术对刚入门的你很重要，但如果10年之后你还认为技术是最重要的，你肯定还是一个很一般的科学家。

科学研究的过程。这个过程就是师父带徒弟的过程，在一些大的实验室里可能还没有机会跟着导师学，只能跟着自己的师兄师姐学。我不相信世界上有成批制造出来的科学家，也不相信通过开一个班可以一下子带十几个学生，至少我所有的学生都是我用心一个一个带出来的。当然我也很辛苦，我花多少时间，他们受多少益。

因此选择实验室、选择跟什么导师是非常关键的。你第一个接触的就是你的导师对科学的品位、对科学技术的把握、对科学问题提出的过程。一个实验室有一个实验室的方法，我的实验室所有学生传承的是我对他耳濡目染的教导，我的思维方式有很多学生学到了，这个过程中会逐渐品味到什么是好的科学研究，怎样选择科学研究的课题，遇到问题怎么做。

最后，不要被新知识淹没，不要急于学习新技术。中国学生有这样的毛病，总是太好学，每当新技术出现，新文章出来，不管与自己的研究有没有关系，都恨不得参加个学习班赶快学会，什么都要了解。我要反问一句：你有多少时间？你学得完吗？如果你天天想看《自然》《科学》的文章，天天想了解新的技术，你有多少时间做自己的研究？世界上万事万物均可再生，只有一个不能再生，就是时间。你得想好怎么分配自己的时间。

对一些很时尚的技术，只要和你的研究不直接发生关系，我建议不要花时间去读这方面的文章，也没有必要花时间了解。你听别人的讲座、朋友聚会，总会得到一点信息，不需要自己疲于奔命地学新知识、新技术、新方法、新文章。恰恰相反，科学研究中最重要的是方法论，而方法论是从科学史上来的。但是很遗憾，我们的大学、研究生院不讲这样的故事。花一些时间看科学史，你就会把一个领域融会贯通。我不认为世界一流的科学家必须知道方方面面的前沿，能把自己的小领域了解清楚就很不错了。这就可以腾出不少时间，让你可以每天花半小时读英文报纸。（施一公系清华大学副校长、中科院院士）