从诺贝尔奖现象看科学创造的特征

刘俊婉

目前，世界各国已把诺贝尔获奖人数的多少看成衡量一个国家、一个民族、一个大学和一个科研机构科学水平高低的重要指标之一。长期以来，国人对这些获奖者的成才过程及其社会环境也进行了广泛的分析，而围绕的中心议题一直是“中国何以没有获得诺贝尔奖”“诺贝尔离我们有多远”等。笔者认为，诺贝尔奖是可遇不可求的，一定程度上它是一个国家科技政策、科学精神和科学传统的综合反映。本文通过对五百多位诺贝尔自然科学奖获得者大量文献资料的整理和数据统计，揭示出影响诺贝尔获奖者取得重大科学发现的若干因素，从中认识原始性创新活动中带有规律性的特征，以便为科技政策者制定决策提供参考。

1 诺贝尔获奖中心转移现象

诺贝尔奖从 1901年开始到今天，已经有百年历史，综观历史长河，谁主沉浮？日本科学家汤浅定义，一个国家的科学成果数如果超过全世界总数的25%，称之为“科学活动中心”。历史上，世界科学中心出现了多次转移，意大利、英国、法国、德国和美国都扮演了世界科学中心的角色。那么100年来诺贝尔获奖者群集的地理中心（以下简称获奖中心）是否也有不断更换霸主的现象呢？

本文对1901—2004年诺贝尔自然科学奖获得者的国别进行统计，结果发现，在诺贝尔奖颁发的前 20年中，诺贝尔获奖中心在欧洲，核心是德国。从20世纪30年代开始，获奖中心开始向美国转移。美国从20世纪30年代开始，获奖人数占世界获奖总人数的比例一直呈现上升趋势，而德国、英国和法国获奖人数的比例随时间的变化逐年下降，慢慢地退出了获奖中心的舞台，从20世纪40年代开始诺贝尔获奖中心全面转移到了美国。

历史上，世界科学中心的转移大多与科学家人数的变化有很大关系。大凡科学中心的国家，都是杰出科学家云集的地方，而科学落后的民族，一般都缺乏杰出科学家队伍。一个国家杰出科学家队伍的形成与该国对人才的重视程度和为科学发展所孕育的社会环境有密切关系，美国二次大战之后采取了一系列措施吸引和凝聚优秀的人才，例如重视基础研究、鼓励原始创新；提供充裕的经费和优越的研究条件；营造创新文化与氛围等。可以说，美国凭借这些手段从世界各国网罗了大批优秀人才，使美国占领了科学文化和学术思想的制高点，从而成为世界获得诺贝尔奖最多的国家。

2 诺贝尔自然科学奖获得者取得获奖成果的中青年现象

科学发现有其内在规律性，需要经过长期的知识积累才能实现由量变到质变的飞跃，从而实现重大突破，诺贝尔获奖者进行重大科学发现的研究尤其如此。通常的印象是，登上诺贝尔领奖台的都是白发苍苍的老年人，然而这些获奖者取得获奖成果的时间却有早有晚。为了探寻获奖者取得获奖成果的时间分布特征，笔者对诺贝尔自然科学奖获得者取得重大科学发现的生理年龄和职业年龄分布进行了研究。这里的生理年龄是指“从科学家出生到现在的自然年龄”，侧重考察科学家作为自然人的年龄属性。职业年龄是指“从科学家获得博士学位的时间算起的职业生涯年龄”，职业年龄为“1”表示获得博士学位后的第一年，即职业生涯的开始；职业年龄为“2”表示获得博士学位后的第二年，依次类推。职业年龄侧重考察科学家作为职业人的年龄属性。

随着时代的发展，取得重大科学发现的年龄和获奖年龄都有增高趋势。同时获奖者从取得重大科学发现到获得诺贝尔奖的时间间隔也越来越长。造成上述现象的原因有以下 2个方面：（1）知识积累需要的时间增加了；（2）新的科学技术本身的难度、精度提高了。

2.1 获奖者取得获奖成果的生理年龄分布

人才学研究认为，人的才能并不是均衡发展的，它在客观上存在着才能萌发、才能发展、才能鼎盛、才能发展、才能薄暮5个阶段，呈近似抛物线型的发展过程。

对435位诺贝尔自然科学奖获得者取得获奖成果的年龄进行统计发现，重大科学发现几乎分布在科学家科研生涯的任何一个时间段，取得获奖成果最年轻的科学家是 21岁，最年长的科学家是71岁。其中有 279人取得获奖成果的年龄在31～45岁，占总数的64.14%。在所有取得获奖成果的科学家中，有375位科学家取得获奖成果的年龄区在28～51岁，占总数的86.21%。在获奖人群的两端，有 16位科学家在21～25岁发现了获奖成果，占总数的3.7%，可谓“少年有成”；28位科学家在51岁以后取得获奖成果，占总数的6.44%，是“壮心不已”的结果。总体看来，在 435位获得诺贝尔自然科学奖的科学家中，共计389位是在50岁之前取得获奖成果的，占总数的比例是 89.43%。这一年龄段恰好就是作为自然人的中青年时期，是科学家科学生涯中最富有创造力的黄金时间。

根据数据的统计结果发现，获奖者取得获奖成果的年龄有趋高走势。1981年以后的23位科学家取得发明成果的平均年龄为39.18岁，比第一个20年的37.64岁晚。从中也可以看出，随着时间的发展，发现重大科学成果的年龄也越来越高。

另外，获奖者的发明成果也可以说是一种重大发现，根据赵红州先生对重大科学发现年龄分布的研究，以及梁立明教授对 1500—1960年1928项重大科学发现年龄的Weibull（威布尔）分布研究显示出，科学家重大科学发现的年龄分布存在某种规律性。为此，本文也渴望找到诺贝尔获奖者取得重大科学发现的年龄分布规律。这种分布是一种威布尔分布，还是另外一种新的分布呢？带着这个问题，本文对诺贝尔自然科学奖获得者取得重大科学发现的年龄分布进行了考察和分析。

使用统计分析方法，利用Origin统计分析软件对数据进行基本函数模拟，发现获奖者取得重大成果的年龄概率分布是一种Lognormal分布，也可以称为对数常态分布。

根据上面的分析结果，诺贝尔获奖者重大科学发现的年龄分布是一种Lognormal分布。本文还使用P-P概率图的方法验证了诺贝尔获奖者重大科学发现的Lognormal分布优于Weibull分布。

P-P概率图是一种直观的探察样本数据是否与某个概率分布的统计图形相一致的方法，如果被检验的变量值的分布与已知分布基本相同，那么P-P图中的散点应该围绕在一条斜线的周围，如果两种分布完全相同，那么P-P图中的散点应该与斜线重合。除了利用P-P概率图进行数据的实际分布与理论分布拟合程度大小的检验外，还可以利用趋势P-P图来判断数据的实际分布和理论分布的吻合程度。趋势P-P图描述的是实际分布与理论分布的偏差。如果数据呈现出某种理论分布特征，那么趋势 P-P图中的点应该随机地分布在一条通过零点的水平直线的周围。通过上述两种方法的验证，诺贝尔获奖者发明重大成果的年龄分布是一种Lognormal分布。

诺贝尔获奖者重大科学发现年龄的Lognormal分布告诉我们，杰出科学家取得重大科学发现的年龄分布是一种右偏分布，大部分杰出科学家取得重大科学发现的年龄集中在31～45岁，人数比例为64%，30岁以下取得重大科学发现的人数比例为17%，45岁以后取得重大科学发现的人数比例是19%。

2.2 获奖者取得获奖成果的职业年龄分布

从诺贝尔自然科学奖获得者的数据统计中可以看出，93%的获奖者都具有博士学位。可以说博士学位的获得，是一个科学家职业生涯的开始，那么获奖者取得获奖成果的时间是在获得博士学位之后还是获得博士学位之前呢？如果大部分获奖者是在取得博士学位之后获得重大科学发现的，则获奖者需要经过多长时间才能取得获奖成果呢？这其中是否具有某些规律性？带着这些问题，笔者还对获奖者取得获奖成果的职业年龄分布进行了研究。

根据数据的统计分析结果发现，仅有0.8%的获奖成果是科学家获得博士学位之前取得的。大部分获奖成果是在获得博士学位之后取得的。其中15%的获奖成果是在获得博士学位以后的5年内取得的，49%的成果是在获得博士学位以后的第5～15年取得的，3%的获奖成果是在获得博士学位以后的第30年以后取得的。随着时间的向后推移，重大科学发现的数目逐渐减少。469位获奖者获得博士学位的平均年龄是26岁，加上必要的5～15年的职业年龄，那么31～41岁正好是其取得重大科学发现的生理年龄高峰期，也就是中青年时期。

上面对获奖者取得重大科学发现的生理年龄进行分析发现，重大科学发现的生理年龄分布是一种Lognormal分布，这里笔者也观察到获奖者重大科学发现的职业年龄分布也具有一定的集中性。分别使用Lognormal概率函数和Weibull概率函数对数据进行拟合，发现Weibull概率函数要比Lognormal概率函数对数据的拟合程度更好。因此，重大科学发现的职业年龄分布是一种Weibull分布。

Weibull分布告诉我们杰出科学家取得重大发现的职业年龄分布是一个右偏的单峰分布，高峰区是在获得博士学位以后的第5～15年，该时期杰出科学家取得重大科学发现的数目占所有时期重大科学发现的数目比例接近 50%，最佳峰值区是获得博士学位以后的第11年。

3 重大科学发现的长周期现象

诺贝尔重大科学发现有两个明显的周期：一个是从研究开始到获得成果需要一定周期，本文称之为“研究周期”；另一个是从发表成果到获得承认也需要一定周期，本文称之为“获奖周期”。那么诺贝尔获奖者的这两种周期是否存在一定规律性呢？这里，本文分别从诺贝尔获奖者的科研周期和获奖周期两个方面来考察杰出科学家进行重大科学发现的周期现象。

3.1 重大科学发现的科研周期

科学研究是需要周期的，任何一个科学成果的产生，都要经历一系列的环节。科学家首先要从实际情况出发确定研究主题，然后进行文献调研，在此基础上寻找研究问题的切入点，进而通过实验寻找问题的答案，最后还要对实验结果进行论证，发表成果。发表的成果还需要经过专家和社会的“同行评议”，获得承认的成果才能被纳入原来的知识体系中。一般来说，对于原创性成果，科研周期会更长。

参考其他研究人员的调查数据，本文对1901—1980年342项诺贝尔获奖成果的研究周期进行了分析。从中可以发现，研究周期最长的有35年，最短的仅仅有1年。将1901—1980年的数据平均分成4个20年段，对数据的观察结果可以发现，3个自然科学奖的研究周期从第一个20年的7.3年延长到了最后一个20年的8.7年。说明随着科学技术的不断发展，获得重大科学发现的研究周期也延长了。具体来说，物理科学奖的研究周期相对较短，117位物理学获奖者的平均研究周期为5.07年，96位化学获奖者的平均研究周期为8.43年，生理学与医学获奖者的平均研究周期为9.58年。3个自然科学获奖者的平均研究周期是7.63年。

另外，随着时间的后移，物理学和化学获奖者的研究周期有不同程度的上升，生理学与医学科学奖获得者的研究周期稍有下降。3个科学奖获得者的平均研究周期整体呈现上升趋势。

从诺贝尔自然科学奖获得者研究周期的频度分布可以看出，自然科学奖获得者的研究周期具有一定的集中性，研究周期在2～6年的科学成果数的比例最高，为49%。研究周期在7～14年的获奖成果数占全部成果数的46%，研究周期超过20年的获奖成果数仍然占有一定比例。随着研究周期的延长，获奖成果的数量不断减少。总体来讲，诺贝尔自然科学奖获得者都经历了一个较长的研究周期才取得获奖成果的，这种现象充分说明原创性成果研究的长周期现象。

3.2 重大科学发现的获奖周期

杰出科学家取得重大科学发现之后，还需要经过严格的反复筛选才能获得最终结果。通过诺贝尔奖的评选程序可以看出，评选第一步是评选委员会向各国科学家或大学教授发出个人邀请函，请他们推荐诺贝尔奖候选人，这是获奖者需要通过的第一道评审关卡；然后由专门指定的专家对候选人进行评选，候选人名单决定后还要上报瑞典皇家科学院进行评审补充等程序。上述评审过程是获奖成果经历的短时间内的专家评议过程。评审委员确定一项成果是否能够获得诺贝尔科学奖，主要是看该项成果是否具有原始创新性，是否对人类和社会做出贡献。从这个意义上来说，一项成果要获得诺贝尔奖，除了需要经过严格意义上的“同行评议”之外，还要经过“大同行”即社会的广泛认可和承认，这是一个漫长的过程，需要经过较长时间社会的继承和批判，肯定和否定，只有那些经得起实践检验被证明对社会具有重大贡献的成果才能够进入评选之列，进而才有可能获得诺贝尔奖。因此，重大科学发现要想获得社会和同行的承认需要经过一段很长的时间。

参考其他研究人员的调查数据，对451位诺贝尔自然科学奖获得者的数据进行分析发现，3个领域获奖成果的确认周期随着时间的变化有延长现象。总体来讲，自然科学奖的确认周期从第一个20年的13.6年上升到最后一个20年的21.2年。1901—2004年，168位物理学获奖成果的平均社会确认周期为14.74年，125位化学获奖成果的平均社会确认周期为15.56年，158位生理学与医学获奖成果的平均社会确认周期为16.22年，3个领域获奖成果的平均社会确认周期为15.42年。物理学领域获奖成果的研究周期和社会确认周期在3个自然科学领域中都是最少的。

获奖周期为11～15年的成果最多，比例为20.69%。获奖周期为6～20年的成果比例为53.56%，获奖周期为25年以上的成果比例为18.16%。可见，诺贝尔自然科学获奖成果的获奖周期具有较大的集中性。

诺贝尔获奖成果的研究周期和确认周期随时间的变化都有延长现象。研究周期延长说明重大科学发现的研究深度和研究难度增加了。确认周期延长反映了重大科学发现获得社会承认的难度也逐渐增加，体现了重大科学发现社会价值体现的长期性。

总之，诺贝尔获奖成果的研究周期和确认周期都体现了进行原创性成果的长周期现象，认识这种现象并将之作为评价基础研究的借鉴和参考，有利于为国家自主性创新营造适度宽松的竞争环境，促进原创性成果的产生。

4 诺贝尔自然科学奖的传承效应和生长效应

4.1 名师出高徒现象

古人云：“名师出高徒”，这句中国古话在诺贝尔奖一代又一代的获奖者中间体现得淋漓尽致。美国诺贝尔获奖者 Samuelson PA（保罗·萨缪尔森）曾经说过：“我可以告诉你们，怎样才能获得诺贝尔奖金，诀窍之一就是要有名师指点”。另外根据美国学者 Zuckerman H.的统计，美国92位诺贝尔获奖者中有48人曾在前辈诺贝尔获奖者手下当过学生或做过晚辈合作者。他的数据还表明，美国1901—1972年间，物理学、化学、生理与医学诺贝尔奖获得者中，获奖师徒的比例分别为61.3%、57.9%和42.9%。

1906年获得物理学诺贝尔奖的汤姆森（Joseph John Thomson）带出了两名第2代诺贝尔奖得主，即卢瑟福（Ernest Rutherford）和玻恩（Max Born）。卢瑟福和玻恩又带出了第3代6名诺贝尔奖得主。其中玻尔（Niels Henrik David Bohr）又带出了第4代7名诺贝尔奖得主。

进一步的资料分析还发现，师徒关系竟出现了更为有趣的多代延续现象。例如，在诺贝尔奖获得者中可以追溯出5代相继的情况：1909年化学奖荣获者奥斯特瓦尔德（Wilhelm O Stwald）的学生能斯特（Walther Nernst）获得了1920年化学奖，能斯特的学生密立根（Robert Andrews Milikan）获得了1923年物理学奖，密立根的学生安德森（Carl David Anderson）获得了1936年物理学奖，安德森的学生格拉塞（Donald A. Glaser）获得了1960年物理学奖；再如，1905年化学奖荣获者冯·贝耶尔（Adolf Von Vaeyer）的学生费雪（Emil Fischer）获得了1912年化学奖，费雪的学生瓦尔堡（Warburg Oto Hein-rich）获得了1931年生理学和医学奖，瓦尔堡的学生克雷布斯（Krebs Hans Adolf）获得了1953年生理学与医学奖。这些情况的出现并非偶然，它是“名师出高徒”这一科学人才培养规律在诺贝尔获奖者身上的突出反映和具体体现，是对名师指导作用的充分肯定和有力证明。

另外，根据曹聪对中国79名院士的访谈中获知，有4/5的中国院士曾随精英导师学习或工作过。这些精英导师对学生的影响是巨大的，导师通过教课、主持讨论班，特别是老师的指导研究，对学生的成长有极大的影响作用。

“名师出高徒”现象充分体现了师生之间的知识传承效应。老师的教学方法和思维方式对学生起着潜移默化的效果；老师的一举一动给学生树立了学习的榜样和楷模；另外老师多年的知识积累和丰富的经验，以及敏锐的观察力，能够给学生柳暗花明的指引和帮助；同时老师在科学共同体中的声誉和威望，也使学生的学术生涯受益匪浅。因此，教师在人才培养方面起着不可替代的重要作用。

4.2 发现之发现现象

科学的继承关系不但体现在师生合作的过程中，同时也体现在科学发现的产生过程中。本文观察到了在一项发现基础之上再创造辉煌而形成的发现之发现现象。本文根据上海科学普及出版社2002年出版的《诺贝尔物理学奖一百年》一书15～16页中的相关资料，整理了各个领域和X射线有关的获奖成果，显示了围绕X射线而获得诺贝尔奖的发现之发现现象。通过对数据的分析发现，和X射线有关的获奖成果有16项，其中物理学领域有7次8人获奖，化学领域有6次10人获奖，生理学与医学领域有 3次 6人获奖。

发现之发现现象告诉我们，科学家的重大科学发现不仅可以建立在本领域的知识体系上，同时还可以借鉴其他领域的知识和方法做出重大科学发现。另外，对以往经典知识的整理和挖掘，同样可以产生出新的重大科学发现和理论创新。

5 诺贝尔获奖机构的优势积累现象

科学研究中往往会发生“马太效应”，即优势积累效应。马太效应来源于《圣经》中“马太福音”第二十五章中的这几句话：“凡有的，还要加给他叫他有余；没有的，连他所有的也要夺过来。”1973年，美国科学史研究者Robert K. Merton（罗伯特·莫顿）用这句话概括了一种社会心理现象：“对已有相当声誉的科学家做出的科学贡献给予的荣誉越来越多，而对那些未出名的科学家则很少或不承认他们的成绩。”Robert K. Merton将这种社会心理现象命名为“马太效应”。同样，本文在诺贝尔自然科学奖的统计分析中，注意到在机构层面上也存在优势积累现象。

按照获奖者获奖时所在的机构进行统计1901—1999年获得诺贝尔奖最多的20家科研机构，显示出美国科研机构的获奖人数是最多的，充分显示了美国基础科学研究的雄厚实力。其次，德国也有较强的显示度，德国的马普学会、海德堡大学、慕尼黑大学纷纷入围获奖最多的20家科研机构。英国也不甘示弱，剑桥大学和牛津大学等机构也聚集了一些诺贝尔获奖者。

这些机构之所以能够获得越来越多的诺贝尔奖牌，与其长期以来丰厚的知识积累和学术环境有关。诺贝尔获奖者进行的科学研究和科学实验必然要受到所处环境的影响。这些学校一般来说都具有严谨而自由的学术环境，丰厚而凝重的学术沉淀以及名声远扬的优秀学术专家，这样的环境比较容易吸引和产生具有潜在的科学精英人选和核心学术“领导”；反过来，这些杰出科学家和学术“领导”也对他们所在研究单位的学术与环境产生重要影响，使他们所在的研究单位进入世界一流水平。例如贝尔实验室的历届领导者都具有非凡的领导才能和战略眼光，使贝尔实验室在不同时期都做出了辉煌的成就，始终保持创新活力。在实验室建立的 75年中，有11项（含在实验室做了开创性工作后到其他单位后获奖的）诺贝尔获奖者的获奖工作是在这里完成的。

因此，获奖机构本身的学术传统和文化氛围是产生优秀科学家的原因，同时这些优秀科学家凭借本身的学术声誉和杰出成就对他们所属机构的地位起了一种类似乘号的作用，使机构能够聚集更多的优秀人才。

6 结论

通过对诺贝尔自然科学奖获得者取得重大科学发现的研究和思考，从中认识原始性创新活动中带有规律性的现象和特征，为我国科技政策制定人才培养计划提供参考。诺贝尔奖是可遇不可求的，需要科学家付出毕生精力和投入全部身心，是科学家默默无闻追求真理不求回报的结果，同时也是“十年磨一剑”的辉煌。然而科学家的辛勤耕耘离不开人才培养的肥沃土壤，充足的科研经费是科学研究的前提保障，开放宽松的学术环境为科学家的自由创造提供了空间，公平合理的人才遴选和评价机制是创造力发挥的催化剂，唯有社会和国家给予人才自由发挥创造力的机会和空间，重大科学发现才会是偶然中的必然，社会科学能力和科学竞争力才能立于世界先进之林。◙