為什麼中國現在還沒有非常重量級的科學突破？我個人認為，中國的科學家基礎非常好，勤奮可能是這個世界上沒有一個國家比得上的。我感到，與西方比，中國科學家不僅要有基礎，不僅是要勤奮，還要有膽識。有膽就是敢，要敢為天下先，敢於提出不同的見解，敢于堅持自己的意見去做。更重要的是有識，就是你要有非常尖銳的目光，不要讓大的發現從你眼皮底下溜過去。

我就科學的幾個問題講一點自己的想法。

科學頓悟——李白、莊子的啟發

首先來看一下科學方法。大家知道科學方法有兩種：一種是實驗，除了數學以外，所有其它的科學發展都要靠實驗，歸根到底科學是實證性的；另外一種就是理論，理論是什麼呢？理論就是根據一定的前提，用邏輯推理的方法，從前提推導出結論來。請想一想，除了實驗與理論以外，還缺少什麼東西？我的想法是，現在不是提倡創新嗎？不是提倡原創性嗎？我感覺到真正原創性的東西需要有突破。要有突破，怎麼能達到呢？光靠邏輯思維是沒有辦法突破的，因為邏輯思維只是從已知的前提出發，然後用一步一步的推理推出結果。說到底，結論已經隱含在前提裡面，從根本上講，並沒有新的東西。你要有新的東西，就必須突破這個前提，必須突破這個邏輯體系，提出一個新的體系來。就是科學探索的頓悟，這點和藝術、文藝的靈感是極為相似的。大家都知道著名國學家王國維的“治學三境界”，最後一個境界是：眾里尋她千百度，暮然回首，那人卻在燈火闌珊處。暮然回首為什麼會發現那人在燈火闌珊處呢？一個原因是你已經眾里尋她千百度，你已積累了很多資料，但是最後的突破是帶有偶然性的。不僅是帶有偶然性，而且可以從別的領域得到啟發的。

日本著名物理學家湯川秀樹，以提出介子說獲得諾貝爾獎，他寫了一本書。書中說，他在科學研究中的突破，和李白、莊子很有關係。他特別提到李白一篇文章的開頭：“夫天地者萬物之逆旅，光陰者百代之過客”，他從這兩句話中得到靈感，就怎樣處理微觀基本粒子的時空觀得到了啟發。他又從《莊子》的“為混沌開七竅”悟出了基本粒子從一個最原始、沒有特性的東西分化出來成為各種各樣的粒子。所以他認為東方的哲學思想、東方的文化、東方的文學，對他的科學研究非常有啟發。

“分久必合”——從分析法到綜合法

大家都讀過《三國演義》，開宗明義的幾句話是：“天下大事，分久必合，合久必分”，我感覺到後面兩句話不僅是對天下大事，對科學也適合。西方科學在文藝復興以前是沒有分化的，甚至連科學這個名稱也沒有，而是叫做“自然哲學”。當時的學者，像達·芬奇那樣的人，用現在的眼光來說是橫跨各個領域，他既是畫家，又是雕塑家，又是生理學家，又是醫學家，又是建築師，又是航空理論家……他的頭銜可以報出一打以上。科學的分化是在文藝復興以後，特別是工業革命以後逐步分化的。分化到今天，已經越分越細。這個分化是推動自然科學的，我們今天所享受的各種物質文明，都是近三百多年來自然科學和技術的突飛猛進所造成的結果。一個很重要的原因，就是分。分！不僅是分科，使大家可以集中精力於一個專門學科，專心致志地去研究；分！更重要的是運用分析法。分析法的老祖宗是伽里略，他做了一個很重要的實驗，就是斜塔實驗。斜塔實驗看起來很簡單，但其思想非常重要。在伽里略以前，人們普遍認為越是重的東西所受到的重力加速度就越大，速度就越快。伽里略說：不對！他指出：物體無論輕重，在重力場作用下的加速度和速度都是相等的，斜塔實驗的輕重兩個球同時落地，證明伽里略是對的。別以為斜塔實驗看上去很簡單，實際上這開了近代科學使用分析法的先河。為什麼這樣說呢？古希臘學者與伽里略的想法不一樣，主要因素是空氣阻力。一根羽毛掉下來很慢，而一個鉛球掉下來很快，差別在於空氣阻力。伽里略的功勞在於撇開空氣阻力的因素，光是研究在重力下這個物體的加速度和速度，結果他得出了與古希臘學者不同的結論，開了現代科學分析法和實驗法的先河，這是一件了不起的事情。這就是為什麼千禧年的時候大家選最有影響的科學家，他的名字在裡面。

我個人的看法：今天是到了分久必合之時，為什麼這樣說呢？因為形勢變了。現代科學研究的對象越來越複雜。很多人認為21世紀的主流科學是生物學，生物是一個極端複雜的大系統。就拿人體來講，就拿大腦來講，我這樣問：“你把人體的每一個細胞、每一個分子、每一個原子都弄清楚了，你就了解人體了嗎？你對大腦里的每一個神經元、每一個突觸，以及其中的每一個分子、原子、基本粒子統統研究透徹，你就了解大腦的功能了嗎？”顯然不是的，對這種複雜系統，我們習慣於物理的思考，物理學有個特點：你越深挖就越根本。物理學最根本的東西還在更深的地方，我們現在還不知道。但是生物學和腦神經科學是不一樣的，我相信這方面最後的突破不是靠往深處發掘，而是要從整體觀念探索橫向的聯繫，要考慮各個方面的綜合性因素。換句話說，光靠分析法不夠，還需要綜合法。五年前，我在《科學》上發表了一篇文章，就提出這個想法，我說：“新世紀的曙光在東方”，我當時是這樣講的：“綜合法必將東山再起”。所以我們現在要考慮到整個科學的由分到合，百川歸海，文化合流。

就拿腦科學來講，大約十五年以前，英國著名的數學家、物理學家彭羅斯寫了一本書，名叫《皇帝的新心靈》。他費了很大的篇幅講計算機科學，又費了很大的篇幅講腦神經學，最後他得出結論：“要揭開自我意識之迷，必須要在亞原子的基本粒子裡去鑽”。我和很多位這方面的專家討論過，我們都不同意這個觀點。我們覺得要解開自我意識之迷，不是到亞原子的基本粒子裡去鑽。他原話的意思是“到亞原子的基本粒子還沒有發現的規律里去鑽”，我們不同意這個看法。我們認為要揭開自我意識之迷，也就是認知科學的最重要的任務，應該是橫向的、整體的，關鍵在於系統各部分之間的關聯和相互作用。雖然我們還沒有弄明白，但肯定是在這個層次，而不是往下深鑽。當然我不否認往下深鑽有好處，譬如說你對每一個神經元、每一個突觸、每一個分子都弄清楚，肯定有好處。但如果不研究它們之間的關聯，不看整體，仍然無法揭開自我意識之謎。

前天，我拜訪了一位著名的腦科學家，他告訴我：“以整體觀念研究腦科學有兩大困難：一是不可預測性，二是不可重複性。”當然這兩個是原則性的困難，因為我們知道，科學就是要能重複，如果不能重複，科學就沒有檢驗標準了；而缺乏預測性的科學用處也不大。我對他說，這確實是嚴重的困難，不過可以換個角度來看，美國人有種講法，“玻璃杯里有半杯水，你看到的半杯是水，還是空的？”當然，兩者都對，但問題是你怎麼看。看到半杯水者是樂觀主義者，看到半杯空者是悲觀主義者。所以，正因為有這樣的困難，就給我們提出了挑戰，即使現在的方法不能對付，能不能發明一種新的方法去解決它？困難為我們提供了機遇，不能因噎廢食。

重要的是要有新思想——NEW IDEA

下面我想講一下各個學科之間的分割。我們中國有句古話：“隔行如隔山”。還有“女怕嫁錯郎，男怕入錯行”，就是說，你入錯行以後就麻煩了。我個人有不同的看法，我認為行業之間並沒有大山之隔。佛教里有一句話：“諸魔皆心魔”，就是說各種各樣的惡魔其實只存在於你的心中，我想這句話應用在這裡是恰當的。我曾與一位朋友交談，他也這樣看。他說：“整個宇宙是一個整體，並沒有物理的宇宙、化學的宇宙、生物學的宇宙、人文的宇宙、藝術的宇宙、哲學的宇宙。所謂的科學、藝術、人文、哲學等等是我們給分割的。”還有一位舉了一個很好的例子，他說：“人類的文明是一個高峰，有三條路上去，一條路是科學，另外一條路是藝術，還有一條路是人文。在山腳時，這三條路離得很遠，你可以說當中有阻隔，但當你爬到頂峰時，這三條路就匯合了。”有道是：“會當凌絕頂，一覽眾山小”，就豁然開朗、融會貫通。

前幾天我在幾所中學裡作講演，現代中學生很有頭腦。我講到合，講到要消除各個行業之間的阻隔，要培養通才。一位女學生站起來，她說：“沈先生！你說要培養通才，而達·芬奇這樣的通才是天才，我們都是凡人，凡人是成不了通才的。你要是樣樣都學，就樣樣不精，結果變成了萬金油。你對這個問題怎麼看法？”這個問題很有挑戰性，我回答她：“我理解你的意思，所謂通才教育，不是叫你每樣都去學，而是叫你根據自己的愛好、本身的基礎和條件，然後根據當前形勢，選擇最適合你的東西去廣泛地學習。”根據我的觀察，科學家越是鑽得深的越是容易跳出來。這和井底蛙不一樣，青蛙在井裡，那口井越是深就越難跳出來。我打了個比喻，這個井底是個彈簧，你越是往下鑽得厲害，那個彈簧越壓縮得緊，然後你一鬆手就蹦起來越高。我講這個話是有根據的：美國著名物理學家蓋爾曼，他是一位神童，非常聰明。他研究基本粒子的規則——“重子八重態”，提出“夸克”，得了諾貝爾獎。你猜後來他幹什麼？如今他在新墨西哥沙漠裡的聖菲研究所做大系統的研究，研究自我意識。從基本粒子到自我意識，這個當中有多少跨距啊！

第二位是美國的著名物理學家費因曼，量子場論專家。他提出了費因曼圖，他在場論當中解決了發散問題，和日本的朝永振一郎一起得了諾貝爾獎。費因曼的興趣十分廣泛，他研究美洲土著的手鼓；他到俄羅斯的西伯利亞去研究原始部落；他曾經破譯過瑪雅文字。他最著名的一手，就是1985年美國的一個太空梭在天空中爆炸，很多人都找不出原因，他做了個實驗，把一個橡皮圈浸在液氦裡面，拿出來往桌子上一摔，碎了！他說問題就是你們的密封橡皮圈受不了低溫，太脆的緣故。這個人的興趣是廣泛得不得了。

蓋爾曼有些發現並非只是他一個人的，而是與別人同時發現的，一位猶太人叫尼曼（YuvalNe＇emann），原先是軍人，以色列政府派他到倫敦去擔任武官。他愛好物理學，有機會到劍橋大學聽課。聽了幾年以後，他不做武官了，就去鑽研粒子物理，結果他和蓋爾曼同時提出“重子八重態”。很可惜的是他沒有得諾貝爾獎，但他和蓋爾曼在這個問題上做出的貢獻是半斤八兩的。這樣例子可以舉很多，比如說大家知道的一位著名的美國天文物理學家哈伯，他以發現宇宙膨脹著稱，於是才有宇宙大爆炸說。哈伯原本是軍人，退伍後當律師，後來才從事天文學研究。

所有這些給我的啟發是，行業之間並沒有大山之隔。真正的科學突破不完全在於你去拼命地積累資料、拼命地打基礎。並不是說這不重要，而我感覺到更重要的是要有新思想——NEW IDEA，三年前我曾向《科學》雜誌的潘友星主編提過一個建議，該雜誌應該開一個專欄，叫NEW IDEA，提倡新思想，這肯定會對科學發展有推動作用。

大科學與小科學

接着，我想講一下大科學。巨型粒子加速器、宇航飛船、還有生物學方面解讀人體的DNA和水稻的DNA，這些都是大科學，規模很大。大科學的主要部分，實際上不是科學，而是工程。為什麼這樣說呢？在造加速器以前，已經知道這個加速器一定可以造出來，所有的自然規律我們都掌握了。大科學本身是工程，但是大科學造出來以後，為探測性科學奠定了基礎。

比如說，人類DNA被解讀出來了，但這只是一個開始，不是結束，解讀出來以後我們要去研究：哪一段DNA、哪一個基因起什麼作用？該怎麼應用？等等，這個才是真正科學的開始，解讀只是給我們搭起一個台，而戲是要科學家去唱的。加速器也是這樣，用幾十億美金建一個大加速器，這是工程，然後要由科學家去做基本粒子的研究。我給各位講一個故事：五十年代蘇聯莫斯科郊區的杜布納核子研究所，在當時具有世界上最強力的加速器，做了好幾年，做不出結果來。杜步納的所長是輪流的，輪到中國，派了王淦昌去當所長。王先生是一個非常有創意的科學家，去後不久就發現了一個粒子——反西格馬負超子。由此可見，IDEA是非常重要的，科學家有創意是非常重要的。王淦昌還不僅如此，他曾是我母校浙江大學的教授，抗戰時他在貴州遵義。當時物理學的一個難題：怎樣檢測中微子？他提出用原子核俘獲K介子的反衝來檢測中微子。當時是抗日戰爭期間，他沒有辦法發表，後來美國人用這個方法檢測了中微子，而且得了諾貝爾獎。所以作為一個科學家，最重要的是思想，IDEA。

再來看小科學，它是小規模的，幾個甚至是一個科學家單槍匹馬進行科學研究。我們絕對不能看輕這種小科學，很可能一些原創性的重大突破是從小科學裡出來，而且花費不會太多。我舉一個例子：大約八年前，我到科羅多州的州立大學去拜訪物理系系主任，他陪我參觀了實驗室後說，他們正在做波色－愛因斯坦凝聚態實驗，所用裝置一共才五萬美金，大家知道用五萬美金做實驗，在美國是非常少的一筆資金，美國一般的科學項目都是上百萬的，上千萬的都有，五萬美金簡直是忽略不計的錢。他說用的錢很少，只不過是一兩個人在做。當時，我也沒有十分在意。後來在四年前，石破天驚，報紙刊登了他們做出結果的消息，去年他們得了諾貝爾獎。這說明，要取得重大的科學突破，不一定需要很多的錢，也不一定需要非常昂貴的設備。當然我不否定這方面，花很多的錢做昂貴的設備，是綜合國力的一種表現，有一些研究必須要那樣做。我只是說，還要看到另一方面，你有新的IDEA，單槍匹馬的去干，花很少的錢，有可能做出震驚世界的大成就。小科學是千萬不能忽視的。

科學不僅僅是功利的

我想簡單提一下“功利”。剛才我和裴鋼院士交流了一番，他說現在一提到科學就問“有什麼用？”沒有用的就不算科學。科學是應該要有功利的，因為科學研究是國家撥款的，我們應該做出東西來對社會、對國家有用。但是科學又不僅僅是功利的，不能說只有有用的才是科學。有些科學在一開始的時候並沒有多大的用處，愛因斯坦的相對論剛出來時沒有人想到過會有用。大家都知道狹義相對論的質能公式：E＝MC2，後來才知道，這為原子能的應用奠定了理論基礎。

所以對前沿性的探索而言，第一、你不知道它會從哪裡蹦出來，第二、你不知道它有沒有用，但是我們還是要去做。我曾提出過，大科學是可以預測的，可以規劃的，可以訂計劃，可以檢查等等；小科學的前沿性探索是沒有辦法預測的，你根本不知道會出來什麼樣的東西，你怎麼訂計劃？你怎樣去檢查？現在的有些地方，每一年、半年就要科學家拿出成果來，我對這很反感。如果這樣下去的話，你永遠只能做二流、三流的工作，你永遠出不了一流的科學成果。

一流的科學成果可能要十年、二十年才能做出來，甚至可能一輩子都做不出來。我們中國是泱泱大國，應該有這個氣魄，讓科學家放手去探索，用十年、二十年去探索，到時你做不出來，我也不責備你。丁肇中先生在北京的一次報告中說：他做過五次大規模的實驗，所有的實驗結果都和他原來預期的不一樣。這夠說明問題了吧！去年在上海，文匯報記者訪問丁先生時，他講了一句使我非常感動的話，因為當時我剛好在《文匯報》發表了一篇文章——《勸思篇》，提倡思考。在這篇文章發表一個月後，我看到丁先生在上海接受文匯報記者訪問的報道，記者問他：“你作為實驗科學家，你的主要工作是什麼？”你猜他說了一句什麼話？他說：“我只做一件事——思考！”一位聞名全球的著名實驗物理學家，他的主要任務是思考，那麼我們這些人要不要思考？

科學突破需要膽識

很多人問我：為什麼中國現在還沒有非常重量級的科學突破？有的很關心諾貝爾獎，如此等等。我個人認為，中國的科學家基礎非常好，勤奮可能是這個世界上沒有一個國家比得上的。中國科學家、學者、知識分子的勤奮使我感動，但也使我感到可怕。我有兩位非常要好的朋友在去年得癌症去世了。中國有些非常優秀的科學家在五十歲就英年早逝。不分晝夜地干，拼命干，但為什麼還出不了大的成就？我感到：和西方比，中國科學家不僅要有基礎，不僅是要勤奮，還要有膽識。有膽就是敢，要敢為天下先，敢於提出不同的見解，敢于堅持自己的意見去做。丁肇中就是很好的例子，他最近在做一項花費大量資金在太空檢測反物質的工作，這要碰運氣的，不一定成功，他敢做，這就是有膽。

更重要的是有識，就是你要有非常尖銳的目光，不要讓大的發現從你眼皮底下溜過去。剛才講到王淦昌提出檢測中微子的方法、發現反西格馬負超子，都是因為他有膽有識。還有丁肇中發現J/F粒子，當時物理學界一般認為在那個能量範圍沒有粒子。他在實驗中突然發現有異常現象，反應有時高、有時低。一般人可能會忽略過去，他不，他覺得這裡有名堂，他就反覆地細作，結果發現了一個共振，共振就是粒子。有人主張還要把它弄得更仔細再發表，他說：“不！肯定了就不要再細作了，馬上發表！”他是對的，結果是他與另外一個美國人同時發表，如果他延遲發表，那他就是第二了。大家知道，科學沒有第二，只有第一。

我要講一下“以人為本”。其中最重要的是要關心科學家。最近我看到有位名人發表議論，他說：他的學生在美國的某所知名大學帶了十多個研究生，他們一周工作一百四十小時，意思是說大家要拼命地勤奮工作。我對這個講法有兩點質疑：第一點，一百四十小時除七是二十，每天工作二十小時，也就是說，你每天只剩下四個小時去吃飯和睡覺，我覺得這恐怕有點誇張，不可能持久，果真這樣的話，你很快就垮了。剛才我講了我們中國的一些青年才俊英年早逝的現象，絕對不能再提倡這種拼命方式了。第二點，難道科學的成就是以你花費的時間來計算的嗎？我認為，科學的成就只有一個標準，就是你的業績。“Perxxxxance，only perxxxxance。”其餘都不相干。你能一小時做出來，比花十小時做出來的還要厲害。對科學家來講，不能說他投入的時間越多，夜以繼日，忘寢廢食，就一定是好的。報紙上這樣的報道，我認為恐怕要小心一點。當然我也不否認勤奮苦幹是好的，但是不能過分。不應該提倡拼體力、拼時間。應該提倡巧幹，以智取勝，要提高效率。

“我”丟了——當代科學的四大難題

我感覺我們這一代是“生逢其時，重任在肩”。我個人的看法，當代科學有四大難題等待我們去突破：

第一難題是物質本質。現在我們對物質的本質還不清楚，現在大家知道有超弦理論，有M理論等等，就是朝這個方向去努力的。

第二個難題是宇宙演化。宇宙演化最近非常熱，美國報紙上隔兩三天就會出來一篇關於“兩暗”——暗物質、暗能量的報道。最近發表的微波各向異性檢測結果，發現95％以上的宇宙物質是看不見的暗物質和暗能量，其中25％是暗物質，70％是暗能量。我寫了一篇文章，在這一期的《科學》上登出來的。我說這裡面有文章，和一百年以前的事情很相像。一百年以前，英國的凱爾文爵士在紀念新世紀的晚會上發表演講，他說物理學已經登峰造極，後人只是在小數點以後的第六位加一點東西，修修補補。但他畢竟是一位很厲害的科學家，他接下去說：在物理學晴朗的天空中有兩朵烏雲，一朵烏雲是邁克爾遜的光速實驗，與當時流行的“以太說”不符；第二朵烏雲是關於黑體輻射的實驗，與當時的經典理論不符。結果十年不到，這兩朵烏雲就變成了傾盆大雨：愛因斯坦提出的狹義相對論，把以太給否定掉了，普朗克提出的量子說，指出了經典物理的局限性。而相對論和量子力學剛好是20世紀物理學的兩大支柱。我有一種預感，但也不敢肯定，就是天文學的“兩暗”與以前的“兩雲”很相像，很可能最後出來的東西不是暗能量。所以，兩暗的問題很有挑戰性。

第三個難題是生命奧秘。雖然現在的生物學已經有了非常大的進展，我們已經把人體的DNA解讀出來了，但是我覺得，想弄清楚生命究竟怎樣運作，恐怕還有一段很長的路要走。當然DNA的解讀是一個里程碑式的成果，但這只是開始。

第四個難題是自我意識。自我意識就是人的自我究竟是什麼東西？我曾寫過一篇文章，叫做《雨傘·包袱·我》，講了一個故事：有個老和尚叫小和尚去雲遊，給了他一把雨傘遮蔽風雨，給了他一個包袱存放零用的物品，然後叫他去雲遊，囑咐他：“你不要弄丟了！”，那個小和尚有點痴呆，老和尚就教他念口訣：“雨傘、包袱、我”，“雨傘、包袱、我”……後來小和尚跌了一跤，爬起來，看看手中雨傘還在，摸摸背上包袱也在，就是找不到“我”！於是他大哭，一個路人問他為何哭？小和尚說他把“我”丟了！那人摸摸他的光頭說：“這不就是你嗎？”他恍然大悟，破涕為笑。我就用這個例子開頭，說明“什麼是我？”“我”有很多層次：第一個層次就是小和尚的那個“我”，所謂臭皮囊，但是這個臭皮囊並不是真正的“我”，人體的原子和分子，每一年都有一半以上被更新掉，如果這個臭皮囊是“我”的話，豈不是“我已非我”了嗎？第二個層次是基因，當克隆羊“多莉”出生以後，很多人說：那可不得了，如果他們用我的基因複製出人，豈不是造出另一個“我”來了嗎？不對！真正複製出的，只不過是一個你的克隆，與你的生理相同，但心理不一樣。最後一個層次是心靈，即自我意識，這到底是什麼東西？我最近在美國看了很多資料，到現在為止，沒有一個人能對自我意識說得出道理來，很多著名的腦神經科學家都講，自我意識究竟是什麼還沒有一個人知道。