它山之石，可以攻玉————关于R＆D

一、卡文迪希实验室

英国剑桥大学的卡文迪希实验室在二战前是一个以物理学闻名的实验室，曾经
由发现电子的汤姆生和发现原子结构的卢瑟福担任主任，在原子结构和原子核物理
的发展上做出过重要贡献。二战后，由于核物理的研究工作从这里分离出去，因此
该实验室经费面临着严重困难，而在这种情况下，却连续做出优异的科研成果，并
且不是在其传统的强项物理学上取得，到底是为什么?

让我们回顾一下生物学的发展。早在19世纪中叶，英国生物学家达尔文提出生
物进化学说，后来奥地利生物学家孟得尔提出了遗传基因的假说。到本世纪初，美
国生物学家摩根发展基因的假说，明确指出，基因存在于染色体上。而基因的双螺
旋结构则是在“二战”后，欧洲还在医治战争创伤时，由英国剑桥大学卡文迪希实
验室的物理学家克里克和华生于1953年发现的，当时华生只有25岁。

这样，我们就必定会提出下述的问题：为什么基因的双螺旋结构是由物理学家
而不是生物学家发现的?为什么它不在当时最强盛、条件最好、有深厚基因研究传
统的世界科学中心美国产生?搞清楚这两个问题是十分有意义的。

1、果断地开辟新的研究方向

面对前述的新情况，新任卡文迪希实验室主任布腊格从实验室和英国国情出发
，果断地决定将实验室原有的科研积累加以发展，开辟新的研究领域。一是利用Ｘ
光衍射进行矿物晶体结构的分析技术来进行生物大分子的结构分析，力图从分子的
角度了解生物的遗传和生命现象的本质。二是利用在“二战”中发展起来的雷达技
术进行天文研究。

历史已经证明，由一个以物理学前沿为主要研究方向的世界知名实验室，改为
利用物理学发展出的仪器和物理学家的思维方法，重点从事天文和生物的研究，这
样一个决定是非常正确和极有远见的。经过几年的努力，卡文迪希实验室在这两个
新研究方向上都取得了划时代的研究成果，开辟了射电天文学和分子生物学的崭新
领域。在天文上发现了类星体和脉冲星，赖尔和休伊什因而获得了1974年的诺贝尔
物理奖。在分子生物上发现了ＤＮＡ的双螺旋结构，克里克和华生获得了1962年的
生物和医学诺贝尔奖。在卡文迪希实验室分子生物方向工作过的科学家中还有好几
位获得诺贝尔奖。这就使得在战后困难的条件下，卡文迪希实验室重新成为世界最
重要的科学中心之一。

2、科学中心领导核心起到了关键作用

卡文迪希实验室主任布腊格从学科交叉中发现了新的学科生长点，充分调动了
实验室原有的技术力量，以很少的经费，在困难的条件下开创了崭新的局面。英国
开创了分子生物学和射电天文学，以后在这两个领域又长期领先于世界，布腊格是
有很大功劳的。这说明科学中心领导核心的学术水平和战略部署对中心的科学发现
起着关键作用。

3、既要有只争朝夕的精神，又不能急于求成

从1946年开始到1953年，发现DNA的双螺旋结构共经历了7年时间。对一个以往
没有人进入过的崭新研究领域，只有信心坚定而不是急于求成的领导人，才能始终
不渝地给以支持，并不断地创造条件，开展学术研讨，以寻找突破点。这样，才有
可能在不断进行科学积累、不断吸引和发现人才的基础上作出重大的科学发现；而
一旦产生重大科学发现的客观条件已经成熟，就要抓住时机，以只争朝夕的精神取
得突破性进展。

4、物质条件在重大发现的实现上都只是必要条件

英国卡文迪希实验室的事例充分说明，物质条件在重大科学发现和重大科学工
程的实现上都只是必要条件，而非充分条件。20世纪最重要的科学发现并不是在条
件最好的国家和实验室中产生的。在有了基本工作条件后，提出明确的目标和战略
，在科学家群体中形成使命感和凝聚力，创造促使创新思维产生的学术环境，吸引
优秀人才和选择学术带头人，将起到更关键的作用。

[点评]：卡文迪希实验室在二战后的再次成功，其R＆D战略的果断转移是决定
性的因素，利用物理学的仪器和物理学家的思维从事生物学和天文学的研究，这种
战略思想的及时调整是何等的伟大！既有学科的交叉，也有知识的融合，这种成功
的交叉和融合为创新提供了空间和土壤。但也应注意，这种战略的转移是有因果关
系的，物理学仪器的精密和物理学家思维的严密为从事生物大分子结构分析和天体
观察的研究提供了非常好的基础。

实验室主任布腊格从学科交叉中发现了新的学科生长点，表明其卓越的科研才能和
其独特的视角，在这个创新成功的案例中，布腊格就是创新催化剂，正是由于布腊
格的创新催化作用，才激活了知识（物理学知识）与科学需求（生物学和天文学本
身的内在发展要求），实现了它们之间的有效碰撞，于是在分子生物上发现了DNA
的双螺旋结构，在天文上发现了类星体和脉冲星。

尊重基础研究的规律，信心坚定，不急于求成，为研究创造一个宽松的环境。

具有持续知识能自发态的组织所进行的原始创新并不需要太好的物质条件，关
键是创造一种氛围，营造一种环境，使创新思想有生长的土壤。

二、德国为什么在20世纪初能成为世界科学的中心

20世纪初，德国并不是经济最发达的国家。量子力学发现时，德国正经历第一
次世界大战失败后经济特别困难的时期。正是这种经济形势导致了30年代法西斯的
上台。当时德国科学家的生活和工作条件都是很差的。可见在条件不够好的地方也
可以产生最重要的科学发现，其关键在于要具有优良的学术传统和人才优势。

1、有长期尊重知识、尊重科学的传统

如德国洪堡大学最早设立的专门从事研究的实验室，成为国内外其他大学效仿
的样板。

2、形成若干人才资金集中、学术传统优良的研究中心

德国率先成立了马克斯·普兰克研究所和若干大学的研究中心，如柏林大学、
哥廷根大学、慕尼黑大学、莱布尼兹大学等。

3、采取开放和吸引人才的政策

在希特勒上台以前，德国大学采取开放流动的政策，吸引了大批犹太族的科学
家去德国定居和学习。爱因斯坦、波恩等都是犹太族人。同时，鼓励国际学术交流
和人员流动，从而吸引了大批外国留学生。美国原子弹之父奥本海默、氢弹之父特
勒，著名匈牙利科学家冯诺曼、魏格勒，著名俄罗斯科学家朗道等当年都曾去德国
留学。

4、积极培养选拔青年

以海森堡为例，他1920年入慕尼黑大学，师从名教授俄国人索默菲得，1923年
即获得博士学位，其间1922～1923年由索默菲得推荐，转至哥廷根大学师从著名的
波恩教授。海森堡毕业后即获得资助去丹麦哥本哈根，在原子结构量子论的创始人
玻尔教授处工作了１年。海森堡自己说，他从慕尼黑学到不怕困难问题的乐观主义
；从哥廷根学到数学；从哥本哈根学到物理。这为他在1925年发现量子力学打下了
坚实的基础，当时他年仅24岁。

5、发挥哲学的突破和指导作用

德国在哲学上率先脱离机械论和绝对论的束缚，发展了辩证法和唯物论。德国
的科学家都有很高的哲学素养。在发现相对论和量子力学的过程中都进行了对认识
论的哲学讨论。

6、理论联系实际

德国理论物理学家重视理论和实验的结合，对当时物理实验的前沿-原子光谱
作了详尽的分析。海森堡在发现量子矩阵力学以前从事了大量光谱的分析工作，正
是在分析光谱强度时找到了物理量不对易这一量子矩阵力学的关键。

7、数学领先

德国在19世纪末，已经成为数学领先的国家，产生了世界超一流的数学家高斯
和黎曼等。本世纪初最著名的数学家是在德国哥廷根大学的希伯特教授。当时定居
德国的理论物理学家中，有一批人如索默菲得和波恩在物理和数学两方面都具有很
高的素养。量子力学的发现与一批物理学家掌握了当时最前沿的数学发展，如算子
和希伯特空间有很大关系。

哲学思想的指导和数学研究的领先，理论与实验的紧密结合，学术思想的活跃
和创新，研究机构的开放流动、频繁的学术交流和激烈的学术争论，对年轻人才的
吸引、集聚和破格选拔，这些优良的学术传统和优势是德国当时成为世界科学中心
的重要条件。它不仅造就了海森堡一人，而且为发展世界科学造就了一大批人。