为什么中国现在还没有非常重量级的科学突破？我个人认为，中国的科学家基础非常好，勤奋可能是这个世界上没有一个国家比得上的。我感到，与西方比，中国科学家不仅要有基础，不仅是要勤奋，还要有胆识。有胆就是敢，要敢为天下先，敢于提出不同的见解，敢于坚持自己的意见去做。更重要的是有识，就是你要有非常尖锐的目光，不要让大的发现从你眼皮底下溜过去。

我就科学的几个问题讲一点自己的想法。

科学顿悟——李白、庄子的启发

首先来看一下科学方法。大家知道科学方法有两种：一种是实验，除了数学以外，所有其它的科学发展都要靠实验，归根到底科学是实证性的；另外一种就是理论，理论是什么呢？理论就是根据一定的前提，用逻辑推理的方法，从前提推导出结论来。请想一想，除了实验与理论以外，还缺少什么东西？我的想法是，现在不是提倡创新吗？不是提倡原创性吗？我感觉到真正原创性的东西需要有突破。要有突破，怎么能达到呢？光靠逻辑思维是没有办法突破的，因为逻辑思维只是从已知的前提出发，然后用一步一步的推理推出结果。说到底，结论已经隐含在前提里面，从根本上讲，并没有新的东西。你要有新的东西，就必须突破这个前提，必须突破这个逻辑体系，提出一个新的体系来。就是科学探索的顿悟，这点和艺术、文艺的灵感是极为相似的。大家都知道著名国学家王国维的“治学三境界”，最后一个境界是：众里寻她千百度，暮然回首，那人却在灯火阑珊处。暮然回首为什么会发现那人在灯火阑珊处呢？一个原因是你已经众里寻她千百度，你已积累了很多资料，但是最后的突破是带有偶然性的。不仅是带有偶然性，而且可以从别的领域得到启发的。

日本著名物理学家汤川秀树，以提出介子说获得诺贝尔奖，他写了一本书。书中说，他在科学研究中的突破，和李白、庄子很有关系。他特别提到李白一篇文章的开头：“夫天地者万物之逆旅，光阴者百代之过客”，他从这两句话中得到灵感，就怎样处理微观基本粒子的时空观得到了启发。他又从《庄子》的“为混沌开七窍”悟出了基本粒子从一个最原始、没有特性的东西分化出来成为各种各样的粒子。所以他认为东方的哲学思想、东方的文化、东方的文学，对他的科学研究非常有启发。

“分久必合”——从分析法到综合法

大家都读过《三国演义》，开宗明义的几句话是：“天下大事，分久必合，合久必分”，我感觉到后面两句话不仅是对天下大事，对科学也适合。西方科学在文艺复兴以前是没有分化的，甚至连科学这个名称也没有，而是叫做“自然哲学”。当时的学者，像达·芬奇那样的人，用现在的眼光来说是横跨各个领域，他既是画家，又是雕塑家，又是生理学家，又是医学家，又是建筑师，又是航空理论家……他的头衔可以报出一打以上。科学的分化是在文艺复兴以后，特别是工业革命以后逐步分化的。分化到今天，已经越分越细。这个分化是推动自然科学的，我们今天所享受的各种物质文明，都是近三百多年来自然科学和技术的突飞猛进所造成的结果。一个很重要的原因，就是分。分！不仅是分科，使大家可以集中精力于一个专门学科，专心致志地去研究；分！更重要的是运用分析法。分析法的老祖宗是伽里略，他做了一个很重要的实验，就是斜塔实验。斜塔实验看起来很简单，但其思想非常重要。在伽里略以前，人们普遍认为越是重的东西所受到的重力加速度就越大，速度就越快。伽里略说：不对！他指出：物体无论轻重，在重力场作用下的加速度和速度都是相等的，斜塔实验的轻重两个球同时落地，证明伽里略是对的。别以为斜塔实验看上去很简单，实际上这开了近代科学使用分析法的先河。为什么这样说呢？古希腊学者与伽里略的想法不一样，主要因素是空气阻力。一根羽毛掉下来很慢，而一个铅球掉下来很快，差别在于空气阻力。伽里略的功劳在于撇开空气阻力的因素，光是研究在重力下这个物体的加速度和速度，结果他得出了与古希腊学者不同的结论，开了现代科学分析法和实验法的先河，这是一件了不起的事情。这就是为什么千禧年的时候大家选最有影响的科学家，他的名字在里面。

我个人的看法：今天是到了分久必合之时，为什么这样说呢？因为形势变了。现代科学研究的对象越来越复杂。很多人认为21世纪的主流科学是生物学，生物是一个极端复杂的大系统。就拿人体来讲，就拿大脑来讲，我这样问：“你把人体的每一个细胞、每一个分子、每一个原子都弄清楚了，你就了解人体了吗？你对大脑里的每一个神经元、每一个突触，以及其中的每一个分子、原子、基本粒子统统研究透彻，你就了解大脑的功能了吗？”显然不是的，对这种复杂系统，我们习惯于物理的思考，物理学有个特点：你越深挖就越根本。物理学最根本的东西还在更深的地方，我们现在还不知道。但是生物学和脑神经科学是不一样的，我相信这方面最后的突破不是靠往深处发掘，而是要从整体观念探索横向的联系，要考虑各个方面的综合性因素。换句话说，光靠分析法不够，还需要综合法。五年前，我在《科学》上发表了一篇文章，就提出这个想法，我说：“新世纪的曙光在东方”，我当时是这样讲的：“综合法必将东山再起”。所以我们现在要考虑到整个科学的由分到合，百川归海，文化合流。

就拿脑科学来讲，大约十五年以前，英国著名的数学家、物理学家彭罗斯写了一本书，名叫《皇帝的新心灵》。他费了很大的篇幅讲计算机科学，又费了很大的篇幅讲脑神经学，最后他得出结论：“要揭开自我意识之迷，必须要在亚原子的基本粒子里去钻”。我和很多位这方面的专家讨论过，我们都不同意这个观点。我们觉得要解开自我意识之迷，不是到亚原子的基本粒子里去钻。他原话的意思是“到亚原子的基本粒子还没有发现的规律里去钻”，我们不同意这个看法。我们认为要揭开自我意识之迷，也就是认知科学的最重要的任务，应该是横向的、整体的，关键在于系统各部分之间的关联和相互作用。虽然我们还没有弄明白，但肯定是在这个层次，而不是往下深钻。当然我不否认往下深钻有好处，譬如说你对每一个神经元、每一个突触、每一个分子都弄清楚，肯定有好处。但如果不研究它们之间的关联，不看整体，仍然无法揭开自我意识之谜。

前天，我拜访了一位著名的脑科学家，他告诉我：“以整体观念研究脑科学有两大困难：一是不可预测性，二是不可重复性。”当然这两个是原则性的困难，因为我们知道，科学就是要能重复，如果不能重复，科学就没有检验标准了；而缺乏预测性的科学用处也不大。我对他说，这确实是严重的困难，不过可以换个角度来看，美国人有种讲法，“玻璃杯里有半杯水，你看到的半杯是水，还是空的？”当然，两者都对，但问题是你怎么看。看到半杯水者是乐观主义者，看到半杯空者是悲观主义者。所以，正因为有这样的困难，就给我们提出了挑战，即使现在的方法不能对付，能不能发明一种新的方法去解决它？困难为我们提供了机遇，不能因噎废食。

重要的是要有新思想——NEW IDEA

下面我想讲一下各个学科之间的分割。我们中国有句古话：“隔行如隔山”。还有“女怕嫁错郎，男怕入错行”，就是说，你入错行以后就麻烦了。我个人有不同的看法，我认为行业之间并没有大山之隔。佛教里有一句话：“诸魔皆心魔”，就是说各种各样的恶魔其实只存在于你的心中，我想这句话应用在这里是恰当的。我曾与一位朋友交谈，他也这样看。他说：“整个宇宙是一个整体，并没有物理的宇宙、化学的宇宙、生物学的宇宙、人文的宇宙、艺术的宇宙、哲学的宇宙。所谓的科学、艺术、人文、哲学等等是我们给分割的。”还有一位举了一个很好的例子，他说：“人类的文明是一个高峰，有三条路上去，一条路是科学，另外一条路是艺术，还有一条路是人文。在山脚时，这三条路离得很远，你可以说当中有阻隔，但当你爬到顶峰时，这三条路就汇合了。”有道是：“会当凌绝顶，一览众山小”，就豁然开朗、融会贯通。

前几天我在几所中学里作讲演，现代中学生很有头脑。我讲到合，讲到要消除各个行业之间的阻隔，要培养通才。一位女学生站起来，她说：“沈先生！你说要培养通才，而达·芬奇这样的通才是天才，我们都是凡人，凡人是成不了通才的。你要是样样都学，就样样不精，结果变成了万金油。你对这个问题怎么看法？”这个问题很有挑战性，我回答她：“我理解你的意思，所谓通才教育，不是叫你每样都去学，而是叫你根据自己的爱好、本身的基础和条件，然后根据当前形势，选择最适合你的东西去广泛地学习。”根据我的观察，科学家越是钻得深的越是容易跳出来。这和井底蛙不一样，青蛙在井里，那口井越是深就越难跳出来。我打了个比喻，这个井底是个弹簧，你越是往下钻得厉害，那个弹簧越压缩得紧，然后你一松手就蹦起来越高。我讲这个话是有根据的：美国著名物理学家盖尔曼，他是一位神童，非常聪明。他研究基本粒子的规则——“重子八重态”，提出“夸克”，得了诺贝尔奖。你猜后来他干什么？如今他在新墨西哥沙漠里的圣菲研究所做大系统的研究，研究自我意识。从基本粒子到自我意识，这个当中有多少跨距啊！

第二位是美国的著名物理学家费因曼，量子场论专家。他提出了费因曼图，他在场论当中解决了发散问题，和日本的朝永振一郎一起得了诺贝尔奖。费因曼的兴趣十分广泛，他研究美洲土著的手鼓；他到俄罗斯的西伯利亚去研究原始部落；他曾经破译过玛雅文字。他最著名的一手，就是1985年美国的一个太空梭在天空中爆炸，很多人都找不出原因，他做了个实验，把一个橡皮圈浸在液氦里面，拿出来往桌子上一摔，碎了！他说问题就是你们的密封橡皮圈受不了低温，太脆的缘故。这个人的兴趣是广泛得不得了。

盖尔曼有些发现并非只是他一个人的，而是与别人同时发现的，一位犹太人叫尼曼（YuvalNe＇emann），原先是军人，以色列政府派他到伦敦去担任武官。他爱好物理学，有机会到剑桥大学听课。听了几年以后，他不做武官了，就去钻研粒子物理，结果他和盖尔曼同时提出“重子八重态”。很可惜的是他没有得诺贝尔奖，但他和盖尔曼在这个问题上做出的贡献是半斤八两的。这样例子可以举很多，比如说大家知道的一位著名的美国天文物理学家哈伯，他以发现宇宙膨胀著称，于是才有宇宙大爆炸说。哈伯原本是军人，退伍后当律师，后来才从事天文学研究。

所有这些给我的启发是，行业之间并没有大山之隔。真正的科学突破不完全在于你去拼命地积累资料、拼命地打基础。并不是说这不重要，而我感觉到更重要的是要有新思想——NEW IDEA，三年前我曾向《科学》杂志的潘友星主编提过一个建议，该杂志应该开一个专栏，叫NEW IDEA，提倡新思想，这肯定会对科学发展有推动作用。

大科学与小科学

接着，我想讲一下大科学。巨型粒子加速器、宇航飞船、还有生物学方面解读人体的DNA和水稻的DNA，这些都是大科学，规模很大。大科学的主要部分，实际上不是科学，而是工程。为什么这样说呢？在造加速器以前，已经知道这个加速器一定可以造出来，所有的自然规律我们都掌握了。大科学本身是工程，但是大科学造出来以后，为探测性科学奠定了基础。

比如说，人类DNA被解读出来了，但这只是一个开始，不是结束，解读出来以后我们要去研究：哪一段DNA、哪一个基因起什么作用？该怎么应用？等等，这个才是真正科学的开始，解读只是给我们搭起一个台，而戏是要科学家去唱的。加速器也是这样，用几十亿美金建一个大加速器，这是工程，然后要由科学家去做基本粒子的研究。我给各位讲一个故事：五十年代苏联莫斯科郊区的杜布纳核子研究所，在当时具有世界上最强力的加速器，做了好几年，做不出结果来。杜步纳的所长是轮流的，轮到中国，派了王淦昌去当所长。王先生是一个非常有创意的科学家，去后不久就发现了一个粒子——反西格马负超子。由此可见，IDEA是非常重要的，科学家有创意是非常重要的。王淦昌还不仅如此，他曾是我母校浙江大学的教授，抗战时他在贵州遵义。当时物理学的一个难题：怎样检测中微子？他提出用原子核俘获K介子的反冲来检测中微子。当时是抗日战争期间，他没有办法发表，后来美国人用这个方法检测了中微子，而且得了诺贝尔奖。所以作为一个科学家，最重要的是思想，IDEA。

再来看小科学，它是小规模的，几个甚至是一个科学家单枪匹马进行科学研究。我们绝对不能看轻这种小科学，很可能一些原创性的重大突破是从小科学里出来，而且花费不会太多。我举一个例子：大约八年前，我到科罗多州的州立大学去拜访物理系系主任，他陪我参观了实验室后说，他们正在做波色－爱因斯坦凝聚态实验，所用装置一共才五万美金，大家知道用五万美金做实验，在美国是非常少的一笔资金，美国一般的科学项目都是上百万的，上千万的都有，五万美金简直是忽略不计的钱。他说用的钱很少，只不过是一两个人在做。当时，我也没有十分在意。后来在四年前，石破天惊，报纸刊登了他们做出结果的消息，去年他们得了诺贝尔奖。这说明，要取得重大的科学突破，不一定需要很多的钱，也不一定需要非常昂贵的设备。当然我不否定这方面，花很多的钱做昂贵的设备，是综合国力的一种表现，有一些研究必须要那样做。我只是说，还要看到另一方面，你有新的IDEA，单枪匹马的去干，花很少的钱，有可能做出震惊世界的大成就。小科学是千万不能忽视的。

科学不仅仅是功利的

我想简单提一下“功利”。刚才我和裴钢院士交流了一番，他说现在一提到科学就问“有什么用？”没有用的就不算科学。科学是应该要有功利的，因为科学研究是国家拨款的，我们应该做出东西来对社会、对国家有用。但是科学又不仅仅是功利的，不能说只有有用的才是科学。有些科学在一开始的时候并没有多大的用处，爱因斯坦的相对论刚出来时没有人想到过会有用。大家都知道狭义相对论的质能公式：E＝MC2，后来才知道，这为原子能的应用奠定了理论基础。

所以对前沿性的探索而言，第一、你不知道它会从哪里蹦出来，第二、你不知道它有没有用，但是我们还是要去做。我曾提出过，大科学是可以预测的，可以规划的，可以订计划，可以检查等等；小科学的前沿性探索是没有办法预测的，你根本不知道会出来什么样的东西，你怎么订计划？你怎样去检查？现在的有些地方，每一年、半年就要科学家拿出成果来，我对这很反感。如果这样下去的话，你永远只能做二流、三流的工作，你永远出不了一流的科学成果。

一流的科学成果可能要十年、二十年才能做出来，甚至可能一辈子都做不出来。我们中国是泱泱大国，应该有这个气魄，让科学家放手去探索，用十年、二十年去探索，到时你做不出来，我也不责备你。丁肇中先生在北京的一次报告中说：他做过五次大规模的实验，所有的实验结果都和他原来预期的不一样。这够说明问题了吧！去年在上海，文汇报记者访问丁先生时，他讲了一句使我非常感动的话，因为当时我刚好在《文汇报》发表了一篇文章——《劝思篇》，提倡思考。在这篇文章发表一个月后，我看到丁先生在上海接受文汇报记者访问的报道，记者问他：“你作为实验科学家，你的主要工作是什么？”你猜他说了一句什么话？他说：“我只做一件事——思考！”一位闻名全球的著名实验物理学家，他的主要任务是思考，那么我们这些人要不要思考？

科学突破需要胆识

很多人问我：为什么中国现在还没有非常重量级的科学突破？有的很关心诺贝尔奖，如此等等。我个人认为，中国的科学家基础非常好，勤奋可能是这个世界上没有一个国家比得上的。中国科学家、学者、知识分子的勤奋使我感动，但也使我感到可怕。我有两位非常要好的朋友在去年得癌症去世了。中国有些非常优秀的科学家在五十岁就英年早逝。不分昼夜地干，拼命干，但为什么还出不了大的成就？我感到：和西方比，中国科学家不仅要有基础，不仅是要勤奋，还要有胆识。有胆就是敢，要敢为天下先，敢于提出不同的见解，敢于坚持自己的意见去做。丁肇中就是很好的例子，他最近在做一项花费大量资金在太空检测反物质的工作，这要碰运气的，不一定成功，他敢做，这就是有胆。

更重要的是有识，就是你要有非常尖锐的目光，不要让大的发现从你眼皮底下溜过去。刚才讲到王淦昌提出检测中微子的方法、发现反西格马负超子，都是因为他有胆有识。还有丁肇中发现J/F粒子，当时物理学界一般认为在那个能量范围没有粒子。他在实验中突然发现有异常现象，反应有时高、有时低。一般人可能会忽略过去，他不，他觉得这里有名堂，他就反复地细作，结果发现了一个共振，共振就是粒子。有人主张还要把它弄得更仔细再发表，他说：“不！肯定了就不要再细作了，马上发表！”他是对的，结果是他与另外一个美国人同时发表，如果他延迟发表，那他就是第二了。大家知道，科学没有第二，只有第一。

我要讲一下“以人为本”。其中最重要的是要关心科学家。最近我看到有位名人发表议论，他说：他的学生在美国的某所知名大学带了十多个研究生，他们一周工作一百四十小时，意思是说大家要拼命地勤奋工作。我对这个讲法有两点质疑：第一点，一百四十小时除七是二十，每天工作二十小时，也就是说，你每天只剩下四个小时去吃饭和睡觉，我觉得这恐怕有点夸张，不可能持久，果真这样的话，你很快就垮了。刚才我讲了我们中国的一些青年才俊英年早逝的现象，绝对不能再提倡这种拼命方式了。第二点，难道科学的成就是以你花费的时间来计算的吗？我认为，科学的成就只有一个标准，就是你的业绩。“Perxxxxance，only perxxxxance。”其余都不相干。你能一小时做出来，比花十小时做出来的还要厉害。对科学家来讲，不能说他投入的时间越多，夜以继日，忘寝废食，就一定是好的。报纸上这样的报道，我认为恐怕要小心一点。当然我也不否认勤奋苦干是好的，但是不能过分。不应该提倡拼体力、拼时间。应该提倡巧干，以智取胜，要提高效率。

“我”丢了——当代科学的四大难题

我感觉我们这一代是“生逢其时，重任在肩”。我个人的看法，当代科学有四大难题等待我们去突破：

第一难题是物质本质。现在我们对物质的本质还不清楚，现在大家知道有超弦理论，有M理论等等，就是朝这个方向去努力的。

第二个难题是宇宙演化。宇宙演化最近非常热，美国报纸上隔两三天就会出来一篇关于“两暗”——暗物质、暗能量的报道。最近发表的微波各向异性检测结果，发现95％以上的宇宙物质是看不见的暗物质和暗能量，其中25％是暗物质，70％是暗能量。我写了一篇文章，在这一期的《科学》上登出来的。我说这里面有文章，和一百年以前的事情很相像。一百年以前，英国的凯尔文爵士在纪念新世纪的晚会上发表演讲，他说物理学已经登峰造极，后人只是在小数点以后的第六位加一点东西，修修补补。但他毕竟是一位很厉害的科学家，他接下去说：在物理学晴朗的天空中有两朵乌云，一朵乌云是迈克尔逊的光速实验，与当时流行的“以太说”不符；第二朵乌云是关于黑体辐射的实验，与当时的经典理论不符。结果十年不到，这两朵乌云就变成了倾盆大雨：爱因斯坦提出的狭义相对论，把以太给否定掉了，普朗克提出的量子说，指出了经典物理的局限性。而相对论和量子力学刚好是20世纪物理学的两大支柱。我有一种预感，但也不敢肯定，就是天文学的“两暗”与以前的“两云”很相像，很可能最后出来的东西不是暗能量。所以，两暗的问题很有挑战性。

第三个难题是生命奥秘。虽然现在的生物学已经有了非常大的进展，我们已经把人体的DNA解读出来了，但是我觉得，想弄清楚生命究竟怎样运作，恐怕还有一段很长的路要走。当然DNA的解读是一个里程碑式的成果，但这只是开始。

第四个难题是自我意识。自我意识就是人的自我究竟是什么东西？我曾写过一篇文章，叫做《雨伞·包袱·我》，讲了一个故事：有个老和尚叫小和尚去云游，给了他一把雨伞遮蔽风雨，给了他一个包袱存放零用的物品，然后叫他去云游，嘱咐他：“你不要弄丢了！”，那个小和尚有点痴呆，老和尚就教他念口诀：“雨伞、包袱、我”，“雨伞、包袱、我”……后来小和尚跌了一跤，爬起来，看看手中雨伞还在，摸摸背上包袱也在，就是找不到“我”！于是他大哭，一个路人问他为何哭？小和尚说他把“我”丢了！那人摸摸他的光头说：“这不就是你吗？”他恍然大悟，破涕为笑。我就用这个例子开头，说明“什么是我？”“我”有很多层次：第一个层次就是小和尚的那个“我”，所谓臭皮囊，但是这个臭皮囊并不是真正的“我”，人体的原子和分子，每一年都有一半以上被更新掉，如果这个臭皮囊是“我”的话，岂不是“我已非我”了吗？第二个层次是基因，当克隆羊“多莉”出生以后，很多人说：那可不得了，如果他们用我的基因复制出人，岂不是造出另一个“我”来了吗？不对！真正复制出的，只不过是一个你的克隆，与你的生理相同，但心理不一样。最后一个层次是心灵，即自我意识，这到底是什么东西？我最近在美国看了很多资料，到现在为止，没有一个人能对自我意识说得出道理来，很多著名的脑神经科学家都讲，自我意识究竟是什么还没有一个人知道。