范式轉(zhuǎn)移始于革命性的思想。20世紀(jì)最具影響力的哲學(xué)家之一——托馬斯 · 庫(kù)恩（Thomas Kuhn）創(chuàng)造出“范式”一詞來(lái)表示獲得一致同意的知識(shí)狀態(tài)，接著他繼續(xù)描述該狀態(tài)如何隨著例外的累積而遭到推翻。在庫(kù)恩的模型中，涌現(xiàn)的例外導(dǎo)致舊范式被新范式取代，結(jié)果就是知識(shí)向前躍進(jìn)，人類(lèi)取得進(jìn)步。這是一個(gè)由特立獨(dú)行者推動(dòng)、源于不同意見(jiàn)的過(guò)程。

異議是過(guò)程的一部分

在科學(xué)領(lǐng)域，持不同意見(jiàn)并不是缺點(diǎn)，而是非常有必要的。數(shù)學(xué)家愛(ài)德華 · 卡斯納（Edward Kasner）和詹姆斯 · 紐曼（James Newman）寫(xiě)道：“科學(xué)的證明連續(xù)不斷地處在變遷中，以至于昨日的異端邪說(shuō)是今日的絕對(duì)真理，明日的基本教義?！睂?duì)科學(xué)權(quán)威說(shuō)不、反駁廣泛接受的知識(shí)、質(zhì)疑和打破現(xiàn)狀的勇氣對(duì)于科學(xué)向前推進(jìn)的能力來(lái)說(shuō)，不可或缺。

牛頓在1675年寫(xiě)給羅伯特 · 胡克的一封信中寫(xiě)出著名的格言：“如果說(shuō)我看得比別人遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀！迸ｎD改寫(xiě)那句話(huà)的早期版本來(lái)表明一個(gè)觀點(diǎn)：獨(dú)行俠能夠產(chǎn)生變革性的改變，只是因?yàn)榇罅康臐u進(jìn)式的研究在悄悄地完成，它們沒(méi)有得到名聲或認(rèn)可，也沒(méi)有得到頭條新聞報(bào)道。在科學(xué)領(lǐng)域，許多漸進(jìn)式的進(jìn)步使得特立獨(dú)行的個(gè)體的變革行動(dòng)成為可能。

科學(xué)史里有好多卓越超群的獨(dú)行俠。在公元前5世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家阿那克薩哥拉（Anaxagoras）提出，天體由被旋轉(zhuǎn)的以太攫取的石頭構(gòu)成。因?yàn)樗P(guān)于月亮和太陽(yáng)的主張，阿那克薩哥拉遭到逮捕，被判死刑，之后被他的朋友、一位有權(quán)的政治家伯里克利（Pericles）救下一命，改成被放逐。阿那克薩哥拉做出的革命性進(jìn)步激勵(lì)了人類(lèi)在理解宇宙秩序和通過(guò)運(yùn)動(dòng)從混沌到有序的轉(zhuǎn)變方面的一些最早嘗試。上述理念至今仍在使用。

大約2 000年后，一種不同的范式把地球描述為宇宙中心一個(gè)靜止不動(dòng)的物體。尼古拉·哥白尼的工作被焦?fàn)栠_(dá)諾 · 布魯諾接受，得到伽利略 · 伽利萊的支持，提供了一種全新的日心說(shuō)理論，并有確鑿的證據(jù)支持，顯示太陽(yáng)位于太陽(yáng)系的中心，地球是繞著太陽(yáng)作軌道運(yùn)行的行星之一。

這樣的異議不是科學(xué)的早期歲月獨(dú)有的。以前的科學(xué)家相信，大陸是靜止的。之后，阿爾弗雷德 · 魏格納（Alfred Wegener）為了解釋不同大陸的大尺度特征和輪廓為何相匹配的疑問(wèn)，在1912年提出大陸實(shí)際上在漂移。他的主張將板塊構(gòu)造論引入地質(zhì)學(xué)，當(dāng)時(shí)受到嘲笑和敵對(duì)。按照杰出的地質(zhì)學(xué)家、芝加哥大學(xué)教授羅林 · 錢(qián)伯林（Rollin T. Chamberlin）所寫(xiě)的，魏格納被視為提出一個(gè)“自由自在”的假說(shuō)，“對(duì)我們的地球采取相當(dāng)自由隨意的態(tài)度”。盡管受到嘲弄，但魏格納的發(fā)現(xiàn)有助于為現(xiàn)代地球科學(xué)鋪平道路。

量子獨(dú)行俠的角色

趨勢(shì)仍在繼續(xù)。戴維 · 威克（David Wick）在他的著作《臭名昭著的邊界：量子物理學(xué)的異端邪說(shuō)七十載》（The Infamous Boundary：Seven Decades of Heresy in Quantum Physics，1995）中描述過(guò)相似的情形。量子物理學(xué)領(lǐng)域的杰出領(lǐng)導(dǎo)者們（如愛(ài)因斯坦）拒絕接受整個(gè)量子理論。有趣的是，我們能發(fā)現(xiàn)異議——或者至少是強(qiáng)烈極化的意見(jiàn)——在量子物理學(xué)領(lǐng)域幾乎是連續(xù)不斷地存在的，從20世紀(jì)初直至現(xiàn)在。

一個(gè)絕佳的例子是量子力學(xué)領(lǐng)域令人驚訝地缺乏共識(shí)——或者說(shuō)是最基本的理解。在當(dāng)前被討論得不少，而且互相排斥的量子力學(xué)解釋中，有哥本哈根、多世界、隱變量、自發(fā)坍縮詮釋、量子信息、關(guān)系性量子力學(xué)及交易等解釋。在美國(guó)物理學(xué)會(huì)的年度會(huì)議上，量子力學(xué)解釋主題的討論會(huì)是最多人參加的，總是引發(fā)引人入勝的爭(zhēng)論，有時(shí)是激烈的論戰(zhàn)?？茖W(xué)家在討論“我們能否建造一臺(tái)功能齊全的量子計(jì)算機(jī)，示范它相比于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)呢？我們能否利用拓?fù)湫再|(zhì)來(lái)建造一臺(tái)這樣的量子計(jì)算機(jī)？”之類(lèi)問(wèn)題的答案，關(guān)于量子力學(xué)基本原理的論戰(zhàn)仍在繼續(xù)，新的異見(jiàn)領(lǐng)域也隨之誕生。

在量子力學(xué)領(lǐng)域，異見(jiàn)與實(shí)際變革進(jìn)步的共存是最好的。量子力學(xué)帶來(lái)的激動(dòng)興奮延續(xù)至今天，我們著迷地看到量子力學(xué)帶來(lái)了廣泛的社會(huì)結(jié)果，其中包括量子信息科學(xué)和工程研究的培育。第二次量子革命的興起，其目標(biāo)是創(chuàng)造量子技術(shù)。

在基礎(chǔ)量子研究領(lǐng)域，打破范式和持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)誕生于異議，不斷產(chǎn)生異議，通過(guò)合作研究努力協(xié)調(diào)，受到許多研究者漸進(jìn)式工作的充實(shí)，也許未來(lái)某一天會(huì)改變?nèi)祟?lèi)的生活，就如半導(dǎo)體早已做到的那樣。

重新審視打破范式

科學(xué)史中的獨(dú)行俠也許付出了各自的代價(jià)，但他們也提供了科學(xué)進(jìn)步中必要的、變革性和破壞性的飛躍。我們欠那些獨(dú)行俠一個(gè)感激之情，得要好好謝謝他們。我們也要感謝他們的追隨者，因?yàn)槭撬麄兲剿餍吕碚摰募?xì)節(jié)，填補(bǔ)推理中的漏洞，通過(guò)辛苦的日常工作和漸進(jìn)式研究，把知識(shí)的邊界向前推進(jìn)，為下一個(gè)偉大的顛覆者鋪平道路。

情況不止如此。為了改進(jìn)我們做科學(xué)研究的方式，我們可以找到一個(gè)方法來(lái)打破“打破范式”的范式，更好地利用科學(xué)家聰慧的頭腦。將合作性研究與大膽的變革理念相配對(duì)，明智地使用稀缺的資源，加速科學(xué)進(jìn)步的過(guò)程?？茖W(xué)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力依賴(lài)于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的廣泛接受，以及我們把打破范式提升為常態(tài)的能力。

向前邁進(jìn)

要保持科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，有必不可少的三個(gè)措施：為基礎(chǔ)研究創(chuàng)造可持續(xù)的條件，推動(dòng)科研至應(yīng)用的轉(zhuǎn)化；接受科學(xué)上的異見(jiàn)與高風(fēng)險(xiǎn)；接納多樣性。

在探索之樹(shù)上，基礎(chǔ)研究形成樹(shù)根，科研成果轉(zhuǎn)化是甘甜的果實(shí)。毫無(wú)疑問(wèn)，假如沒(méi)有基礎(chǔ)研究——基礎(chǔ)研究的特征是缺乏直接應(yīng)用——那么就不可能有未來(lái)的應(yīng)用。這種基礎(chǔ)研究與未來(lái)應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的例子有很多，包括晶體管、互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)。在一個(gè)健康的科學(xué)與工程學(xué)生態(tài)系統(tǒng)中，擴(kuò)大和加速科研成果轉(zhuǎn)化的同時(shí)，應(yīng)該謹(jǐn)慎地處理基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的比例，讓兩者能夠相輔相成。

一些政府科學(xué)機(jī)構(gòu)已經(jīng)在接受風(fēng)險(xiǎn)，其中也包括我的工作單位美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）。NSF已經(jīng)公開(kāi)接受高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)項(xiàng)目的概念。風(fēng)險(xiǎn)是很難評(píng)估的，但是在一個(gè)給定架構(gòu)內(nèi)討論構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)的要素永遠(yuǎn)都是起點(diǎn)。另外要識(shí)別和選擇具有高轉(zhuǎn)化潛能的項(xiàng)目，同時(shí)保持為維持必要的漸進(jìn)式進(jìn)展提供資助的能力。這是一個(gè)精細(xì)而復(fù)雜的平衡，要不斷地進(jìn)行謹(jǐn)慎的調(diào)整。

重視多樣性作為第三個(gè)措施，加強(qiáng)了其他兩個(gè)措施。多樣性是豐富、活躍、富有成效的討論的源泉，是現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)。只有通過(guò)把不同背景、文化、學(xué)科與觀點(diǎn)的研究者聚在一起，我們才能取得進(jìn)步。一些機(jī)構(gòu)有著歷史上在科學(xué)勞動(dòng)力中代表性不足的群體，他們有著巨大的、遠(yuǎn)遠(yuǎn)未被充分利用的潛力。這些群體需要、也值得給予精心籌劃的持久支持。

過(guò)去，社會(huì)會(huì)懲罰獨(dú)行俠，到后來(lái)再收獲獨(dú)行俠們打破范式的發(fā)現(xiàn)帶來(lái)的好處。未來(lái)，我們也許要選擇接受異議、風(fēng)險(xiǎn)、多樣性和平衡，從而培育出一大批獨(dú)行俠形成引領(lǐng)潮流的先鋒。最佳的時(shí)機(jī)也許就是現(xiàn)在。

資料來(lái)源 Physics Today

本文作者托馬什·杜拉希凱維奇（Tomasz Durakiewicz）目前擔(dān)任美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)凝聚態(tài)物理項(xiàng)目主管。他于1998年在波蘭居里夫人大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位，在新墨西哥大學(xué)當(dāng)了一年訪問(wèn)教授后，于2000年加入洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室