院士讲故事

金涌

中国工程院院士、清华大学化学工程系教授

如何培养创新思维

究竟什么是创造力？一般我们说，创造力是艺术的、智力的发明才能，创造力是根据一定目的、任务，在脑中创造出新技术、新产品……并使之实现的过程。心理学家雷夫达尔曾说：“创造力是人产生任何一种形式的思维结果的能力，这些结果是新颖的，是产生它们的人事先所未能预料的。”

我认为，善于创造的人有这几种人格素质：想象力、联想力、变通力、交叉组合能力、观察力、坚持力和好奇心。

我们首先来说想象力。爱因斯坦说想象力比知识更重要，因为想象是无限的，而知识是有限的。

认知的开始可能就是来自想象，一个数学模型，我们从小学一年级开始学数学，主要不是为了算账，而是启发人的抽象思维能力，因为抽象思维是我们创新发现的重要手段。

比如说，现在物理学中最前沿的弦论，基本粒子（电子、光子、中微子、夸克等）的作用力都是极小的弦的不同振动激发态。弦需在十维度中振动，除了三维空间、一维时间外，另外六维隐于极小的“致密空间”尚不能被感知。也就是说，六维空间是看不见的，但这种猜想最终被丘成桐通过几何学给予了证明。

院士讲座 PPT 截图。受访者供图

接下来说联想力，举个例子，哥德巴赫猜想。哥德巴赫给欧拉写信，说他发现凡是大于5的奇数都可拆解为三个素数之和，比如：7=3+3+1，77=53+17+7，461=449+7+5。欧拉展开联想：大于4的偶数都可分解为两个素数之和，比如：6=1+5，8=3+5。这两个公式构成了哥德巴赫猜想。

最好的联想是仿生，比如，我们根据蝙蝠的生物特性发明的雷达。

再讲变通力，一个人思维必须灵活，新的现象要用新的思维去解释。这里的故事涉及约里奥·居里和伊雷娜·居里，他们是居里夫人的女婿和女儿。在20世纪30年代，德国科学家玻特用α粒子轰击铍时，发现了一种强度不大而穿透力很强、在磁场中不偏转的射线，他将它称为“可能是γ射线之类的东西”。两年以后，居里夫妇让一个学生重复玻特的实验，发现石蜡不仅不吸收“铍射线”，而且从石蜡中打出了质子。当时，约里奥·居里没有得到什么颠覆性的结论。这个消息发布在杂志上以后，卢瑟福非常震惊，他觉得这个实验不是做错了就是解释错了。之后，他的学生查德威克弄清楚铍辐射原来是一种中性粒子流，于是，卢瑟福12年前的预言终于被证实了，又一个基本粒子——中子，出现在人类的面前。1935年，查德威克独获了诺贝尔物理学奖，而约里奥·居里由于思想守旧，结果和诺贝尔奖失之交臂。

第四个是交叉组合能力。爱因斯坦对交叉组合能力给予非常高的评价，说交叉组合是创造思维的本质特征。脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现过程，就是多学科交叉的结果。量子力学家薛定谔在20世纪40年代在剑桥大学做了一个科普报告，主题是“生命是什么”。他认为一个大分子的三维排序可能是遗传信息传递的物质基础，也就是说，信息传递是通过物质结构传递到子代的，这样使生物学研究到达了分子层次。但是，当时所有的遗传学家都不感兴趣，因为他们还在染色体层次做工作。物理学家和化学家有所启发，一个化学家把DNA分子打碎了，发现了它由四种碱基（C、G、T和A）组成。之后，有三组人用这四组模块去拼DNA的结构。美国人鲍林在研究蛋白质结构时知道，蛋白质有螺旋形的片段，因此估计DNA结构也是螺旋形的。他找了当时做物质结构实验的研究组—罗莎琳德·富兰克林和莫里斯·威尔金斯，但是没有谈妥，鲍林的实验就停止了。这时英国物理学家克里克和美国生物学家沃森也在搭建模型，他们的模型是三条螺旋线。之后，他们找到了富兰克林的合作者，搭建了两条螺旋线的模型，但是他们犯了一个错误：A与A配、T与T配（同型碱基配对）。研究碱基的科学家告诉他们不可能出现这个情况。他们重新做了假设，认为只有两种配对方法是稳定的，也就是A和T配、G和C配，这样在两条螺旋线之间形成了一个梯子。DNA的结构模型就这样诞生了。

第五是要有敏锐的观察力。英国科学家亚历山大·弗莱明是研究葡萄球菌的。葡萄球菌是一种致命的细菌，伤口感染了葡萄球菌就会得维生素Ｃ缺乏病。有一天，他在一个大器皿中培养了葡萄球菌，下班的时候忘了关窗户，第二天回来后看见，葡萄球菌突然死了一大群。他立刻查原因，发现杀死葡萄球菌的是青霉菌的代谢球菌，就是青霉素。后来有人问他，你是怎么发现葡萄球菌可以被青霉菌的代谢产物杀死的呢？他说他不知道。别人研究后发现，在他的实验室的上一楼层也有一个实验室，那个教授专门研究青霉菌，恰恰那天他也没有关窗户，青霉菌就从他的窗户里飞到了弗莱明的实验室中。这是一个非常偶然的现象，可是这个现象被弗莱明抓住了，成就了一个大发现，造福了人类。很多成功不是那么有逻辑的，不是靠逻辑思维得出来的，而是靠抓住机会。

第六是坚持力。一般来讲，一个领域出现大的科学发现以后，人们就会认为这个领域可能已经研究得差不多了，不愿意再在里面投入精力了。这种心理实际上是要不得的。只要你有见地，有判断能力，就应该继续钻研。举个例子：最早有人把鸡的癌细胞打到另一只鸡的身体里，证明了癌是因为病毒传染，得了诺贝尔奖。可是有人不服，他发现自己的一个朋友，她的祖母得了乳腺癌，妈妈得了乳腺癌，朋友也得了乳腺癌，不仅如此，其女儿也得了乳腺癌，这说明癌症风险与遗传因素密切相关。可是他不敢说。因为遗传病不传染，传染病不遗传。既然已经传染了，为什么还遗传？可是他不死心，几十年以后发现，有一种遗传现象叫作反转录，意即某些癌症病毒能将本身的遗传物质转译为DNA，该DNA又改变了寄生细胞的遗传方式，使之转化为癌细胞。后来又有人发现，免疫能力差也会得癌，因为免疫能力差会使细胞发生基因突变，变成癌细胞。另一个发现是：有个科学家认为基因突变很容易发生，但是如果免疫能力强了，就会有免疫细胞。这个人把血液里的免疫细胞拿出来进行体外培养，用于治疗癌症并获得了成功。这些发现都获得了诺贝尔奖，这在诺贝尔奖历史上是从来没有过的。

另外，科学家需要有执行力，有融入社会的能力，一位叫特斯拉的塞尔维亚裔美籍科学家曾在1884年受雇于爱迪生，当时爱迪生发明了引直流电力系统，由于传输耗损大（传输距离仅1～2公里），他承诺谁能解决这一问题便给予5万美元奖励。特斯拉经过研究，提出了多相交流电力系统，但爱迪生的回答是“你不懂我们美国人的幽默”，爱迪生的食言使两人关系破裂。特斯拉的成就还有扩音器、电子汽车点火器等， 由于爱迪生有强大的社会资源和社会影响力，被塑造成全民偶像，特斯拉被人为地贬低。1915年，特斯拉与爱迪生因同时在电力系统上的贡献，被授予诺贝尔奖，但两个人同时拒绝。

除此之外，好奇心也非常重要，数学家张益唐曾因各种原因坐了多年冷板凳，但后来得到一个很偶然的机会，重新回到了学术界，突破了孪生素数猜想。有一次，他回母校，学生们都问：“你是怎么样在逆境中保持生存能力的？”张益唐回答：“我之所以能坚持下来，是因为我有好奇心，我最原始的驱动力不是名利，而是探索数学的好奇心。”

那么，我给大家的建议就是：要勤奋，要思索，不是死读书，而是要灵活读书。

学生感悟

古人云：“不日新者必日退。”再看今朝，创新已成为推动发展的第一动力。创新固然重要，但怎样创新更为重要。聆听了金涌院士的精彩讲座，我对创新有了更深刻的理解。金涌院士提出创新需要想象力、联想力、变通力、交叉组合能力、观察力等多种能力，并列举众多诺贝尔奖获得者的事例，让我深切体会到创新就在我们身边，时时刻刻都能创新。金涌院士语言幽默，循循善诱，令我受益匪浅。作为新时代青年，我们应在学习生活中多观察、多思考、多实践，努力学习科学文化知识，将小我融入大我，让个人能力与时代脉搏同频共振。

王雨陶（北京师范大学良乡附属中学）

金涌院士的讲座让我对创新思维有了新的认识。创新不仅仅是科技的驱动力，更是我们每个人都可以培养和发挥的能力。他鼓励我们从小培养创新意识和科学思维，敢于挑战传统，勇于尝试新事物。总的来说，这次金院士的讲座让我受益匪浅。我不仅学到了许多前沿的科学知识，更感受到了科学家的探索精神和创新精神。他们用科学的眼光看待世界，用严谨的态度追求真理，用广阔的视野展望未来。他们的研究成果不仅推动了科学技术的发展，也为我们每个人提供了思考和探索的空间。我相信，在科学家的努力下，我们能够共同创造一个更加美好的未来。

景子晴（北京师范大学良乡附属中学）

跟随金涌教授的精彩讲述，在一个个生动有趣的科学故事中，在一张张充满科技魅力的图片里，我懂得了科学的研究方法是像瓦特一样善于观察生活，正确的研究态度是有用胶带“粘”出石墨烯的创造力和耐心。这都需要我们有足够的知识、能力积累，所以我们更要努力学习科学文化知识，为祖国发展贡献力量。

靳涵仪（北京师范大学良乡附属中学）

本文选自人民日报出版社

《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》

书 名：《我为什么爱科学：院士讲给孩子的故事》

编 著：新京报社

书 号：978-7-5115-8316-1

定 价：58元

出版时间：2024年7月