施一公演講太精彩！讓科研迷茫的人少走很多彎路
這個視頻來源于施教授參加2018年全國科學道德和學風建設宣講教育報告會上的演講。
視頻34min，有點長但看完受益匪淺，建議收藏！
我的觀點都來自于我的切身經(jīng)歷和感悟，所以個人色彩會非常強烈；根據(jù)以往經(jīng)驗，可能會引起個別人不適，先提前道歉。
但也請大家記?。何业挠^點和世界上任何其他人的觀點一樣，都是主觀的，也都是有局限性的，因此未必全然正確、更未必適用于任何一個具有不同成長經(jīng)歷、來自不同培養(yǎng)環(huán)境的你們。
所以我下面要講的僅供大家參考，更多的是拋磚引玉，希望能夠由此激發(fā)大家的獨立思考。
有時，個別優(yōu)秀科學家在回答學生或媒體的問題時，輕描淡寫地說自己的成功憑借的是運氣，不是苦干。這種客氣的回答避重就輕，只是強調(diào)成功過程中的一個偶然因素，常常對年輕學生造成很大的誤導；一些幼稚的學生甚至會因此開始投機取巧、不全力進取而是等待所謂的運氣。
說極端一點：如果真有這樣主要憑運氣而非時間付出取得成功的科學家，那么他的成功很可能是攫取別人的成果，而自己十有八九不具備真正在領域內(nèi)領先的學術水平。
“我認為最重要的事情就是在實驗室里的工作時間，當今一個成功的年輕科學家平均每周要有60小時左右的時間投入到實驗室的研究工作......我建議每個人每天至少有6小時的緊張實驗操作和兩小時以上的與科研直接有關的閱讀等。文獻和書籍的閱讀應該在這些工作時間之外進行?！?/span>
這封郵件寫得語重心長，用心良苦。其中的觀點我完全贊同，無論是在普林斯頓還是在清華大學我都把這封郵件的內(nèi)容轉(zhuǎn)告實驗室的所有學生，讓他們體會。
第二年，我開始逐漸適應科研的“枯燥”，對科學研究有了一點兒興趣，并開始有了一點兒自己的體會，有時領會了一些精妙之處后會得意地產(chǎn)生“原來不過如此”的想法，逐漸對自己的科研能力有了一點兒自信。這時，博士學位要求的課程已經(jīng)全部修完，我每周五天從上午9點做實驗到晚上7、8點，周末也會去半天。
到了第三年，我已經(jīng)開始領會到科研的邏輯和奧妙，有點兒躍躍欲試的感覺，在組會上常常提問，而這種“入門”的感覺又讓我對研究增加了更多興趣，晚上常常干到11點多。1993年我曾經(jīng)在自己的實驗記錄本的日期旁標注“這是我連續(xù)第21天在實驗室工作?！币约钭约?。
到第四年以后，我完全適應了實驗室的科研環(huán)境，再也不會感到枯燥，時間安排則完全服從實驗的需要。其實，這段時期的工作時間遠多于剛剛進實驗室的時候，但感覺上好多了。研究生階段后期，我的刻苦在實驗室是出了名的。
雖然很苦，但我心里很驕傲，我知道自己在用行動打造未來、在創(chuàng)業(yè)。有時我也會在日記里鼓勵自己。我住在紐約市曼哈頓區(qū)65街與第一大道路口附近，離紐約著名的中心公園很近，那里也常常有文化娛樂活動，但在紐約工作整整兩年，我從未邁進中心公園一步。
是啊，一個精彩的實驗帶給我的享受比看一部美國大片強多了?，F(xiàn)在回想起當時的刻苦，感覺仍很驕傲、很振奮！我在博士生和博士后階段那七年半的努力進取，為我獨立科研生涯的成功奠定了堅實基礎。
做一個優(yōu)秀的研究生，必須具備批判性的思維
其實，整個大學和研究生階段教育的很重要一部分就是培養(yǎng)critical analysis的能力，養(yǎng)成能夠進行創(chuàng)新科研的方法論。這里的例子非常多，覆蓋的范圍也非常廣，在此舉幾個讓我難忘的例子。
然而，在美國，生命學科的一個博士研究生，平均需要6年左右的時間才能得到PhD學位。這一分析說明：絕大多數(shù)實驗結果會與預料不符，或者是負面結果。很多低年級的博士生一看到負面結果就很沮喪，甚至不愿意仔細分析原因。
一般來說，任何一個探索型研究課題的每一步進展都有幾種、甚至十幾種可能的途徑，取得進展的過程就是排除不正確、找到正確方向的過程，很多情況下也就是將這幾種、甚至十幾種可能的途徑一一予以嘗試、排除，直到找到一條可行之路的過程。
在這個過程中，一個可靠的負面結果往往可以讓我們信心飽滿地放棄目前這一途徑；如果運用得當，這種排除法會確保我們最終走上正確的實驗途徑。
比如，對照實驗沒有預期結果，或者缺乏相應的對照實驗，或者是在實驗結果的分析和判斷上產(chǎn)生了失誤，從而做出“負面結果”或“不確定”的結論，這種結論對整個課題進展的傷害非常大，常常讓學生在今后的實驗中不知所措、苦惱不堪。
因此，我告誡并鼓勵我所有的學生：只要你不斷取得可靠的負面結果，你的課題很快就會走上正路；而在不斷分析負面結果的過程中所掌握的強大的批判性分析能力也會使你很快成熟，逐漸成長為一名優(yōu)秀的科學家。
在我的實驗室，偶爾會有這樣的學生只用很短的時間（兩年以內(nèi)，有時甚至一年）就完成了博士論文所需要的結果；對這些學生，我一定會讓他們繼續(xù)承擔一個富有挑戰(zhàn)性的新課題，讓他們經(jīng)受負面結果的磨練。沒有這些磨練，他們不僅很難真正具備批判性思維的能力，將來也很難成為可以獨立領導一個實驗室的優(yōu)秀科學家。
1996年4月，我剛到Nikola實驗室不久，純化一個表達量相當高的蛋白Smad4，兩天下來，蛋白雖然純化了，但結果很不理想：得到的產(chǎn)量可能只有預期的20%左右。
見到Nikola，我不好意思地說：“產(chǎn)率很低，我計劃繼續(xù)優(yōu)化蛋白的純化方法，提高產(chǎn)率。”
他反問我：“你為什么想提高產(chǎn)率？已有的蛋白不夠你做初步的結晶實驗嗎？”我回敬道：“我雖然已有足夠的蛋白做結晶篩選，但我需要優(yōu)化產(chǎn)率以得到更多的蛋白?！?br>
他毫不客氣地打斷我：“不對。產(chǎn)率夠高了，你的時間比產(chǎn)率重要。請盡快開始結晶?！?/strong>
實踐證明了Nikola建議的價值。我用僅有的幾毫克蛋白進行結晶實驗，很快意識到這個蛋白的溶液生化性質(zhì)并不理想，不適合結晶。我通過遺傳工程除去其N端較柔性的幾十個氨基酸之后，蛋白不僅表達量高、而且生化性質(zhì)穩(wěn)定，很快得到了有衍射能力的晶體。
我把這個方法論推到極限：只要一個實驗還能往前走，一定要做到終點，盡量看到每一步的結果，之后需要時再回頭看，逐一解決中間遇到的問題。
Nikola面色尷尬地對我說：“對不起，我還沒看過這篇文章”。
我想：也許這篇文章太新，他還沒有來得及讀。過了幾天，我精讀了一篇幾個月前發(fā)表于《科學》周刊的文章，又去找Nikola討論，沒想到他又說沒看過。幾次碰壁之后，我不解地問他：“你知識如此淵博，一定是廣泛閱讀了大量文獻。你為什么沒有讀我提到的這幾篇論文呢？”
Nikola看著我說：“我閱讀不廣泛?！?/strong>
我反問：“如果你不廣泛閱讀，你的科研怎么會這么好？你怎么能在自己的論文里引用這么多文獻？”
他的回答讓我徹底意外，大意是“我只讀與我的研究興趣有直接關系的論文。并且只有在寫論文時我才會大量閱讀?！?/strong>
在絕大多數(shù)人看來，這可是一個不可多得的好機會去接近大人物、取得好印象。Nikola告訴他的秘書：請你替我轉(zhuǎn)達我的歉意，講座那天我已有安排。我們也為Nikola遺憾。
讓我萬萬想不到的是，諾貝爾獎得主講座的那天，Nikola把自己關在辦公室里，早晨來了以后直到傍晚一直沒有出門，當然也沒有去聽講座。以我們對他的了解，十有八九他是在寫paper或者解結構。后來，我意識到，Nikola常常如此。
他回答說：（大意）我的時間有限，每天只有10小時左右在實驗室，權衡利弊之后，我只能把我的有限時間用在我認為最重要的事情上，如解析結構、分析結構、與學生討論課題、寫文章。如果沒有足夠的時間，我只能少讀文章、少聽講座了。
直到1996年，我在實驗上也遵循這一原則。但在Nikola 的實驗室，這一基本原則也受到有理有據(jù)的挑戰(zhàn)。
我覺得這個問題太沒道理，理直氣壯地回答：“我得分析明白哪里錯了才能保證下一次可以成功。”Nikola馬上評論道：（大意）“不需要。你真正要做的是把實驗重復一遍，但愿下次可以做成。與其花大把時間搞清楚一個實驗為何失敗，不如先重復一遍。面對一個失敗了的復雜的一次性實驗，最好的辦法就是認認真真重新做一次?！?br>
后來，Nikola又把他的觀點升華: （大意）“是否需要找到實驗失敗的原因是一個哲學決定。找到每一個不完美實驗結果原因的傳統(tǒng)做法未必是最佳做法?！?br>
仔細想想，這些話很有道理。并不是所有失敗的實驗都一定要找到其原因，尤其是生命科學的實驗，過程繁瑣復雜；大部分失敗的實驗是由簡單的操作錯誤引起的，比如PCR忘記加某種成分了，可以仔細重新做一遍；這樣往往可以解決問題。
只有那些關鍵的、不找到失敗原因就無法前行的實驗才需要刨根究源。
其實，在我自己的實驗室里，這幾個例子早已經(jīng)給所有學生反復講過多次了，而且每次講完之后，我都會告訴大家打破迷信、懷疑成規(guī)，而關鍵的關鍵是：Follow the logic 跟著邏輯走！
這句話，我每天在實驗室里注定會對不同的學生重復講上幾遍。嚴密的邏輯是批判性思維的根本。
科學家往往需要一點點脾氣
靠別人的勸說和宣講來從事科學研究不太可行，真正自己從心里感興趣直至著迷、一心一意持之以恒地探奇解惑，才有可能成為一流的科學家，正所謂“不瘋魔、不成活”。
在這個過程中，獨立人格和脾氣顯得格外重要。
所謂獨立人格，就是對世界上的事物有自己獨立的看法。恰恰是一些有脾氣的人不會輕易隨波逐流，可以保持自己的獨立人格。因為時間關系，這里就不舉例了。
不可觸碰的學術道德底線
在誠實做研究的前提下，對具體實驗結果的分析、理解有偏差甚至錯誤是很常見的，這是科學發(fā)展的正常過程。
可以說，絕大多數(shù)學術論文的分析、結論和討論都存在不同程度的瑕疵或偏差，這種學術問題的爭論往往是科學發(fā)展的重要動力之一。越是前沿的科學研究，越容易出現(xiàn)錯誤理解和錯誤結論。
實際上，盡管費米在1934年曾報道用中子轟擊第92號元素鈾可以產(chǎn)生第93號元素，德國的化學家哈恩在1939年1月發(fā)表論文，證明產(chǎn)生的元素根本不是93號元素，而是56號元素鋇！
但這個錯誤并沒有改變費米是杰出的物理學家的事實，也沒有影響他繼續(xù)在學術上的進取。費米很快提出后來用于制造原子彈的鏈式反應理論并于1941年在芝加哥大學主持建成世界上第一座原子反應堆。
這一點，很多人做不到。大老板強勢署名的事情屢見不鮮；更有甚者，利用其學術地位和影響力，使一些年輕學者不得不在文章里掛上自己的名字，有時還以許諾未來的科研基金來換取論文署名。
這種做法不僅有失學術道德，更是會嚴重阻礙創(chuàng)新，對整個學術界風氣的長遠惡劣影響更甚于一般的造假。
你不習慣的常識
也許這些定律和公理可以非常接近真理；但是，這些定律和公理僅僅是對現(xiàn)實的近似描述，都不是永恒的真理；隨著人類對周圍環(huán)境和宇宙認識的加深，這些定律和公理都會有失效的時候。
這里最有代表性的例子應當是強大的牛頓萬有引力定律；它可以解釋太陽系行星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)，但它無法完美解釋水星近日點進動的問題，而需要引入愛因斯坦的廣義相對論。
所以，請同學們牢記：科學研究中沒有絕對的真理，只有不斷改進的人類對自然的認識！
很遺憾，但也許是很幸運，在科學研究的過程中，從來沒有“少數(shù)服從多數(shù)”這一原則。
實際上，在前沿和尖端的科學研究領域，常常是極少數(shù)人孤獨地探索，做出一些有違常規(guī)的意外發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)也常常被大多數(shù)人排斥甚至攻擊。但最終，極少數(shù)的這些科學探索者的發(fā)現(xiàn)還是會被學界和社會所接受。
從蘇格拉底到布魯諾、哥白尼，這里的例子不勝枚舉。雖然科學真理最初往往被極少數(shù)人發(fā)現(xiàn)的道理人人知曉，但到了日?？茖W研究中，在各種噪音中，真正能夠全力探索、冷靜辨別真?zhèn)蔚挠钟卸嗌偃四苷嬲龅侥兀?/span>
我從霍普金斯大學讀博士到普林斯頓大學做教授的這18年間，常常看到一個有趣的現(xiàn)象，那就是在一場激烈的學術討論過程中，初始階段大多數(shù)人堅持的觀點逐漸被少數(shù)幾個人的觀點說服，成了實實在在的多數(shù)服從少數(shù)。
這些少數(shù)人制勝的法寶就是精準的學術判斷力和嚴密的邏輯。這種現(xiàn)象，在基金評審、科學獎項評審、重大科研課題討論及評審等等過程中也常常出現(xiàn)。
而哪怕你的初衷只是把科研當成一份普通的工作、當成謀生的手段，如果你堅持走下去了，我也祝福你能夠慢慢從日復一日的重復、無路可走的焦灼，到柳暗花明、靈光乍現(xiàn)的起伏中逐漸體會到從事科研的幸福感、滿足感和成就感。真正的科研動力來自于內(nèi)心的認同！
真正的學術道德在完善科研管理體制之外，也有賴于每一個個體對于科研之道的認同而實現(xiàn)的自律。
謝謝大家！
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