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抓住偶然的科研靈感

時間:2020年12月09日 作者:張宇寧 來源: 中國科學報

 

科研工作中的靈感具有一定的不確定性和不可控性,科學家永遠都不知道一個好的科研想法會在何時何地以何種方式出現。偶然發現是科研選題過程中的一種非常有意思的想法來源,極大程度地豐富了人類的想象力、創造力和知識?v觀人類歷史,此類妙手偶得的佳例不勝枚舉,接下來我們便通過幾個具體的例子來看看科學家如何抓住稍縱即逝的“偶然發現”并將之轉化為科研想法。

一般而言,塑料是不能導電的。但是,聚乙炔塑料不但可以導電,而且具有延展性好、質地輕等優點,因此在電子信息、能源、計算機等領域已有廣泛的應用。很難想象,該特殊類型塑料的成功研制是得益于一場“錯誤”的實驗。

1971年,日本化學家白川英樹在指導留學生進行有機高分子材料聚乙炔的合成實驗時,由于語言溝通障礙等原因,留學生誤在反應體系中加入了比預設用量高出上千倍的催化劑。這一錯誤的實驗操作反而誤打誤撞地使得反應液表面出現了具有金屬光澤的銀色聚乙炔薄膜。

這一偶然發現引起了白川英樹的高度重視,因為具有工業應用價值的聚乙炔合成技術在當時尚未得到突破。依據上述思路,白川英樹以改變催化劑的種類和劑量作為切入點對聚乙炔合成技術進行了系統性的實驗研究,并對所獲得的聚乙炔進行了進一步的性能提升研究,終于成功研制出了導電率超過銅的聚乙炔,打破了“塑料不能導電”這一常規認知,白川英樹與其合作者因此共同獲得了2000年諾貝爾化學獎。

導電塑料聚乙炔的合成來自于一個“偶然的失誤”,但是白川英樹的成功卻并不是偶然,他的成功離不開他對科學的濃厚興趣和執著追求,以及對實驗現象細心留意的嚴謹態度。

無獨有偶,青霉素同樣是由于研究者的失誤而偶然獲得的。在一次度假前,英國細菌學家亞歷山大·弗萊明誤將接種有葡萄球菌的培養皿放在了實驗室的一角,而沒有放入適合葡萄球菌生長的恒溫箱。度假歸來后,弗萊明意外地發現培養皿邊緣出現了不明菌落,且該不明菌落能夠殺死致病性葡萄球菌或抑制其生長。

經過后續針對該不明菌落的不懈研究,弗萊明發現了青霉素,1945年,弗萊明、弗洛里和錢恩共獲諾貝爾生理學或醫學獎。青霉素的發現和應用使得人類獲得了對抗細菌侵襲的有效武器,從而挽救了成千上萬條生命。

相較于上述對研究者“幸運值”要求較高的誤打誤撞的科研例子,另一類偶然發現則需要科學家進行細心的觀察和嚴謹的分析,在醫學領域大放異彩的X射線的發現就屬于此類。

德國物理學家倫琴在使用放電管研究陰極射線時,采用黑色硬紙板將放電管嚴密地封住以防止放電管內的可見光漏出。隨后,倫琴意外地在距離放電管1之外的熒光屏上發現了微弱的綠色熒光。敏銳的倫琴沒有輕易忽視這一偶然發現,在經過一系列的小心求證和細致研究之后,他終于確認這是一種新的不可見射線,倫琴將其命名為X射線,后人又稱之為倫琴射線。X射線能夠穿透較厚的阻擋物,極大地推動了醫學和工業領域的發展,倫琴也因此在1901年獲得了諾貝爾物理學獎。

有意思的是,大幅降低交通事故中傷亡率的安全玻璃的發明也與此類偶然發現有關。法國化學家別涅狄克在一次工作中,失手將一個裝過硝酸纖維素溶液的玻璃瓶碰落在地,但令他感到意外的是,玻璃瓶只是產生了裂紋,并沒有四分五裂地變成碎片散開,好像有什么東西將玻璃碎片粘連在了一起。

忙碌中的別涅狄克留意到了這一現象的不同尋常,按照往常的工作習慣,他在碎掉的玻璃瓶上做好標簽記錄,并將其收納在了柜子里。

一段時間后,一則交通事故中玻璃碎片傷人的新聞令別涅狄克想起了這只“神奇”的玻璃瓶。經過研究之后,別涅狄克發現,玻璃瓶之所以裂而不碎,是因為瓶中的硝酸纖維素溶液蒸發后,在玻璃瓶內壁上留下了一層薄且韌的透明薄膜。受此啟發,別涅狄克研制出了具有高安全度的車窗用擋風玻璃,從而大大提升了行車過程中的安全系數。

機會永遠只留給有準備的人,科研中所有的偶然都有其必然性?茖W家依據扎實的基礎,對偶然現象加以留心注意,從而創造了必然的成功。本科生只有夯實基礎,在平時的學習、科研中有意識地培養細心嚴謹的思維方式和科學態度,并養成隨時記錄、勤于思考的工作習慣,當科研靈感“偶然”到來的那一瞬間,才能夠牢牢抓住,創造出更多的可能。

http://blog.sciencenet.cn/u/upflyzhang

《中國科學報》(2020-12-038版博客)

來源:

http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/12/359251.shtm

 

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