一、科学技术的本质

　　宇宙源于138亿年前的一次大爆炸，从无到有，产生了时间、空间、能量、基本粒子，基本粒子组合演化成恒星、星系，在46亿年前形成了我们的地球，40亿年前地球上就产生了最初的生命，生命不断演化，人类在600万年前与黑猩猩分道扬镳，学会了直立行走、使用工具，30万年前开始说话，进而发明了文字符号和教育。这个自然世界的演化历程就是不断创生新现象的过程，就如形成了一层层的“套娃”。人类在某一个“套娃”上突然拥有了智慧，开始努力向内溯源每一个自然现象的形成过程，这个发现新现象、发现现象背后规律的过程就是科学。

　　自然世界的演化，在没有人类之前就在不断发生，与人类存在不存在并没有太大关系，但是人类对自然世界的好奇心、想象力、探求欲，最终导致科学的产生。每次科学有新的发现，都是代表了人类思想的新解放。科学是对自然现象全新角度的洞察，是好奇心、勇气和对真理的坚持。反过来看，对科学发现的限制也来源于人类思想的局限性，如果人们的思想观念没有到位，经常会对重大的发现视而不见。伽利略并不是望远镜的发明者，但他把望远镜对准了星空，发现了月球上的环形山、土星的光环、木星的四颗卫星。但同时代的知识分子甚至拒绝透过伽利略的新望远镜观察天空，因为他们认为这台望远镜就是骗人的，还有些人则认为——苍穹是上帝的世界，去观察上帝的世界是一种亵渎。

　　科学规律是通过观察和实验探究归纳出来的，但所有观察和科学实验永远是局部的、有条件的。科学哲学家波普尔认为，所谓的科学就是能够被证明是错误的理论，如果有理论永远无法证明它是对是错，那一定不是科学。科学代表了正确的方法——就是代表可以被证伪，但并不代表正确的结论。

　　布莱恩·阿瑟在《技术的本质》一书中指出：“现象是技术赖以产生的必不可少的源泉。所有的技术，无论多么简单或者多么复杂，实际上都是在应用了一种或几种现象之后乔装打扮出来的。”技术的进步就是在对现象的深入认识基础上，新现象与旧技术的组合应用。比如，200万年前在奥杜威峡谷里的古人发现“石头很硬可以砸碎动物骨头”这个现象，把石块加工成砍砸器，从而发明了最初的砍砸技术；150万年前的古人发现“尖锐的东西可以割破动物的皮肤”这个现象，把石块加工成尖锐的石斧，进而发明了初始的切割技术。

　　我们不妨用蚊子的口器，来进一步阐释科学与技术是如何基于现象而发展的。蚊子长长的口器，实际上是由6根细细的针组成的，最外面两根呈锯齿状，用来割开皮肤；中间两根针很硬，像打桩一样用来固定；最里面的两根针是空的，一根往皮肤里注入麻醉剂，一根用来抽血。这里存在这样一个链条关系——事物、结构、现象、功能、应用。蚊子有一个口器——事物，口器由6根不一样的针组成——结构，尖锐的东西可以刺破其他物体的表面，中空的东西可以作为流动液体的转移管道——现象，蚊子可以用这个口器来吸食动植物的体液——功能，人们利用仿生技术发明了注射器——应用。人们基于现象，如果追问事物具有怎样的结构，遵循怎样的规律，那就是科学问题；如果追问这个现象有什么功能，可以用来做什么，那就是技术问题。

　　科学家就好比挖矿工，他们把原来就存在的隐藏在地下的宝藏找出来，但由于这个宝藏并非是科学家创造的，所以叫发现，有很大的偶然性。而技术是进化的，每个新技术都一定包含着原有旧技术的结构，通过旧技术的组合，创造越来越复杂的技术世界，所以叫发明，有着很大的必然性。甚至，现实世界还没有发现但我们人类在思想上想到的现象，将来也必然会变成一项技术被发明出来。

　　二、科学现象与科学范式

　　科学教育不是高科技教育，更不是解题教育。科学教育是基于现象的观察、提问、判断与探究，发现现象是科学技术的开始，也是科学教育的核心。但是科学现象存在一定的复杂性，因为我们能够看到的现象，都和人的感观有关，所有观察都是局部观察。当然，也正因为我们不是所有东西都能看见，才看得见；不是所有声音都能听见，才听得见。因此，《沉思录》中说：“我们听到的一切都是一个观点，不是事实。我们看到的一切都是一个视角，不是真相”。

　　就观察与现象而言，有三种层次的复杂情况。第一种情况是：观察者与被观察的对象之间处在不同位置或存在不同关系，会使被观察到的现象产生巨大的差异，“管中窥豹”、“盲人摸象”就是指这种情况。第二种情况是：观察者由于自身因素对观察对象会产生不同理解的现象。所谓的科学现象是客观世界通过感觉系统转化为观察者脑中认识到的那部分意识，人类观察到的世界，并非世界本身，而是物质世界在我们人脑中的投影。实际上，我们能够看见世界，99%的信息基于我们大脑中已有的信息。第三种情况是：宇宙中我们已知的物质、能量只占世界的4%，更多的物质与能量我们可能永远看不见。之所以中微子、引力波还能被我们通过精密的技术发现，是因为它们还能与我们已知的物质之间发生较弱的相互作用，但是还有更多的物质与能量似乎不和我们已知的物质世界产生作用，这种复杂性对我们人类的挑战也是巨大的。技术虽然某种程度上可让人类看见曾经看不清的东西，比如望远镜和显微镜的使用；但技术却无法让人类想象无法想象的东西，我们只能用自己可以想象的东西来理解它。

　　2007年，计算机领域的学界泰斗、数据库领域的著名科学家詹姆士·格雷(James Gray)，在一次科学大会上作了题为“科学方法革命”的演讲，把科学技术发展史总结为四个范式阶段。第一范式称为实验科学，是基于观察和实验获取经验和证据的科学，比如古人钻木取火或者伽利略的比萨斜塔实验。其特征是发现自然现象，并通过行动来探究。第二范式称为理论科学，是几百年来在探究自然现象的基础上把规律抽象形成简洁统一的科学理论，分析、建模、演绎是主要研究方法，比如万有引力定律和相对论，其特征是着力研究自然现象间的因果规律。第三范式称为计算科学，是近几十年来，科学家利用计算机技术对于复杂问题进行模拟、仿真的研究方式，比如气象预报、核反应和病毒传播等，这些研究的现象还是能被人识别和理解，主要研究者是人而非机器，计算机只是进行计算辅助，其特征是研究超大规模现象之间的相关性，现在的天气预报已经能够达到超过10天的有效预报。第四范式称为数据涌现，其科学研究的关键步骤已经不再是以人的思维为主导，而是通过科学自身的“工具化”，直接从复杂现象的大数据分析中得到问题解决方案，其特征是研究事物无中生有的过程即“涌现”。我们之所以还把它称为科学，主要是因为这个研究方法和解决问题的方案，还具有十分重要的科学特征——可证伪性和可重复验证性。数据涌现的科学范式，将在研究宇宙生成、生命起源、意识产生方面发挥巨大作用。

　　三、创新没有天选之人，每个人都可能成为拔尖创新人才

　　科技越发展，科学越“工具化”，意味着一般普通人都可以深度参与科学探索和新世界的创造，一个人利用新技术的成本越来越低，机会越来越多，因此每个人通过自由研究产生新发现的可能性也在同步增长。

　　学习在塑造着我们每个人的大脑。对每个人来说，新学习总是以形成脑神经元的新连接来学会已有的知识，但是这些代表已有知识的神经元回路，会突然拼接成新的脑神经回路，从而创生新思想。在探索自然世界行动中，由于各种意外情况，会呈现出新现象并被偶尔发现——行动会带来意外，从而实现新发现。新思想与新发现是两种创新的样式。创新不怕愚蠢，就怕相同。1669年，德国汉堡的一名叫布朗特的商人，他痴迷于炼金术。一天他有了一个惊人的想法，他发现人的尿液是黄色的，猜想是不是尿液里含有黄金，于是他收集了5000升人尿，希望从中提炼出黄金，但是他最终没有得到黄金，而是得到了新的元素——磷。与他同时代的伟大科学家牛顿，也在钻研炼金术，虽然牛顿在物理学方面取得了巨大成就，但他在化学方面的发现却比不上商人布朗特。

　　“伟大不能被计划”这句话在科学创新方面，反复被证明。比如，西班牙人征服印第安人后发现了香草这个好东西，然后在全球范围引种，但是就是光开花不结果。直到1841年的一天，波旁岛（昔日留尼旺岛的名字）上年仅十二岁的奴隶爱德蒙，成功给困扰欧洲人近300年的香草实现了授粉，从此香草全球产量从2吨达到了千万吨。这就是香草界的伟人。2023年诺贝尔生理学或医学奖评选结果揭晓，颁发给了发现核苷碱基修饰，进而开发出有效的mRNA抗COVID-19疫苗的两位科学家。其中一名女性科学家考里科，是匈牙利一个屠夫的女儿，她于1990年进入美国宾夕法尼亚大学医学院担任助理研究员。然而，考里科为mRNA项目申请科研经费屡次被拒，1995年因为拿不到经费，没有项目或成果，考里科在宾夕法尼亚大学的教职，被降至最低级别。2013年甚至被迫退休。也就是说，在2013年之前没有人认为考里科是一名伟大的科学家。

　　在今年全国两会“委员通道”上，我讲了这样一段话：创新没有天选之人，每一个孩子都有可能成为拔尖创新人才。取得巨大成就的拔尖创新人才，有的很聪明，有的看上去笨笨的，但他们都有几个共同的特质：第一特别自主，有行动力；第二对某个领域特别有兴趣，很专注，形成了超越常人的知识富集和能力特长；第三特别有韧性，能坚持。无论考试成绩好坏，都是能培养这三个素养，这是教育真正的价值与力量。

　　米哈里·希斯赞特米哈伊在1990年至1995年间对91名卓越富有创造力的人进行了深入研究分析，写了《创造力：心流与创新心理学》这本书，指出富有创造力的个体有10对明显对立的性格。一是富有创造力的人通常精力充沛，但也会经常沉默不语、静如处子；二是富有创造力的人很聪明，但有时又很天真，爱因斯坦就是这样的人；三是富有创造力的人有时喜欢秩序有时又破坏规矩；四是富有创造力的人可以在想象、幻想与牢固的现实感之间切换；五是富有创造力的人似乎兼容了内向与外向这两种相反的性格倾向，生活中的狄拉克腼腆内向，但是在科学研究时的狄拉克却是热情似火还有点话痨；六是富有创造力的人非常谦逊，同时又非常骄傲；七是富有创造力的女性比其他女性更坚强，富有创造力的男性比其他男性更敏感、更少侵略性，因此，富有创造力的个体不仅拥有自身性别的优势，还具有另一种性别的优势；八是富有创造力的人既传统、保守，又反叛、反传统；九是富有创造力的人对自己工作充满了热情，同时又非常客观地看待自己的工作，保持了很强的开放性；十是富有创造力的人在研究时既能感到痛苦煎熬，又能享受巨大的喜悦。性格的丰富性，事实上就拥有了更丰富的思维方式来与世界发生互动，能使创新的过程在两个极端之间交替转换，就如三棱镜可以展现更多颜色一般，使他们拥有比一般人更多的创造性体验。

　　无论成绩好坏，无论性格迥异，只要自主有行动力、专注有兴趣、坚韧能坚持，并拥有不一样的大脑和丰沛独特的人格，不久的将来，你就有可能成为拔尖创新人才！

　　（作者：全国政协委员，民进上海市委会副主委，上海科技馆馆长）