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歪打正着的发明

2002年8月12日

关于偶然事件的轶事,很久以来就贯穿了整个科学发展史的进程。当年古埃及人纯属偶然开始酿啤酒,如今的伟哥一开始不是为了壮阳,而是针对心血管病的。

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心理学家认为,类推法是认知进步的重要元素

古埃及人开始酿制啤酒也纯属偶然。当时一些面包的残渣落入了水罐,然后就在其中开始发酵。

阿基米德在洗澡时,因为水溢出了澡盆而悟出了浮力定律。而牛顿因为掉下的苹果发展出他的万有引力定律。直到今天这个时代,很多发明的灵感也来自于偶然事件:微波炉的发明,是因为一个技术人员把一块巧克力饼放在雷达装置前,而使它熔化了。瑞士的一个发明家,去郊游时衣服上沾满了一种藤蔓植物,而发明了尼龙搭扣。

当然许多轶事也被后人反复美化加工过,并非史实的真实记录。但不管怎样,它说明了,在科学和研究的世界中,不是任何事物都是按照计划发展的。如果我们来看一下科学史,就会看到,有很多研究室和实验室中的突发事件,改变了研究的进程,就会看到,许多获得诺贝尔奖的发明,并不是因为严格按照研究计划进行,而得到的结果。一些小小的意外,最终使实验和研究走上了正确的方向。

弗莱明发现盘尼西林可能是最有名的一桩轶事了。在那些接种上葡萄球菌的培养皿中,长出了许多霉菌,霉花的周围是一片空白,原来生长旺盛的细菌不见了。这说明,霉菌孢子中含有可以将细菌杀死的物质。弗莱明一直深入研究下去,不仅将盘尼西林成功地分离出来,还研究出了一种有效的抗菌药。

伦琴也是很偶然地发现了X光。这位维尔茨堡的物理学家,当时和许多同事一起,研究新发现的阴极辐射线。这种辐射线可以使真空管发出荧光。当时伦琴发现,射线管附近的一个荧光屏也发出微光,因此才偶然发现了"X射线。

许多我们生活中的日用品也不是完全有目的地去开发的。三十年代,杜邦公司的化学工程师普伦基特想要开发一种新的冰箱制冷剂。四氟乙烯气体当时是比较被看好的,因为它无毒,不会燃烧。普伦基特一般都把他的储气瓶放在冰箱里。但有一个气瓶被他忘记,在实验室的桌子上搁了好几天。瓶中的气体慢慢聚合,成了固体。这就是聚四氟乙烯,以后被人们称为特氟隆。这种物质在化学特性上是惰性的,和其它物质不会发生反应。

化学家普伦基特对这个结果很不满意,因为这样惰性的物质似乎派不了什么用处。所以聚四氟乙烯的粉末有很长一段时间都被封存在公司的档案柜里。普伦基特没有料到,正是因为特氟隆的这种特性,日后它才被广泛应用在各个领域。

在原子弹制造过程中,人们发现可以把特氟隆涂在容器上,以免容器受到铀化合物的腐蚀。而这些铀化合物是用来做原子分裂实验用的。五十年代末期,宇航工程师也开始使用特氟隆,把它制成绝缘电缆,耐热瓷砖,或是宇航服的保护层。

年轻的企业家高尔希望在生产密封圈时节省一些材料,所以他尝试双向拉伸特氟隆,这样他就得到了一种薄薄的特氟隆膜片。这种材料可以防水,但同时又有良好的透气性。高尔泰克织物日后大为风行,可以使皮肤保持干燥。

这种材料甚至还被植入病人皮下。它的特殊性质使它成为人工移植组织的理想材料,比如人工关节,心脏瓣膜,或者是动脉。

3M公司的一种畅销产品,也是误打误撞才发明出来的。小小的黄色报事贴纸在全世界的每一间办公室里都能见到。但它并不是当时计划开发的产品。福莱是3M公司的化学工程师。他每个星期都到教堂的唱诗班去。有一个星期天,他又发现他的赞美诗歌本的书签纸掉了。而几天前,他的粘合剂部门的同事席尔巴刚刚经历了一次失败。他本来想发明一种超强的粘合剂。但几个月的研究,所得到的是和预想的完全相反的结果。这种粘合剂剂贴上就可以撕下来,席尔巴认为,这种东西根本就只配扔进垃圾筒。

福莱因此有了一个绝妙的主意:也许可以把这种试验失败的粘胶剂,来做成一种随贴随撕的书签。第二天早晨他就开始忙开了。到产品真正成形,当然还有一条很长的路要走。但最终报事贴取得了巨大的成功。

在开发新药时,医学研究者们也总是作好思想准备:针对某一种症状开发的药物也会有其它的疗效。"伟哥这种药原来是针对心血管病而开发的。可惜在作医疗测试时证明,这种药对心血管病没什么疗效。尽管如此,主持测试的人员发现,中断了测试,让男性被测试者们感到很不满意。深入了解后,才发现了这种药物的壮阳功效。辉瑞制药公司因此改变了这种药物的适用症状,从此销量剧增。

另一个医药研究者,在十九世纪中叶想要寻找一种方法,人工合成对付疟疾的药物金鸡纳霜(奎宁)。谁知在研究时有了偶然的发现,不经意中建立了一个新的工业分支,许多大型的化工公司今天还要感谢帕金的发明,教它们开始制造人工合成染料。帕金当时想用煤沥青中的苯胺衍生物制成奎宁。他试用了许多方法,在反应锅中搅拌黑色的液体,奎宁没有试制出来,锅中却突然出现了鲜艳的紫色。

帕金就此制成的第一种人工合成颜料‘‘苯胺紫’’,不仅仅给服装工业带来了深刻的变化。在这以前,用来染色的全部都是自然的色彩,代价高昂,只有贵族和教会阶层才能穿上五颜六色的服装。帕金的人工合成染料问世以后,普通市民也就告别了穿灰色衣服的时代。染料工厂如雨后春笋般大量出现。他们也用类似的方法来生产人工染料。比如赫斯特染料工厂,乌帕塔尔的颜料贸易商拜尔公司,路德维希哈芬的巴斯夫公司,它们如今都成了世界闻名的化工大公司。

靛蓝色很久以来就不能用人工的方法合成,一直需要用在印度种植的蓼蓝发酵制成。在帕金的合成染料问世四十年以后,巴斯夫公司才找到了人工合成靛蓝色的方法。这也是偶然事件发挥的作用。在长年徒劳无功的试验后,一个实验人员不小心把用来控制反应锅炉的温度计打破了,温度计中的水银变成了起决定作用的催化剂。这样人工就可以合成靛蓝色。这种颜色一个世纪以来都作为牛仔布的颜色而风行全球。

在科学史上,打破的温度计还数次立下汗马功劳。法国画家达盖尔用碘蒸汽处理抛光涂银金属板,使得银板的感光时间从几个小时缩短到几分钟。他的达盖尔摄影术为现代摄影技术奠定了基石。

类推法:推动人类的进步

仔细观察这许多例子,就可以发现其中有很多共通之处。偶然事件也不是凭空发生的。"机遇只垂青有准备的头脑,这句话对以上的轶事都适用。研究人员们都至少是自己这个领域的专家,偶发事件只是稍稍改变了严密的研究项目的方向。除此以外,研究人员们也对一些不经意发生的事件,保持高度的重视,他们总是作好准备,对原来的工作设想提出质疑。

最近,认知心理学家也确认了"有准备的头脑的重要性。加拿大的心理学家顿巴尔,以大量的偶然事件的报道为契机,试图解释,科学家们是如何来进行发明创造的。他的研究重点,是观察科学家们怎样处理意外的实验结果。而这种在科研过程中意外产生的实验结果,并不罕见。成功的研究人员,在这种情况下,不会对意外结果置之不理,而总是努力找出其解释。他们总是将现有的科研成果类推开去,不断提出新的假设。

心理学家们认为,不管是在科学上,还是在日常生活中,类推法是认知进步的一个重要元素。以前,人们认为,突发奇想才是认知进步的决定因素,例如说,太阳系的分布图帮助卢瑟福完成了原子结构模型,而凯库勒在试图解开苯分子结构时,梦到了咬住尾巴的蛇,才找到答案。而顿巴尔,通过严密地证明,告诉我们,就近推论才是科学发明的一大法宝。这就好比说,研究人员在发现了某一种细菌的基因功能后,就可能以此类推,发现另一种细菌相似基因的功能。