科學頭腦風暴的力量

這個過程可能效率低下,但也能使研究擺脫困境

最近,為了試圖縮短與合作者的頭腦風暴會議,我開玩笑說:“我們應該在新的研究想法變成太多工作之前停止探索它們。”

這種情況很不尋常。大多數情況下,科學專案並非源於廣泛的頭腦風暴會議。新的論文只是跟隨著之前的論文。例如,在我們的第一篇論文中,我的前研究生尼克·斯通選擇研究一個看似深奧但引人入勝的問題:一顆恆星過於靠近黑洞時所遭受的破壞。我們的計劃是,他之後將轉向其他研究領域。但是,這篇早期的論文激發了後續研究的想法,從而產生了另外七篇論文,構成了尼克的整個博士論文,並定義了他後續職業生涯的重點。大約在同一時間,相關觀測資料的幸運出現,促成了一個令人興奮的研究前沿。正如路易斯·巴斯德所說:“機會只偏愛有準備的頭腦。”

換句話說,大多數時候,科學家們忙於他們長期以來的研究專案,這受到約翰內斯·開普勒四個世紀前在不同背景下首次描述的現象所驅動:慣性。但是,這種模式可以被意想不到的突破所打破。天體物理學最近的例子包括:1992年檢測到宇宙微波背景中的波動;1995年檢測到繞太陽系恆星執行的系外行星;1998年檢測到宇宙的加速膨脹;2007年檢測到快速射電暴;2015年檢測到引力波;以及2017年檢測到太陽系中的星際物體


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由於新的實驗發現而打破傳統模式並非新現象。 19世紀的物理學家從未想象過任何基於他們對經典物理學的瞭解的量子力學。即使在量子力學被公式化之後,阿爾伯特·愛因斯坦仍然抵制其“非局域性”的概念,該概念認為,一個量子單元的各個部分即使相隔很遠,也可以比光在它們之間傳播的速度更快地“相互瞭解”。愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論,這是一個旨在透過“歸謬法”證明必須保留經典局域性概念的思想實驗,被隨後的實驗證明是錯誤的。相反,由此產生的新自然認識塑造了未來在量子糾纏及其許多應用(包括量子計算)方面的研究計劃。

遵循這一先例,異常的實驗結果仍然可以導致大量關於可能解釋和含義的出版物。例如,最近來自 XENON1T 實驗關於潛在暗物質突破的報告,在一週內激發了數十篇解釋論文。先前關於宇宙膨脹率的不同測量值之間明視訊記憶體在張力的報告,也導致了許多模型,其中大多數在與其他資料集進行比較後被排除在外。

這提出了一個有趣的戰略問題:科學家應該將多少時間用於修改研究目標,而不是追求過去感興趣的內容?在頭腦風暴上分配的時間太少,可能會導致停滯不前或“隨機遊走”,在這種情況下,機會所起的作用大於對不斷變化的環境做出有見識的反應。基於傳統的策略效率太低,無法加快發現速度,因為時間浪費在不重要的研究方向上,這些方向充滿了死衚衕,類似於使用過時的地圖進行導航的陷阱。

另一方面,在計劃上花費過多時間可能類似於諮詢大型委員會。這可能會導致不作為,因為太多的衝突考慮相互抵消。規避風險的考慮因素和過多的妥協可能會產生保守的研究議程,該議程會提前定義它將發現的內容。為了發現意想不到的事情,有必要承擔風險。資助機構必須內化這一重要教訓

由於事先不清楚哪個研究方向會結出碩果,因此科學進步需要許多獨立的探索者使用不同的工具來調查廣闊的處女地。想法過多並不是真正的問題,因為人們總是可以優先考慮追求它們的順序。有時,傳統的道路會導致意想不到的突破。但更多時候,傳統的道路會導致傳統的結果。

當天氣預報有霧時,人們可能會採納羅伯特·弗羅斯特的建議,遵循“未走的路”,這樣一條道路為解開隱藏的寶藏帶來了新的機會。這些天,當我在我家附近的樹林中沿著未知的軌道慢跑時,我發現這一課很有意義,這遵循了社交距離的精神。

希望 COVID-19 大流行將帶來意想不到的好處,即促進科學領域中獨立的、開創性的旅程。與他人保持距離可能會將傳統的社會獎勵(例如晉升、榮譽或獎項)放在其應有的背景下,即作為科學努力的副產品,而不是其動機。

Avi Loeb is the head of the Galileo Project, director of the Institute for Theory and Computation at the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, founding director of Harvard University’s Black Hole Initiative, and the former chair of the Harvard astronomy department (2011-2020). He is a former member of the President’s Council of Advisors on Science and Technology and a former chair of the Board on Physics and Astronomy of the National Academies. He has published more than a thousand peer-reviewed papers and is the bestselling author of Extraterrestrial and Interstellar and a co-author of the textbooks Life in the Cosmos and The First Galaxies in the Universe.

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