科技视野丨不发论文的时候,科学家们都在晚上做什么?

科技   2024-11-18 07:03   北京  
编者按 
在这个信息爆炸的时代,我们追求的不仅是知识的积累,更重要的是对科学精神的深刻理解以及对探索未知的无限热情。让我们一起在科学的世界里,遇见更广阔的天地,遇见更深刻的自己。


导读



本文是纽约大学医学院生物化学和分子药理学教授Itai Yanai和杜塞尔多夫海因里希·海涅大学生物信息学教授Martin J. Lercher发表在Genome Biology的评论文章。原文标题Night science,现标题为译者所加。

文章借用诺奖得主François Jacob提出的“夜间科学”概念,讲述作者在科研过程中探究假设和问题方面的心得。不同于大众视野中井然有序、逻辑严谨的“日间科学”,“夜间科学”是指在提出假设之前的探索过程——想法尚未成熟的时候,科学有其跳脱、含混、盲目的另一面。


撰文|Itai Yanai、Martin Lercher

翻译|周舒义

假如有人半夜叫醒我们,问:“科学是如何运作的?”我们不假思索,滔滔不绝:“先有一个假设,据此提出预测,然后对比实验数据来检验它们;如果预测和数据不一致,那就放弃或修改假设……”老师如此教导我们,这也并不算错。但上述叙事掩盖了科学最激动人心的运作机理,忽略了我们工作中最具创造性,也可以说是最重要的部分——即弗朗索瓦·雅各布(François Jacob)所谓的“夜间科学”(night science)。不同于“日间科学”(day science)——其侧重于通过实验对假设进行条分缕析、逻辑缜密的检验,夜间科学是我们探索潜在假设的混沌领域,那里想法尚未成形。置身白昼,我们证伪,观察哪些假设能够成立;徜徉夜晚,我们创造假设。夜间科学的运转很少被搬上台面,这是因为和逻辑推导等正统科学方法相比,它们看起来抽象且虚无缥缈。但我们相信,荒诞之下另藏深意,对其进行专门研究,或许能拓宽科学探索的维度。

一次失败的研究?
我们的研究一度遭遇瓶颈,那是一段远离家乡、与世隔绝的痛苦时光——说来话长,我们决定花一周时间,在一个两人都很感兴趣的项目上碰碰运气。这个项目的基础看起来足够坚实。在此前研究中,我们注意到基因表达非常嘈杂。因此,尽管一开始设想基因只在需要时才会“开启”,但后来我们逐渐意识到,除了必然会受自然选择这一“功能性”机制影响,基因表达甚至可能已经嘈杂到其中大部分都是随机的。基因组演化研究通常基于功能选择和随机漂变的视角,因此用类似方式来处理基因表达似乎是个不错的主意:其同时受制于必然和偶然两方面因素的影响。

Itai Yanai(左)、Martin Lercher(右)
于是15年前,我们来到海德堡,着手探究这个想法。公共数据库中存储着大量基因表达谱,我们用笔记本电脑下载好数据,在常去的咖啡馆里一坐一天,埋头分析——不,这还不是最痛苦的部分。我们明知道数据中潜藏着有趣的东西,却连自己到底在找什么都不确定。研究方向会在一天时间里变来变去。两人分头写代码,一人用Matlab,另一人用R语言。然后在“对答案”的时候,结果却几乎总是相左。再调试、再比对,直到结果趋于一致。但这个结果又意味着什么?单个结果通常会有多种解释,令人困惑不已。于是我们再度陷入头脑风暴,不停问自己:我们的问题究竟是什么?关于基因表达的自然选择,这些数据真的是关键所在吗?有时我们开展严密的工作,有具体计划和要验证的问题;有时我们长时间陷入幻想,新的问题和方法浮现其间。
这个过程和我们学过的研究方法大相径庭:选一个领域,领域内选一个问题,提出一组可能的备选假设,然后收集数据进行检验。某个假设或许能坚持到最后,屹立不倒——新理论就这样诞生了。但在上述研究中,情况并非如此,连问题本身是什么都不明朗。我们手头只有一些观测结果,而它们看起来不合预期;为了理解它们,我们试图用演化的光芒照亮其中脉络。假设是什么?我们没有假设,甚至没有明确定义的问题。这当然不是科学的方法。那么,这是一项失败的研究吗?我们想说,事实并非如此,相反,它是一个很好的例证:从“科学方法”到我们大多数人切身经历的科研,存在系统性的落差。事实上,许多科研新人的抑郁,可能就源于这种落差。
日间科学&夜间科学
弗朗索瓦·雅各布(François Jacob)在1965年与安德烈·利沃夫(André Lwoff)、雅克·莫诺(Jacques Monod)分享了诺贝尔生理学或医学奖。比起现行“假设驱动”的研究范式,他描绘的图景或许能更全面地反映整个科学过程。在自传中,雅各布将科学工作分为两种模式,他称之为日间科学和夜间科学[附]。日间科学就是你在新闻里读到的科学,在学校课堂上学到的科学,可以用“假设驱动”这个词来概括。那些身穿白大褂、手持移液器,专注盯着电脑屏幕的男男女女,就是日间科学的典型缩影。日间科学家就像一名猎人,对自己追捕的猎物有着清晰认知。

但是,明亮的白天只是昼夜循环的一半,夜晚那一半呢?花点时间,审视一下你正在检验的假设。它是来自虚空吗?又是以怎样的方式,逐渐丰厚、缠结成形?这个问题没有唯一解。在许多情况下,我们甚至可能没有一个合乎逻辑的答案,这也许就是为什么,在绝大多数关于科学过程的描述中,我们都将其排除在外,避而不谈。正如雅各布所说:“科学在暗夜中盲目徘徊。它犹豫不决、跌跌撞撞、畏缩不前、大汗淋漓,然后突然惊醒。它怀疑一切,永远试图寻找自己、质疑自己,让自己重新振作。夜间科学是一间工坊,在那里,有望成为科学大厦砖石的各种可能性被细细打磨。”在日间科学,我们使用既有科学共识来检验假设,以严丝合缝的逻辑步伐一点点地拓宽知识边界。但是,如果仅靠已有的共识和逻辑,那些知识大陆之外的飞地就会遥不可及。这就是为什么,我们不得不经常纵身跃入夜间科学的世界,在那里,想法之间仅松散相连,思绪在漫无边际的联想中跳跃,而不是一步一个逻辑的脚印。我们时不时地抽身返回日间科学的世界,在日光下重新审视夜间科学想法的可取之处,甚至可能通过日间科学的核心手段,对其进行严格的假设检验——然后再跳回梦境世界,继续探索。当然,夜间科学并不一定要在夜间进行,反之,晚上10点后检验假设也无妨。但它们是两种迥然相异的思维模式——如此不同,就像白昼和夜晚。

日间科学和夜间科学的示意图。日间思维遵循逻辑按部就班,因此只能抵达与当前假设紧密相邻的想法(图片下部的孤立山谷)。但我们可以跳出到更加开放的夜间科学世界,在那里,直觉、联想、莫名其妙的观察结果,以及松散地应用其他领域的原则,使得各种想法之间的飞跃成为可能。当一个新想法产生时,还可以回到下方,用日间科学方法进行严格检验。
“夜间”是创造性一面
夜间科学是科学的重要组成部分,这个领域展现的创造力不仅有助于催生新颖假设,而且对于开发新的研究方法也必不可少。然而我们谈论科学时,往往将其描述为纯粹理性的进程,科学家们从一个逻辑步骤走向另一个逻辑步骤。其实我们了解的科学并非如此,它的夜间一面远没有这么干净和严谨。为了掩盖这混乱一面,在期刊编辑和审稿人的鼓励下,我们小心翼翼地讲述自己的研究故事,把“夜间”一面隐藏在同行的视线之外,仿佛整个研究从一开始就在日光下井井有条。虽然我们不主张所有科学论文都应该像日记那样,原原本本地写成流水账;但我们确信,夜间科学的故事不仅美丽,而且把它们研究清楚,将会为培养年轻科学家增添一个极其重要的视角。如果我们能互相分享自己的假设都是如何产生的,那么在下次投入夜间科学的探索时,我们可能会更加自信,甚至能提炼出一些策略,让这个创造性的过程变得更加有趣和富有成效。

偏重执行、有条不紊的白昼,与致力探索、发挥创造性的夜晚,这种分野并不局限于科学领域,任何需要发挥创造力的事业都是如此。例如,在视觉艺术中,人们可能会区分日间艺术和夜间艺术。“日间”在工作室执行一个想法,“夜间”则是执行之前(或者有时是执行过程中)的阶段,艺术家在这一阶段酝酿构思(例如绘画或雕塑的构图)。当艺术家胸有成竹的时候,大部分创造性过程可能就已经完成了。同样,在音乐方面,“日间”负责奏响乐音,或者安排编曲细节,“夜间”则是灵感降临的时刻。在科学、艺术、音乐,所有这些领域,创造性的夜间活动居功甚伟。几乎任何人类活动都需要一定程度的创造力,因此最低限度的“夜间”探索,可能是人类几乎所有事务不可或缺的一部分。

那么,我们在海德堡的研究经历又如何呢?那段经历没有发表任何成果,也没有产生任何有价值的假设。这是否意味着它不是科学?答案当然是否定的。这是在浪费时间吗?并非如此。那段夜间科学探索的历程不仅兴味盎然,而且开拓了夜色笼罩下的某块版图,以后我们常常在此徘徊,为项目提案和发表论文汲取灵感。从这个意义上说,夜间科学从来不会无功而返——我们总能拓宽视野,重塑思维。这些探索帮助我们走上正轨,在未来研究中提出正确的问题——这是一项至关重要的夜间科学活动。

附:弗朗索瓦·雅各布关于“夜间科学”的论述

本段译自法国分子生物学家弗朗索瓦·雅各布1997年的著作Of Flies, Mice, and Men。

——译者注

François Jacob(1920-2013) | NobelPrize.org

“如果在座各位想从理论物理学家那里取经科研方法,我劝你们不要听他们说什么,而要注意他们做什么。”阿尔伯特·爱因斯坦如是说道。在大多数人眼里,科学研究是个纯粹的逻辑过程,冰冷、严格、缜密,就像科学教材或者科学史、科学哲学书籍那样板起面孔。就这一点而言,哲学家们无休止地探讨假说演绎法,谈论真理和“逼真性(verisimilitude)”,拿放大镜分析科学发现过程的每一处细节。与此同时,科学家们也将自己的工作描述为一系列秩序井然、逻辑丝丝入扣的想法和实验。在科学论文中,理性沿着康庄大道前进,从黑暗走向光明,从不犯错,毫无疑虑,也不拖泥带水。唯其理性,完璧无瑕。

然而,如果你更仔细地观察科学家们在“做什么”,你可能会惊讶地发现,研究其实既包括所谓的“日间科学(day science)”,也包括“夜间科学(night science)”。日间科学的论证像齿轮啮合般严丝合缝,结果一是一、二是二,毫不含糊。它的形制规范如达·芬奇的绘画、巴赫的赋格曲那般令人赞叹。漫步其间,仿佛置身法国花园。我们洞悉科学进程,为既往成就自豪,对未来充满信心,日间科学在光明与荣耀中前进。

与此相反,夜间科学却在暗夜中盲目徘徊。它犹豫不决、跌跌撞撞、畏缩不前、大汗淋漓,然后突然惊醒。它怀疑一切,永远试图寻找自己、质疑自己,让自己重新振作。夜间科学是一间工坊,在这里,有望成为科学大厦砖石的各种可能性被细细打磨。当假说仍停留在毛糙的印象和模糊的预感;当各种现象仍彼此孤立,杳无联系;当实验方案暧昧混沌,看不清轮廓;当思绪沿着蜿蜒曲折的暗巷前行,却屡屡走上歧路——在偶然性摆布下,想法在迷宫里四处游荡,从纷至沓来的表征中追寻一丝迹象,一种意想不到的联系。它像囚犯在牢房中盘桓,寻找出路和微光;它在希望与失望、振奋与忧郁之间无休止地摇摆。科学能否走出暗夜,得见天日,囚犯能否重获自由,我们无从知晓。如果这一切豁然开朗,那完全是一个偶然——毫无征兆骤然而至,就像平地风起、雷霆滑落。指引前路的不是逻辑,而是本能、直觉、对理解的渴望和对生命的激情。在无止境的内心激辩中,无数假设、比较、组合与联想在脑海中不停运转。终于有一天,燃起了第一团火,火苗撕裂黑暗,转瞬间照亮一切,光芒耀眼摄人心魄,有如灿烂千阳。震撼过后,是一场与旧有思维方式的缠斗,从前赖以推理的概念体系此刻出现矛盾。我们还无权断言,新假设能否从最初的粗糙雏形脱胎换骨,臻于完善、成熟,也不能笃定它是否经得住逻辑检验,被接受而成为日间科学。





译者的话

雅各布在Of Flies, Mice, and Men中写道:“人们普遍认为,科学研究只需观察现象、积累实验结果,就能提炼出理论。事实并非如此。几十年如一日的格物,可能永远也不会产生任何有科学价值的成果。” 正如马克思·普朗克所说,除了事实的坚硬性,科学也有“形而上学”的部分。这往往是夜间科学的领域。

围绕夜间科学,几位作者以诗意笔触,描绘了一段相当浪漫的旅程。然而在更多时候,现代科学被视作一条竞争激烈、令人望而生畏的流水线。沉重的发表压力下,那些冷漠、狭隘和务实的科学家们或许更受垂青。我只是希望,科学界未来仍能为像雅各布这样的学者留一点空间。比起白日耕耘,他们更偏向午夜飞行,这是一种直抵星辰的广阔与丰沛。就像雅各布所说:“和文学、绘画一样,科学也有其风格。这不仅关乎如何看待世界,也关乎如何追问世界。”

来源:“返朴”公众号

北京科协
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