金涌院士：好奇心是科学创新最高阶心理动机

在近日由中国科学技术协会主办的2024世界公众科学素质促进大会“前沿科普服务科技创新”专题论坛上，大会论坛主席、中国工程院院士金涌分享了《科学家精神浅析》的主题报告。
论坛现场，金涌从科技创新促推产业提质升级的需求出发，对科学家所必须具备的创造力、想象力、抽象思维、另类思维、团队精神、观察力、坚持力、道德操守等方面深入剖析，揭示了科学家精神及内在的特性。

科研创新能力是未来国际竞争的主要体现

习近平总书记指示我们：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，也是中华民族最深沉的民族禀赋，在激烈的国际竞争中，唯创新者进，唯创新者强，唯创新者胜。”国家间经济实力、国防实力、民族凝聚力、综合国力的竞争，最终决定于科技水平、人才素质，创新能力的竞争。

我国30年来经济高速发展，粗放型模式已经走到尽头。美国现在就利用它在科技上的优势，企图阻止中国向高端科学、技术方向发展。作为大国，要想通过技术转让来发展科技是不现实的，外国人不会把最好的技术卖给他的潜在竞争者。只能靠我们自己生产、自己创造出来。

中国在技术创新方面已经做出了很大的努力，经济实力、技术水平还有科技的投入已经跃居世界第二位了。2023年中国R&D（研究与试验发展）投入33278亿元，成为世界第二。在光伏电池、锂电池、全电动汽车、高铁等方面处于世界领先地位，成为国际市场突破口。未来我们在人工智能、人形机器人、高端机电制造、医药、高端材料等高端的医疗设备方面需要有更大的进步，要举全国之力发展高端生产力。

科学家要培养自己抽象思维

创造力人人皆有，“创造性”行为却并非人人都具备。创造力须有充实的知识与经验背景，但知识不等同于创造。创造需要天才，但智力高不等于有创造力。善于创造的人，他的人格素质要求想象力、联想力、观察力、思辨力、好奇心、变通力齐备，这个是后天的，需要人在学习过程中逐渐培养出来。

落实到科学研究，重大的科技成功往往由科学家、工程师、大工匠三驾马车共同完成的。我们的北斗三号卫星需要非常准的时间测量，它的铷原子钟的精度可以达到110亿分之三秒/天，满足分米级定位，就是三驾马车结合的杰作。

我们从小学一年级起就开始学数学，可能一直要学到博士毕业。我们学这么多数学，是为了算账吗？不是。是要启发我们的抽象思维能力。所以科学家要培养自己抽象思维。人们不能确定何为真实，能做的只不过找哪种数学模型描述我们生活在其中的宇宙。

物理学家面对的宇宙和微观世界是无法放在解剖台上研究的。如同小孩手中的一支怀表，看到分、时、秒针运行，滴答作响，无法打开，只能设想它内部结构。

1609年前，我们生活在托罗密（地心说）和哥白尼（日心说）模型中，当伽利略用望远镜成功发现木星有4个卫星，证实了日心说是对的，才真正变成科学。所以，任何一个科学技术的初期，我们都是生活在数学模型一个抽象思维的过程之中。

科学家精神的本质特征是想象力

科学家需要想象力。爱因斯坦说想象比知识更重要，知识是有限的，想象力是无限的。想象力就是一种抽象思维能力。

爱因斯坦认为，物理学家研究的是宇宙，不可能放在实验台上。如同小孩手中的一支怀表，看到分、时、秒针运行，滴答作响，无法打开，只能猜想它内部结构。在没有证实之前，任何前沿科学的发现都是想象力，是一个数学模型。

通过理论物理学的研究，我们已经发现了物质由分子组成，分子由原子组成，原子由电子、中子、质子组成，这些质子、中子呢？它是由夸克组成。

有人提出来可否再分或合？夸克是不是已经是最小的单位了？现在大部分的物理学家认为夸克还可以再分，如可以继续细分为震荡的超弦，四个超弦构成了夸克。

为什么大家最后都相信了这一理论？因为数学家丘成桐的模型证明了其可能性。这是抽象思维使我们提高了认知。

科学家需要形象思维，也需要团队合作

科学家还需要一种另类思维能力。

钱学森领导中国科学家掌握了空间火箭技术。在1964年的一次试验中，火箭里的燃料罐由于天气炎热，燃料膨胀，燃料罐装不下预期的那么多燃料了。一个火箭燃料不够，射程就不够，当然打不到靶点。大家一筹莫展时，有个很年轻的、刚刚毕业不久的技术员经过仔细计算，提出了一个完全另类的说法，卸除600kg燃料即可打中目标。这个方案为钱学森所肯定，顺利完成了实验任务。后来，这个年轻人被推荐为第二代的运载火箭总设计师，他就是王永志。

火箭研发是不同学科科学家合作的过程。科学家必须有团队精神，必须和别人合作。爱因斯坦曾说，交叉组合作用似乎是创造性思维的本质特征。这要求大家互相尊重、互相的碰撞得出最终结果。

DNA（脱氧核糖核酸）双螺旋结构的发现就是很多不同领域科学家集体做出来的。科学家一定要能够和别人合作，一定要有团队精神，这样才能做成大事。科学家需要团队精神。

大科学家都有缜密观察力

很多科学研究的发现是通过观察得到的启发。那么除了抽象思维，还必须有严密的、缜密的观察能力，也就是科学家需要形象思维的能力。大科学家一定有很强的观察能力，能够注意到各种别人认为很平常的事情中的不平常，这是形象思维。

有个科学家叫科里奥利，他每次洗澡后，会去观察浴缸里的水什么时候完全平静了，然后在慢慢用线把塞子拔开，水在往下水道流的过程中，纵使逆时针旋转。

也许这个现象我们每个人都看见了，但不一定会仔细想。

牛顿告诉我们三大定律是：静者恒静，动者恒动。没有力的作用，水为什么转了呢？科里奥利就发现了问题，经过研究，他发现原来浴缸不是静止的，是随着地球一起在旋转的。在一个旋转体系里，一个流动就会产生一个跟它切向的一个力，这个力就推动了水在旋转。这个力就是用他的名字命名的叫“科里奥利力”。

他的模型证明了，水在北半球会呈逆时针旋转，在南半球就会顺时针旋转，这就解释了台风为什么旋转，解释了洋流等气象学的很多重大现象。

“好奇心”是更高阶心理动机

科学创造不是纯理论主义的，更可能是“理性”与“非理性”，“逻辑”与“情感”的奇特结合。

大家知道美国新罕布什尔大学的数学家张益唐，他在北京大学硕士毕业后，来到美国普渡大学读博士。他常有新思想，跟导师意见有分歧。两个人经常辩论应该是个好现象，可是这个导师耍小心眼，当张益唐拿到博士学位以后，他不肯给他写推荐信，张益唐很难找合适的教职，就困在美国只能在快餐店打工，十几年来处境非常困难。

后来他师弟到美国看到了他的状况，把他带到了新罕布什尔大学，让他当访问学者。一年多后，张益唐就得出了一个非常漂亮的发现，摘取了数学界桂冠上的明珠，破解了跟哥德巴赫猜想同样重要的孪生素数猜想。

有一次，张益唐回到中国给中学生讲演，学生对他非常崇敬，说想不到您身处逆境，还能做出这么重大的发现。张益唐回应：支持我的只是好奇心。张益唐虽一直处在被打压的状态中，但他坚持不懈从事科研，这种动力，就是源自好奇心。

感恩国家、感恩社会是科学家最高尚的动机

其实，科学家都会遇到这种拷问，你为什么做这件事，除好奇心，还有别的驱动力吗？

由好奇心驱动是人类求知欲的心理满足，大多数科学家会如此说。爱因斯坦曾说过：“每天我都无数次提醒我自己，我内心和外在的生活都是建立在其他活着的和死去的人的劳动基础上的，我必须竭尽全力，像我曾经得到的那样和正在得到的那样，做出同样贡献。”由感恩图报社会、国家，是最高尚的心理动机，最长久最伟大，我们熟悉的“两弹一星”的功勋钱学森、郭永怀等，就是出于这样的动机。

现在已经不是一个传授知识的时代了，“授人以鱼不如授人以渔”。大学的教育是能力的培养，也就是科学家的志向、能力、素质的培养。科学家需要有道德操守，科学是伟大的，可是科学家不一定伟大，就看你有没有真正的动机，有没有真正的科学家精神。

有些科学家追求成功的动力仅是追逐名利，如DNA双螺旋结构的发现者沃森。他当了美国最大的遗传学研究院的院长，可是由于不正确的思维驱动，犯了很多错误，最后被开除了，连退休金都没拿到。

科学家还需要懂得感恩图报。爱因斯坦曾说过：“每天我都无数次提醒自己，我的内心和外在的生活，都是建立在活着的人和死去的人的劳动基础上。我必须竭尽全力，像我曾经得到的和正在得到的那样，做出同样的贡献。”

感恩国家、感恩社会是最高尚的动机。我们熟悉的“两弹一星”元勋钱学森、郭永怀等，就是出于这样的崇高动机才做出了非凡的成就。清华大学把爱因斯坦的这句语录刻在石碑上，勉励清华人时刻记住应该感恩图报。

科学家需要有道德操守。科学是伟大的，但科学家不一定伟大，就看你有没有真正的科学家精神。年轻一代一定要传承真正的科学家精神。

（本文整理自金涌院士2024年12月5日在2024世界公众科学素养促进大会上的报告)

作者|金涌中国工程院院士、清华大学化工系教授