科學家是怎樣研究科學的？
歷史上的科學家們，他們很辛苦也很幸運，他們畢竟成了科學家，或生前成名或死後成名。今天，很多人發表了很多論文或者設計了各種各樣的理論，會有人死後成名嗎？我們學習著前人科學家的知識、方法和理論，跟蹤著他們的足跡，或者也是像他們那樣發現問題然後提出自己的理論，為什麼我們的業餘研究被稱為民科？為什麼我們的專業研究被稱為跟蹤式紙上談兵？
我發現了一個問題，真正的科學家把理論當做參考、關心的是自然界。假的科學研究總是關心人家的理論對錯，或者沒有認真蒐集實驗資料就閉門造車設計理論。科學研究也有多種方法。科學的初期比較簡單，修正實驗資料和觀測誤差以後，有靈感總結實驗就會有發現，比如 Kepler ，Galileo ，電磁學。Newton 的做法是集前人研究之大成，完善數學分析體系。到了 Einstein 時期，根據觀測資料與理論的偏離設計新的理論。現在科學研究是比較難一些，現在的理論工作是根據例外實驗重新設計理論，這個要求確實比較高。如何研究科學很多人思考過，比如網上流行一篇文章《如何成為一個優秀的物理學家？》，實際上是目前大學物理系通用的教學方法，沒有什麼驚奇的觀點。
前面說科學研究是面對自然界、參考已有理論、充分考慮實驗資料。但是現在很多時候科學界也沒有完全遵守這一原則，比如弦理論給人的印象就是自由想象多於實驗考慮。也許這也是弦理論這麼多年沒有走到科學理論的原因。與純粹的理論研究相比，發現例外實驗、發現新的問題因素、總結新的規律，這一創新理論的方式相對容易取得成功。這既是新時代物理學理論創造的方式，也是 Kuhn 科學哲學裡說的科學變革方式。但是不是知道了怎麼成為科學家就可以成為科學家，要不 Kuhn 和 Kuhn 的粉絲們，都按照這個思路去成為偉大的科學家，事情當然不是這麼回事！那麼這一路徑的困難又是什麼？
這個路徑的困難是很多人碰到例外不當例外。確實很多時候例外不是例外，科學常規時期科學界的主要工作就是消除例外，從而成為一種成功的經驗，等到狼真的來了，也沒有人相信狼真的來了。比如水星軌跡異常，很多人設想了一個水內行星-火神星，很多天文學家吃盡苦頭去找火神星失敗。直到此時還有人認為，水星軌跡異常可能是太陽橢圓效應。但是，Einstein 認為水星軌跡異常是一個例外，Einstein 因此設計新的理論獲得了成功。
那麼相對論有例外實驗嗎？應該說科學並非萬能、例外總是存在，只是很多人不承認它的存在。很多物理教授認為一些實驗不是相對論範圍的事情，所以相信迄今為止沒有發現與相對論矛盾的實驗。縮小理論的應用範圍來減少與實驗的矛盾，這可能是我國科學界特有的處理方法，也是我國物理界不能發現例外實驗只有跟蹤式研究的原因。現代學者不能發現例外實驗，也就遠離了現代科學理論創新方式，然後被迫在已有理論的理論問題上轉圈子。不能發現例外實驗，這是專家和科迷的共同問題，也可能是各國科學界的共性問題。很多人都是發現相對論的理論問題，然後開始自己的理論創造。並不是人在科學界，就能夠按照真正的科學家套路行事。科學界能夠成為真正科學家的人也是少數。科學的任務在轉換，成功的老師並不能培養出成功的學生。大部分人也是被流行的教育方式誤導，或者沒有機會、沒有能力、沒有靈感，不能成為真正的科學家。很多人把例外強硬納入現有框架的做法或者避免矛盾的做法，既浪費了寶貴精力，也喪失了科學探索的寶貴機會。當然，機會總是被大部分人浪費才有少數人獲得機會。（有必要就例外實驗做點解釋，比如，Sagnac 實驗是相對論的例外，但不是物理學的例外，因為這個實驗回到過去的物理學很好解釋。有些實驗相對論不能解釋量子力學能夠解釋也不算例外。所有理論都不能解釋的實驗才是例外。）
能夠識別出例外實驗不等於就是偉大的科學家，因為處理例外實驗還有高階和低階之分。例外實驗例外辦法處理這是低階學者的做法。根據例外實驗設計適用範圍更加廣泛的新理論，才是偉大的科學家。科學界也是普通學者多偉大的科學家少。例外實驗通常被例外處理一下比較多，這類工作相當於寫一篇論文。設計適用範圍更廣的理論困難很大，天才科學家才有膽魄、能力和意願去冒很大的失敗風險，然後獲得成功。根據例外實驗設計出新的理論，通常能夠預言一批新的實驗，比如 Einstein 就是一個能夠敏感例外實驗的科學家，面對水星軌跡異常，設計了適用範圍更廣的時空彎曲引力理論，預言了光線雙倍彎曲、火星雷達回波延時。從敏感判斷例外實驗並能夠解決問題來看，Einstein 是偉大的科學家。當然相對論採用修正時空方法一直受到很多人的反對。但是對於科學界來說，面對新的問題有一種理論總比沒有理論要好，這是現實的道理。科學問題的初期允許設計不完美的理論，如果你們有更好思路可以設計更好的理論。
這裡可能有一個問題，為什麼例外實驗這麼重要呢？！先說實驗的重要性吧。科學研究中實驗很重要，是因為科學需要實驗幫助然後摸著石頭過河，歷史經驗表明這樣得到的理論更加符合實際。數學、邏輯學、哲學之類純思辨的學科除外，科學通常都是這類經驗科學，需要在蒐集實驗資料的基礎上做理論；做出來的理論，也是為進一步探索實驗服務。所以理論需要有預言功能，馬後炮的理論是很難被科學界關注的。例外實驗又是系列實驗中的關鍵實驗，它是以後科學發現的路口和突破口。但是有一個問題遺憾，沒有人告訴我們哪裡是科學的路口，沒有人告訴我們哪個實驗是例外實驗，所以我們很多人總是忽視了科學這種路口。還有一個遺憾，即便發現這樣的路口，普通人也容易迷路。有人總結，我國科學界缺少大師，是啊！科學研究的路上總是缺少高人指點，導致縱有科學大軍也只有寫寫論文。也有一種說法，高人即便存在，他也不會高風亮節把發現機會送給其他人。其實科學界很多時候我行我素，不喜歡別人指點江山，其中一個理由是科學哲學不能處理科學具體的問題。所以即便碰到高人，你會相信他是高人嗎？因此通常的人面對科學十字路口，總是沿著直線的方向走下去，往往也因此錯過科學發現的機會。比如吧，粒子碰撞機率上升，按理這是一個簡單的道理，高速粒子容易發生碰撞，說明高速粒子有更大的尺度。但是物理界就是沒有人說，這個現象說明狹義相對論有問題。硬生生說這是碰撞介面，不能代表粒子的尺度，你說怪不怪？當然，科學界也沒有人用長度縮短結論來計算散射機率上升，例外實驗例外方法處理了這個機率上升問題。Herculis 雙星進動，進動量大大低於廣義相對論的計算。我覺得應該是一個例外現象，但是科學界總是拿出很多雙星例子，它們的進動資料符合廣義相對論計算。這個例外現象也被例外方法處理了。科學界沒有一事一議處理不了的問題，所以學院人總有一種一覽眾山小的感覺。一種心態的利弊，也許只有他們自己知道。
還有一個問題，一個例外實驗可以設計各種各樣的理論，比如水星進動異常，Einstein 提出彎曲時空引力理論之後 100 年來，我們也可以重新設計更好的理論，為什麼沒有超越廣義相對論的理論？當然這是一個遺憾。想起來啦，也有小人物回到水星問題提出了一種新的思路，簡單方法推匯出廣義相對論結論-引力場折射方法 【原創】浙大博士簡單方法推匯出廣義相對論結論-引力場折射方法【反相吧】_百度貼吧 。也許大家對於這種重新探索不想關注，我是非常支援各種真正的科學探索的，只要他符合科學探索的路徑，即便不被科學界關注。
科學探索的路徑其實也沒有什麼特別的道理。科學之前看誰說得好，Aristotle 說得好，1800 年中地球人都聽他的。科學初期誰能夠做實驗總結實驗，就是寫入科學史冊的科學家。現在發現例外實驗相當於發現問題，是科學探索的路徑。其實任何知識領域，發現問題都是研究的第一步。耶魯校長對話北大校長，大學應該培養什麼樣的學生？耶魯校長的回答是，要培養學生髮現問題、分析問題和解決問題的能力。在這裡發現問題是第一種能力。這種道理，其實大家也不是第一次聽到。但是具體落實到教育和科研當中，如何創造支援發現問題的科學文化環境，如何培養髮現問題的能力，我們很少人思考過。當然現在的高考統考體制也不支援這種能力的培養。我國的大學走到完全自主招生還需要一段很長的路要走。
科學研究的路徑問題搞清楚了，我們依然還有問題，為什麼有些科學家善於發現問題呢？這讓我想起人們常說的一句話話，機會屬於有準備的頭腦。也就是說有準備的頭腦善於發現問題。回到考察水星軌跡異常問題。水星軌跡異常其實只是那麼一點點，所以很多科學家想不到萬有引力定律有什麼問題。但是 Einstein 心中有一個相對性原理（船裡不知船動），早就發現萬有引力定律不符合相對性原理。所以水星軌跡異常的發現，在其他科學家看來是未知行星干擾的現象，在 Einstein 看來就是萬有引力定律存在問題顯示出來的跡象。Einstein 年輕時候就想一個奇怪的問題，我們跟著光波會看到什麼？他的聯想是，跟著光波看到靜止的電場和磁場，但是又沒有看到電荷和磁鐵，這個影象不可思議。也就是說，科學家發現問題的超常能力是從小鍛煉出來的，這不是科學研究也是科學研究，因為沒有發現問題沒有發現例外實驗的能力，最多的學習不能走到真正的科學研究！沒有研究，科學談何發展和進步！
大概能夠看出一點事情，就是善於學習、善於提出問題和善於思考的人，容易發現與現有科學理論不相容的例外實驗。相比之下，我國的教育不是側重於提出問題和走出書本的思考。所以我們的老師和他們培養出的學生，在提出問題和走出書本思考方面有著先天的欠缺。我們物理系錄取的是高考高分學生，這些學生在學生時代並沒有屬於自己的對於物理學知識的思考。他們在物理學習過程中一直是處於學習已有理論的階段，學習完已有的理論根據已有的理論處理一些細小問題，就是那麼回事。這樣的物理學生這顆心也就一直停留在已有的理論世界裡，不能完成走出已有理論再次面對自然界問題的轉變。他們即便碰到例外實驗，也不會把例外實驗當做例外實驗，即便當做例外實驗也沒有處理問題的新的思路。所以科學院物理研究生留下一句名言，學物理就像士兵等待戰爭，等待科學革命年代！
等待不能解決問題，幸好科學的每個時代總有真正的科學家從小喜歡思考問題。雖然也學習科學理論，卻能夠走出科學理論，回到面對自然界，注意蒐集實驗資料發現例外實驗，這是偉大科學家與我們普通人之間的重要差別。從小喜歡思考問題，研究生年齡段注意蒐集實驗資料，這是兩個關鍵環節。小時候喜歡做什麼，這是天賦。研究生年齡段，面對科學界流行的理論，能夠走出科學界的理論，回到一顆面對大自然的心，這個更加需要天賦。有了這些天賦的人能夠與眾不同，能夠默默地注意蒐集實驗資料這個科研的重要環節。說了這麼多，實際上誰能夠成為真正的科學家，依靠天賦、不是後天的教育。我國教育有一個副作用-磨滅學生天賦探索才能！是否會有天性頑固的人在流行平庸的學院裡不至於淺薄？天性頑固的人是無法在我們今天的學院裡生存的，他們會因為沒有完成論文數量被迫離開，也會因為職稱受阻而出國。
真正的科學家面對大自然的心可能與生俱來、一直持有，並沒有因為學習科學界的理論而改變。Einstein 有一個面對大自然的心，所以他解釋說，理論不過是科學家根據自己的想象為自然界畫一幅圖畫。在這裡也不是閉上眼睛自由想象自然界的世界。畫家首先是考察世界，然後表達自己對於自然界的理解。科學研究也與此類似，不是臨摹其他畫家，而是來自生活的靈感理解科學實驗、以自己的角度理解自然界，然後用數學算式來表達新的科學規律。與生俱來的面對大自然的心，這是走進真正科學研究的關鍵要素。從天賦角度來講，我們多少有這樣一顆心，如何保持它這是我們一般人需要面對的課題。從現代生活來講人類越來越宅，生活在小區裡、讀書在學校裡、工作在單位裡，與人接觸是越來越多、離大自然越來越遠。人類越來越變得具有社會性、喪失自燃性。對於科學探索來說，這是一種退化。近半個世紀來，傳統工業、現代科技產業飛速發展，卻並沒有產生超越相對論的理論和超越 Einstein 的科學家。現代物理科普書的宣傳，讓更多的人陷入現代物理學理論世界，或是欣賞現代物理學理論的優美，或者純粹批評現代物理學理論（主要是相對論、大爆炸、黑洞等理論的問題）。現代人不是陷入人際關係社會變得世故，就是陷入現代科技、現代物理學理論世界。
說起來今天的我們有科學哲學研究來避免科學一些大的問題，但是美國人 Kuhn 教授的歷史主義科學哲學著作《科學革命的結構》（應該譯作《科學變革的方式》）傳到我國，由於翻譯得不好影響力有限。儘管 Kuhn 和 Hawking 說的很清楚，理論只是一種正規化和模型，但是我國讀書人喜歡痴迷於爭論理論的對和錯。我國的書生，離真正的科學研究總是有著更遠的距離。
有一種流行的說法，科學創造需要閒暇的時間和自由的想象。現在看來這種說法非常表面、沒有抓住要害。來到論壇的人很多，說明我們很多人有閒暇的時間，網路論壇五花八門的觀點，也不缺少自由的想象，為什麼我們的工作不是科學研究呢？還是用 Einstein 的話來說明問題吧！Einstein 後來多次表示，鑑定專利權的工作，對於我來說是一件幸事。它迫使你從物理學上多方面地思考，以便為鑑定提供依據。此外，實踐性的職業對於像我這樣的人來說簡直是一種拯救，因為學院式的環境迫使青年人不斷提供科學作品，只有堅強的性格才能在這種情況下不流於淺薄。Einstein 說，專利局這種職業，迫使他從物理學上多方面地思考。看來多方面的思考，這也是真正的科學家思維特點。其實任何工作都需要多方面的思考。行政工作中流行一個詞語，叫做方方面面。看來要把任何工作做好，都需要方方面面的思考。
最後做一下總結，真正的科學家是這樣研究科學的，保有一顆面對自然界的心、參考已有的理論、蒐集儘可能多的實驗資料、發現例外實驗、全面思考問題。希望這個總結對於從事科研的人們有一些幫助。科學並非正確也永遠不會完整，每個時代都有科學機會。不過科學研究需要天賦，我們也沒有必要去刻意模仿把自己修煉成科學家，刻意的模仿達不到目的。作者希望有興趣研究科學的人們，透過閱讀本文把科學研究工作做得更好一些。也希望學院學者在被動等待科學革命中耗費生命，不如以超前的心態支援那些符合科學探索路徑的偏流探索，或許能夠發現一些超前科學機會並迎來科學革命時代！
（原文較長，有刪節）
