著名科学哲学家波普尔构想了一个思想实验：假如我们把目前地球上的所有人工建造物：矿山、工厂、机场、海港、道路、桥梁、房舍、学校、城市统统炸掉，把为人类提供食品的农田、牧场、养殖场，鱼塘、食品加工厂也毁掉，将机器、设备、电视机、电冰箱、飞机、轮船、汽车、火车等人工制品统统销毁，只要人类的知识还在，技术资料还在，人们懂得怎样重新建设。那么，只需调动全人类的积极性，不出五十年时间，新世界就可以重新建设起来，而且比今天的世界更美好。但是，如果人类放弃了知识，消灭了文化，销毁了所有书籍和技术资料，停止一切文化创造与交流，甚至放弃语言的应用，终止一切形式的教育活动。那么十年之后，所有社会财富不仅消耗殆尽，人类将失去重建文明的可能，社会将退到原始状态，人类将永远不再有出头的时日，极有可能迅速走向灭亡。

　　波普尔以无以辩驳的形式告诉人们这样一个道理：文化在人类生存发展过程中发挥着无与伦比的重要作用。纵观人类六千年的文明史，我们不能不承认，是现代化的科学技术，给人类带来了超级物质享受，帮助我们建设起高度的精神文明和物质文明，是文化的积累让人类社会走上了蓬勃发展的道路。波普尔的概括十分精到，一点也不夸张。在科学技术飞速发展的二十世纪，人们揭穿了原子结构的秘密，为找到永不枯竭的能源提供了保证；航天技术取得了引人注目的成功，人类向着征服宇宙太空的方向迈进了一大步；激光技术的出现，让精确制导，无线通讯，遥控遥测这些十九世纪的科学幻想变成了实现；遗传基因的确认，促进生物技术在遗传育种、食品加工、医药卫生等方面的应用，为最终揭开生命的奥秘打开了大门；电子计算机技术的迅速推广，网络技术的迅速普及，空前规模的信息革命，把人类社会带进了知识经济的新时代。所有这一切给我们一个鲜明的印象：科学的发展前景无限量。

　　（一）创造知识的方法

　　创造新知识所付出的劳动，不是一般意义下的劳作，而是一种创造性的脑力劳动。由于从经验到理论，没有逻辑的道路可走，针对典型的科学事实，科学家必须发挥自己的想象，提出可供选择的基础理论。在对基础理论做出选择之后，还必须应用逻辑的方法推演出若干科学命题，然后设计并实施对理论的可靠性进行检测的科学实验，对理论进行检验。

　　人类的认识归根结底来自感觉经验，科学理论出自科学家的天才想象。理论想象必须接受经验的引导；划时代的理论创造，需要通过实验验证。科学的进步往往是在解决科学问题的过程中实现的，问题的发现便成了理论创造的开端。所以，注意观察日常生活中的各样事物，设计具有新意的实验装置和实验方法，就成了发现和提出问题，激发创造动机，把握创造机遇的重要途径。只有细心做好科学实验，注意观察大自然中各类现象的人，才能判明旧理论的错误，为创立新的理论做好准备。

　　卢瑟福在建立原子核式结构模型的过程中，用显微镜观察α粒子碰撞荧光屏时产生的亮点，记録下从不同角度观察到的大量闪光数据，应用统计方法算出了原子核的大小。布拉凯特应用乳胶照相技术，记録下原子衰变中四十多万条α粒子运动径迹，找到了八条能够说明原子核嬗变类型的轨迹。在这些过程中，大量的，艰苦而又精细的观察发挥了重要的作用。

　　可是历史上，机遇经常会表现出“有心栽花花不结，无心插柳柳成荫”的性格。奇特的现象总是和我们不期而遇，许多重要理论的研究都是由偶然发现引起的。奥斯特事先并没有打算研究什么电流的效应，而是在接通电源的瞬间，偶然看见导线旁的小磁针动了一下。他便抓住这个奇特的现象不放，反复试验，终于发现了电流的磁效应，开辟了电磁学研究的新领域。法拉第最初创立电磁感应学说时的情况也是这样，经多次改变磁铁和导体的位置，都没有发现感应电流。在一次改变感应线圈和磁铁相对位置的过程中，他突然发现与线圈相连的仪表指针振动了一下。这个瞬间即逝的现象引起了法拉第的注意，经过反复验证，反复推敲，他终于发现了感应电流与磁场之间的本质联系，揭开了现代电磁学发展的序幕。可见，对于创造性劳动来说，好奇心比细心、专心、耐心都重要。

　　其实，过分强调科学发现的偶然性也不恰当。因为这类美好的偶然性总是喜欢光顾有准备的头脑，其中必定藴涵规律性。同时，把观察能力的高低归结为视力的好坏，辩色能力的强弱，以及触觉、听觉、嗅觉的灵敏度也是不对的。能不能从实验中提取出有价值的观察结果，关键在于人的思维，在于你的头脑里边具备怎样的理论模型，以及在现象面前你所表现的好奇心属于什么类型。

　　近代化学的先驱海尔蒙特在盛有二百磅干土的花钵中，栽种一棵重5镑的柳树苗，用水灌溉。五年之后，秤得树和曾经落下的柳叶总共169磅，而干土只减少了两磅，由此可知，从水转化来的成分约162磅。他说，既然水可以转变成树的成分，就可以转变成别的东西。海尔蒙特断言，水是组成一切物质的基本元素。海尔蒙特的实验设计非常巧妙，实验也做得非常认真，在当时，已经是一个无懈可击的科学实验了。可是，实验的结论完全错了。那是由于生活在十六世纪他并不知道柳树会从空气中吸收二氧化碳，是他心目中的知识体系决定了他的实验不可能达到现代科学的水平。所以说，世界上没有白纸一样的人心，也不存在絶对客观的感觉经验，经验接受个人心目中的知识结构的引导，与观察者的思想方法有着千丝万缕的联系。关于这一点现代心理学已经给出了有力的证明。

　　一个具有启发意义的例子是1666年法国物理学家马里奥特发现盲点的故事。当他告诉人们，在人的视野特定方向上，所有东西都没看见，有谁会相信呢？那么，既然没看见，马里奥特又是怎样知道它们存在的呢？他依据眼睛的结构断定盲点必然存在，再设计出确认盲点存在的有效方法，在科学院当场表演，让所有人口服心服。发现盲点的故事告诉我们：当我们的头脑里不具备相应理论的时候，不仅对眼前的事实置若罔闻，对于已经进入眼睛的事物一样会熟视无睹。

　　1919年卢瑟福发现质子以后预言中子的存在，世界上具有研究能力的科学组织迅速投入寻找中子的攻坚战。可是，由于中子不带电，不能用电磁学方法控制其运动，也无法通过电磁作用检测它的存在，研究工作久久没有进展。1930年德国物理学家玻特在用α粒子轰击金属铍的时候，并没有获得预想中的质子，却得到了一种穿透能力很强的中性射线。第二年，约里奥·居里夫妇重做玻特的实验，为了检测这种中性射线对氢原子核的作用效果，他们让“铍辐射”穿过石蜡，结果发现石蜡在吸收这种射线后放出了质子。那时，这还是一种不为人知的奇怪现象。照说，约里奥·居里夫妇应该看出，所谓“铍辐射”就是人们寻找了多年的中子。可是，他们未加仔细推敲就轻率地判断说“铍辐射”是γ光子流。质子的出现，是γ光子入射时发生“康普顿效应”的结果，勉强而又轻松地将这个奇怪的现象纳入已有的科学知识框架中。

　　消息很快传到了卡文迪许实验室，在那里工作的查德威克刚听说约里奥·居里夫妇的实验结果，就意识到所谓“铍辐射”肯定是他们梦寐以求的中子。查德威克立即重做约里奥·居里夫妇的实验，测算出“铍辐射”中性粒子的质量和速度。证实用α粒子轰击金属铍所得到的粒子，正是卢瑟福在十多年前预言的中子。

　　很显然，查德威克能够迅速取得成功，和约里奥·居里夫妇的工作是分不开的。那么，为什么他们已经走到诺贝尔奬金颁奬台边上，却和中子的发现擦肩而过？约里奥·居里自己的评论最能说明问题的关键：“中子这个词早就由卢瑟福这个天才，在1920年的一次会议上用来指一个假设的重型粒子，这个粒子和质子一起组成原子核。大多数物理学家也包括我在内，没有注意到这个假设。但是，它一直存在于查德威克工作的卡文迪许实验室的空气里。因此最后在那儿发现中子。这是合乎情理的，同时也是公正的。”看来，“机遇总是喜欢光顾有准备的头脑”这句话一点也不假。就是说，具有足够的思想准备，才能有效把握创新的机遇。

　　一个具有启发意义的例子是1666年法国物理学家马里奥特发现盲点的故事。当他告诉人们，在人的视野特定方向上，所有东西都没看见，有谁会相信呢？那么，既然没看见，马里奥特又是怎样知道它们存在的呢？他先从眼睛的结构中断定盲点的存在，再设计出判断盲点存在的有效方法，在科学院当场表演，让所有人口服心服。就是说，当我们的头脑里不具备相应理论模型的时候，不仅对于眼前的事实置若罔闻，对于已经进入眼睛的事物一样会熟视无睹。

　　1919年卢瑟福发现质子以后预言中子的存在，世界上具有研究能力的科学组织迅速投入寻找中子的攻坚战。可是，由于中子不带电，不能用电磁学方法控制其运动，也无法通过电磁作用检测它的存在，研究工作久久没有进展。1930年德国物理学家玻特用α粒子轰击金属铍的时候，并没有获得预想中的质子，却得到一种穿透能力很强的射线。第二年，约里奥·居里夫妇重做玻特的实验，为了检测这种中性射线对氢原子核的作用效果，他们让“铍辐射”穿过石蜡，结果发现石蜡在吸收这种射线后放出了质子。那时，这还是一种不为人知的奇怪现象。照说，约里奥·居里夫妇应该看出，所谓“铍辐射”就是人们寻找了多年的中子。可是，他们未加仔细推敲就轻率地判断说“铍辐射”是γ光子流。质子的出现，是γ光子入射时发生“康普顿效应”的结果，非常勉强地将奇怪现象纳入已有的科学知识框架中。

　　消息很快传到了卡文迪许实验室，在那里工作的查德威克刚听说约里奥·居里夫妇的实验结果，意识到所谓“铍辐射”肯定是他们梦寐以求的中子。查德威克立即重做约里奥·居里夫妇的实验，测算出“铍辐射”中性粒子的质量和速度。证实用α粒子轰击金属铍所得到的粒子，正是卢瑟福在十多年前预言的中子。

　　很显然，查德威克能够迅速取得成功，和约里奥·居里夫妇的工作是分不开的。那么，为什么他们已经走到了诺贝尔奬金颁奬台边上，却和中子的发现擦肩而过？约里奥·居里自己的评论最能说明问题的关键：“中子这个词早就由卢瑟福这个天才，在1920年的一次会议上用来指一个假设的重型粒子，这个粒子和质子一起组成原子核。大多数物理学家也包括我在内，没有注意到这个假设。但是，它一直存在于查德威克工作的卡文迪许实验室的空气里。因此最后在那儿发现中子。这是合乎情理的，同时也是公正的。”看来，“机遇总是喜欢光顾有准备的头脑”这句话一点也不假。就是说，具有足够的思想准备，才能有效把握创新的机遇。

　　创新的思想准备往往来自于实际需要。在研制列车的过程中，威斯汀豪斯为设计一种能够同时对各节车厢产生刹车效果的装置，已经冥思苦想几个月了，仍然没有进展。是一本普通杂志上刊登的风镐技术给了他很好的启示。他利用压缩空气推动活塞的原理实现了同步刹车，这项技术一直沿用至今。最初的自行车没有车胎，钢轮在路面上滚动时引起剧烈振动，使自行车基本上不能付诸应用。发明家邓禄普成天都在构想有效的减振办法。一天他偶然看见园丁浇花时的水管堵塞了，富有弹性的橡皮管鼓胀起来。他马上联想到对自行车车轮的改进，异想天开地把橡胶管套在车轮上去，经过多次实验，终于创造出了世界上第一个充气轮胎。据说他最初设计的车胎就是充水的。

　　事实上，一个具有强烈愿望的人，总是把眼前的发生事情与心目中的目标联系起来，对与目标相关的事物特别敏感，这就是人们面临同样机遇，而成功率出现巨大反差的原因。袁隆平在发明杂交水稻的过程中，顶着烈日深入田间，在九十多天时间里，检查了一万多水稻植株，终于发现了六棵雄性不育株。正是这些发育不全的家伙，为培育杂交水稻提供了帮助。我不赞成把袁隆平成功的主要原因概括成特别能吃苦，关键在于他懂得现代遗传学对杂交优势的解释，深信对于自花传粉的水稻来说，雄性不育一定存在。就是说，是对雄性不育植株重要价值的预测鼓舞着他的行动。

　　经过幼稚期的发展，到了十八世纪末，化学研究相继创建了元素在物质中的确定组成和物质不灭等基本定律。这些规律均属于唯象理论，也就是对客观世界“怎么样”的说明。至于为什么在特定的化学物质中各种元素的质量比不随产出地点和获取方式而改变？为什么在化学反应中，物质的总量始终保持不变？这些属于原理的问题，也随即提出来了。当时化学界流行贝采里乌斯的电化学理论，用这种理论解释物质的演变和组成，虽然取得了一些成功，对化学规律的理论解释却不能令人满意。

　　气象学家道尔顿是刚刚涉足化学领域的门外汉。他独辟蹊径，创立了现代原子论，开创了近代化学的新纪元。首先，通过分压实验，道尔顿发现混合气体压强可以分解为各气体压强之和的形式。根据人们在研究大气压强的时候，把空气中的水分看成一个个水球的经验，他猜想气体也是由无数互相独立的原子组成，化学反应的实质就是一些物质的原子变成了另一些物质的原子。为了说明物质不灭的现象，他大胆假设在化学反应中，简单原子是不变的，当物质的简单原子重新组合生成新物质复杂原子的时候，各种简单原子的数量不变，物质的质量也就不会变。由于物质的复杂原子由简单原子组成，同种原子中，各简单原子的个数是确定的。因而，物质中各种元素的质量之比也是确定的，道尔顿对定组成定律作出了圆满的解释。

　　在各门学科的发展过程中，人们创造了许多各具特色的研究方法。然而，科学是相通的，往往在某一学科的研究过程中行之有效的方法，也能够在另一学科的研究中大显身手，达到“他山之石可以攻玉”的效果。一开始，道尔顿的原子论遭到化学界权威们的强烈反对。为了迎接挑战，捍卫自己的研究成果，道尔顿不断改进自己的学说，使之逐步完善，终于创立起现代化学的理论基础。就这样，一个门外汉成了现代化学之父。

　　由于人类的知识总是可错的，前人创造的科学理论，最终都会被更加深刻，更加全面的理论所代替。但是，人们在遇到疑难问题的时候，却总是千方百计用现存的科学理论去解释。而在无法给出满意解答的时候只是感到困惑，很少有人想到创立一套新理论加以说明，同时，新理论往往会遭到权威们的扺制。这都是不懂得知识发展观，缺乏创新意识的表现。可见，科学的发展，并不是对已经确立的科学理论进行反复证明，更需要的恰恰是对她们的不断否证。知识创造的契机往往来自对现有知识的疑问。只有带着问题读书，用怀疑的目光审视前人的创造，才能在学习中发现问题，提出问题。如果把前人的创造看成永恒的真理，学习的东西越多，掌握的知识越全面，创新的可能性反而越小。因为问题一旦闯进你的视野，就可能被你头脑中的知识体系消化掉，无由产生寻求新解释的动机。因此，你掌握的知识体系越完美，往往越不具备创造力。对于创新知识来说，“知识就是力量”的判断，只是在构建理论框架的时候是对的。可是，丰富的知识也会产生压制创新动机的作用，成为阻碍创新知识的力量。

　　此外，仅管非逻辑的想象在创造性思维中起到关键性的作用，我们仍然没有低估逻辑推理积极意义的理由。因为逻辑推理可以把我们的想象力带到很难想象的地方。当人们创立了算术方法，有关自然数的性质原则上已经包含在自然数公理体系中了。可是，关于素数的理论，关于有理数与自然数集的等势性问题，却并不那么明显。至于哥德巴赫猜想这类世界级难题，放弃了逻辑推导就更难想象了。我们把从前没有明白表述过的理解方式称为新知识，那么逻辑推理至少在这类创造中可以大显身手。

　　创造性的演绎法，是爱因斯坦创立相对论的经验总结，也是他对现代认识论的重大贡献。近代科学发轫于十五、十六世纪，那时还处在收集自然现象和简单知识的积累初期。对于长久封闭的知识界来说，一切都是那么新鲜，那么的有趣。那时的博物学非常盛行，很多人走出课堂，深入大自然，积累大量的科学素材，从实践中提出了很多需要研究的科学问题。可是，当时代进入二十世纪以后，各学科知识空前丰富，科学已经将自己的触角伸进了自然和社会的方方面面。公理化法则的建立，对科学的发展提出了严密性要求：只要有一个科学事实与理论不相符，理论就会遭至毁灭性的打击。

　　随着近代科学向现代科学的转变，从大量客观事实中归纳出科学规律的方法，已经逐步让位于创造性的演绎法。这种方法的关键在于，以突破现有知识框架的实验事实为引导，通过非逻辑的途径构想新的理论基础；形成公理基础之后，再演绎出一系列推论；然后预言可能出现的新事实，或设计出有效实验，检验新理论及其推论的有效性。在现代知识创新过程中，想象力发挥着非常重要的作用。远古时代人们的主要思维形式——猜想——与逻辑方法结合起来，成为新时期科学研究的重要武器。

　　创造性思维不可能完全遵循逻辑的道路前进，需要丰富的想象。十九世纪法国作家儒勒·凡尔纳就是一位了不起的科幻大师，也就是想象力的大师。他在科幻小说中预言过的直升飞机、潜水艇、坦克、导弹、电视机、霓虹灯，都在他死后五十年到一百年之间变成了实现。他所描写的登月旅行和百年之后阿波罗计划实施时的真实情况基本相同，连宇航员穿的服装都一模一样。

　　如果能将许多人对同一问题的想象叠加起来，一定比个人的想象更加丰富。而叠加多人想象最有效的方法就是开展自由讨论。爱因斯坦大学毕业后曾经组织了一个称为“奥林比亚科学院”的读书会。几个年轻人相约阅读同一位大师的著作。读完之后开展讨论，畅谈心得，互相激励，让思想成果及时得到交流。每个人的思想都在自由的气氛中运行，或者得到加强，或者得到补充，也有可能在短时间内彻底改变。这种方法也叫做“思想风暴”。

　　在爱因斯坦的记忆中大家对马赫的《物理学》和休谟的《人性论》讨论最激烈，自己的印象也特别深。休谟的怀疑论激励了他的创新意识，使爱因斯坦的思路越来越清晰，也越来越坚定。马赫对牛顿水桶实验的分析批判给他以极鲜明的印象。后来，他站在相对论立场上，对马赫的分析开展了进一步批判。到了晚年，他对那个“奥林比亚科学院”仍然十分留恋，因为相对论的关键性思路，就是在这个时期走向成熟的。

　　在探索DNA分子结构的早期，卡文迪许实验室研究员富兰克林最先获得重大突破。这位女科学家是研究伦琴射线的专家，当她让伦琴射线穿过胰岛素晶体，投射到荧光屏上的时候，荧光屏上出现了特殊的衍射花纹。凭着多年的经验，她发现遗传基因分子呈现螺旋形空间架构。1951年，她在剑桥大学做学术报告时宣布了自己的研究成果。来自美国的学者克里克和沃森是刚刚涉足这个领域的新手，对富兰克林的讲演很感兴趣。他们敏感地发现，富兰克林所创造的方法，是目前世界上最有希望揭开遗传物质分子结构的武器。回国之后，克里克和沃森学习富兰克林的方法继续研究。可是，不知什么原因，富兰克林感到这项实验没有什么前途，放弃了研究。1953年，沃森和克里克的研究取得重大突破，他们发现遗传基因的载体DNA分子结构不仅成螺旋状，而且是由两条肽链组成的双螺旋空间结构，正是两个肽链之间的相关连接方式决定了生物的遗传性状。这项研究成果是二十世纪生命科学的最大突破，是仅次于相对论和量子力学的第三大科学发明，为进一步发掘遗传的本质，揭开生命的秘密打开了缺口。

　　富兰克林的教训告诉我们，对于任何一个新的实验发现，在没有得到满意的解答之前一定不要轻言放弃。我们没有理由低估任何一个无法用现存理论解释的现象的价值。对于创新知识来说，一个“不合情理”的科学事实，比一千个可以用来证明现存理论正确性的实验重要得多。当然，对新的科学事实给出满意的解释，往往需要创立一套新理论，的确不是一件容易的事情。但是，新科学理论的创立需要得到新实验事实的引导。既然出现了现存科学理论不能解释的现象，已经预示着新科学理论的诞生，在个时候放弃研究是愚蠢的。不过，更多的人总是躺在现有科学理论上睡大觉，他们的着眼点不是创新，而是千方百计用现存理论解释新的发现，因而看不到新的实验事实在诱导科学突破性进展方面的巨大潜力，当然不能把握树立新观念，创造新方法和创新科学理论的机会。