【问答36】做科研真的需要无数次失败吗？

作者：@中科大胡不归

知乎上有人问（https://www.zhihu.com/question/39852779/answer/84136851）：

做科研真的需要无数次失败吗？

题主某211的大三本科生，专业是植物病害方向，做的是传统植物病害分析。

大二就开始进实验室了，本以为搞科研是一件不断探索又幸福的事，然而在过去将近一年的时间里，由于少有人指导，导致一次次失败，才能积累出实验经验来。就算偶尔成功了一次，实验结果也不是很理想，不能说明什么问题。

今天下午又经历了一次失败，情绪彻底崩溃了，想到一年来在实验室里饭都顾不上吃，要是把这时间用在别的地方可能都会有所成就了，题主开始怀疑自己适不适合搞科研，是不是每个学科的科研都是这样的？

希望这次问题不会沉底。

我的回答（https://www.zhihu.com/question/39852779/answer/84136851）：

谢邀。

科研当然需要不怕失败的精神，爱迪生造灯泡、哈密顿发明四元数等脍炙人口的故事就是讲这个道理的。（好吧，四元数的故事大多数人可能不知道。复数是由实部和虚部构成的，相当于两个实数的组合。哈密顿早就想把数域进一步推广，发明一种相当于三个实数的组合的数，琢磨了几十年一直不得其法。直到有一天在布鲁穆桥边散步时，突然领悟到三个是不行的，至少要四个，赶快把想法刻在桥上，这就是四元数的诞生。不过现在看来，从复数到四元数的扩展远不如从实数到复数的扩展重要。四元数只算一个小技巧，主要用途是描述旋转。）

不过这绝不等于说每项研究都必然经过很多次失败。事实上也有很多重要的成果是少数几次尝试就搞定的，如狄拉克发现量子力学中的对易子与经典力学中的泊松括号的关系，一下子就猜中了，唯一的障碍是当时是晚上，他手边没有相关的书，需要等到天亮了去图书馆翻书确认。甚至还有完全无心插柳柳成荫的，经典例子是威尔逊、彭齐亚斯发现宇宙微波背景辐射，把别人千辛万苦想找的东西随手搞定，最初还以为是鸟粪的影响呢。

所以当你多次失败时，一方面需要用前辈不畏艰险的精神鼓励自己，另一方面更需要的是静下心来仔细思考，分析问题出在哪儿，下一步怎么做成功的希望更大。如果你的知识水平、科研经验还不足以找到方向（这很正常），就去多找导师、师兄师姐以及相关的其他老师等人讨论、咨询。科学工作者是个共同体，帮你解答疑难是他们的社会责任。实际上导师正常的心态也是喜欢主动提问题的学生，而不是什么都闷在心里的学生。

世界上有没有不适合搞科研的人？当然有，大多数人都不适合。不过在你判断自己不适合之前，一定要谨慎，先尽最大的努力之后再下结论。这个努力包括向其他人求助。

这里列出我的两篇文章，供参考。祝你成功！

《对研究生和大学生的一些建议》（http://weibo.com/p/1001603868617694384095）

一，深奥才简单。

许多人觉得道理说得浅点容易理解，对深奥的道理有种本能式的害怕。其实很多事情是道理说深了容易理解，说浅了反而糊涂。

比如小学时为了解鸡兔同笼等多种问题，需要讲很多技巧，让人记不过来，理不清头绪。一旦明白这些都可以用方程组来解，立刻就豁然开朗了。一个技巧代替了无数的技巧，不但是数量上的巨大节约，而且能够看出原来那么多技巧之间的内在联系。

正如希尔伯特所言：“数学中每一步真正的进展都与更有力的工具和更简单的方法的发现密切联系着，这些工具和方法同时会有助于理解已有的理论，并把陈旧的、复杂的东西抛到一边。”所以想要把事情简单化，最好的办法往往是学得深一些，而不是浅一些。

化学键的本质，原子为什么能结合在一起，不用彻底的量子力学语言说，必然是模模糊糊，似懂非懂。经常感觉正着说似乎有理，反着说似乎也有理。比如，电子之间究竟是排斥还是吸引？路易斯结构式中，电子配对就是两个小点，形成共价键。例如H:H，貌似解释了氢气分子H2为什么能稳定存在。可是两个电子不是同号电荷互斥的吗？两个电子配对为什么又成吸引了？有多少同学对这个问题疑惑过？如果疑惑过，说明你是一个勤于思考的人。

结构化学因此成为一门杯具的课程。结构化学很大程度上是量子化学的初级版，而对大多数学校来说已经是最深的化学课了，是同学们最后一次接触量子力学。可是在实践中这门课往往是老师难教，学生难学。老师难教是因为要用到一点量子力学，又不能讲得很透彻，于是量子和经典的语言一块上，混杂成一团，自己都知道自己在说很多含含糊糊的话。学生难学是因为听不明白根本的道理是什么，对这个问题用这套道理，对那个问题用那套道理，每次好像都有理，但连在一起就糊涂了，对新的问题不敢做任何预测。这样一来，老师可能会觉得学生反正也听不懂，学这些没用，就更不好好教了。学生如果对结构化学感到迷惑，最好的办法是不要跟结构化学纠缠，直接去学量子化学。

二，把自己放在前人的位置上思考。

学一个知识，尤其是一套理论时，最好的办法是想象你是历史上的那些科学家，面对当时他们面对的问题，如何在当时的条件下做出最合理的解答？好比你是范德瓦尔斯，希望改进理想气体状态方程，或者你是德拜或休克尔，希望提出一套稀溶液电解质的理论，那么你打算从何入手？经过这番思考，你不但能记住这些知识，还能理解前人的思路，锻炼科研的能力。据说爱因斯坦闲着没事的时候，就用纸笔推导开普勒三定律，做的就是这种练习。

通过这种思考，你还能理解前人的艰辛，看出他们的局限，找到可能的改进方向。莫里斯·克莱因《古今数学思想》的序言中说：“课本中的斟字酌句的叙述，未能表现出创造过程中的斗争、挫折，以及在建立一个可观的结构之前，数学家所经历的艰苦漫长的道路。学生一旦认识到这一点，他将不仅获得真知灼见，还将获得顽强地追究他所攻问题的勇气，并且不会因为他自己的工作并非完美无缺而感到颓丧。实在说，叙述数学家如何跌跤，如何在迷雾中摸索前进，并且如何零零碎碎地得到他们的成果，应能使搞研究工作的任一新手鼓起勇气。”

三，本质的意思是如果扔掉就什么都剩不下。

科学中经常对同一个问题有许多个理论，令初学者无所适从。比如描述气体的状态，什么时候用理想气体状态方程？什么时候用范德瓦尔斯状态方程？什么时候用维里方程？是不是越准确的越好？否！许多时候是不准确的比准确的更有价值。为什么？因为不准确的理论抓住了体系的本质。

爱因斯坦有句格言：“As simple as possible, but not simpler.”诺贝尔化学奖得主Roald Hoffmann说，好的理论模型应该尽可能的简单，去掉所有不必要的东西，直到再去掉一点就什么都剩不下了。他自己的定性分子轨道理论就是这种思维方法的典型代表。

以气体状态方程为例，最简单的模型是气体分子没有大小，也没有相互作用。由此得到的状态方程就是理想气体状态方程pV = nRT。不可能更简单了，因为再简就什么都剩不下了。下一步，如果我们要问实际气体与理想气体的区别，那么必须同时考虑到气体分子有大小，也有相互作用。对这两个因素最简单的描述是两个常数，这就是范德瓦尔斯方程中的a和b。由此得到的状态方程就是范德瓦尔斯状态方程。在这个层面上，答案也不可能更简单了，因为再简就什么都剩不下了。

当你要建立新理论，提出新模型的时候，就要运用这种思维方法，提炼出抓住本质的模型，而不是一上来就包含一大堆细节。

四，读书不只是接受，还是建构。

如果你要做研究，那么最终你是要创造新的知识，而不是永远学别人提供的知识。所以当你在读书的时候，也不要只是接受书上的内容，还需要在头脑中建立这门学科的结构，理出头绪来。

不是所有教材都写得很好的。实际情况是许多教材都写得不太好，逻辑不清晰，内容瑕疵百出。要能分辨出好书和一般书的区别。当然，即使是一般的书，也是有帮助的，但那对你的要求就更高了，你得把其中乱七八糟排列的知识改造成自己的思想结构。

五，敢于提出新的理论。

科学的根本目的就是提供新的解释，新的理论，新的思想。要做这些事情，首先就要培养这种思维习惯，经常问为什么，随时准备提出新理论。

面试研究生时，问学生对未来的打算，回答常常是“听导师指挥，踏踏实实干，培养自己的能力”云云。其实这种想法只是上学的简单延伸，创造性的事情不是这么干的。要培养创造性，首先要往这个方向去思考，去锻炼。不要怕提出新的东西犯错误，有想法比没想法好得多。即使是错误的想法，跟没想法相比也是质的进步。

要敢于推公式。化学专业的学生往往数学并不见长，甚至对公式有恐惧感，因此首先需要建立信心。对自己推公式的能力建立信心的最方便的途径，是好好学物理化学与统计力学（如果开这门课的话），把其中的公式全都理解清楚，推导出来。当然，如果化学专业的本科就有统计力学课，那说明你所在的学校是……

《对研究生面试的一些建议》（http://weibo.com/p/1001603869000198164919）

最基本的建议其实是最质朴无华的：自己的实力最重要。在这个前提下，如果能多考虑一些本文中提到的问题，可以提高一些成算，——或者至少知道自己为什么没过。总是好事嘛！

一，招生人员重视你的什么？

第一位是智力。小时候大家都听说过爱迪生的名言：“天才就是99%的汗水加上1%的灵感。”有好事者恶搞，说爱迪生后面还有一句：“可是最重要的就是那1%的灵感！”虽然是恶搞，但内容是成立的。我们不能出于政治正确假装人跟人的智力没有区别，或者虽然有区别但不影响能达到的高度。区别肯定是有的，而且可以相差很远，而且要达到很高水平肯定需要很高的智力。这是科研这项人类事业的本质特征，如果想回避这一点是注定要失败的。当然，智力可以锻炼，不过锻炼的目的是提高智力，而不是抹杀智力的重要性。

第二位是对研究的兴趣。对于自然科学，兴趣归根结底来自于对自然规律的好奇心。除了这个理由，其它的理由都有可能减分。例如有人说搞出成果来很有成就感，问题是销售、管理、行政、运动等其它事情都可以有成就感。有人说追求一种非自己不可的感觉，那其它事情也都可以非自己不可。有人说想证明自己很聪明，那其它事情也同样可以证明你很聪明。只有好奇心是无可替代的，这是自然科学的基本动力。

第三位是勤奋。勤奋的重要性无需多说，不过几乎不会有学生说自己不勤奋，所以这条一般没有多少具有分辨效果。

第四位是专业基础。招生人员可以从你的学校、成绩单、对自己研究工作的介绍中看出来，也可以直接问你专业问题。这一条没多少技巧可言，全凭实力。

然后有为人处事、社交能力、兴趣爱好、爱国爱校情怀等等，在这些方面如果表现好，都属于锦上添花。但如果有哪方面表现特别坏，倒是有可能直接毙掉的。

面试老师问的问题也许显得东一榔头西一棒子，实质都是为了获得这些信息，尤其是前四点。你的学校和成绩是智力的基本证明，做过的研究表现所有四点，说话表现社交能力。

二，用正面的语言解释为什么想做科研。

一个常见的令人无语的错误，是用否定性的语言解释职业动机，说自己不适合干别的事情，所以只能搞科研。诸如性格内向啦，不适合经商啦，对物质没有多大的追求啦，不适应学校外面的环境啦……简直令人吐血。这些同学们没搞清楚基本的一点，科研是件很困难的事，不是因为其它事干不成才来干的。你想搞科研，唯一合理的理由是你发自本心地觉得科研很有趣，比其它事情都更有趣。平时自然可以用玩笑的口吻说别的都干不了只好搞科研，但面试的时候真是极其不适合。当然，有些同学可能不是开玩笑，而是真心这么理解的……杯具……

有些同学来自竞争力中等的学校，但情绪始终很高昂，说话像机关枪一样，兴奋之情溢于言表，反复强调自己从小就热爱科学，一直把我校作为心目中的圣地，在大学的研究工作中也获得了很多快乐，将来一定是要从事科研的。这股气势就是：谁也阻挡不了我！到了这种境界，面试老师都被感染了，谁还能不让你来呢？

三，不要说自己不聪明。

“虽然我不是个聪明的人，但我是个努力的人”，这在其他场合很可能是好的态度，尤其是选秀节目。但对研究生面试来说，实在不是一种好的说法。人的自我期许很重要。如果你认为自己不聪明，那么很可能就会像不聪明的人那样做事。如果没有思想上的突破，各种各样的错误犯上一千遍也进步不了。那就真杯具了。

有人可能会问：我确实觉得自己不聪明，怎么办？回答是：那你确实不该报研究生。其实智力是可以锻炼的。如果你拿聪明来要求自己，常常想自己该怎么做才能变得更聪明，向这个方向努力，持之以恒你真的有可能开窍，领悟到以前想不到的东西。但你如果默认自己只能达到目前的水平，那么就真的很难进步了。

四，注意细节。

有人在参加A校的面试时，申请材料上写的是“希望加入B校”。有些错误是不能犯的，犯一次就足以断送机会！

五，锥处囊中，其末立见。

前面说了各种错误。而你如果真的有料，自然而然就会显现出来的，用不着紧张。

有人参与了若干篇文章，3个月长了12个晶体，一般研究生3年才能长10个晶体。有人发了第二作者的一区文章。我们有理由不要这种学生吗？

有人得了挑战杯特等奖，还有点紧张，又拿出一份实验报告，上面用极其工整的字体记录了实验的目的、设计、过程、推理、结论。面试老师纷纷拍桌叫好，拍照留念：因为你这份实验报告，就要你了！

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