科研的层次

Different levels of research work

Posted by 陈陈 on October 29, 2021

想给科学家和科研工作分个类。

1. 第一类科研

  • 提出了全新的概念或观点,改变了人类的世界观。
  • 做出这类成果的人,多半出生于特定的历史条件之下和特殊的家庭环境之中,是真正的天才。

代表人物

  • 伽利略
    推翻了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”等错误理论,提出了惯性原理。发明并改进了天文望远镜,从此天空的日月星辰不再神秘。1632发表《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,有力地捍卫了“日心说”。此后人们逐渐抛弃了地球是宇宙中心的观念。

  • 牛顿
    1687年发表《自然哲学的数学原理》,对万有引力和运动定律进行了定量描述。这一成果奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点。

  • 爱因斯坦
    提出光子假设、成功解释了光电效应。1905年和1915年分别创立狭义相对论和广义相对论,改变了人类直观上的时空观念。

  • 达尔文
    1859年出版《物种起源》,提出“物竞天择、适者生存”的进化观点,从根基上挑战和动摇了宗教的“神创论”。

2. 第二类科研

  • 开创了一个研究领域,建立了新的理论体系。提供了解决一类问题的方法和途经。
  • 做出这类成果的人,多半是诺贝尔奖获得者的级别。

代表人物

  • 麦克斯韦
    1893年出版的《论电和磁》,创立了经典电动力学、统计物理学。

  • 薛定谔
    1926年提出薛定谔方程,奠定了量子力学的基础。

  • 杨振宁
    1954年,同米尔斯创立了“杨-米尔斯规范场论”。1956年与李政道共同提出宇称不守恒定律。

3. 第三类科研

  • 解决了某领域的重大问题,填补了现有知识体系的空白。
  • 各个学科领域的知名科学家。

代表人物

  • 普朗特
    提出了边界层理论,为计算摩擦阻力、求解分离区和热交换等问题奠定了基础。

  • 冯卡门、钱学森
    创立了“卡门—钱学森”方程。给出了可压缩气流中机翼表面的压强和速度之间的定量关系,并被实验所证实。为高亚音速飞机的气动设计提供了指导。

  • 袁隆平
    开创了杂交水稻的育种方法,被誉为“世界杂交水稻之父”。其成果大幅提高了中国的粮食产量。

4. 第四类科研

  • 解决某个重要问题当中的一个小问题;发现了若干新的现象、并给予了合理解释;提供了一些改进的理论、方法和公式。
  • 主要为各高校、研究所和企业研发机构的科技工作者。

代表人物

  • 当今绝大部分的在读博士生、博士后、青年学者等等

若连第四类科研的标准也没有达到,则没有资格拿博士学位。

5. 问题的层次

著名的华人科学家林家翘,曾在拜访自己的老朋友、著名历史学家何炳棣时说:“咱们又有几年没见啦,要紧的是不管搞哪一行,千万不要做第二等的题目。” 因此,做任何事情之前,最重要的是提出正确的问题(ask the right question)。上面四类科研工作,对应的是四个层次的科学问题。若一个人研究的是第四类问题,他不可能做出第一类的科研成果。

举个例子:

  • 比空气重的东西为什么可以飞起来?
    这是第二类科学问题。(已解决)

  • 如何造一个可持续飞行的飞行器?
    第三类科学问题。(已解决)

  • 如何进行超声速(Ma > 1)飞行?
    第三类科学问题。(已解决)

  • 如何消除超声速飞行时的强烈振动问题?
    第四类科学问题。(已解决)

如今,在流体力学领域,比较热门的研究方向是高超声速(Ma > 5)动力学。这是一个未解决的第三类的问题。它带来了一系列的第四类问题,例如:如何准确计算高超声速飞行时的前缘热流?如何提高超燃冲压发动机的工作时间?等等。这些都是很好的博士课题,可以毕业一批博士。

最后,若有人问:我如何以大于光速(3×10^8 m/s)的速度飞行?

很好,这提出了一个第一类的科学问题,因为它突破了现有的观念和理论体系。正常人的反应是“不可能”。如果有谁真的解决了这个问题,那么他将是科学家当中第一流的人物,名字会被永远载入人类科学史。当然,他必须先掂量一下自己是否是百年一遇的天才,否则容易被当成神经病。

6. 工程师与科研人员的区别

工程师根据现有的公式、图表或规范,来解决现实中的问题。对于工程师而言,理论和公式就是工具箱里的扳手和钳子,只要知道怎么用这些工具就可以了,并不负责改进工具。若一个工程师通过自己改进的方法,解决了某一项目难题,那么他实际上做的是研发工作(第四类科研)。

(未完待续)