科研的idea从何而来？——与青年朋友谈科研（5）

上一篇博文里，我们提到，在科研选题立项和实际开展过程中，产生idea极其重要。这里idea含有“主意、设想、构想、想法、意见、想象、模糊感觉”等意思，经常挂在科研工作者的嘴上（我的文章中，偶尔用一两个英语单词，是因为找不到单一的对应中文单词）。有些初涉科研的青年朋友会问：idea从何而来？如何源源不断地产生有效的idea？

我不是哲学老师，讲不明白“人的正确思想是哪里来的”这样的问题，只想举一些身边的例子，让大家懂得科研开题和做题的idea的来源。

一般来说，科研工作主要是为社会发展和科学进步服务的，idea主要源自经济建设、国防建设的实践和学科发展的探索。先来看看本所几位成员的实际情况。

我所的狄勤丰教授原在石油大学工作，他的科研立项与石油工程密切相关。他每年几乎有一半时间泡在全国的各个油田里，从中发现问题、解决问题。大约十年前，他发现了钻井采油的一个关键技术问题：钻杆难以稳定地快速直打，因此，他敏锐地抓住此问题，经现场观察和文献调研，确立了“直井眼防斜打快技术”这一项目，通过艰难摸索（理论分析、数值计算和试验、实验），发明了一种预弯曲动力学方法——“双稳定器滑动导向钻具组合”，并在各油田反复试用和推广，取得了数以亿元计的经济效益，从而获得了2008年度上海市科技进步一等奖。狄勤丰教授的科研idea主要来自直接的工程实践。

我所张田忠教授的科研idea主要来自解决现代纳米科技中的关键技术问题。他集中攻克碳纳米管难题。十几年前，他进入这一新兴科技领域，发现作为多种纳米器件的要素——碳纳米管的力学机理不甚清晰，故而很快选定以此为主攻方向，不久就有了创新性成果，2003年发表在固体力学国际权威刊物JMPS的论文位列年度Top Articles（Most Downloaded）的第二名。接着，在2007年，他通过分子动力学模拟发现了碳纳米管塌陷过程中的多米诺现象。储藏在碳纳米管中的范德华势能会在多米诺过程中释放出来，部分转化为动能，从而使得碳纳米管可在纳米器件中不仅可充当储能单元，而且可成为供能单元。作为示例，论文给出了一种多米诺驱动的纳米枪，其出口速度可达1km/s，10倍于“沙漠之鹰”手枪的出口速度。2007年论文在物理类顶尖刊物PRL发表后，很快被英国《自然》杂志社和网上刊物《自然纳米技术》、《自然中国》遴选为中国大陆和香港地区的突出研究成果，作为“亮点”予以专文报道（highlight）。张田忠博士告诉我，他取得这些新成果来自“对未知事物的好奇心、持续的研究兴趣和良好的科研环境”。正因为他有好奇心，又专心致志，所以，新奇的idea就能不断地冒了出来。

再举一个我自己的例子。1982年，我和我的师兄李家春在中科院研究生院讲授“渐近分析及其应用”的硕士生课程。在讲到奇异摄动法时提到：摄动法主要适用于弱非线性问题，对于强非线性问题则无能为力，我心里总是不大服气，心想，能否拓广摄动法的应用范围呢？在为讲授“平均法”备课时，我突发奇想，能不能通过改进KB方法来解决强非线性问题？具体来说，把相位方程右端第一项从常数改成振幅的函数，用多岀的一个“自由度”来攻克难点？经一个月的反复试探，终获成功，得到了一类强非线性振动问题的满意的首项解。但我仍不满足，进而改进了KBM方法，得到了同样的问题的多项一致有效摄动解。相关的论文在《应用数学和力学》、《中国科学》、“Nonlinear Dynamics”等刊物发表，引起较为广泛的注意，成为我的科研成果中引用率最高的首批系列论文。我这里的科研idea来自寻求学科发展的过程中，也从另一方面说明了教学与科研的互动作用。

综观上述三个例子，我们可以得到如下结论：

——科研idea可以来自工程实际需要中。要做到这样，必须把自己的身心沉浸于工程实践中，要比工程师们懂得更多的相关知识，比他们想得更深更远。工科类的青年朋友不妨多从这一角度寻求idea。

——现代科技的迅猛发展提供了新鲜idea的取之不竭的源泉。这就要求科研工作者敏感地抓住科学发展的新动向，做个“弄潮儿”。国人经常会跟风，而且跟进慢一拍，往往抢不到先机，没有源头创新，没有原始的idea，这恐怕是我们缺少重大科技创新的原因之一。以纳米科技为例，如果现在才跟进，就有点晚了。

——学科的近代发展提供了产生idea的机会。即使看起来已经有点陈旧的研究方向（如渐近分析），只要深入思考，仍有出现新鲜idea的机会；而新兴的学科的探究中，出现new idea的机会更多。

——任何科研的idea不可能凭空产生，必须通过艰巨的脑力劳动才会形成。因此，必须进行深入持久的积极实践和冥思苦索。

青年朋友们，别指望“天上掉馅饼”那样掉下来idea，也别指望让科研老板来告诉你绝妙主意，最靠得住的是你自己的脑袋——积极思考的脑袋。不用怕把脑袋用坏了，一般来说，脑袋是越用越灵的！你用足了你的脑袋，就会像钱伟长先生所说：“有满脑袋的问题”了，再接下来，就是满脑袋的主意了。

写于2010年9月29日晚