給青年科學家的信

內容簡介兩屆普立茲獎得主，哈佛大學終身教授美國當代重要生物學家，《社會生物學：新綜合理論》作者愛德華‧奧斯本‧威爾森2013年最新暢銷書將六十年學思歷程化為二十篇給所有年輕人的書信讓讀者全面而深入地了解科學之路的挑戰與樂趣。專家學者，一致強力推薦朱楠賢（國立臺灣科學教育館館長）李家維（國立清華大學生命科學系特聘教授、《科學人》雜誌總編輯）邵廣昭（中央研究院系統分類與生物多樣性資訊專題中心執行長）徐堉峰（國立臺灣師範大學生命科學系教授）孫維新（國立自然科學博物館館長）高文媛（國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所所長）陳竹亭（國立臺灣大學化學系教授、科學教育發展中心主任）陳濟民（國立臺灣博物館館長）楊恩誠（國立臺灣大學昆蟲學系系主任）無論是有志於投身科學領域的年輕學子，或者剛剛踏上這條崎嶇道路的新生代研究者，譽滿全球的生物學家威爾森將會告訴你，如何在這條路上走得順利，走得長久，走得快樂。這二十封信完整呈現了威爾森對於科學之道的洞見哲思，他將童年時代一路走來的心路歷程和自省經驗融入信中，與讀者分享年輕科學家面對學術聖杯時的喜悅激動，同時揭示了走向聖杯之前應該跨越的障礙──最大的考驗是你融會貫通的能力。威爾森在頂尖學府任教六十年，見過數以千計的年輕科學家，深厚的教學經驗讓他獲得結論：‧天分和數學技巧並非卓越科學家的必要條件，懷抱著探索未知事物的熱情才是一切的基石。‧不要畏懼更換跑道，熱情之所在，才是機會之所在。讀完這本書，不妨停下來想一想，自己每天都在忙什麼？對這些日常事務究竟還有多少熱情？這是偉大學者給每一個人的二十封信。名人推薦2013年一份長期追蹤研究報告顯示，曾經參加美國國際科學展覽會競賽(ISEF)的台灣高中生，仍持續在大學或研究機構任職者僅約20%。與此對照，本書作者鼓勵後進者在科學的道路上，要有自信、熱情及持續力：「能夠享受長時間的學習與研究樂趣，即使有時候一切努力都付諸流水。」真是語重心長，發人沈思，值得有志者一讀。──朱楠賢（國立臺灣科學教育館館長）這位素有「生物多樣性之父」尊稱的當代偉大科學家，在他持續倡導與創新科學新領域、新觀念、新計畫，並對未來地球的永續做出許多傑出貢獻之餘，仍願意把他從事學術研究的心路歷程編撰成書，啟迪後人，益發令人景仰。──邵廣昭（中央研究院系統分類與生物多樣性資訊專題中心執行長）這本書是當今最傑出的生物學者威爾森畢生領會之結晶，指出科學研究最重要的是熱情與理性。我覺得每一位青年學子都應該詳閱並品味這本書，它能讓讀過的人建立良好的科學態度與品格，學習成為對人類知識有貢獻的科學人。──徐堉峰（國立臺灣師範大學生命科學系教授）從年少時對小昆蟲的愛好，到當今眾所崇仰的昆蟲學家、生物學家、博物學家，威爾森教授以平易的書信，佐以豐富的經驗，娓娓道來在科學研究這條路該怎麼走，讀起來令人如沐春風，格外親切。除了砥礪年輕的科學家，本書更是對未來感到迷惘的高中生、大學生必須閱讀的一本好書。──楊恩誠（國立臺灣大學昆蟲學系系主任）目次前言　　你做了正確的選擇第一書　　選擇道路第一信　熱情是一切的基礎第二信　別擔心數學第三信　勇於改變第二書　　創造的過程第四信　何謂科學第五信　創造的過程第六信　該做的事第七信　成功之路第八信　我從來沒有改變過第九信　科學思維的原型第十信　宛若太空探險家第三書　　科學人生第十一信　最初的良師益友第十二信　田野生物學的聖杯第十三信　勇氣的獎賞第十四信　融會貫通第四書　理論和大圖像第十五信　科學的普世性第十六信　尋找新世界第十七信　理論建構第十八信　宏觀生物理論第十九信　現實世界中的理論第五書　　真理和倫理第二十信　科學倫理內文選摘（節錄）前言　　你做了正確的選擇親愛的朋友：我在科學界任教長達半個世紀，接觸過許多學生和年輕的專業人才，對於自己能夠指導數以百計才華洋溢、雄心勃勃的年輕人，感到莫大榮幸。這段經歷讓我體認到，任何人想要在科學界成功闖出一片天，都必須先確實明白一些觀念，這些觀念算得上是一整套哲學。在接下來這些信中，我將和你分享一些想法和故事，衷心希望能讓你從中受益。首先也是最重要的一點，我希望你竭盡所能地堅持下去，繼續留在你選擇的這條路上，因為這世界非常非常地需要你。人類目前已完全進入科技時代，不可能回頭了。雖然各學門發展的速度不盡相同，但基本上，科學知識的成長速率大約是每十五至二十年增加一倍，從十七世紀科學革命以來就是如此，因此至今累積了如此驚人的知識量。而且，就像無限制的指數性成長一樣，只要給予足夠的時間，它每隔十年就以近乎垂直的趨勢向上攀昇，技術高度也亦步亦趨地順勢發展。科學和技術，形成緊密的共同體，滲透到我們生活的每個層面。沒有什麼科學奧祕可以被長久隱藏，任何人隨時隨地都可一窺究竟。網路和其他各種數位科技打造出的交流方式不僅是全球性的，也是即時性的。要不了多久，只要敲幾下鍵盤，就可以取得所有已公諸於世的科學和人文知識。……如同生物多樣性研究的進步神速，其他每一門學科都來到了重大的轉折點，使我們難以預見它們在未來十年會發生怎樣的科技革命。當然，新發現和知識積累的爆炸性成長趨勢必然會達到高峰，然後趨緩，但這並不會對你造成什麼影響，因為這場革命至少會延續大半個二十一世紀。在此期間，這世界將變得與今日大不相同，傳統的研究方法會徹底轉變，超乎我們今日的眼界。在這段過程中，將開創出新的研究領域：基於科學發展的技術提昇，基於技術提昇的科學發展，還有基於技術與科學進展而誕生的新產業。最後，所有的科學學門終將統合，每個學門之間都能相互詮釋援引，任何人只要受過適當的指引，掌握了原理和法則，就能優游其中。在接下來的幾封信裡，我將說明科學以及科學生涯是怎麼一回事，這不會是老掉牙的東西，而是盡可能以我個人的研究和教學經驗讓你明白，如果你立志投身於科學之路，你面前真正的關卡和獎賞會是什麼。你有更多的機會進了高中之後，我很少花時間在課業上，這都要感謝阿拉巴馬州南部在世界大戰期間相對寬鬆的教學體系，以及過於勞累而無暇他顧的老師們，我才能輕鬆度過這段日子。在莫比爾讀墨菲高中的歲月裡，有件事讓我印象最深刻，某天我一揮手就拍死了二十隻蒼蠅，於是把屍體一字排開擺在桌上，留給下一堂課的同學欣賞。第二天上課時，一位年輕女老師沉著地向我道賀，但此後加倍盯緊我的一舉一動。我得很不好意思地承認，我對整個高一只記得這件事。剛滿十七歲不久，我進入阿拉巴馬大學，成為整個家族第一個大學生。此時，我的興趣已從蛇轉移到蒼蠅和螞蟻。我決心要成為昆蟲學家，而且最好是作田野工作的研究員，因此我盡力讓每一科的成績都保持在A。我發現維持學業成績並不困難（這和今日我所聽到的大不相同），只要讀讀當時能弄到的初級和中級化學與生物學教科書就可以了。一九五一年我到哈佛大學讀博士，校方相當寬容，認為我在生物和昆蟲的田野工作表現優異，足以彌補先前在阿拉巴馬大學因為過得太愜意而沒學好的普通生物學。總之，我從南方童年到哈佛這段時間裡累積的動能，讓我成為哈佛的助理教授，爾後超過六十年的時間，我在這座偉大學府裡取得了豐碩的工作成果。我之所以告訴你這段經歷，並不是建議你採取我這種怪異的行徑（雖然在適當的情況下，這可能也是一種優勢）。我並不認為自己在早期正規教育中漫不經心的態度是正確的，我們成長於不同的年代，相較之下，你的時代有更多機會，但要求也更為嚴苛。我之所以坦白地告訴你這些事，只是為了要說明一項重要的原則，這是我在許多成功科學家身上發現的。很簡單：以熱情支持訓練。不論用什麼方法，找出你在科學、技術或其他相關領域中最想作的事情，在這份熱情還沒消失之前，盡力順從它，吸收所需的知識來使心智成長；同時還要涉獵其他項目，廣泛修習一般科學課程，如果有更吸引你的東西出現了，要機靈地適時切換跑道。切記，不要在科學課程中隨波逐流，還指望真愛會自動找上門來，這也許會發生，但我勸你別冒險。就如同你一生中必須面臨的其他重大關頭一樣，處處都有危機，然而，順從熱情所作出的抉擇和努力絕對不會讓你失望。別擔心數學我想快點切入正題，不過在開始討論這一切之前，還剩下一個大問題：數學。它是你投身科學生涯的重要資產，也是一項潛在障礙，在許多未來的科學家眼中，數學是一頭難以駕馭的龐然巨獸。我之所以提起這一點，不是想讓你更加心煩意亂，而是要鼓勵和幫助你，在這封信中，我希望讓你不再擔心數學。如果你已經具備基本的數學能力，也就是說你已經修完微積分和解析幾何，碰巧又喜歡解決難題，並且認為對數是表現超大數字的簡潔方式，那麼你相當不賴，我不必太為你擔心，至少不是馬上。但是請記住，高超的數學能力並不是──真的不是──讓你在科學上有所成就的保證。稍後我會再解釋這一點，所以請把它放在心裡；事實上，我有些事想要特別提醒那些數學愛好者。另一方面，若是你的數學能力不足，甚至不太靈光，也無須過於憂慮，你在科學社群裡絕不孤獨。讓我告訴你一個科學界的祕密，相信你聽了以後一定會信心大振：今日世界上許多成功的科學家，都可說是半個數學白痴。這樣講似乎有點前後矛盾，讓我用個比喻來進一步澄清。傑出的數學家通常在拓展科學新疆界時扮演理論建構者的角色，其餘大多數工作則是由基礎研究和應用科學家負責：繪製地形、偵察邊境、開闢捷徑，並在這條通往邊疆的新路上蓋起第一座建築物。這些科學家負責提出問題──有些是數學家可以幫忙解決的──但他們主要是以圖像和事實來思考，只是稍微觸及到數學而已。你可能覺得我這樣講太過魯莽草率，但我跟有志成為科學家的年輕人交談時，總是以此來幫助他們擺脫數學焦慮症。在哈佛講授生物學幾十年下來，我經常看到優秀的學生因為擔心數學而拒絕以科學為志業，甚至根本不碰非必修的科學課程。為什麼我會關心這件事？因為數學焦慮症不僅害科學界痛失難以估量的人才，也讓許多學科失去有創意的年輕人，這種人才失血問題必須解決。遠離槍砲聲這個故事對你而言意義何在？太重要了。我相信任何有經驗的科學家都會同意我的看法，在選擇進行原創研究的知識領域時，最明智的作法是去找一個人煙稀少的地方，只要稍微比較一下各領域有多少學生和研究人員，就能評估你的機會。這並不是要否定廣泛涉獵的重要性，也不是否定加入卓越的研究計畫中向優秀研究者學習的價值，這些都有助於你結識同輩的朋友和同事，相互支持。然而，儘管有這一切好處，我還是要勸你另闢新路，找出你可以自己進行的主題。若是以每年每名研究人員作出多少科學發現來衡量的話，這可能是進展最快的方式。如此一來，你有更大的機會成為領先者，長時間下來，你可以獲得更多自由發展的機會。任何一個主題，如果已經有許多人關注它，或者它具有迷人的光環，而且研究者都是有大筆經費資助的各種獎項得主，你最好遠離這個主題。多聽聽熱門研究的消息，弄清楚它們發展成熱門課題的過程和原因，但是，當你要作自己的長期規劃之前，請記住那些領域已經人才濟濟，你只是一個新人，恐怕只能扮演一群受勳將領麾下的小卒。撇開那些看起來很有趣、很有前途的題目，選擇還沒有甚麼專家在彼此競爭的，沒有或很少提供獎項或獎學金的，而且研究文獻中欠缺豐富數據和數學模型的主題。剛開始，你可能會覺得孤單，充滿不安全感，但其他一切都是平等的，在這樣的地方，你更有機會嶄露頭角，及早體驗找到科學新發現的快感。你可能聽過召喚部隊前進戰場的軍事規則：「往槍砲聲前進。」在科學界則剛好相反，正如我為你擬定的「三號原則」：遠離槍砲聲，儘可能從遠處觀察戰局。萬一你身陷其中，設法為自己創造一個新戰場。一旦你找到自己喜愛的題目，若是你全心投入研究，讓自己成為世界級的專家，你成功的機率將大幅提高。這個目標並沒有看上去那樣困難，即使對研究生來說也是如此。這話並不誇張，科學裡有成千上萬的主題，從物理、化學、生物到社會科學，一定有題目能在短時間內就讓你成為權威。若這題目持續乏人問津，只要你辛勤耕耘，甚至能在年紀輕輕時，就成為全世界唯一的權威。社會需要這樣的專業，也會獎勵那些願意取得它的人。勇於發想說起作夢，我曾和知名的科幻小說家麥克．克萊頓共進晚餐，聊起各自的工作。當時根據他的小說改編成的電影《旭日東昇》剛好上映，其中的政治意涵引起軒然大波──電影裡有段情節描寫一家日本高科技公司，暗地裡以間諜活動來擴大對美國工業的控制。那是一九九三年，剛好是日本經濟狂飆的時候，日本公司不斷收購美國的房地產，從紐約的洛克菲勒中心一路到夏威夷的別墅。這個敏感的主題，可能會被過度解讀：未能以軍事力量建立帝國的日本，現在正試圖以經濟優勢來實現計畫。克萊頓知道我在十八年前曾經出版《社會生物學：新綜合理論》，這本書當時引發了大規模的抗議，從社會科學家到激進的左翼作家都表示不滿。我在書中提出，既然人類具有本能，可見人性是來自遺傳，這論點激怒了一大群人。抗議活動一度中斷我的授課和演講，他們聚在哈佛廣場上，要求我辭去教職。克萊頓問我如何處理龐大的輿論壓力？我告訴他，那時我和家人的處境都很尷尬，但我們在理智上倒是不覺得有什麼困難。這顯然是一場科學對上意識型態的比賽，而歷史早已告訴我們，若研究是合理的，科學最終都會勝出。這次也是如此，和克萊頓共進晚餐閒談的時候，社會生物學早已成為一門頗具規模的學科。我認為關於電影《旭日東昇》的爭論並不是一件壞事，畢竟這只是虛構的作品，還有助於釐清可能帶出重要議題的不同觀點，任其自然爆發出來，總比坐視問題日趨嚴重來得好。晚餐時，我趁機和克萊頓分享了一個自己的思考實驗，靈感便是來自於他的小說和《侏羅紀公園》那部電影。這部電影和《旭日東昇》同一年上映，在《侏羅紀公園》中，億萬富翁僱用了古生物學家和其他幾名專家，為他想要打造的公園創造恐龍。既然是科幻片，研究計畫一定會成功，不過電影中描述的手法確實十分高明，首先要找到由恐龍時代的樹脂形成的化石──琥珀，其中一些碎片含有保存完好的蚊子。這項工作基本上是曠日廢時，我自己就研究過數百個琥珀中的螞蟻化石，從白堊紀一直到恐龍時代結束。電影情節的下一步是找到體內還保留著恐龍靜脈血液的蚊子，從中萃取出恐龍的DNA，然後植入雞蛋裡孵育恐龍。這樣的科幻情節安排得十分巧妙，每一個步驟在現實上都徘徊在微乎其微的可能性邊緣，即使幾乎是完全不可能的。請注意，身為科學家，我用的是「幾乎」！我曾想過一個類似的實驗，但比較實際，而且真的能夠付諸實行。在哈佛大學的收藏品中，有來自多明尼加共和國的琥珀，裡頭保存大量的螞蟻，估計約是二千五百萬年前的化石（比一億年前的恐龍要年輕許多，但也夠古老了），我曾逐一檢查過那批化石，並撰寫論文描述了若干新物種。其中數量最豐富的，是我命名的阿茲特克阿爾發蟻，牠們似乎是目前分布在中美洲的現生種阿茲特克米氏蟻在演化樹上的直系祖先，不然就是親緣關係十分密切。這種螞蟻會使用大量的費洛蒙，這是一種刺鼻的類化合物，當侵略者進入蟻巢時，就會釋放出來警告同伴。我告訴克萊頓，也許可以從阿爾發蟻身上萃取出殘餘的費洛蒙，注射到米氏蟻的巢中，引發警報反應。換句話說，我可以跨越時空傳遞訊息，將兩千五百萬年前一個蟻巢的訊息傳送到今日的另一個蟻巢中。克萊頓感到十分有趣，他問我是否已經擬好實驗計畫了？我說還沒有。那時我沒有時間，現在還是沒有。更何況，在這個發想中，譁眾取寵的成分較多，真正涉及科學的部分很少，說得坦白一點，作這樣的實驗其實並不能得到多少真正的新知識。仔細一點就會看見南極的麥克默多乾谷則是與亞蘇尼完全相反的地方，那裡了無生氣，就跟火星表面差不多，但這種特殊的貧瘠環境，也值得一探究竟。若只是隨意看看，可能會覺得這塊土地似乎跟殺菌處理過的培養皿一樣，什麼生物都沒有，然而實際上這裡依舊有生命存在，而且是地表極冰生態系中最簡單、最頑強的一群生物。麥克默多乾谷地區的氮濃度是地球上最低的，幾乎沒有水分，沒想到在那裡的土壤中，竟然發現有細菌存在。散落其間的岩石看似沒有任何生命蹤跡，但仔細一看，會發現地衣居住在剝蝕形成的狹小裂縫中，這是一群和綠藻共生的微小真菌，牠們在岩石表面兩毫米下形成一片生物層。此外，還有一群岩生微生物，包括能行光合作用的細菌。麥克默多乾谷裡散布著冰凍的河流和湖泊，能提供周圍土壤少量水分。水滴和水膜等流動的水中也棲息著少許動物，牠們的體型非常小，幾乎要靠顯微鏡才能看得到，其中還有先前提過在紐約市發現的水熊蟲、輪蟲，以及數量最多的線蟲。雖然肉眼幾乎看不見，線蟲堪稱是這片土地上的老虎，位於這個類火星食物鏈的頂端，而牠們的「羚羊」就是土壤中的細菌；在某些地方也可見到稀有的和相當原始的跳蟲。在南極所有棲地中，一共發現六十七種昆蟲，但只有少數是行自營生活的，絕大多數都寄生在鳥類和哺乳動物溫暖的毛皮中。在我動筆之際，地球上許多地方的生物探索才正要開始。在海洋深處，光不可及的黑暗深淵中，有許多高聳的洋脊，穿梭縱橫於海底谷地和廣袤的平原間，這些都是未知的新世界。許多山頭冒出海面，成為海島和群島，有些離海面很接近，但仍淹沒於水中。海裡也有山，山峰上覆蓋了海洋生物，有很多都是別處找不到的特有種。目前尚不確定海山的確切數目，估計多達十幾萬座。看來，人類對自己居住的星球真的認識不多，貧乏得很！海洋占了地球表面的百分之七十，其下藏匿著無數失落的世界，若要完整探勘，需要學界通力合作，歷經好幾世代的探險。……我之所以列出這些生物多樣性的龐大數據，並不是要建議你將來從事分類學研究，雖然就目前和未來幾年的趨勢來看，這倒是一個不錯的選項。我其實只是想用這些數字來強調，我們對這顆星球的生命真的認識不多。而物種不過是從分子到生態系這整個多層架構中的一個層級，這樣一想，就會發現投入生物學以及其他一切和生物學相關的物理、化學的研究工作，真的是大有可為。連物種層級的多樣性都認識得那麼少，更不用說是物種的生活史、生理學和生態區位了。即使有些通才型的生物學家願意投注大量心力去研究少數地點的生物多樣性，我們還是不知道，差異如此之大的各類物種，究竟是如何組合成環環相扣的生態系？花幾分鐘想想下列這些問題：池塘、山巔、沙漠和雨林是如何運作的？是什麼維繫住整個系統？這些系統在怎樣的壓力下會崩解？崩解過程如何？又是基於什麼原因？事實上，目前有許多生態系正在崩壞，人類在地球上永續生存的關鍵，就取決於我們能否找到這些和其他許多相關問題的答案。時間越來越急迫，需要更多科學研究，各學科都需要更多的人才投入。現在我要重申一遍在前言中說過的話：「這世界非常非常需要你。」

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