張澤院士與研究生談創新：一束X射線引發25個諾獎的啟示
（本文根據張澤院士2022年6月27日在浙江大學材料科學與工程學院研究生創新論壇上的講話整理節錄）
很高興在這里和各位同學及你們的指導教師一起來探討“創新”、“創業”這個話題。“創新”的英文是“Innovation”，這在國際英語體系很早就提出來了，指革新、變革、新事物、新方法，特別是專指工程、技術、經濟領域的創造性文明活動。中英文“創新”的語境和特定含義似略有不同。“創業”這個詞可能更早。但如今像我們這樣把“創新”和“創業”兩個詞合起來，公開討論并強調到如此程度，恐怕這些做法在世界上是獨一無二的，可能剛好反映了我們這兩方面做的都還不夠好，所以要特別強調，引起重視，加以改進。
“創新”既然有那么好的詞義，大家誰都想做。但是如何才能算真正的創新，而不是故弄玄虛、玩弄辭令地瞎忽悠？這有一個很重要的前提，即首先要有一個“求是”的態度，為了探索真理而去創新，這正是我們浙江大學的校訓，是我們浙江大學的文化根基，也是千百年來我們中國傳統教育領域非常欠缺的一種文化氛圍。
“創業”我個人理解得可能比較窄一點，好像專指某人自己親自去創造世上本來沒有的事物，才叫去“創”。所以，對一個只讀了點書，且有些想法的本科、研究生畢業生，我更建議你們先去參與“興業”的過程。如果自視過高，沒上幾天課就被別人忽悠的想如何創業，很可能會容易掉入而且不易爬不出來的“坑”。特別是在當今科技和經濟如此發達的條件下，像當時比爾蓋茨、扎克伯格他們那樣去創業，可能性很少，更多的同學畢業后，我覺得最好先去參與如何興業，而興業的前提，一定是要“務實”。
我們今天為什么全社會上上下下如此廣泛地談“創新”？
我們先從2014年到2021年中國科學院、中國工程院的四次院士大會上總書記話看——
2014年
“”科技是國家強盛之基；創新是民族進步之魂；科技是國之利器。”
2014年
“科技實力決定著各國各民族的命運。”
2014年
“要把科技創新擺在國家發展全局的核心位置。”
2016年
“抓住了科技創新就抓住了牽動我國發展全局的牛鼻子。”
2016年
“在全社會營造鼓勵創新、寬容失敗的氛圍 ；探索對創新人才實行股權、期權、分紅等激勵措施，讓他們各得其所。”
2018年
“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全。”
2018年
“不能讓繁文縟節把科學家的手腳捆死了，不能讓無窮的報表和審批把科學家的精力耽誤了！”
2018年
“我們要讓科技工作成為富有吸引力的工作、成為孩子們尊崇向往的職業。”
2021年
“堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐”。
顯然，這里強調要把科技創新的重要性不僅上升為國家戰略，而且居于核心地位，更要作為國家發展的支撐。但我們通常看到的實際情況呢？顯然相差甚遠！所以總書記才在過去的10來年的兩院院士大會上不厭其煩的講這事，顯然問題沒有得到很好的解決。其實，不僅總書記如此不斷地呼吁，從2015到2018年三年內，幾乎是每兩個月國家就頒布一個中共中央國務院或中央部委級文件。這么頻繁的文件出臺說明什么？說明問題很嚴重，怎么推都推不動，否則有一個文件就夠了，各級執行就好了。要我看最好連個文件都不需要，表明根本不存在這個問題。“創新”為什么在中國怎么這么難呢？問題到底出在哪里？
我們來看看浙大老校長竺可楨先生在八十幾年前在西遷路上給學生做報告的一段話，我覺得這段話是發人深省，至今有著它非常現實的意義。他講到，當時有一個國外的高級代表團來考察中國的教育情況，形成了一個考察報告“The Report of the League of Nation’s Mission of Educational Experts of China”，其中講到，“中國一般人士以為歐美的文明，是受近代科學發達之賜，所以中國只要應用歐美的科學技術，就立刻會把中國躋于歐美文明的水平線上，這種觀念是錯誤的。歐美的科學技術，并不能產生現代歐美的文明，倒是歐美人的頭腦，總能產生近代科學。換而言之，若是一般國人無科學頭腦，則雖滿街引擎，遍地電氣，科學還是不能夠發生發達。好像移植果樹到沙漠里而希望其藩生”。
緊接著，竺可楨先生指出:“推究原因，大學里專重傳授知識而不訓練智慧是最重要的一個”。80多年前，竺可楨先生就一針見血地指出了我們中國一般人對科技的功利性，只專注于科學知識本身的傳授，沒有訓練追求真理、實事求是的態度和智慧。80幾年過去了，但在這種思想方法，思維路線上的差距依然很大，差的不僅是科學技術自身，更是產生這些專業知識的精神支柱和價值觀，即科學精神。
科學創新是推動人類文明不斷進步的源泉，X射線的發現是一個很好的例子。
倫琴發現X光時是1895年秋天，那時他已經50歲了，是德國維爾茲堡大學的校長。
Wilhelm Conrad Rontgen（1901）
他在做當時歐洲很風靡的陰極射線實驗時，發現已經用黑布包起來只留下一個狹縫的陰極射線管前方涂有亞鉑氰化鋇的熒光屏，會閃亮一下，反復驗證確實總是如此，他不得其解。第一個問題，當時已知道陰極放電是稀薄氣體在高壓中產生的可見光，既然用黑紙把它包住了，使熒光屏發亮的一定是看不見的光了。他把自己關在實驗室里幾個禮拜，反復各種固體、液體物質來遮擋這奇怪的射線，最后還是真沒搞清楚這到底是什么，為什么？唯一清楚的是這種現象不是當時已知的任何射線，所以就以代表未知的字母X命名為X-射線。這是給他往實驗室送飯的夫人在幫著他移動熒光屏，看射線隨距離變化的影響時，突然看到自己的手的骨骼像了，還有手上的戒指，以為見鬼了，嚇得把熒光屏都摔到桌子上。這就是人類歷史上第一張X-光的照片。
年底前，倫琴向維爾茲堡物理和醫學學會遞交了一篇通訊文章《一種新射線--初步報告》，還把這張照片印到自己給朋友的圣誕節賀卡上，后經過報紙披露，轟動世界。之后有很多人向他來購買專利，德國一位王子甚至愿用王位跟他換，倫琴說我的發現就要像陽光和空氣一樣無償地為人類服務，這就是科學家的境界！倫琴因X射線的發現，獲得了1901年頒發的第一個諾貝爾獎。
當時誰都搞不清楚X-射線的物理實質，反正知道這射線是新的，而且可以做醫學透視照相用，很快在全世界風靡起來，對X-射線真正科學內涵的研究也立刻成了公眾之謎：這種射線到底是粒子束，還是波？射線產生并和物質作用的機理是什么？除了透視照相還有什么用......? 追隨這一發現帶來的諸多疑問，從1901年第一個諾貝爾獎，到最近的120多年里，X-射線發現如同打開了一個重大科學發現的魔盒，沿著這一探索至少又產生了25個諾貝爾獎，涉及物理、化學、醫學等領域的幾十位獲獎人。
首先，是勞厄，他在德國物理學教父級人物普朗克指導下博士畢業后，去到普朗克的朋友德國慕尼黑大學索莫菲教授那里去當助教，受到向他請教準備博士論文答辯的學生啟發，產生用當時號稱原子有周期性空間分布的晶體去檢驗X-射線是否有波動性的想法，和另外幾個年輕人一起，在導師們不以為然的反對聲中，成功獲得了“一箭雙雕”的創新發現：第一，X射線是波，它可以產生衍射現象；第二，實驗證明了晶體內原子確實是周期性排列的，所以勞厄獲得了繼倫琴之后，第二個因X射線研究而獲得的諾貝爾獎（1914年）。
Van Laue（1914）
很快，勞厄關于X射線波動性的工作引起了英國布拉格父子的關注，他們父子以前都試圖用微粒理論來解釋X射線，但未能取得成功。后來，老布拉格于發現了特征X射線，小布拉格提出著名的布拉格公式:2dsinθ=nλ，證明了晶體原子面間距可以通過特征X射線波長和衍射角度直接測量出來，父子還用這一方法成功地測定出了當時充滿迷離的金剛石的晶體結構，充分顯示了X射線衍射用于分析晶體結構的強大能力。因此，他們父子因X射線在晶體結構研究方的杰出貢獻，共同獲得了1915年的諾貝爾物理學獎，今天X射線已成為物質結構研究的主流方法。
W. Henry. Bragg; Lawrence. Bragg （1915）
緊接著，受X射線是波還是粒子爭論的激勵，英國科學家Barkla發現了X射線具有光波的偏振特性，進而發現不同元素發出的X射線輻射具有隨原子序數增大而增強的的特征譜線，為當時物理界熱烈爭論的原子結構確定，奠定了重要基礎，因而獲得了1917年的諾貝爾物理獎。
C.G.Barkla（1917）
繼而，瑞典物理學家西格班研發出精度更高的X射線管，對X射線譜做出系統分析，發現原子內不同殼層電子的能量與輻射條件之間的關系，其代表性著作《倫琴X射線譜學》成為電子能譜學的經典之作。他也因此獲1924年諾貝爾物理獎。
K.G.Siegbha(1924)
至此，X射線到底是波還是粒子的爭論還是沒有解決。美國科學家康普頓在中國青年學者吳有訓的幫助下，系統研究了X射線的散射機理，發現散射波的波長比入射波更長，而且其改變量只取決于散射角度，即所謂康普頓效應。他用愛因斯坦的光子概念成功解釋了X射線通過石墨產生的散射，推測出光子與電子在碰撞中既要能量守恒，也要動量守恒，散射前后的波長差即康普頓效應。進一步驗證了愛因斯坦的光子理論，揭示出電磁輻射與物質相互作用的基本規律，證明了X射線像光那樣具有波粒二相性。因此與英國物理學家的威爾遜一起獲1927年諾貝爾物理獎。
A.H. Compton(1927)
講到這里，X射線的全部科學內容似乎都已經搞清楚了，還有哪些新的問題會成為以此為線的創新呢？早在1914年勞厄因X射線衍射而獲得諾貝爾獎時，美籍荷蘭物理化學家德拜就在從事晶體衍射的研究，但他躲開勞厄衍射需要大塊單晶的困難，另辟蹊徑，采用容易獲得的粉末狀的晶體樣品做多晶的衍射，得到同心圓環狀的衍射圖樣，可以更方便地用來分析測試各種晶體的結構和成分。因此，他和另外一位瑞士的物理學家一起，因用X射線和電子衍射方法測定了分子結構，因而獲得1936年的諾貝爾化學獎。從此，因X射線而引發作為系列創新的標志性諾貝爾獎，從物理獎開始向化學獎等其他領域發展。
P. J. W. Debye(1936 化學)
1927年，康普頓他們因完美解釋了X射線物理實質并獲得諾貝爾物理獎時，美國的一位叫繆勒的生物學家正在研究基因突變，他干脆把X射線照到果蠅身上，結果意外發現果蠅受輻射而大大加快了基因變異過程，即可以通過X射線輻照來人工誘導生物的變異，所以從他以X射線誘發遺傳突變而獲得1946年諾貝爾生理學與醫學獎。
H.J. Muller(1946 生理學與醫學）
隨著X射線應用研究外溢到化學、生物、醫學領域，X射線研究導致的新的科學領域就更精彩了。那時，已經知道DNA是遺傳物質，攜帶遺傳信息并可以自我復制傳遞遺傳信號，但是DNA的結構是什么，還沒人知道。盡管各種假說猜測很多，但最后還是靠X射線衍射來解決DNA的分子結構。最早，是英國的女生物學家富蘭克林得到了DNA的X射線衍射圖樣，衍射數據表明DNA為雙螺旋結構。后來，英國劍橋大學的沃森、克里克、威爾金斯在多年研究DNA分子結構的基礎上，于1953年成功拼湊出DNA雙螺旋的分子結構。他們三人因發現核酸的分子結構及其對生命物質信息傳遞作用，獲得了1962年的諾貝爾生理學-醫學獎。
同年，英國的生物學家約肯德魯和佩魯茲，用X射線衍射分析法研究血紅蛋白和肌紅蛋白。肯德魯用特殊的X射線衍射技術及電子計算機技術描述肌球蛋白螺旋結構中氨基酸單位的排列，他與佩魯茨共同研究X射線衍射晶體照相術，以及蛋白質和核酸的結構與功能。他們因首次精確地測定了蛋白質晶體的結構，共同獲得了了1962年的諾貝爾化學獎。同年內兩個諾貝爾獎都頒給了因X射線研究而導致的重大發現，都是X射線走出物理領域而帶來的創新，可見學科交叉融合給人類文明進步帶來的重要機遇。
從1895年倫琴發現X射線，就知道這一新的射線技術可以用來做醫學診斷。50年后，在一位名叫科馬克的理論物理學家開始研究癌癥的放射治療和診斷。他覺得臨床醫生把人體當作均質計算放射劑量不妥，因為這類似X射線照相那樣的二維投影，而且射線透過骨骼比肌肉遇到的散射與吸收要多，攝影膠片上顯示的是人體不同密度的投影像。因此，應該用不同方向的一系列切面投影圖像中把人體構造和組成特征重新構建出來，而這基本是一個數學問題。1963年，他經過近10年的努力，他終于解決了精確的數學推算方法，并指出這個數學解適合X射線的掃描成像。隨著20世紀70年代計算機技術的發展，英國EMI公司的工程師高德弗里.豪斯菲爾德把電子計算機斷層照相技術引入醫學，使電子計算機技術與X射線機相結合，完成圖像重建過程，而這時人們發現科馬克的明確數學解已經在那里等待多時了。1971年，豪斯菲爾德研制成功的世界上第一臺X射線計算機斷層掃描的CT機在倫敦一家醫院正式安裝使用，成功地為一名英國婦女診斷出腦部的腫瘤，獲得了第一例腦腫瘤的照片。1973年英國放射學雜志對此作了正式報道，受到了醫學界的高度重視，被譽為“放射診斷學史上又一個里程碑”，從此，放射診斷學進人了CT時代。1979年的諾貝爾生理.醫學獎破例地授給了豪斯菲爾德和科馬克這兩位沒有專門醫學經歷的科學家，稱他們所發明的計算機輔助x射線成像CT技術，使醫學如同進入了太空時代，開創了科學診斷的新時代。
Allan MacLeod Cormack； Sir Godfrey N. Hounsfield
至此可以看出，從物理界來看已經成熟的X射線研究，一旦進入化學、乃至生理、醫學領域，如同走進了魔法帶來的全新世界，充滿了誘人的機會。那時，英國科學家威爾金森與德國科學家費歇爾分別都在利用X射線衍射技術，深入研究了金屬與氫鍵結合形成的金屬化合物、過渡族金屬的羥基化合物等分子結構，其發現不僅對化工領域產生重要應用價值，而且對無機和有機化學產生了深刻影響，因此他們由于對有機金屬化學的卓有成效研究而共獲1973年諾貝爾化學獎；1980年，英國生物化學家桑格與美國的二位科學家吉爾伯特和伯格借助于X射線分析法，確定了胰島素分子結構和DNA核苷酸順序以及基因結構，他們共同獲諾貝爾化學獎；1982年，英國生物化學家克盧格將X射線衍射法和電子顯微鏡技術結合起來，發明了顯微影像三維重構技術，并用這種技術揭示了病毒和細胞內重要遺傳物質的詳細結構，因測定生物物質的結構方面的突出貢獻而1982年獲諾貝爾化學獎。
Aaron Klug(1982 化學)
而2017年因冷凍電鏡技術而獲得的諾貝爾化學獎，其實就是由此外延出的新應用的翻版，三位分屬瑞士、英國、和美國的科學家，他們在各自在冷凍技術、高分辨成像、和三維重構算法上的交叉合作，使他們成為共同獲獎人，而這不能不說也屬于用X射線衍射研究晶體結構的生命醫學外延。
至此，我們可以清楚地看到，從1895年X射線發現，到現在的120年里，科學家們把X射線物理實質研究，擴大到化學領域從無機到有機分子的物質世界結構研究，再后來到上世紀60年代又深入到生理、醫學領域關于生命現象的研究，從1901年第一個因X射線發現而獲得諾貝爾，到最近幾年橫跨物理、化學、生理醫學這三大科學領域因與X射線研究直接有關的25個諾貝爾獎，獲獎的幾十位科學家中，遺憾的是沒有一個中國人！就算后來其它領域包括楊振寧、李政道、李遠哲、丁肇中、等10幾個華人，但這些都是華人，只有莫言、屠呦呦兩人是中華人民共和國國籍，占歷史上940個諾貝爾獎獲得者中的比例，幾乎是千分之一、二。由此可以看出什么？除了這一百多年中兩次世界大戰給全人類帶來的災難性影響外，可以看出我們中國人在科學創新上的文化價值觀方面的追求，還是有相當大的差距。
日本是從1949年開始有人獲得諾貝爾獎，經過70幾年發展，他們已經有幾十個人得諾貝爾獎。在座的老師很多去過日本留學，看到過同樣深受東方文化影響的日本學者具有怎樣的科學態度。我這里之所以反復費這么多口舌，就是想回應前面提到的85年前浙江大學竺可楨老校長所批評的：“若是一般國人無科學頭腦，則......”。即我們差的不僅僅是那些諾貝爾獎所代表的科學技術本身，我們差的是心無旁騖地去追求科學真理的價值觀。
有時，我不完全開玩笑地講，我們普通中國人在談到諾貝爾獎時，后邊總還要加一個“金”字，看到的是利益，可見竺可楨老校長批評的沒錯，而且80多年過去了，老校長的話至今有震耳發聵般的現實意義。所以這種只顧“利害”，不問“是非”的價值觀對我們中國的科學技術事業發展的障礙性影響是非常大的，如果得不到系統的糾正，國家投再多的錢、設再多機構、發再多的文件、做再多的指示，恐怕還是解決不了根本問題。過去的差距可以說是歷史原因造成，可是改革開放以來的30多年來，國家投入那么大，如此重視，科技人員隊伍那么大，若還是如此，該怪誰呢？
