世界上持续时间最长的一些实验告诉我们：科研进展有时就像马拉松赛，而不是很快就能见分晓的短程赛跑……《自然》杂志近期文章列举了有史以来时间跨度最长的五个科学实验和科研项目，其中有些研究项目的数据积累工作已持续了几个世纪，有的每年产生数以百计的论文，有的10年才产生一个数据点。
伽利略1613年绘制的太阳黑子图
科学发展是人类追求的一个长期目标，但一些具体研究项目却往往是在一个较短时间尺度内进行和完成的，科学实验或科研项目还要受到资金周期的制约。但也有一些科学实验或科研项目难以在短期内完成，例如：人类寿命研究；地壳变动情况勘查；太阳表面变化观察等，有可能需要几十年甚至几个世纪的时间。
如此漫长的实验其过程受到各种外在条件和因素的挑战，比如，研究重点的转移、技术的变化，以及受到经费和人员变动的制约。尽管如此，一些有远见的科学家的奉献精神和坚韧不拔的毅力，将科学实验的成果传承了下去。其中一项长达90年的研究项目，是预测人类将拥有比现在更长寿命和更健康的生活，其他几个例子也各自创下了历时最久科学实验和科学研究的记录。
一、太阳黑子活动观察和预测：历时400年
400多年前望远镜诞生以来，包括伽利略在内的天文学家就一直在记录太阳黑子活动，并记录下他们的观察结果。但早期观察者并不知道出现在太阳表面的黑色斑块究竟是什么，对产生太阳黑子的磁场也一无所知。直到1848年，瑞士天文学家鲁道夫·沃尔夫（Rudolf Wolf）对太阳黑子开始了系统的观察，并制定了一个计算公式，人们对太阳黑子活动才有了更深一步的认识。沃尔夫相对数（也叫太阳黑子相对数）今天仍然被用来测算太阳黑子活动的周期性变化。
2011年，比利时皇家天文台太阳黑子数据分析中心（SIDAC）主任弗雷德里克·克莱特（Frédéric Clette ）在对太阳黑子活动的观察研究中，利用了自1700年以来500多名天文学家留下的照片和手绘图等数据资料。这些数百年积累下来的数据对预测太阳黑子活动是一份十分珍贵的历史遗产：太阳黑子活动的盛衰变化周期约为11年左右，其产生的带电粒子流向四周空间喷发，对地球卫星和电子产品产生很大的影响。详细的观察记录帮助研究人员了解为什么会发生这样的周期性循环，并精确预测强烈的太阳黑子活动事件。
“研究的持续时间越长，越能更好地验证我们的理论。”美国加州斯坦福大学太阳物理学家利夫·斯瓦加德（Leif Svalgaard）说道。每年大约有200篇论文引用了太阳黑子活动的数据，涉及领域甚至延伸到了太阳物理学、地磁学、大气科学和气候科学之外的其他学科。
比利时皇家天文台的SIDAC每个月都要从90名太阳黑子观察者那里搜集数据资料，其中三分之二为业余天文爱好者，尽管他们用来观察太阳黑子的小型光学望远镜的倍率比200年前天文学使用的望远镜强不了多少。克莱特除了作为一位天文学家在比利时皇家天文台的“夜间工作”之外，还与另一位兼职人员一起负责太阳黑子数据库的维护工作。
克莱特非常热衷于与数百年前的同行们“一起工作”。他认为，尽管伽利略对太阳黑子活动的观察数据并不全面，因为伽利略还要“忙着观察行星等其他事情”。但他指出，人们仍然能从伽利略所绘制的太阳黑子图中找到与现代绘制的太阳黑子图的相同之处，并被这位天文学先辈的远见所深深吸引。那些几百年前绘制的太阳黑子观察图忠实地记录了他们当时所看到的一切，并为后世提供了许多有用的信息。克莱特说：“忠实地记录实验数据是科学研究的一个基本点，不管最后的结果是什么。”
二、监控躁动不安的超级火山：历时170年
活动频繁的维苏威火山每几千年就要猛烈喷发一次，最后一次发生于公元79年的火山大喷发，埋葬了整个庞培城。在此之前大约3 800年的一次火山喷发中，炽热的火山气体和火山岩浆覆盖了如今的整个那不勒斯地区。自1841年建立以来的维苏威火山天文台观测站，一直在密切关注着其观测对象，记录着火山地区附近的地震迹象。观测站坐落在火山一侧600米高的位置，以避免被火山喷发时的岩石碎片和熔岩流所波及。现任天文台负责人马赛罗·玛蒂尼（Marcello Martini）说道，该火山观测站所做的一切造就了当今火山学和地质学研究的雏形，
曾用来监控火山活动的维苏威火山天文台原址如今已成为一座博物馆
玛西多尼奥·梅洛尼（Macedonio Melloni）是天文台的首任负责人，在对熔岩磁特性的研究做了许多开拓性的工作，对之后的古地磁学研究――地球磁场在岩石中的历史记录――起到了至关重要的作用。1856年，第二任负责人路易吉·帕尔米耶里（Luigi Palmieri）发明了用来预测火山喷发的电磁地震仪，对地面震动的监测比之前的一些观察仪器更为敏感。在帕尔米耶里及以后的几任负责人的带领下，观测站对预测世界各地火山喷发的仪器开发方面作出了很大的贡献。例如在二十世纪初，由朱塞佩·麦卡利（Giuseppe Mercalli）制定的级别划分标准至今仍被广泛用于对火山喷发程度的定级。
但古老的观测站现今已不再拥有原来的作用。“早期阶段是为了尽可能接近火山活动区域，但如今却没有必要了。”罗德岛大学的火山学家哈拉尔德·西格森（Haraldur Sigurdsson）说道，如今大部分监控数据都可通过远程地面传感器发送到那不勒斯的地球物理和火山学研究所的实验室中。1970年，天文台原址建筑被改建成为一座博物馆。
除了为科学理论提供数据信息之外，火山观察站的另一个目的是用来预测火山喷发，1944年的成功预测就是一个明证。今天，那不勒斯的实验室里，科学家们一天24小时密切关注着西西里北面的一个小岛上的斯特隆波里火山、那不勒斯西面的坎皮佛-格瑞火山口和伊斯基亚岛。
西格森认为，火山学的未来不在于已知危险火山地区安放的传感器，而在于可以观察到所有地面变形的卫星雷达，利用卫星雷达发现火山喷发高风险地区。“我们应该朝着建立国际合作火山监测系统的方向努力，不是只盯着某座火山，而是在全球范围内全面综合地评估火山喷发危险。”
自1843年以来研究化肥对小麦产量影响的所在地洛桑
三、化肥对农作物产量影响的数据收集工作：历时170年
长期研究项目的研究人员必须努力维护和保持研究数据的完整性及相关性。安迪·麦克唐纳（Andy Macdonald）于2008年接手了一项农业实验，即自1843年开始进行的矿物肥料和有机肥料对作物产量影响的研究测试。
这项实验由化肥生产巨头约翰·劳斯（John Lawes）在自己位于伦敦北部洛桑的庄园里发起进行，主要研究测试氮、磷、钾、钠、镁和农家肥对几种主要作物产量的影响，包括小麦、大麦、豆类和一些块茎作物。
“二三十年的研究测试已经很好地回答了各种不同肥料所起重要作用的许多基本问题。”如今在洛桑研究所负责这项“经典实验”的麦克唐纳说道。实验表明，氮的影响最大，其次是磷。阶段性的实验一直在进行着，以对新的想法进行测试，并与当前农业生产实践保持密切联系。比如在1968年，农民以茎秆较短的高产谷类作物取代了之前茎秆较长的谷类作物，麦克唐纳指出，这些新品种农作物与传统作物相比，需要更多的肥料。
“洛桑是长期农业研究的老前辈，”W·K·凯洛格生物站主任菲尔·罗伯逊（Phil Robertson）说道。该生物站是密歇根州立大学所设立的一个长期农业研究站点，他指出，连续性的数据资料拥有巨大的价值，不仅有助于环境和生物学发展趋势的研究，包括土壤中的碳储存情况、入侵物种的影响等。这类影响只有在较长时间尺度内才能显现出来，同时也为一些短期研究提供了平台，比如，土壤中的硝酸盐流失现象。
洛桑研究所从实验开始以来，收集并保存了大约30万件植物和土壤样本，2003年，科学家们从存档样本中提取了1843年的两种小麦病原体的DNA，用以研究工业二氧化硫排放对其产生的影响。
然而，让资助机构对这类长期研究项目保持兴趣比较困难。洛桑的研究资金来源包括政府资助、捐款以及劳斯去世前设立的信托基金。“即使在暂时不会有突出研究成果的时期，也应致力于维护研究数据的持续性。”去年参与设立美国农业部长期农业生态系统研究网络的罗伯逊说道。“我经常会回想起劳斯，”麦克唐纳说道，“为了确保实验的持续和传承，我深感责任重大。这些数据资料并不是保存在博物馆里的老古董，也是当今科研的一个组成部分。”
四、天才儿童成长跟踪调查：历时90年
1921年，斯坦福大学心理学家刘易斯·特曼（Lewis Terman）在加州开发的斯坦福-比奈智商测试法，确定了于1900年和1925年期间出生的1 500多名天才儿童，并开始了对这些天才儿童的跟踪调查。这是世界上最早的纵向研究项目之一，也是历时最长的对人类智力发展进行的研究项目，在时间跨度长达90年的时间里，对他们的家庭生活，所受教育，以及兴趣、能力和性格等进行多方面跟踪调查。
刘易斯·特曼进行了为时最长的人类智力发展研究
特曼的“天才遗传研究”目标之一是要反驳当时的流行理论，认为天才儿童多表现为体弱多病、社交能力差、发展不全面等。即使是以特曼的天才标准，这项研究仍受制于某种局限。他的选择方法是随机的，测试管理工作主要基于老师们的推荐，不同人群的代表性也远非全面（90%以上为白人与中上阶层，特曼甚至为自己的孩子报名登记）。
这项调查一直跟随孩子们进入成年。调查发现，这些孩子们与其他孩子一样健康，一样能够适应社会，他们通常都能成长为事业有成的快乐的成年人。随着调查项目的进展，研究人员也在努力填补研究中存在的一些缺陷或不足。
例如上世纪80年代，哈佛医学院的心理学家乔治·瓦利恩特（George Vaillant）将特曼的研究数据补充到自己的成人发展的长期研究中；加州大学的心理学家霍华德·弗里德曼（Howard Friedman）在利用了特曼一些重要的记录数据后发现，人的责任心――即审慎、坚韧与计划性――这一在儿童时期和成年时期都能表现出来的性格特征，是预测长寿的一个关键性心理因素。“如果没有跨越整个人类寿命长度的长期实验形成的数据资料，是很难发现这一点的。”弗里德曼说道。
随着当前科学的发展，纵向研究也在与时俱进，斯坦福长寿中心主任劳拉·卡斯坦森（Laura Carstensen）说道。新加入的调查研究人员将会补充一些新的方法，修改或丢弃那些他们认为不再有意义或过时的做法。“比如，我们将以与1900年时完全不同的方式，对心理健康进行评估。”从多种意义上来说，她认为：“90年的纵向研究数据资料，几乎可以说是书写下一部心理学发展史。”
沥青滴漏实验：历时85年
1961年，澳大利亚昆士兰大学物理学家约翰·梅因斯通（John Mainstone）接手了一个古怪的小实验，当时这个实验在一个橱柜里已经悄悄进行了34年。50年后的今天，他仍然在观察着这个实验，并等待着见证它最引人注目的下一滴。
这个沥青滴漏实验（Pitch drop experiment）是该大学第一位物理学教授托马斯·帕内尔（Thomas Parnell）发起的一项长期性物理实验，他想以此实验向他的学生示范证明，在冷却状态下脆得可以用锤子敲碎的沥青，也能够像液体一样从一个漏斗底部滴出，尽管是以极慢的速度进行着。他的这个小实验成为了世界上最慢的沙漏，实验结果也正如他所预测的那样。沥青的滴漏速度大约为每6 - 12年一滴，迄今为止已滴下8滴沥青。梅因斯通预计，第9滴沥青将于今年年底左右的某个时候滴下。
沥青滴漏实验，从1927年至今只滴下了8滴
严格来说，这个实验并不是科学发现的温床。86年的时间里这一实验只产生了一篇科学论文：该论文计算出沥青的黏度大约是水的2 300亿倍。2005年该实验赢得了搞笑诺贝尔奖。
从来没有人见过一滴沥青是如何滴下的，记录实验过程的摄像头也未能将沥青滴下时的情景记录下来，最近的一滴于2000年11月滴下，但这一滴沥青与上面的沥青块分离时的情景却没人清楚。可能再需要一个几十年时间的观察，才有可能弄清楚气候、空调和振动等外部条件对沥青滴落速度的影响。
梅因斯通认为，该实验的价值不在于对科学的影响，而在于其对历史和文化的影响，它激起了雕刻家、诗人和作家对时间流逝和现代生活节奏的深刻思索，并让人们联想到科学和事物发展的恒久性。“无论世事如何变幻无常，它自遵循着恒常不变的规律。”梅因斯通说道。漏斗中还存有大量的沥青，未来150年里它仍将无视世事的纷扰，静静地准备着下一滴沥青的滴落。如今已78岁的梅因斯通将这一实验任务交付给了一位年轻的同事，在他离开之后将这一实验继续下去。
资料来源 Nature
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