帆布油画《哲学家阿那克萨哥拉》，费城艺术博物馆收藏
范式转移始于革命性的思想。20世纪最具影响力的哲学家之一——托马斯 · 库恩（Thomas Kuhn）创造出“范式”一词来表示获得一致同意的知识状态，接着他继续描述该状态如何随着例外的累积而遭到推翻。在库恩的模型中，涌现的例外导致旧范式被新范式取代，结果就是知识向前跃进，人类取得进步。这是一个由特立独行者推动、源于不同意见的过程。
异议是过程的一部分
在科学领域，持不同意见并不是缺点，而是非常有必要的。数学家爱德华 · 卡斯纳（Edward Kasner）和詹姆斯 · 纽曼（James Newman）写道：“科学的证明连续不断地处在变迁中，以至于昨日的异端邪说是今日的绝对真理，明日的基本教义。”对科学权威说不、反驳广泛接受的知识、质疑和打破现状的勇气对于科学向前推进的能力来说，不可或缺。
牛顿在1675年写给罗伯特? · 胡克的一封信中写出著名的格言：“如果说我看得比别人远，那是因为我站在巨人的肩上。”牛顿改写那句话的早期版本来表明一个观点：独行侠能够产生变革性的改变，只是因为大量的渐进式的研究在悄悄地完成，它们没有得到名声或认可，也没有得到头条新闻报道。在科学领域，许多渐进式的进步使得特立独行的个体的变革行动成为可能。
科学史里有好多卓越超群的独行侠。在公元前5世纪，古希腊哲学家阿那克萨哥拉（Anaxagoras）提出，天体由被旋转的以太攫取的石头构成。因为他关于月亮和太阳的主张，阿那克萨哥拉遭到逮捕，被判死刑，之后被他的朋友、一位有权的政治家伯里克利（Pericles）救下一命，改成被放逐。阿那克萨哥拉做出的革命性进步激励了人类在理解宇宙秩序和通过运动从混沌到有序的转变方面的一些最早尝试。上述理念至今仍在使用。
大约2 000年后，一种不同的范式把地球描述为宇宙中心一个静止不动的物体。尼古拉 · 哥白尼的工作被焦尔达诺 · 布鲁诺接受，得到伽利略? · 伽利莱的支持，提供了一种全新的日心说理论，并有确凿的证据支持，显示太阳位于太阳系的中心，地球是绕着太阳作轨道运行的行星之一。
这样的异议不是科学的早期岁月独有的。以前的科学家相信，大陆是静止的。之后，阿尔弗雷德 · 魏格纳（Alfred Wegener）为了解释不同大陆的大尺度特征和轮廓为何相匹配的疑问，在1912年提出大陆实际上在漂移。他的主张将板块构造论引入地质学，当时受到嘲笑和敌对。按照杰出的地质学家、芝加哥大学教授罗林 · 钱伯林（Rollin T. Chamberlin）所写的，魏格纳被视为提出一个“自由自在”的假说，“对我们的地球采取相当自由随意的态度”。尽管受到嘲弄，但魏格纳的发现有助于为现代地球科学铺平道路。
量子独行侠的角色
趋势仍在继续。戴维 · 威克（David Wick）在他的著作《臭名昭著的边界：量子物理学的异端邪说七十载》（The Infamous Boundary：Seven Decades of Heresy in Quantum Physics，1995）中描述过相似的情形。量子物理学领域的杰出领导者们（如爱因斯坦）拒绝接受整个量子理论。有趣的是，我们能发现异议——或者至少是强烈极化的意见——在量子物理学领域几乎是连续不断地存在的，从20世纪初直至现在。
一个绝佳的例子是量子力学领域令人惊讶地缺乏共识——或者说是最基本的理解。在当前被讨论得不少，而且互相排斥的量子力学解释中，有哥本哈根、多世界、隐变量、自发坍缩诠释、量子信息、关系性量子力学及交易等解释。在美国物理学会的年度会议上，量子力学解释主题的讨论会是最多人参加的，总是引发引人入胜的争论，有时是激烈的论战。科学家在讨论“我们能否建造一台功能齐全的量子计算机，示范它相比于经典计算机的优势呢？我们能否利用拓扑性质来建造一台这样的量子计算机？”之类问题的答案，关于量子力学基本原理的论战仍在继续，新的异见领域也随之诞生。
在量子力学领域，异见与实际变革进步的共存是最好的。量子力学带来的激动兴奋延续至今天，我们着迷地看到量子力学带来了广泛的社会结果，其中包括量子信息科学和工程研究的培育。第二次量子革命的兴起，其目标是创造量子技术。
在基础量子研究领域，打破范式和持续的竞争诞生于异议，不断产生异议，通过合作研究努力协调，受到许多研究者渐进式工作的充实，也许未来某一天会改变人类的生活，就如半导体早已做到的那样。
重新审视打破范式
科学史中的独行侠也许付出了各自的代价，但他们也提供了科学进步中必要的、变革性和破坏性的飞跃。我们欠那些独行侠一个感激之情，得要好好谢谢他们。我们也要感谢他们的追随者，因为是他们探索新理论的细节，填补推理中的漏洞，通过辛苦的日常工作和渐进式研究，把知识的边界向前推进，为下一个伟大的颠覆者铺平道路。
情况不止如此。为了改进我们做科学研究的方式，我们可以找到一个方法来打破“打破范式”的范式，更好地利用科学家聪慧的头脑。将合作性研究与大胆的变革理念相配对，明智地使用稀缺的资源，加速科学进步的过程。科学技术领域的领导力依赖于对风险的广泛接受，以及我们把打破范式提升为常态的能力。
向前迈进
要保持科学技术领域的领导地位，有必不可少的三个措施：为基础研究创造可持续的条件，推动科研至应用的转化；接受科学上的异见与高风险；接纳多样性。
在探索之树上，基础研究形成树根，科研成果转化是甘甜的果实。毫无疑问，假如没有基础研究——基础研究的特征是缺乏直接应用——那么就不可能有未来的应用。这种基础研究与未来应用相关联的例子有很多，包括晶体管、互联网和智能手机。在一个健康的科学与工程学生态系统中，扩大和加速科研成果转化的同时，应该谨慎地处理基础研究和应用研究的比例，让两者能够相辅相成。
一些政府科学机构已经在接受风险，其中也包括我的工作单位美国国家科学基金会（NSF）。NSF已经公开接受高风险、高回报项目的概念。风险是很难评估的，但是在一个给定架构内讨论构成风险的要素永远都是起点。另外要识别和选择具有高转化潜能的项目，同时保持为维持必要的渐进式进展提供资助的能力。这是一个精细而复杂的平衡，要不断地进行谨慎的调整。
重视多样性作为第三个措施，加强了其他两个措施。多样性是丰富、活跃、富有成效的讨论的源泉，是现代科学的基础。只有通过把不同背景、文化、学科与观点的研究者聚在一起，我们才能取得进步。一些机构有着历史上在科学劳动力中代表性不足的群体，他们有着巨大的、远远未被充分利用的潜力。这些群体需要、也值得给予精心筹划的持久支持。
过去，社会会惩罚独行侠，到后来再收获独行侠们打破范式的发现带来的好处。未来，我们也许要选择接受异议、风险、多样性和平衡，从而培育出一大批独行侠形成引领潮流的先锋。最佳的时机也许就是现在。
资料来源 Physics Today
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本文作者托马什·杜拉希凯维奇（Tomasz Durakiewicz）目前担任美国国家科学基金会凝聚态物理项目主管。他于1998年在波兰居里夫人大学获得物理学博士学位，在新墨西哥大学当了一年访问教授后，于2000年加入洛斯阿拉莫斯国家实验室