“如何进行科学研究”，这题目很大，很难谈清楚。我只想就个人的经历和认识，谈一谈自己对科学研究工作的一些体会。如果我的话能使某些青年同志“举一反三”，对今后的研究工作有一点启发和帮助，我的目的就算达到了。

一

　　科学研究要为生产服务，理论要联系实际，这不仅是为了国家建设的需要，而且也确实是科学技术发展的过程和途径。

　　在应用科学研究中，实践—理论—实践，也就是从实验结果总结出科学规律，再用来指导生产，是一般比较常用的方法。

　　实践给我们提出了研究题目，怎样通过实验、理论分析，得出对生产有指导意义的科学成果？我想以我过去从事过的一项研究工作为例，来做些说明。

　　1940 年，我在英国雪菲尔德大学冶金研究院工作，并担任一个工业中几年来没有得到肯定答案的研究课题，这就是“高强度低合金钢中有时产生内部裂纹”到底是由于什么原因？讲到这个课题的提出是有一段故事的。

　　在第二次世界大战以前，大约是 1937 年前后，希特勒在欧洲日益猖狂的时候，英国为了自己的安全也在暗中备战，注意发展空军。有一次，在空军演习中，一架 Spitfire 战斗机忽然从空中坠下来，驾驶员摔死了。恰巧，那个驾驶员是某位贵族勋爵的儿子，于是，这件事故受到了加倍的重视。失事飞机的每一个零件都收集起来，还成立了专门委员会来调查研究飞机失事的原因。调查研究结果是：飞机失事是由于主轴断裂。在主轴内部，发现很多的细小裂纹（像头发那么细小，后来称为发裂）。这个发现对于当时的合金厂来说是一个新的问题。于是，许多合金厂的中心试验室组织起来了，企图寻找产生裂纹的原因和避免的方法。他们在两三年内，统计了国内外的生产记录，进行了大量的试验工作，却不能得出一致的肯定答案。当时争论很多，谁也说服不了谁，谁都可以以自己的实验结果举出一些似是而非的事实来说明自己的观点是对的。正是这样，问题才提到大学里来要求进行基础性的研究，首先要求肯定产生内部裂纹到底是由于什么原因。

　　当时，我带领一名研究生来进行这桩工作。我们分析了各个方面的因素，根据那些合金厂提出的各种可能的理由从旁证和反证的角度进行实验，又根据实验结果逐步进行淘汰。最后归纳到氢气的存在可能是产生内部裂纹的主要原因。光有旁证和反证还不行，如何从正面找到证明来说明氢是产生内部裂纹的主要原因，就成为前进中的一个关键步骤了。当时实验室内是用小样品来进行这方面工作的，我们自己动手制造了加热炉，制造了真空加热定氢装置。把钢样在高温氢气中加热，使足够的氢渗入样品中。由于样品小，必须急冷才能在样品中保留足够的氢含量到室温，急冷的办法就是淬火。这样，渗氢的淬火样品（直径 35 — 40 毫米）可以发生内部裂纹，不渗氢的样品在同样条件下淬火则没有内部裂纹。“但是，淬火样品中内部裂纹的分布状况显然与工业生产大钢材的内部裂纹有所不同”别人又提出这样的问题来反对了。

　　针对这种情况，我们又制造了大的氢加热炉，用较大的钢样（直径150 毫米）在高温渗氢后在空气中冷却，产生的内部裂纹与工业生产大钢材的内部裂纹的分布完全相似。此外，对渗氢样品在冷却过程中还进行了一系列的热加工试验，发现随加工的方向不同可以改变裂纹分布。尤其是在试验过程中，我们首次发现渗氢淬火的样品有明显的孕育期，这就是钢样淬火后在室温经过一定的时期才突然产生内部裂纹。孕育期的发现解决了生产部门过去许多“打官司”的问题。工作告一段落，得到结论是：合金钢材中内部裂纹的产生往往需一段孕育期，有的钢材在室温甚至要经过几个月才出现裂纹，有的则在冷却到室温的过程中就产生了裂纹。孕育期是否存在及其时间长短，视钢材成份、大小、含氢量高低以及其内部应力状况而定。总之，钢材中产生内部裂纹的主要原因是由于氢的存在，而裂纹的分布则取决于内部应力状态。

　　问题又提出了，内部裂纹既然是由于氢的存在，那么怎样去氢？为了避免问题的复杂化，我们先通过研究单相区内（γ区）恒温去氢的规律，得出了一系列的曲线。

　　经过数学计算，最后找到了一个数学公式。根据这个关系式，就可以根据小试样的去氢结果来推测大钢材的去氢。例如，我们要使钢材中的氢含量从原来的 6 毫升 /100 克去到 0.5 毫升 /100 克，实验室中用半径 20 毫米的小试样在 650 ℃处理 2 小时就够了，那么在工业生产中半径 200 毫米的钢材在 650 ℃处理，根据计算，需要的时间应当是 200 小时。

　　为了验证这个结果，我们在实验室允许的条件下，对几种不同大小，但形状比例却完成相同的钢样做去氢实验。实验结果证明完全与以上推导的关系相符。

　　但又有了问题，恒温处理在生产上不方便，生产中比较方便的条件是自由冷却。那么在自由冷却的条件下去氢的情况怎样？大家知道，这个问题牵涉到γ与α相中的氢扩散问题以及冷却过程中的相变问题。这时我们设计并制造出装置，在真空条件下测量冷却过程中氢从钢样中放出来的速度和放出来的量，同时记录钢的相变情况。

　　从实验结果得到的结论是：“α区的氢扩散系数比γ区大，对一般的低合金钢来说，γ区的氢扩散系数不随成分变化，而α区的氢扩散系列则随钢种不同而异，特别是转变特征对氢扩散有显著的影响”。

　　后来设计出一种处理方法，即先冷却到转变成α，然后再升温到α区的最高温度，但应避免进入γ区，则去氢最有效。

　　在这里，我的目的并不是作钢中含氢问题的专题介绍，而只是在过去工作中选择一部份来说明科学研究中一些工作方法。这就是：研究工作的逐步深入，要依靠陆续地提出问题，工作要系统化，要善于从理论上分析实验数据，得出科学规律。

二

　　在上述工作中，还应当提到的是某些实验方法和技术。在定氢方面，由于我们在实验中发现氢在常温也能从钢中跑出，含氢越高则开始跑得越快，因此有必要把样品在淬火后，或含氢高而不一定是淬火的样品，放入一种液体（水银）中先收集放出的氢，经一定时间后再进行真空加热定氢。并且，定氢样品最好有一定的大小，愈大误差愈小。在此以前，英国研究部门也曾经定过氢，但所用样品就像定碳、硫、磷所取的试样那样小，绝大部分氢在加工过程中跑光了，因此他们得不出氢是产生发裂的原因这样一个结论。

　　由此看来，要在科学研究中得出创造性的成果，实验技术和实验数据的准确性是十分重要的。做实验时，处处要考虑到如何尽量地减少误差，特别是用来做理论分析的实验数据应当更加注意这一点。如果前人也做过这方面的实验的话，你的数据除非是更准确一些，否则在科学上是不会有什么新的意义和价值的。

　　我们从事实验科学研究的人，对实验技术一点也不能马虎，为了必要的准确度，条件不具备就必须首先创造条件。实验方法不成熟就必须寻找成熟的实验方法。创造必要的条件，改进和完善必需的实验方法是科学研究工作本身的一项重要任务，也是研究工作本身的一部分；不能做或者不愿做这种工作的人，实际上就不配做科学研究工作。有些实验方法，看起来在学校中是已经学过的，但是为了能够深入一步发现问题，你必须在这些方面做出改进或至少做到十分熟练的程度，否则是得不出创造性结果的。我们看到许多新的实验方法和技术装备首先都是从实验室出来的，都是研究人员搞出来的。总之，在研究工作中如果碰到必要的技术关就得去搞，必须攻破的就得去攻，不会就找人学，能找人帮助的就找人帮助，找不到人就自己埋头去干，这才真正是“敢想敢干”。不能认为，“搞这个是改行，搞那个适合”，如果这样，那是很难做出成果的。

　　根据我个人的体会，不会改进实验技术或创造新的实验方法的人，尤其是不肯在实验技术方面多下功夫的人，在应用科学方面要做出突出成绩，那是困难的。完全依靠购买设备，依靠别人装好的设备来做工作的人，在某种意义上只能说是一个实验员。如果把买来的设备由于掌握不好而弄坏，坏了又不管，那就简直不配进实验室。一个真正的科学研究人员，应当是创造者而不应当是破坏者。

三

　　善于对实验结果进行理论分析，也是有重要意义的。如果不进行理论分析，实验结果即使很准确，也不能得出科学规律，从而应用到生产中去。上述定氢实验的例子，说明了这一点。

　　从实验提高到理论看起来很难，但有时也不是那么难。我们搞冶金这一行的人一般都有点怕数学，一提到“理论”二字，脑子里往往都被一大堆数学公式和符号难住了。当然，数学基础是十分重要的，需要认真学习。但是，许多科学上的推进也不一定都必须用高深的数学。卢瑟福初步观察到原子核的分裂，就基本上没有牵涉到数量问题，主要靠实验技术和敏锐的观察能力与想象力。玻尔关于氢原子的学说初次引入了量子概念，他所用的数学在当时也是很简单的。由此可以看出，进行理论分析的人能够深思，要有想象力，但不能是违背科学常识和科学基本原理的胡思乱想。这样，就需要在基础课方面搞得扎扎实实，不求多而求精。在扎扎实实的基础上一步步前进，一级级上升，成年累月，熟能生巧。科学上的成就一方面靠自己的创造，而更大的程度靠善于运用前人的积累，因此有系统地做调查研究和有目的地学习钻研是十分重要的。无论古今中外，大学问家大科学家都重视前人的积累，尊重他人一点一滴的知识，所谓“涓涓小溪，汇成江河”。孔夫子到处“问道”，就是到处向人学习。牛顿和爱因斯坦都是划时代的科学上的伟人，他们的成就主要在于总结并创造性地发展了前人积累的知识。有一本书“从牛顿到爱因斯坦”，详细叙述了牛顿以后在物理和数学方面一系列有杰出成就的科学家、如雷曼、麦柯勃斯基、马克思韦尔、普朗克等十余人。它提出爱因斯坦如何从牛顿和这些人那儿继承了他们的成就才最后引导到相对论。几乎可以这样说，没有牛顿就不会有爱因斯坦，如果爱因斯坦早生三百年恐怕充其量只能做牛顿。科学工作都永远需要谦虚。我们看到，大科学家总是谦虚的。

　　“学而后知不足”，只有不学无术的人才会在科学工作中骄傲自满。

四

　　从上述可见，科学上的设想、科学分析和推理、严格的条件、创造性的实验方法、先进的实验技术、可靠的系统性的实验数据，是科学研究取得成果的必要条件。在这些要求中至少要满足其中一部分才够得上称为科学研究工作，尤其是严格掌握实验条件、得出系统的实验数据，更是我们搞应用科学工作的人的起码要求。

　　如何严格掌握实验条件？即如何尽可能掌握可能影响实验结果的各种因素？在许多实际工作中，要切实了解每一个因素的影响是很困难的，比较简便的办法是使这些因素保持不变，做到在一系列的实验结果中可以严格地互相进行比较。例如，在冶金工作中如果我们研究的对象不是原料的影响问题，那就在不同实验中尽可能用同一批原料，这样可能由于原料不同而带来的变数就可以避免了。尽管我们对不同批的原料可以进行分析，但谁知道尚未分析的成分，而且还有本身带来的误差？其他因素的控制可以类推。不能严格控制实验条件的人，就没有资格轻易地根据自己实验结果下结论。

　　在实验技术方面不要轻易忽视一点一滴的改进。对别人的工作要能够欣赏这一点，在自己的工作中才会注意这一点。怕麻烦的思想会阻止自己去做改进实验技术的细致的工作。

　　必须记得科学工作中的成绩是一点一滴的积累，是一步一步地向前推进的。没有作过科学研究的人很容易“眼高手低”，看着别人一点一滴的改进认为“没啥”，而自己做时又作不出来，甚至不愿去做，天天盼望“出奇迹”“搞大发明”，结果往往落得不着边际地空想一阵。

　　对待实验技术必须纯熟。“熟能生巧”这本来是老话，但一定得强调，什么东西搞熟了办法就多了。拿我们熟知的“热差分析”来说吧，最初用的是直接画时间——温度冷曲线实验的基础上嫌这个方法不够灵敏，才改进为“热差”曲线。某些相转变吸热放热很小，相发生转变的主要表现为两相的比热不同，从热差曲线来看比热的变化显然不够灵敏，西凯斯进一步改进了热差分析方法可以用来测量比热，成功地研究了黄铜在 470 ℃左右的有序无序转变。罗勃特—奥斯汀曾经要求一个新参加研究工作的大学生先做 500 条热差分析曲线才正式开始研究工作。在当时金属学方面的研究工具主要靠热差分析和金相显微镜，罗勃特—奥斯汀这种要求，说明我们在主要实验技术方面一定要自己做到“熟能生巧”，才能有所建树。我从前搞将近十年的钢中氢气的工作，几乎每一个样品的定氢都是亲自经手的。

　　看来，科学设想、科学分析与推理是跟一个人的基础及工作经验分不开的。要想在科学上出成果必须作好以下几方面：

　　(1) 科学工作者要练好基本功，学好一定基础课，不一定很高深，因为基础课也是学不完的。

　　(2) 科学研究工作者必须“勤学苦练”“学到老做到老”。学就是继承前人的东西，善于学就是善于继承。　

　　(3) 科学研究工作者要有愚公移山的精神，十年如一日，持之以恒。朝三暮四，这山望着那山高，是不会做出结果的。

　　(4) 不要为外来困难所吓退，要有点“傻气”，思想要“专一致志”，坚持下去，才能出成果。

 

　　（本文发表于1963 年 10 月 30 日《科学报》，根据李薰先生在东北工学院等单位所做报告记录稿缩减而成）