物理学界50年来最大的造假事件

陨落的“明日之星” ——物理学界50年来最大的造假事件 每年年底，科学界都会把目光投向斯德哥尔摩。究竟谁是当年诺贝尔奖的幸运者？ 这个问题往往是科学聚会时最热门的话题。不过，2002年底，却有一件事盖过了 诺贝尔奖的风头。这就是舍恩系列论文造假事件——当代科学史上规模最大的学 术造假丑闻之一。它给国际学术界带来的震撼，在最近二十年堪称绝无仅有，有 人干脆将这起丑闻比做科学界的“安然事件”。 一颗冉冉升起的“明星” 事件的主角舍恩是德国人，生于1970年，1997年在德国著名的康斯坦茨大学获得 物理学博士学位，并曾在母校任职一段时间。1998年，他加盟贝尔实验室，在国 际知名的材料科学权威巴特罗格的指导下做博士后研究。2001年，舍恩成为贝尔 实验室的正式员工。 贝尔实验室是工业实验室的最杰出代表，它成立于1925年1月1日，系由美国电报 电话公司和西方电气公司的工程研究开发部合并而成。目前，贝尔实验室是朗讯 科技公司的研究开发部门，在全球拥有1.6万多名科学家和工程师。贝尔实验室 在科学发现和技术发明方面有着惊人的成就，先后有11位科学家获得了6项诺贝尔 奖，一共推出了2.8万多项专利，其中包括电视、数字计算机、激光器等许多改变 人类生活的重大发明。 进入贝尔实验室之后，舍恩疯狂地工作着。很快，他就崭露头角。在许多人眼里， 舍恩简直成了一台不可思议的“论文机器”。在短短4年时间里，舍恩先后与其他 20多位研究人员合作，一口气在多家全球著名学术期刊上发表80多篇学术论文， 其中有74篇论文是第一作者。光在名气最大的《自然》和《科学》两本顶级刊物上， 舍恩以第一作者身份发表的论文就有至少17篇。此外，舍恩的工作涉及的领域之广 也令人咋舌，几乎涵盖了物理学和材料科学的诸多前沿领域，例如有机激光、高温 超导、纳米技术和分子电路与分子半导体等，而且都取得了重大突破。在2001年一 年间，舍恩平均每八天就发表一篇科学论文！ 在学术界，发表论文可不是一件容易的事，一般情况下，一年发表两三篇论文就算 成绩斐然了。而在世界最著名的《科学》、《自然》等刊物上，只要发表一两篇论 文，就足可引起极大的关注了。因此，舍恩的“横空出世”，震动了国际科学界。 他立刻成了凝聚态物理学领域中最为耀眼的明星之一。许多科学家都嫉妒地看着舍 恩在顶级杂志上接二连三地发表一个又一个激动人心的工作，不知道他和合作者们 还能发现些什么新的东西。 在很多人眼中，舍恩正在通往诺贝尔奖的道路上“狂奔”，并且已经接近终点。唯 一的疑问，不过是他何时获得这项令人艳羡的大奖了。 作为将要获得诺贝尔奖的先兆，舍恩获得了2001年度奥托·克隆—韦伯银行奖，以 表彰他对“有机半导体与超导研究的巨大贡献”。这个奖由1968年去世的德国富商 奥托·克隆成立，每年依次颁发给对物理或化学做出了卓越贡献的年轻（不超过40岁） 德国学者，是德国学术界的最高荣誉之一。2001年韦伯银行又为它增资，使其成为德 国奖金数额最高的科学奖。此奖自1973年第一次颁发以来，已有四个获奖者后来得到 诺贝尔奖。为舍恩颁奖的是1998年诺贝尔物理学奖得主施特默。当施特默对舍恩说： “欢迎加入这个俱乐部”时，许多人都认为，他其实是暗指诺贝尔奖。 “一个美丽、简单又聪明的方法” 在舍恩“传奇性”的成就中，最为轰动的莫过于2001年11月，他和19名同事一起，向 科学界公布了一项重大研究成果：他们利用单一有机分子，制造出了世界上最小的纳 米晶体管。 晶体管是电子计算机的心脏——集成电路的基本电子组件。它们可以起到微小电子开 关或电流放大器等多种作用。在一块现代计算机芯片（如奔腾4处理器）上面，往往集 成了数百万个晶体管。芯片上能够安装的晶体管数量越多，芯片传输信息的速度就会 越快。自从1947年贝尔实验室的巴丁、肖克利和布拉顿等人共同发明晶体管以来，科 学家们一直在努力减小晶体管的尺寸，从而使其速度更快，价格和功耗也更低，进而 提高电子计算机的效率。目前我们常用的硅晶体管大小在微米（也就是一百万分之一米） 量级。由于物理学原理的限制，这已经是传统硅晶体管的极限了。要想进一步减小尺寸， 我们就要利用纳米技术了。 其实，纳米只是一种尺度单位，一纳米是一米的十亿分之一。物理学理论告诉我们，当 物质的大小在几纳米到几十纳米之间时，由于量子物理学规律的影响，会出现一些在宏 观尺度上观察不到的奇异性能。所谓“纳米晶体管”，就是要在纳米量级制造出具有晶 体管特性的“量子元件”。 制造纳米晶体管的主要困难是制作间距只有几个分子的电极，并要将电接触点连接到非 常小的分子装置上。舍恩等人在论文中称，他们以金原子层为电极，在研究中使用了 “硫醇”——一种以碳为基础、包含氢和硫的有机半导体分子。他们表示，这种分子在 电流的控制和增益方面具有突出特性。而且，这些分子还可以自行组装，从而将各个导 电器件连为一体。 论文称，虽然将三个电极连接到非常小的分子上几乎是不可能的，但他们最终找到了一 种“自装配”工艺和一种聪明的设计，设法让分子自己找到接触点并将自己与它们连接。 化学自我装配技术比较容易实现，而且价格低廉。与硅不同，它无需高度纯净的环境和 复杂的制造过程，就可以在一个分子上实现晶体管功能。 舍恩等人的论文受到了全世界科学家的强烈关注，因为他们在世界上首次成功制得分子 水平的晶体管，它的大小仅是一颗沙粒的一百万分之一，在针尖大小的尺寸上就可以容 纳1000万个这种晶体管。 舍恩等人所用的实验技术也受到了许多人的赞赏。宾夕法尼亚州立大学化学教授保罗· 韦斯评价说：“这是一个美丽、简单又聪明的方法。它突破了许多其它纳米制作方法中 所包含的难题。” 由于该项成果“可能导致极微小和极快速的分子计算机的诞生”，美国《科学》杂志将 其列为2001年十大科学成就之首。一时间，舍恩的声望达到了顶点。 融化的翅膀 在古希腊神话中，有位名叫伊卡洛斯的年轻人，他给自己装上一对用羽毛和蜡制成的翅膀， 但当他离太阳越来越近时，蜡翼遇热熔化，伊卡洛斯最后坠海身亡。与这个神话故事相似 的是，当舍恩离诺贝尔奖越来越近时，他的“翅膀”也熔化了。 纳米晶体管的研究是现代材料科学的一个重要课题。从美国哈佛大学、普林斯顿大学，到 法国原子能委员会，全世界共有大约100个实验室都在从事类似的研究工作。舍恩的论文 发表后，自然引发了大家的浓厚兴趣。但令众多物理学界同行们百思不得其解的是，当他 们试图以舍恩在论文中所述方法“依葫芦画瓢”重复这些实验时，却一次也没能获得成功。 一开始，不少人认为，原因是舍恩的实验技术过于前沿，其他科学家达不到这个水平。然 而没过多久，真正的怀疑出现了。 最先看出问题的是普林斯顿大学的女科学家莉迪亚·索恩。她发现，舍恩在2001年10月的 《自然》杂志发表的一篇论文，跟两个月后在《科学》杂志上发表的另一篇“最新”研究 成果中，所引用的数据和图表看上去大同小异。这两篇文章中，对于截然不同的材料制成 的器件，测量得到的数据居然完全相同，甚至连由外界干扰引起的噪音都一样。而这种数 据本应是随机的，不同实验得出同样结果的可能性几乎等于零。2002年5月，美国康奈尔大 学物理学教授保尔·麦克尤恩又发现了第三篇文章，其中展示了相同的数据。哈佛大学的 另外两位科学家，则共发现六篇文章中数据可疑。 对事实负责是科学家的天职。2002年5月10日，麦克尤恩等人向贝尔实验室举报，由舍恩等 人发表在《科学》、《自然》和《应用物理快报》等权威学术杂志上的6篇论文有数据造假 的痕迹。由此，舍恩的造假行径开始“浮出水面”。 身败名裂 接到投诉后，贝尔实验室于2002年5月邀请5名外界科学家组成独立调查小组。专家小组由 来自斯坦福大学的著名物理学家比斯利担任组长，成员包括2000年诺贝尔物理学奖得主、加 州大学圣巴巴拉分校物理学教授克勒默等人。阵容之强，反映了贝尔实验室对此事的重视程 度非同一般。 贝尔实验室给了调查小组极大的权限，他们可以随意同实验室雇员面谈，任意审查有疑问的 实验，查阅实验记录﹑有关内部调查资料及其它文件。 值得一提的是，当调查小组向舍恩索要原始实验数据时，却发现他早已把数据都删掉了。对 此，舍恩的解释是：“计算机硬盘容量不足，实验数据全部丢失了。”调查小组随后要求舍 恩交出具体实验装置，但得到的回答是：“这些装置全都不在或损坏了，因此无法确认操作 步骤。” 经过4个多月的仔细调查﹐调查小组终于在9月24日向贝尔实验室提交了长达125页的结论性报 告，确认舍恩造假。调查小组指出，在舍恩发表的论文中，至少有16篇的数据是动过手脚的， 其中有好一些更是无中生有。 2002年9月25日，贝尔实验室公开宣布：鉴于调查小组认定舍恩曾在论文中大量伪造实验数据， 实验室已经中止了与舍恩的雇佣关系，与其成果相关的6项专利申请也被撤消。舍恩成了贝尔 实验室77年来第一个因篡改实验数据而被解雇的科学家。 11月1日，《科学》杂志刊登了舍恩及其8名合作者的简短声明，宣布撤销2000至2001年期间 在《科学》杂志上发表的8篇论文。这8篇论文的第一作者都是舍恩。由作者一次性地撤销如 此多篇论文，对著名的《科学》杂志来说还没有先例。 舍恩东窗事发后，德国素来有“诺贝尔奖的摇篮”之称的马克斯·普朗克学会立即取消了原 来欲聘请舍恩担任其斯图加特固体研究院院长的决定，奥托·克隆基金会也撤回了舍恩的获 奖荣誉。随后，舍恩的母校、德国康斯坦茨大学也宣布，褫夺1998年授予他的博士学位。 令人深思的问题 在得知“舍恩造假事件”后，许多人都发出了这样的疑问：《自然》和《科学》是国际顶级 的学术杂志，有着严密的论文评议程序，为什么居然也会让如此之多的造假论文蒙混过关呢？ 这其中是不是也有什么我们原来没有发现的漏洞呢？ 舍恩造假的动机，也让人大惑不解。舍恩应该说是一位很有才华的人，不少人都认为，凭借 舍恩的个人能力和贝尔实验室提供的研究环境，如果他踏踏实实地搞研究，未必出不了重大 成果。那么，究竟是什么原因驱使一位前途无量的年轻科学家铤而走险呢？ 答案只有一个：学术优先权。在学术界，优先权可以说是一个学者们最关心的问题。谁最早 提出一个理论，或者最早完成一个实验，他就有了一种优先权。后来的人再怎么做，都只是 在重复他的工作而已。而与这项工作有关的任何荣誉，自然也就只会落到这个具有优先权的 人头上。历史上，关于学术优先权的争议屡见不鲜，有的甚至延绵数百年，比方说著名的氧 气发现者之争。 舍恩当时所研究的是一个极其热门的课题，可以肯定，近期内将会出现一些重大成果。如果 舍恩能够率先宣称已经取得了这样的成果，肯定会吸引世界各地的科学家的注意力，驱使他 们去做类似的工作。这当中说不定就会有科学家真的获得舍恩所宣称的实验结果。那么，尽 管率先取得突破的是他人，但科学界会把这项工作的优先权授予舍恩。如果这个如意算盘得 逞的话，舍恩就可以坐收渔利，诺贝尔奖就会向他招手了！ 关于合作者们的争论 舍恩发表的论文绝大多数都有合作者。事实上，与舍恩有过合作的研究人员多达20多名。虽 然调查小组的报告特别强调了“论文合作者与伪造毫无关系”，但不少人对此还是议论纷纷。 按理说，合作者应该对论文的真实性负责，为其把关。但在“舍恩事件”中，合作者们虽然对 舍恩的造假行为“毫不知情”，但他们也压根没有对这些数据进行核实或质疑，就大笔一挥， 以合作者的姿态签上自己的大名，一同分享舍恩的“成果”了！ 这里不能不提到一个人：巴特罗格。巴特罗格曾经是舍恩的导师，2000年秋季离开贝尔实验室 去了瑞士联邦理工学院。舍恩的许多文章，都是与巴特罗格联合发表的，发表之前都经过巴特 罗格的审核。舍恩在《自然》与《科学》等权威杂志上发表的文章中，甚至有几篇是因为签了 巴特罗格的大名才得以发表的。 造假事件曝光后，舍恩成了千古罪人，巴特罗格却连一点“失责”的罪名都没有。事实上，他 最有可能、也最应该阻止舍恩的造假行为。许多人对此都有非议，还有人认为，巴特罗格是看 到了舍恩实验的重大价值，一心想借助舍恩的成功来帮自己赢得诺贝尔奖，所以下意识地把舍 恩的结果看成了事实，而忽略了舍恩实验数据中许多他应该看到的误差。 在“舍恩造假事件”中，处于旋涡里的还有美籍华裔女科学家鲍哲南博士。鲍哲南是南京大学 1987级学生，1990年大学三年级时移民美国。1995年获芝加哥大学博士学位，同年被贝尔实验 室录用为正式研究人员，2001年初受聘为贝尔实验室“杰出研究员”，这是贝尔实验室里科技 雇员的最高级别。 鲍哲南是一位雄心勃勃的科学家。中科院自然科学史所研究员阎康年1998年拜访贝尔实验室总 部时，曾经问鲍哲南：“你的目标是什么？”鲍哲南脱口而出：“当然是诺贝尔奖。” 鲍哲南是舍恩的主要合作者之一。在2001年10月18日英国《自然》杂志和2001年12月7日美国 《科学》杂志上宣布制造出世界上最小纳米晶体管的两篇论文，主要作者正是舍恩和鲍哲南。 在贝尔实验室成立调查小组对舍恩等人的论文开展调查以后，针对鲍哲南的各种猜测和谣言也 随之而来，但最后的调查报告给了鲍哲南一个清白。不过，此次事件将对鲍哲南的学术生涯产 生什么样的影响，恐怕仍需要时间来证明。 舍恩事件早已尘埃落定。一颗明亮的星坠落了，它恐怕永远也不会再次升起来。但谁能保证， 不会再出现下一个舍恩呢？