物理学史上最大学术不端丑闻是如何调查的

作者

瞿立建

年1月,科技部发布《有关论文涉嫌造假调查处理情况的通报》引发热议。这是近年来关于几个涉嫌学术造假事件的正式调查。

20年前,美国物理学界曾发生过一场席卷世界的学术不端风波,他们的调查结果公开透明,处理方式令人信服。他们是如何做到的?实际上,人们只是希望得到科学、详实的调查报告。

年1月,中国发布学术不端调查结果。

本世纪初,美国也调查了一起严重的学术不端丑闻,调查结果出炉之后,人人服气。他们的学术不端调查是如何做到的?

我们先从这起丑闻的主角说起。

新星冉冉升图1.贝尔实验室如今归诺基亚所有

故事发生在贝尔实验室,它曾是地表最强企业实验室,涌现出15位诺贝尔奖得主,7位图灵奖得主。贝尔实验室的成就和氛围吸引着全世界头脑最聪明、志向最远大的科学才俊。

年,贝尔实验室入职了一位27岁的应届博士,德国青年扬·亨德里克·舍恩(JanHendrikSch?n)。

图2.扬·亨德里克·舍恩(JanHendrikSch?n,年-)

舍恩的论文产出非常高,入职一年半,到年的时候,发表了6篇论文。

年,舍恩在Science上发表了5篇论文,在Nature上发表了3篇论文,且都是第一作者。

年,舍恩再接再厉,以第一作者身份在Science和Nature上各发表了4篇论文。年也是舍恩极为高产的一年,平均每8天就有一篇署名论文发表出来。

他究竟做了什么研究能在顶刊发文如灌水?舍恩研究的课题蕴涵着改变世界的潜力,他用有机分子做出了晶体管、超导体、激光器!晶体管是现代半导体工业的最基本元件,如果做出分子大小的晶体管,那么相当长时间内不必担心著名的摩尔定律失效,并且有机分子晶体管易加工、成本低,如果能产业化,必将像硅一样改变世界。

舍恩的研究,给人无限的想象,短时间内,各种科学奖项拿到手软,成为物理界最炙手可热的新星,并被视为已经预定了诺贝尔奖。

但在璀璨星光下,有一点小阴影——世界上多个研究组重复舍恩的实验,都失败了。

年3月,美国物理学会年会——全球物理界每年一次最盛大的聚会——上,有少数物理学家在报告中表达了对舍恩一些结果的疑虑,但收到的回应往往是:你的实验有问题;舍恩是天才,天才不犯错。一众物理学家津津乐道于关于舍恩的各种传言,比如他已经获得本年度诺贝尔奖提名,已经获得普林斯顿大学的教职,将回德国马普学会任Director等。(注:Director是德国马普学会各研究所一种科学家职位,名额极少,要求极高,科研自由度极大。)

就在许多科学家迷失于舍恩的天才光环下时,舍恩的论文爆雷了。

年春,贝尔实验室两名工作人员在准备申请专利的过程中发现,舍恩年在Nature和Science上分别报道了两种晶体管,晶体管材料不同,得到的数据曲线却几乎一样。两位工作人员将这个情况通报给了普林斯顿大学的一位科学家。

舍恩回应说,自己把数据搞混了,并在Science上发表了勘误。

不久,来自康奈尔大学的一位科学家发现,这两条几乎一样的曲线还出现在舍恩年发表在Science上的一篇文章里。

到底是从什么时候开始把数据搞混的?

普林斯顿和康奈尔的这两位科学家联手在舍恩的论文里玩连连看,又在6篇论文里找到多条几乎一样的曲线。

相关论文陆续被期刊撤稿。

图3.舍恩三篇不同的论文,呈现了类似的曲线。

面对这些疑点,贝尔实验室管理层于年5月组织了一个委员会进行调查。委员会共5人,一位来自贝尔实验室,三位来自美国著名大学,还有一位来自产业界,其中主任委员来自斯坦福大学。

指控与调查

调查委员会决定首先重审舍恩的原始数据。舍恩说,对不起,数据没了,电脑硬盘太小,以前的数据删除了。

调查委员会说,用样品重做实验。舍恩说,对不起,样品也没了,有些样品损毁了,有些样品扔掉了。

调查委员会只获得了舍恩论文稿件配图所用的数据。

调查委员会利用这有限的数据,做了细致的分析,最终形成了一份长达页的报告。报告提出24项指控,24项指控分为三类:数据替换(DataSubstitution)、数据的精度不切实际(UnrealisticPrecision)、违反物理基本原理(ContradictoryPhysics)。这24项指控分布在25篇论文里,而不仅仅是最早明确提出疑点的9篇论文。报告中对每一项指控进行了详尽的分析,并且收录了舍恩对指控的回应。

调查委员会找到9个数据替换之处。举个例子,下图是舍恩发表的论文中的一张图。

图4舍恩论文中的图

调查委员会发现,图中最后两条曲线其实是一样的,只是差了一个因子3.96。把上图中倒数第二条曲线除以3.96,便可与图中最下面一条曲线重合。调查委员会给出下图:

图5.将图4最后两条曲线平移在一起完全重叠,显示做图的数据是编造的

舍恩对该项指控沉默以对。对于调查委员会指出的其他8处数据替换行为,舍恩都承认了,尽管带有辩护说辞。

调查委员会还找到9处数据的精度不切实际。比如舍恩论文中有下图:

图6.舍恩论文中的曲线

规律非常漂亮。

调查委员会根据上图所用数据,得到原曲线的二阶导数的曲线,如下图所示:

图7.这是图6中的曲线的二阶导数,过于光滑,说明上图不可能是实验实测数据所绘。

一条非常光滑的曲线。做过实验的人,对实验误差有常识的人,都明白这是不可能的,求导会放大相对噪声。

舍恩承认,论文中的图是自己编造了一个函数做出来的,而不是实际测的。舍恩对于其他8条指控,也都承认下来。

调查委员会细致分析了手中有限的数据和曲线,找到6个数据图违反物理原理,无可辩驳地表明数据必是伪造。具体内容太过专业,这里不再举例。

舍恩对大部分指控都承认了,但依然坚称,论文中报道的最重要的物理结论是正确的,他造假也只是让曲线更好看一些,犯了全天下科研人都忍不住想犯的错。

调查委员会还调查了论文其他作者的责任,调查发现其他作者主要工作是制备样品,没有参与数据造假活动,没有识别出舍恩的不端行为是可以理解的,结论是其他作者没有责任。这使得舍恩的合作者之一、华裔女科学家鲍哲南在这件影响巨大的学术不端事件中保持清白,没有影响她日后事业的腾飞,后来她当选为美国工程院院士,年还获得世界杰出女科学家奖。

图8.舍恩与鲍哲南,后者在舍恩丑闻中是清白的。

后果很严重

年9月,贝尔实验室收到调查报告当天就将舍恩开除。

自年10月至年5月,舍恩陆陆续续有28篇论文被撤稿。

年6月,舍恩的母校德国康斯坦茨大学撤销了他的博士学位,理由是学术造假,“行为不体面”,尽管这些行为不是博士在读期间犯下的。康斯坦茨大学物理系新闻发言人说,舍恩的行为是“50年来物理界最大丑闻”,“使整个科学的公信力受损”。

年,舍恩将康斯坦茨大学告上法庭,初审胜诉。康斯坦茨大学上诉,反败为胜。舍恩又上诉至德国联邦最高行政法院,败诉,又上诉至德国联邦宪法法院,依然败诉。

调查之典范

舍恩事件早已尘埃落定,作为史上最恶劣的学术不端丑闻无可翻案,而调查过程也成为学术不端调查的典范。

舍恩事件调查的特点有三条:一是快速响应,从学术不端露出端倪到开始调查也就隔了两三个月;二是科学坚实,调查结果在科学上无懈可击,甚至使当事人无从狡辩;三是公正公开,事情快过去20年了,调查报告依然可下载到,经得住历史检验。这三个特点也体现在舍恩事件之后的两起知名学术不端事件——韩国黄禹锡事件和日本的小保方晴子事件——的调查中。

首尔大学教授黄禹锡在本世纪初以干细胞克隆研究震撼世界,一度令他成为韩国人的民族英雄,朝鲜民族摘下诺贝尔奖的希望。且不说他的研究本身就存在伦理争议,到了年11月,黄禹锡研究的伦理争议已转为学术不端。当年12月,韩国开始对黄禹锡展开学术不端调查,年1月形成了最终的调查报告。调查报告全文虽在网上搜索不到,但报告的英文概要至今依然挂在网上。从这4页的概要上足可看出,调查对黄禹锡的指控做了细致的科学分析。最终,黄禹锡被首尔大学解职,并被法院追究刑事责任。

图9.一度成为韩国人的民族英雄科学家黄禹锡被学术不端搞得灰头土脸

年1月,日本理化学研究所的细胞生物学家小保方晴子在Nature上发表了两篇论文,称成功培育出了新型“万能细胞”——“STAP细胞”,引起轰动。文章甫一发表,有人就质疑,图片有篡改迹象,文字有抄袭嫌疑。2月,日本理化学研究所就成立调查委员会开始调查,4月1日发布调查报告,共11页。但由于有人指出小保方文章的遗传学分析依然有疑点,9月,理化学研究所又成立一个调查委员会。12月26日,第二次调查的报告发布,共34页。调查过程中,小保方晴子亲自重复自己的实验,但失败。调查报告详细说明了相关指控,并呈现了小保方晴子的自我辩护意见。

图10.小保方晴子在新闻发布会上

启示与借鉴

这三起学术不端事件都引起过广泛



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