创新是科学家、工程师和能工巧匠共同的事

来源:文汇报 2014-11-28 金涌

  创新能力是国家竞争力的主要体现,一个国家的经济实力、国防实力、民族凝聚力、综合国力取决于科技水平,科技水平取决于人才素质,人才素质取决于创新能力,创新是社会内生要素,不能靠外部的转移。

  科学发展至今,我们可以得到的经验是——一流技术是市场换不来的,我们和大众合资建了3个中国最好的汽车厂,大众二三十年没给中国带来一款新型汽车。上世纪80年代我国购买了120条电视生产线,彩管需要进口,电磁箱技术要进口,但现在电视已经平板化了。可见,一流技术买不来。

  2005年,美国科学院的报告《站在风暴之上》指出,由于高知识的全球扩散及低成本劳动力的出现,美国的伟大受到侵蚀,只有通过技术垄断、知识产权、环境门槛来保护其优势。人才竞争现在是国家间竞争的主要形式。

  2010年,美国科学院、工程院、医学科学院三院院长联署文件,再次强调这些观点,并给国会提交报告《迎接飓风》。

  金融危机以后,美国制定了一系列政策,要重新夺回高端制造业的实体经济,对科技创新给予很大的重视。英国的一项统计显示,2013年我国专利60万件,明年将达到200万件,已经是世界第一,其中80%是中国人自己申请的。这意味着我们已经具备了一定的创新能力。

创新不需要昂贵设备,也不是只存在高深之处

  2010年,英国的两位教授安•海姆和康•诺沃肖洛夫因为发现了石墨烯而获得诺贝尔奖。其实当时,他们并没有好的实验室和实验设备,他们只是把胶带粘在石墨上,然后拉开,在反复粘贴拉开20~30次后,形成了厚度只有300万分之一毫米的完美的单层石墨,也就是石墨烯。1940年,有物理学家预测有二维晶体,直到今天得到了证实,依然没有复杂的设备。

  可见一个人只要有创新意识,无论知识水平、工作条件如何,都能做出巨大的贡献。中国有一句话:实际创新就是一层窗户纸,捅破了便豁然开朗。

  创新也与年龄无关,很多诺贝尔获奖者是在20多岁和自己导师一起获奖的。

  而工程创新和科学创新不同。自然科学创新中,新的发现与原有的发现是互相包容、并行不悖的。比如经典力学没有被量子力学否定。但工程创新是极端残酷的——一个新技术会把老技术毁掉。

  20年前,柯达、富士、凯乐主宰了全球的影像胶片。当时柯达投资1美元可以赚70美元。其实,当时柯达已经发明了数码相机技术,而且在这方面有1000个专利,但它都雪藏起来,认为做胶片赚钱快。有富士先做了数码相机。到2011年,胶片完全退出历史舞台,富士转型成功,发展了液晶电视、制药和新的照片技术,但柯达虽然有1000项数码相机专利,却因落后的思想在2012年宣布破产。

  创新极端重要,工程创新要求更高,不但要有创新思维、想象力、思辨力,而且要恰到好处。不是最复杂的就是最好的,同时还要有经济头脑。例如,上世纪60年代美国和前苏联星际争霸。前苏联当时的技术很先进,设计了1000万磅推力的火箭,可是有32个喷嘴,太复杂,三次实验耗尽了大量的资金失败了,因为32个喷嘴,只要有几个不工作就完了。而美国的设计喷嘴只有150万磅推力,4到6个喷嘴,于是成功了。所以,工程创新有自己的特点。

  什么是创造力?创造力是艺术和智力的结合,或者说创新是有结果的白日梦。创造需要4个要素:我们如何来培养创造力?一个人可以很有知识和经验,可以是百科全书。但是创造却需要天才,智力高的人不一定有创造性的成果。创造力就是一种人格素质,是一种能力,是想象力、联想力、观察力等一系列的能力。这些能力不是天生就具备的,一个高智商的人主要表现在数学分析能力、空间判断力和逻辑分析和语言能力,这些能力可以后天有意识养成。

  创造行为可能发端于微末之处。举个老例子,第一次世界大战,俄国制作潜艇需要光学玻璃,向英国买了一个专利,只有一张纸的内容。关键就是如何去掉粘稠液体里的气泡——就是搅拌,强烈的搅拌可以去掉气泡就能得到光学玻璃。美国人为此事编了个笑话,航天局用十年时间,花费数十亿美元开发了一种在无重力条件下不漏水的记录笔。但是有人问,俄国是怎么办的呢?他们一直用铅笔。这说明,创造力不是都存在于高深的地方。

出色的逻辑演绎好归纳能力都不能培养出创新

  创新是一个思维过程,是思维方式认知过程,思维和认知有三次变革。杨振宁到清华半年后,在一次教授会议上说到,我来清华后,发现每个老师都知识渊博,把自己的课程用金丝编成笼子,把学生扣在里面,逻辑缜密,再调皮的学生也跳不出去。这样好吗?不好。这样摧残了人才,学生没有思维的空间。

  这种完全靠逻辑演绎的教学理论应该是演绎法,也就是亚里士多德的演绎法,还有如培根的归纳法:从里层不断归纳总结提高,上升到普遍规律,其中一个方法就是案例,例如做手表,我可以说甲工厂、乙工厂和丙工厂手表的特点,在学生创业时,可以从三个工厂吸取好的再加上自己的创新思维,做出更好的产品,这就是归纳法。

  那么爱因斯坦的相对论是如何创造出来的呢?既不是演绎也不是归纳,是一种直觉顿悟,非理性的逻辑思维,非归纳,非思辨,从瞬间的感悟到领悟“跳跃”到事物未知部分的那种能力,这种能力就是高一等的能力。实际顿悟中国早就有,中国的佛教禅宗到6世祖便分裂了,南宗强调顿悟,北派强调渐悟。到底有没有所谓的顿悟呢?高斯19岁便完成了2000年的难题,用圆规和直尺作图画出正17边形,并要求把这种作图方法刻在他的墓碑上。在他9岁时就做出1+2+3+……+100等于5050。认知过程需要大家学点哲学,哲学思维可以帮助我们创新。

  爱因斯坦说:想象比知识更重要,一个人可以没有知识,假如没有了想象力就完了。想象力也是抽象思维能力。

  第二种能力是联想力,因为蝙蝠而发现雷达,这就是联想。哥德巴赫猜想是怎么来的?哥德巴赫给当时更有名的数学家写了一封信,认为凡是大于5的奇数都可以拆解成三个素数和。比如7可以拆解成3+3+1,17可以怎么拆……。他把这封信写给欧拉以后,欧拉给他回了一封信说,我联想到大于4的偶数都可以拆分成两个素数的和。比如6可以拆成1+5,8可以拆成3+5,那么,这样就组合成了一个哥德巴赫猜想的命题。

  联想力也可以错位,那就是歪打正着。有一位科学家要发明一种强力胶水,研究很久后得到了一个产品,这种胶是很黏,可就是不干。他就扔在桌子上不管了。他的一个同事每个礼拜要去唱诗,要在歌谱上做个记号,他就拿这个胶贴了个便条,后来这个成果被美国3M公司收购了,发明了自粘性便条纸。

  要富有创造能力,首先要有观察力。一个人对客观事物没有敏锐的观察力,谈不到创新。一个科学家,重大的发明家,他一定要有坚持下去的毅力和执行力。还有就是要有耐受力,要经得起风雨,经得起挫折。

创新还需要能工巧匠

  创新不仅仅是科学家、工程师的事情,它离不开能工巧匠。现在美国要振兴美国的制造业,就提出要培养三百万个能工巧匠。能工巧匠在历史上就发挥过很大的作用。

  15世纪时,海上航行没有GPS,怎么找到方向定位呢?

  可以根据纬度,因为北极星正对地球,只要测量地轴的夹角就可以得到所在地方的纬度。可是要知道经度,当时的方法就是看时差,每差15度就是一个小时,那么就要保持在出发港的经度,然后再加上出发港的时间,航行到目的地时看表,就可以知道当地的时间,当地的时间如果是12点,但船上的表是11点,那说明离出发港已经走了15度。但是当时的表在温度、湿度、重力和不断颠簸的情况下,很快就不准了。一旦表不准,那就找不到方向,就可能发生海难。英国有个非常厉害的木匠哈里森,做了一个很大的航海钟,三个月以后,这个表只差5秒钟。正是由于他,才成就了英国三百年的海上霸业。所以他受到女王的恩宠,当了爵士。

  其实不管是科学家、工程师还是工匠,实际上是三位一体的。德国的技术专家,从来都是工程师和科学家同时培养的,这也是我们现在应该做的事情。

  (作者系中国工程院院士,清华大学教授。本文根据作者在华东理工大学演讲整理而成)

2014年11月28日 16:06:52  清华新闻网

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