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科技创新的思维方法http://column.bokee.com/67152.html
作者： 范良藻 | 2005年03月20日21时00分 | 【内容提要】 （作者简介：范良藻，中国科学院力学研究所。51年进入清华大学物理系，56年在中科院做研究生，师从钱学森。80以前从事基础研究和应用基础研究。80年后奉命创建中科院第一院办公司——千帆公司，85年奉命创建深圳科技工业园。） 人们只能通过自己的实践和人类的实践去认识客观世界。生而知之，生而能之的科技大师是不存在的。在宇宙中，我们已知的东西，比未知的东西，总是太少、太少，我们每个人所会、所知比人类已经掌握的知识犹如沧海一粟，无论你是谁从这样的视角看科技大师，就会拉近普通人和科技大师的距离，就不会觉得高不可攀。 １９５７年秋，李政道和杨振宁荣获诺贝尔奖，当时就有人断言，在中国这样的条件和环境下，是培养不出获诺贝尔奖人才的。对此，钱学森先生说：“世界上任何发明创造都是可及的，不是不可及的”。是否可以理解，钱先生不同意这样的断言。 最近几年的媒体一直在议论，为什么中国培养不出自己的科技大师﹖中国的科学家什么时候才能获诺贝尔奖对于这些只关心结果，不关心过程的功利主义色彩浓厚的提问，我们不妨换一种说法：科学研究的发明创造的过程有没有共同的规律可循﹖科学大师除了天赋以外，有哪些异于常人的特点，这些特点有无共性﹖这些共性和创造过程的共同规律又有什么样的内在联系。这样我们可以分清，哪些是科技大师主体的内在条件，哪些是和这些内在条件相生相克的外部条件，这对科教兴国、人才强国的国策是一个值得研究的课题。 很多人祟拜爱因斯坦，却少有人通晓爱因斯坦对自然科学的认知哲学。科学上面是哲学，哲学上面是宗教——是信仰。也许科技大师们异于常人的一个共同之处，在于他们都有相似、相通的科学哲学观。科学和哲学的根本区别，在于科学上所有的认知，都必须接受实践的检验才能得到确认，科学应该接受哲学的指导，又必须和哲学严格区分。马克思说：“一切科学都是历史科学”，回答发明创造过程中有无规律，回答科技大师有哪些异于常人的特点；也必须回到历史的回顾中去，去寻找智慧，去寻求答案。 人与自然 人通过观察了解自然，通过科学实验再现自然，通过思维，抽象出能反映自然本质的科学原理和由科学原理组成的自然科学体系，建立起人和自然对话的桥梁。必须指出，这个由人创造的自然科学体系应该是自治的，却不是封闭的；是合理的，却不是完美的，这样才能为科学的发展留下空间。 理论和实践 任何实践，都是时空座标上的一个点，它反映事物和个性，虽说个性中隐含有共性，但是表面现象和本质之间并不存在必然的逻辑联系，科学家的最高使命是寻求对自然现象都有效的普遍定律。这种寻求离不开现象世界，离不开科学实验，也离不开科学家的抽象思维，这样，人们才能从了解自然、再现自然，达到演绎自然、预测自然的高度。从总结电磁学实验出发，获得了Ｍａｘｗｅｌｌ方程组，预言了电磁波的存在，开辟了无线电世界的广阔天地，就是显示出理论巨大威力的一个光辉范例。人类经过５０年苦苦求索，只是在焦耳实验给出了热功当量后，能量守恒定律才得以完整地表述，这两个例子分别说明了理论的伟大和实践的重要性。 科学和假设 当科学实验发现光电池的光电效应与光强无关，光电子的逸出只有在光波的频率超过一定值时，光电效应才产生，当时人们还不知道光波和电子能量的交换必须是量子化的。 爱因斯坦从逆向思维出发，爱因斯坦之重大贡献，在于一个尚未得到物理学界公认的黑体辐射的粒子学说的假设刚刚问世，就用光波的粒子性解释了光电效应的谜团，写出了光电效应公式ｈμ－Ｗ＝Ｅｍ。 Ｅｍ是逸出电子的动能，Ｗ是光电材料的逸出功，μ是光波的频率，ｈ是普朗克常数，ｈμ名为光子。就是这么一个简单公式开辟了光电子科学的新篇章，并荣获诺贝尔奖。并同时使普朗克的假设再一次得到了验证。踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫是祟拜爱因斯坦的超级智慧呢﹖还是看到科学实验、科学假设、理论的抽象这三驾车完成了科技创新的思想飞跃﹖ 光电效应如此，狭义相对论也如此，其他各式各样的科技创新的认知哲学大凡也如此。科技创新不是闭门造车，不是踩着模仿的脚步亦步亦趋；更不是科学家随意的天才创造，科技创新是有规律可循的，同时它也是时代的产物，迎接那些即将出生的时代产物，是科学家的天职。 光荣和梦想 ５０年来，不少青年学子，由于崇拜爱因斯坦走上了科研之路，期望能有朝一日成为科技大师，以满足自己的雄心壮志。尤其在１９５７年李政道、杨振宁荣获诺贝尔奖以后，更成了此后中国几代青年人的“光荣和梦想”。 人们祟拜爱因斯坦是祟拜他的名望、地位，还是崇拜他的智慧和对人类的巨大贡献，如果是后者，就应该悉心研究他的著作，从中获得有益的借鉴，提高自己研究工作的水平。把科学家看成是人，科学家就是一个可以学习的榜样，把科技大师看成是神，就阻碍了走向科技大师的道路。 １９世纪末，当测试“以太”的一切努力都宣告失败，杜绝了绝对时空的设想，才为“光速不变原理”的假设铺平了道路。狭义相对论不是人类智力竞赛的里程碑，它是时代的产物。没有爱因斯坦，会有彭加莱，会有洛伦兹。不是谁想当爱因斯坦都能当得了的。 时代不同了，社会对科学家的期待也不同了，当丁肇中博士准备把一个几十吨的大磁铁扔向太空去探索暗物质和暗能量的时候，我们中国科学家为何就不能去设想，制造自己的航空母舰来保卫我们的海疆；大力发展风力发电，抵挡滚滚而下的黄沙侵蚀我们的土地；开辟通道向珠玛朗玛峰要水，来灌溉新疆和大西北；加速宇航开发，向宇宙深处要能源。２３００年前奏始皇都有修建万里长城的勇气，２３００年后的今天，中华民族为什么就不能利用科技的力量重新安排山河呢﹖ 探索和自由 早在奴隶社会罗马元老院内就有Ｄｅｍｏｃｒａｃｙ民主一词。民主一开始是属于少数人的，随着社会进步才逐渐扩大，随着民主的逐渐扩大，社会才不断进步。在高等学府和科研院所内，如果没有学术民主，科技何以繁荣所以一定要反对学阀、学霸、以权势压人的学术垄断，要给科学家营造一个学术民主的周边环境。 但是自由更重要，它是一切生命最原始的呼唤我们讲学术自由是指探索的自由，在科学研究这条大道上，任何人都不能代替别人去思考，科学研究从来都属于科学家的个人创造，是不能搞人海战术的。科学研究是人和自然的对话，是和无言的上帝对话，谁又能替代普朗克去发掘蕴含在黑体辐射中的量子论呢﹖ 我们现在老要追问自己，什么时候中国人能获诺贝尔奖﹖这难道很重要吗﹖能改变我国仍然是发展中国家的现状吗﹖这种害怕枪打出头鸟的心态，这种“中庸之道合理”的儒家哲学，会断送中国科学家的创新精神。没有意气风发的独立思考，没有自信自强的精神状态，任何科技上的重大发现，都不会属于我们的，所谓善待知识分子，重要的是：给他们学术自由的创新空间，给他们一个学术民主的氛围，给他们一个公开、公正学术评价体系，和一个公平竞争、同工同酬的工作环境。 科技和创新 科技创新，关键在一个“创”字，去做前人没有做过的事，以达到另辟溪径、缩小差距、后来居上的目的。这就是科技创新应有的科学发展观。中国的资源有限，事事都创新，既无必要，也无可能，因此为何创新，怎样创新，创什么新，实在有理清的必要，有所不为，才能有所为，需要有明确的政策规范。 １、科技创新的源泉 科技创新的源泉来之于社会需求，不同的国家，不同的社会，不同的时代有着不同的社会需求。研究这种潜在的社会需求，是科技创新的源泉。科学家要关心社会，要关心人民。科学家要去研究什么是社会真正的潜在需要。 如果我们是一个关心城市交通的科技专家，我们就应去设计一辆只有两公斤重的由复合碳纤维高强度材料制成的可折叠的随身携带的自行车，作为城市公交的中继和补充。当第一台样机出现以后，这个城市就会疯狂因为它将为世界每年带来一个上百亿美元的新兴市场，又解缓了城市交通的堵塞，这也许是一个不切合实际的梦想，但是我劝大家相信，一旦梦想成真，大家就会反过来夸奖我们是如何有先见之明，无独有偶，英国的科学家最近已推出一款只有５公斤重的可折叠的轻便自行车。 第一个吃螃蟹的人要有风险意识。有没有风险意识取决人们对事物有多少了解，才可能知道风险有多大，风险在何处，最后才能决定自己敢不敢冒风险，这取决人的眼光，如果两年前，我们提出这样的开发项目，中关村的老总先生们敢投钱吗﹖如果说，我们现在手上还有上百亿美元产值的项目，有技术，有资源，有市场，有超额利润，他们也是不敢相信，不敢投钱的。宁可信其无，不敢信其有。为什么，因为我们都是同类，我们相互之间太了解了。既是同类，异化不够，就难以裂变。这是中国科学家的悲哀，也是中国企业家的悲哀。但随着时代的进步，科学家少一点书生气，企业家能多一点书香气，情况就会有一个根本的转变。我们不应互相埋怨，这是几十年计划经济给我们带来的软弱。向前看，只有市场经济才能救中国。 ２、没有继承就没有创新 科技创新不是随心所欲，任何发明创造都是在发掘矛盾、解决矛盾的过程中浮出水面的。没有模拟讯号的彩电，就没有数字化高清晰度彩电。没有牛顿力学，就没有相对论力学，科技创新不过是社会进步的脚步声，它和人走路一样，也是一步一步走向前的。如果我们用平常心看待科技创新，社会就会进步得快一点，就会有更多人参加科技创新的队伍，会有更多人去研究科技创新的规律。 我们在进行任何一项科技创新时，首先需要了解前人做了哪些工作。没有前人工作的铺垫，那岂不是石头里炸出来一个孙悟空吗﹖天下就要大乱了。没有孔子，就不会有孟子。没有诸子百家，就没有秦始皇焚书坑儒。没有原子弹，就引爆不了氢弹。人类的科技创新，也像天体演化那样，一幕又一幕按规律在历经，其中也有偶然性，但是历史发展的方向是不会变的，因此对科学家来讲，更重要的是要知道演化的规律，从规律的承前启后中选定适合自己能做的科技创新的内容。 ３、创新过程的一般规律 对比：没有对比，就没有差别。通过对比，发现差异。找到差别来源，制定趋利避害的方案，科技创新的全过程就是不断对比、不断修正的过程。 如果你不熟悉电子学，却急需修复一台有故障的电子仪器，不妨打开一台能正常工作的完全相同的电子仪器，用万用表同时测试两台仪器各个部位的电压分布，你就会很快发现电压分布的差异所在，确定受损的部位，进一步找到受损的元件。 推广：由于伽利略座标变换不满足光速不变原理，爱因斯坦重写相对运动惯性系之间座标变换公式，使其满足光速不变原理，得到了洛伦兹变换，同时在惯性系相对运动速度远小于光速时，洛伦兹变换就蜕化成伽利略变换，这是一次有严格条件限制下的推广。指出了钟慢、尺短，质增的相对论效应。用推广的方法建立新学科者亦有之，如唯象理论非平衡态的热力学的建立，就是这样一个例子。 联想：当发现介子和介于寿命半衰期异常，杨振宁、李政道推出了弱相互作用下宇称不守恒的假设；吴健雄立刻有了一个联想，是不是所有弱相互作用的基本粒子，字称都不守恒呢﹖反过来验证李、杨的假设是否普遍有效。联想是跳跃性的思维方式，在认识哲学上具有更高的层次。 尤其在知识经济时代，科学家是依靠自己的科学知识体系，依靠科学实验方法和有效的思维哲学来征服世界的。科学家的成就固然依赖于个人的天赋和勤奋，但更为重要的是思维哲学所带来的科学直觉和眼光，这大概是科技大师和一般科学家不同之处，本文在回顾科技创新历史的同时，提出了科技创新的思维方法，这有助于科技大师的孕育。除去对比、推广、联想这三部曲，还有没有其他对客观世界的认识方法呢﹖本人５４的年科技生涯，从一无所知到略有所知，经历了漫长的认知过程，难道这一漫长的认知过程是不可避免的吗﹖非要到了六七十岁才知道这些并不深奥的道理吗﹖这不是嫌太晚了吗﹖还有什么用呢﹖希望今后的大学教育，科技大师在授业的同时也能传道于天下，中国科技的发展速度就会加快。 大学的基础课是人类知识宝库的地基，轻视基础课，认为是老生常谈，是因为不懂得这些知识宝库的来龙去脉，只好照本宣科了。不是科技大师讲不好基础课，就是这个道理。一个大学基础课讲不好，只授业不传道，这个大学就培养不出科技大师来。 |