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）