书城自然原创技术发明方法:自主创新源泉
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第18章 发明捷径(2)

四、科学史实的证据

支点有“点石成金”的效应。所以支点在科学发现与技术发明的实践中显得异常神奇,常常表现出偶然性的神奇。 支点延伸是一种法则。它来源于支点交变效应,是自然运动现象普遍联系的相关变化规律的延续。3000多年来,科学历史大量事实的证据把阿基米德的支点法则“尤里卡”,把支点创新力学说,用不成文法固定下来。用今天高科技的实验语言说是:顿悟。支点即顿悟。科学发现事实最典型的证明是苹果落地,牛顿感悟到万有引力;爱因斯坦想从地球上跳下去感觉不到万有引力——顿悟,突破了狭义相对论,以等效原理支点实现了广义相对论突破。在技术发明的王国,“点石成金”和“支点交变效应”的证据也随处可见。

前面讨论过电学应用从奥斯特到巴丁奇迹经济的辉煌。

下面我们就从1900年普朗克E=hV公式叩开量子力学大门开始.看一看支点是如何在短短的100年时间里,用支点延伸使量子力学成为统领各个科学技术领域的“神”。

从上面的科学发现与技术发明的支点延伸中,不断产生新的科学门类并向同一纳米方向深入,这是为什么呢?因为大自然中所有自然现象本身就是纳米结构的,本不是我们人类创造了纳米。所以,“量子力学”从大自然原初状态就统治着一切自然现象,人类在20世纪才发现这一秘密是人类认识进化的必然。我们从支点交变效应的观点可以看出,量子力学在各个科学技术领域占有统治地位。也就是说,1900年这个时间,标志着科学与技术的所有学科都向原子、分子、粒子微观研究方向发展。在五大分支中,分子生物学、纳米技术、计算机信息、宇宙天文学(卫星技术)、核物理学……的量子力学支点无处不在。

1900年德国物理学家马克斯·普朗克为了解释“黑体辐射”很突然地发现能量是以能量包,不连续地一小包、一小包辐射的,并提出普朗克公式:E=hv。量子理论效应导出了基本粒子的微观界面,使20世纪科学技术产生了天翻地覆的大变革。所以亚伯拉罕·巴伊说:

“量子理论的提出在科学史上占有特殊的地位,因为它不仅显示着新的概念已经形成,同时还表明旧的原理应当让位或者进行修正。”

虽然旧的原理无法让位(比如牛顿的经典力学并不因为相对论的诞生而在大质量、大尺度、低速度运动领域中让位),科学技术没有推倒重来的法则,但是,从20世纪开始几乎所有科学技术都不得不受量子理论的统治;都把自己的前沿推进到原子、分子、基本粒子——量子的维度中,去求解科学发现与技术发明的新进展的深层次难题。所有科学技术历史的事实都证明,量子理论作为一个大科学诞生的支点,已经在支点延伸的一次又一次突破中,统治着物理学、分子生物学、计算机信息、宇宙天文学(卫星技术)、核物理学……量子(力学)作为一个支点,绝对权威地显现出支点延伸的威力和撬动地球的力量之源。

明天,我们还将看到量子理论科学技术支点,显现出支点延伸巨大威力的无数证据诞生!

五、捷径——找到支点延伸的切入点

我们说科学发现的捷径是支点延伸!

我们说技术发明的捷径也是支点延伸!

在科学发现的经典物理学时代,最伟大的物理学家牛顿说:“我之所以比别人看得远一些,是因为我站在许多巨人的肩上。”

这句富有深刻哲理的名言,用中国唐朝大诗人王之焕的诗——《登鹳雀楼》中的两句就能理解得更清楚,更明晰。

“欲穷千里目,更上一层楼。”

今天,虽然物理学已经进人量子力学统治的时代。可牛顿给人类留下的宝贵财富仍没有用尽用完。在天体力学中.牛顿的知识遗产还在闪耀着历史超前的光芒。“波粒二重性”使牛顿最早提出的光的粒子学说得到了重新认识。今天的反射望远镜光学系统,仍然是以牛顿发明的反射望远镜技术原型和光谱为标准。牛顿在自己家乡和兄妹一起玩的三棱镜色散,成了天文学光谱分析和开普勒仪的原理;牛顿和哈雷的配合,以哈雷彗星的准时出现给经典力学留下了天体动力学的宝贵遗产;牛顿留下的“引力常数”只有等待卡迪文许用“扭力天平”来精确求得……这里很多科学家与技术的求解与证明的确是在牛顿已经离开我们以后出现的。我们用这些事实与证据旨在证明科学巨人(包括发明家)在自己的发现、发明、实践、经验、知识的累计中,都存在着一个或几个巨人缺口。这些巨人科学技术缺口,正是后来者支点切入的最佳、最理想的“支点交变效应”点。只要找到这一缺口。就能以最短距和最快速率先实现支点的二次突破,完成一项重大发明或发现。这就是捷径。

发明捷径——让我们看一看下面的实例:

1838年电报——奥斯特“电磁感应”支点孵化为技术原型.由莫尔斯在库克电报机的缺口之上切入(支点)完成,进入实际应用。

贝恩在莫尔斯电报机的技术原型与原理启发下,设计了钟摆式装置,完成了粗糙的传真机的技术原型。

英国传真机的技术原型是克威尔切人贝恩的传真机,用相对运动原理进行支点切人,完成了触针固定筒扫描系统,用提高圆筒转速来加快发送和接收信息速度。1883年保尔·尼科夫从女孩子玩1米格子填字的游戏中顿悟,开创了用有规律的图文分成众多细小的“像素”再逐个转换成电码发送或接收信息,改造成新的技术原型,使传真机从文字的传递接收信息,扩大到图表、照片,完成了现代传真机的技术原型的创造。

同样瓦特的蒸汽机技术原型是在钮康门蒸汽机技术原型的支点缺口切人的,增加了冷凝器……

光谱分析是1834年以本生灯为支点缺口,由基尔霍夫切人的,只加入了一个三棱镜,就使他发明了能分开光谱仪器的技术原型。法拉第把煤焦油放人容器后加热蒸馏,开创了蒸馏技术原型的分离法。1834年德国科学家伊·米希尔里希切入法拉第蒸馏技术支点,分离******和石灰的混合物,得到了苯,开创了有机化学的新时代。

法国园艺学家约瑟夫·莫尼埃利用水泥制作了大花盆。

用于栽培高大的植物。一次实验不小心把一个大花盆碰落在地。他惊奇地发现,大花盆只裂了缝,并没有粉碎;经观察发现是盘根错节的植物根系,保护了大花盆没有粉碎开裂。

对此,莫尼埃突然顿悟,在制作大花盆时,中间放了一些网状的铁丝,自此大花盆就变得坚固耐用。1867年的一天,有一个建筑师的朋友M到莫尼埃家里,看到莫尼埃的大花盆.他给朋友讲了大花盆的故事,经朋友的启发莫尼埃把花盆支点切入、转换到建筑行业,实现了支点延伸。1875年,在莫尼埃亲自设计主持下,建成了世界上第一座混泥土桥梁。

——这是自己在自己的技术支点上切人,实现支点延伸的二次突破的典型案例。

爱因斯坦在发现了狭义相对论后,用十年时间深入研究广义相对论,突然有一天他想到:如果自己从地球上跳下去感觉不到引力,从而顿悟,并在自己的支点上切人,发现了等效原理,独自完成了支点的二次突破,最终发现了广义相对论;这是最典型的支点延伸和自我突破案例。

大家可以利用本书附录发明家支点索引中的每一个案例去深入分析、认识技术发明的捷径,从而找出支点延伸切入点的规律。

六、延伸,再延伸!

延伸是自然的属性。一种自然现象转换成另一种自然现象就是支点、变点——转折点。转折必然延伸,延伸必须转折,这是自然现象转折延伸的普遍规律。这种大自然的属性运用到支点理论中,就是支点的延伸。因为自然现象是千变万化的,在自然现象千变万化的运动过程中,人类还有许许多多的变化规律没有认识和发现,这就是我们强调的隐性支点。未知的隐性支点,为我们未来的科学发现与技术发明提供了广阔的发展空间。技术创新就是发现这些隐性支点和在已有的技术原理、技术原型的基础上,找到前沿支点,创造出新装置、新产品;只有在激烈竞争的夹缝中找到自己所需要的跨时代的支点切人点,才能找到自主创新的宝贵源头和辉煌的光源。

对于支点延伸的切入点,在历史上大科学家早有感悟。

1854年12月7日,巴斯德在立耳大学新设的理学院举行庆祝典礼时说:

“你把一个马铃薯放在一位青年的手里,他的好奇心就被手里的东西唤醒了。他立刻会想到,用马铃薯来制糖,用糖来制酒精,用酒精来制醋……你只须亲手分析过我们所呼吸的空气,亲眼观察过空气里面那些元素的性质,就永远不会忘记空气中含有的东西。”

这里讲的是什么?这里讲的就是支点延伸,再延伸。

用手中的马铃薯来制糖……

用糖来制酒精……

用酒精来制醋……

多么形象,多么逼真!这就是从马铃薯找到一个支点——制糖的技术原型延伸,再延伸;一个又一个支点——

制糖的技术原型延伸一一制酒精的技术原型再延伸——制醋的技术原型……只要能找到支点的切入点,就能延伸,再延伸!这里面支点延伸的流程是多么简单啊!

马铃薯——糖一一酒精——醋……

从这一技术发明支点延伸的流程,我们对延伸、再延伸的哲理能够深入领会、一目了然。它概述了一切科学发现与技术发明的普适法则。

也许有人会说:马铃薯——糖——酒精——醋……的支点延伸是作坊式的技术发明,是小儿科。然而,正是这种小儿科的支点延伸才体现出支点交变效应原理,才出现了巴斯德这样建树辉煌的伟大科学家(巴斯德就是从酸啤酒中发现了微生物大学说)。事实上,支点延伸、交变效应无论在任何科学、技术领域中的大发现、大发明。还是小发现、小发明,都有同样的“点石成金”和撬动地球的巨大力量。

事实上,现在世界上成就最显赫、最著名的卡文迪许实验室的建立,同样是在一个又一个支点延伸的切入点上,走向自己的无限辉煌的。1789年,卡文迪许注意到他的朋友莱维兰-约翰·米切尔设计了一台尺寸相当大的仪器——

米切尔生前想用它来测定地球的密度,来设法解决使小质量的物体对引力灵敏,但是这个仪器在他去世之前不久刚刚制作好,他还没来不及用它做任何实验。米切尔去世后把这台仪器送给了卡文迪许。这就是经过卡文迪许在米切尔支点切人修改的整整占了他住宅一间房屋的“扭力天平”。利用扭力偶来测定大球对小球的引力,根据米切尔仪器的尺寸和地球的周长,并以一个公式,以及两个变量,计算出地球的密度和牛顿的引力常数——卡文迪许测得地球密度是水的5.48倍,与现代用精密仪器测定的5.52倍几乎相等。这就是大科学大实验室利用支点延伸最成功的案例。

用现代科学技术研究的团队精神解读支点延伸的形式主要是合作。正如N.F·莫特所说:“如果看到一个问题和一个合作者,并且感到我们能一起做些什么事,而我在这些事情上又有短处,那么这个合作者可以是任何国家的。”

沃森和克里克密切合作发现DNA双螺旋是分子生物学领域最烩灸人口的案例。沃森和克里克无论在性格上还是在专业与非专业研究上,都是最完美的互补。仅仅在物理学领域。以这种支点交变效应合作方式,卡文迪许实验室产生了一代又一代精英。最著名的科学巨人:如,麦克斯韦(理论方程)、瑞利(电标准测量)、J.J·汤姆逊(发现电子)、卢瑟福(元素人工嬗变、建立加速器)、W.J·布格(DNA双螺旋、电天文学)、莫特(超导、表面物理、非晶体半导)、派帕德(凝聚态物理)、爱德华兹(光电子物理)、弗伦德(有机聚合物发光半导体),等等。延伸合作造就了25位诺贝尔物理学奖获得者,所以A.B-派帕德无比骄傲地说:

“历经一个世纪之久但辉煌依旧的伟绩耸立在我们的背后,我们的知识遗产是无与伦比的,但无人会满足保持这个传统,发展传统这副担子就落在我们所存在的卡文迪许实验室工作的人们的肩上。”为什么派帕德强调“发展传统”?因为传统就是承上启下;从支点的视窗看,就是支点的延伸,再延伸!人类科学技术创新史上,任何成就都是一种传统延续的成果表达,历史就是从一个支撑点跃迁到另一个更强有力的支撑点的无限推移、发展、进化。所以历史才能不断增加全人类深厚的科学技术文化底蕴。一种最优良的传统(延伸。再延伸!)就是创新的源泉与创新的方法。所以派帕德反复强调,他说:

“对传统做法的延续,有时是保持传统的最简单的方式,但是它不是无误的处方。伟大的传统来自任何时候都能判断出什么才是正确的持续努力,以及坚忍不拔地确保它得到执行。”

用支点论去理解派帕德的传统延续无疑是支点延伸。再延伸!“要坚忍不拔地确保它得到执行”,就是任何时候都能判断出并找到支点延伸的切人点,巧妙地把握支点延伸,再延伸!