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第22章 基础研究与发明创新(1)

一、基础研究是基础与源头

基础研究的内涵在于,在对自然现象的深刻细致的观察过程中,发现、认识、揭示自然规律,创造新的知识,获取新原理、新方法、新法则;基础研究的战略地位在于产出原创新技术,所以基础研究是前导、前沿、源头。以卡文迪许实验室为例,它在这方面表现得最为突出。

卡文迪许实验室130多年来一直是世界上最具有深厚科学底蕴的实验室,它诞生了麦克斯韦方程,为现代电磁学奠定了广阔的发展空间和基础,如果没有麦克斯韦交变电磁场概念,很难想象电磁学能发展到今天网络奇迹经济的辉煌。

正如J.C·麦克斯韦所说:“我们对传播和培育科学学说的责任,不仅要提供真实的科学原理,而且还要提供深刻的批判精神……”这是对700年剑桥大学一代又一代成功的科学家的经验总结,把产出科学原理和科学学说作为一种责任是卡文迪许实验室人才辈出的关键。所以。长期以来科学界就把卡文迪许实验室誉为:

“科学家的圣地——麦加!”

“培养人才的苗圃。”

以获得诺贝尔世界最权威的科学大奖为例,2004.年底在全世界9000多所大学中,剑桥获奖最多达到56人次,其中卡文迪许实验室就有25人次,占剑桥的45%。也就是说剑桥有一半的获奖者出自卡文迪许实验室。这是怎样的辉煌!

这是怎样的骄傲!

我们不会忘记1962年卡文迪许实验室5位诺贝尔奖获得者的名字:M.威尔金斯、沃森、克里克、J.肯德鲁、M.佩鲁兹,这几乎是一种奇迹。正是沃森、克里克、威尔金斯的基础理论研究拓展了分子生物学的发展空间,才有了今天的基因工程科学的广阔天地。这就是基础理论研究在生命科学领域突破的深远意义与现实作用。

今天,当美国企业家PCR扩增仪为美国赢得了几十亿美元的巨大财富时,谁还会想到1953年4月15日沃森和克里克刊登在《自然》杂志上的3000文字竞真的把整个地球撬动了呢?

这就是基础理论研究对发明创新弹奏的最动听的摇篮曲!

2005年6月美国计算机学会颁发了2004年度“图灵奖”,把该奖项授于了美国科学家VintonCerfand和RobertKabn,奖励他们在1973年创造的传输控制协议(TCP)。就是这个TCP才形成了今天的网络语言。它是Mosaic网络浏览器,赋予了20年后今天互联网“虚拟空间”的辉煌,因此才有了美国奇迹经济的世界霸主地位。其深远意义就在于:TCP和Mosaic用事实简明了计算机科学研究的本质,最大限度地将基本问题的认识与应用技术结合起来。这就是基础理论研究与技术创新最完美的结合,最成功的典范!

现代社会化大科学的形成,使各国出现了政府资助以大科学为主的基础理论研究态势。事实上,ENIAC是美国在第二次世界大战中军方经费资助的产物。1959年美国创立了国防高级研究计划署(DARPA),负责管理指导各种军事研究计划。在DARPA和美国科学基金会(NSP)的资助下,为美国信息技术研究提供了丰厚的资金。因此像IBM实验室和贝尔实验室,在IP电话和计算机领域才得以超过卡文迪许实验室,所以才有美国信息技术和经济奇迹。

《科学》杂志日前发表的评论指出,由美国政府资助的基金已经创造了今天的信息技术时代,改变了人们的生活方式,也创造了价值数百亿美元的信息技术产品。可见基础理论研究对应用技术与技术创新来说,是人类开创一个新时代和新知识创造奇迹的力量之源!

在基础理论研究与技术创新的过程中,至关重要的环节在于建立基础研究与运用技术间的桥梁。桥梁是什么?简单地说就是连结一条沟壑间的两个点的直线。从这个意义上去理解基础理论与应用技术的转换,就是找到两者间支点交变(效应)延伸的切人点,就是找到信息技术理论——巴丁表面能级支点的转化点,找到格罗夫CPU技术原型的肖克支点,晶体管放大——集成电路……

走在世界前列首先是发现基础理论,实现新知识创新领域的突破,把基础理论创新的丰富想像力和创造精神,不失时机地转化为应用知识,形成技术原理,再转换为技术原型不断延伸的企业核心技术。

事实上,如果没有50年前美国总统罗斯福的科学顾问万·布什向总统提交的报告《科学——无尽的前沿》,如果不是美国1957年受苏联第一颗人造卫星上天的促进建立了DARPA资助指导机制,如果不是巴丁表面能级支点在信息技术理论上的突破,世界进入信息技术的脚步就会明显推迟,今天的美国也不会成为信息技术革命的前沿和领袖。

可见基础理论研究是基础,这是无须证明的公理!所以卡文迪许实验室的主旨是:MagIIaOperaDominiexquisitwOmnesVoluntaesejus.——“主的作为,精深博大,凡对此感兴趣者,皆可发掘。”

这是刻在卡文迪许实验室新址橡木大门上、历经100多年成功的箴言!

所以才有汤姆逊的粒子、玻尔、卢瑟福的原子模型、威尔逊云室、波粒二重性、麦克斯韦方程、查德威克中子、爱德华兹和弗伦德凝聚态物理和DNA双螺旋模型的大发展。

J.C·麦克斯韦说:“我们对传播和培育科学学说的责任,不仅要提供真实的科学原理,而且还要提供深刻的批判精神……”

“剑桥的论文一出,三十年无人能超过。”所以A.B·派帕德骄傲地说:“新颖的想法和对研究的新颖的开拓这两方面的吻合,导致激动人心的成果大量涌出。在几年之内。卡文迪许实验室对于来自大英联邦的有抱负的青年物理学家有着极大的吸引力。”

世界一流科研机构——卡文迪许实验室成功的最深刻的启示就是,“新颖的想法和对研究的新颖的开拓这两方面的吻合,导致激动人心的成果大量涌出。”成果体现出了发扬求实的科学精神和十分注重基础理论科学原创的研究精神。

让我们在支点交变效应的创新法则中,注重基础理论。

自主地将基础理论研究拓展开来,再找到技术支点的切入点,并向应用技术延伸,转换成自主原创的技术原型.开拓创新,建立有核心技术的新企业大平台。创造出全新的产业群,突破专利壁垒,开创一个中华民族自己的科学新时代!

二、从美国IT业看基础研究的作用

基础理论创新是开拓一个时代创造力的源泉。

这在现代信息技术领域表现得最为突出。我们从美国IT业看基础理论对技术创新的决定性指导作用,就能更深刻、更具体地体会到它的启示与借鉴意义。创造品格并不是只有IT业涵盖深刻的基础理论,而是所有的技术领域都受基础理论的孵化与制约。对应用技术延伸的创造性,从托夫勒的浪潮理论看,一个世界性经济浪潮的突起,都是基础理论创新引爆技术革命的社会大变革的浪潮。

意大利文艺复兴给人类带来最伟大的科学革命。哥白尼的《天体运行论》……牛顿经典力学的划时代意义就在于,基础研究向应用基础延伸。牛顿的力学理论在当时有着普遍的应用意义。表现在惠更斯的钟摆,莱布尼茨0和1二进制,对世界第一台计算机的改造;胡克弹力定律、测量仪;库仑应用牛顿力学对电流大小的测定(库仑定律);赫歇尔应用牛顿望远镜应用制造反射望远镜……整个17世纪的应用科学都是围绕牛顿经典力学理论向周围辐射和向应用基础创新的延伸。可以说世界性的创造浪潮是以牛顿力学基础研究向应用基础研究延伸开始的。

然而,对这种创造过程的研究首先在美国兴起,并出现了沃勒斯的四阶段理论:西蒙的“信息处理模式”学说,吉尔福特的“人类解题模式”学说,奥斯本和戈登的“创造性解题模式”理论,奥斯本的“头脑风暴法”。20世纪美国创造学的兴起和美国ENIAC的诞生时间窗竟奇迹般的巧合。

1950年美国心理学会主席吉尔福特的《论创造力》讲演,曾震撼了一代人。就在这之前,美国军方悄悄孵化出了世界上第一台投入运行的计算机ENIAC。事实上,网络最早的存在模型并不在于ARPANET,早在五十年代小托马斯·沃森领导的IBM。企业的类型机的实质。就是最初的网络雏形——一台大型主机,连接着数台没有软驱、硬盘、处理能力较低的终端。这本身就是一个封闭的微型网络,它扮演着世界上首家电脑网络从实验室到企业社会的实验、应用、普及、运转模式。IBM实验室是怎样在IT行业超过卡文迪许实验室,这在IT业早期却是个谜,因为早期电学卡文迪许实验室始终领先于美国,这种超越逼使派帕德转移突破了超导、爱德华兹在凝聚态物理和光电子物理异军突起。美国《论创造力》和IT业的同步运作,肯定为后来美国电脑发烧友和电脑俱乐部的疯狂崛起提供了创造力的“头脑风暴”。创造了奇迹爆发的契机。特别是当巴丁表面能级(支点)基础理论为剪比特提供了微型放大器的技术原理,并转换成晶体管技术原型核心技术的有力武器时,格罗夫便带着“仙童公司”孵化的晶体管技术原型加入了英特尔的4004支点技术原型的创造和技术开发。

美国IT业辉煌的科学技术历史早期的记载是:一部《论创造力》,一项基础理论——巴丁表面能级(支点),转换成一种肖克晶体管技术原理。

一个格罗夫硅晶体管技术原型——集成电路——产生有竞争力的核心技术。

从理论支点通过支点交变效应转化为技术原理。再通过支点延伸跃迁到硅晶体管技术原型形成企业核心技术,这就是美国早期IT业主板晶体管集成电路萌芽的基础研究,向应用基础延伸,再向应用技术原型延伸、再延伸的现代高科技成功之路。当然,这里我们不能排除政府资金、实验室在促进新知识创造和培养年轻一代科学英才中的孵化、责任与贡献!这就是美国20世纪50年代前后重视IT业基础理论科学前沿、基础理论研究,在20世纪末收获累累,创造了今天信息时代美国奇迹经济并跃居世界领先地位的源与流。

基础理论研究在信息技术和创造新经济效益,开辟科学发现新领域中的重要作用,是由支点交变效应决定的。比如建立基础研究与运用技术间的桥梁,其本质就是找到两个支点的交变效应,达到力的放大效应。这是任何理论转化为任何相关应用技术的共同规律。

“成功播种成功!”这是派帕德的名言。

基础理论创新的成功,播种了相关运用技术的成功。

技术原理创新的成功,播种了相关应用技术原型的成功与威力。

技术原型的创新成功,播种了相关领域企业核心技术占有市场的成功。

于是美国的IT业就播种了微软、英特尔、苹果、思科、IBM、摩托罗拉、惠普……

于是美国的IT业就崛起了比尔·盖茨、格罗夫、乔布斯、钱伯斯……

于是美国的IT业就成功地领导了世界IT业潮流。

今天,当全球的竞争者都在竭尽全力提高创造能力,并信誓旦旦要挑战美国在高科技领域的领导地位时,我们在基础理论研究的前沿做好准备了吗?

那么,基础理论为什么是基础?

从支点论的视窗看完全是自然现象与科学本质“人法自然”的因果关系。这是支点交变效应的反映,因为支点延伸的本质就是,发现规律必然导致运用规律的认识与应用。任何一种自然规律的发现,都是一种自然现象转变为另一种自然现象的转折点,是遵循一定规律的变化过程的拐点、变点。由于大自然变化中这样的变点无限多,而变点与变点又是一个有机系统的运动过程,认识和发现这一过程的来龙去脉并说明白,这就是发现规律。发现规律的过程向运用规律转化,就是应用支点交变效应规律实现支点延伸的突破。实际上就是利用自然现象与自然现象变点的转折。去创造一种与这种自然现象变化规律相宜的装置或前所未有的新产品。

这就是技术原理向技术原型的跃迁,这一跃迁完全是以科学原理为导向的。这种技术原理又完全是从相关基础理论支点脱颖而出,并不断延伸的结果。所以用量子力学去认识表面能级理论的(支)点分布,就能发现巴丁的理论,用巴丁的理论就会导向并自然转化出肖克的半导体技术原理:肖克的半导体技术原理的应用,必然转换成格罗夫的晶体管放大技术原型——形成企业核心技术。这就是IT业基础理论支点交变效应最成功的典范。

也就是说:从自然现象的支点交变效应。发现一种基础理论——从基础理论导向运用支点交变效应,转化成为一种技术原理——从技术原理的支点交变效应运用过程,跃迁到对应技术原型——形成企业核心技术。

技术原型——核心技术——形成专利产品,走向市场,占有市场……

这就是基础研究向应用基础延伸。由于自然现象的千变万化产生的自然现象的变点和转折点的无限多,所以向应用基础延伸也是不受限制,它的方向也是无限多的。这就是为什么IT业产品总是变化无穷的原因;这也是IT业能从单个计算机的每一个终端,视作一个点,点与点连接能形成网络的原因。这也是思科路由器的切人点……

也许有读者会提出这样的问题:

为什么IT业首先在美国诞生,并且美国能跃居世界IT高科技产业的领导地位呢?

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