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美国技术创新发展史对当今创新发展的启发 精选

已有 5094 次阅读 2018-3-4 15:36 |系统分类:观点评述

技术和创新,技术的创新和企业的创新

1890年代的美国,用马拉车是城市中的主要代步方式,右图是19世纪90年代美国纽约大五大道,这是全世界都已经知道的一个事实。后来出现了汽车,是亨利.福特在汽车生产线上采用了全新的方式,他不是内燃机的发明者,也并没有发明流水线,但是却将流水线以非常有效的方式使用在汽车制造中,以高效的方式生产出高质量的汽车,所以对于流水线的应用,是他的一个非常重要的创新。,

亨利.福特非常成功,但他并不是从一开始就非常成功,他的第一个公司失败了。之后他创立了第二个公司,但是因为缺乏资金,也没有成功。在这之后他创立了第三个公司。他的第一个投资者是密歇根储蓄银行行长的律师,他投资的5千美元。但实际上原本亨利福特的律师建议密歇根储蓄银行行长投资汽车制造业,但这位行长没有答应,他认为汽车只是个新鲜事物而已,成不了气候。但是这位行长的律师参与了这项投资。当时是1905年,在几十年后,这位律师从1250万美元出售股票,如果在今天,其价值大概相当于18亿美元。

从这个例子,他们可以看出亨利福特的贡献。在二十年内,美国城市街头的景象发生了巨大的变化,上图是1920年底特津街头和1905年底特津街头的照片,1920年街头不仅有了小汽车,还有有轨电车,但到1940年的时候,他们在街头已经看不到有轨电车了,因为汽车快速普及,有轨电车甚至消失了。

汽车普及的一个重要因素是环境污染问题,纽约城市的污染来自于马粪。在城市街头大约有15-16万匹马,因为拉马车的马所带来的马粪每天达到300-400万磅,而且遍及城市各个地方,由此带来的污染非常严重。但是汽车不会产生马粪,所以人们认为这是利于保护环境的一种代步方式。

随着时间的发展,现有的技术一步一步的演进。许多年前,大概在1770年前后就有了蒸汽汽车,但是蒸汽汽车在那个时候并没有成为代步的主要工具,因为它不是非常美观,同时也需要烧煤。在这之后是奔驰的出现,它很漂亮,是个伟大的发明,拥有内燃机,并与汽油为燃料。但是他并没有成为主流,不是因为产品不好,而是成本高,所以美国绝大部分民众是没有办法买这样一辆车的。这在之后出现了福特的Model T,他使用了装配流水线使得以高效率低成本的方式生产高质量的汽车成为可能,这是一种颠覆性的技术。大概在1914年,福特汽车公司所生产的汽车产量已经超过了其他汽车厂商的产量总和,这是一个非常大的成功。

贝尔实验室的光辉发展

在美国新泽西州的贝尔实验室,是新泽西州最大的实验室之一,在这里有15为科学家后来获得了诺贝尔奖,因为贝尔实验室只招收科研事业刚起步的年轻人,而不会招收已经在科研事业上已经取得巨大成就的科学家,所以这15位诺贝尔奖得主都是非常年轻的时候加入贝尔实验室的。贝尔实验室有很多研究成就后来被大众所了解。但是他的发展过程中有一些非常重要的技术成就,贝尔实验室在世界上首先进行了射电天文学的研究,发明了二进制的计算机,发明的晶体管和激光,完成了跨大西洋的海底电缆,还有数码相机的感光元件,还有现在苹果和谷歌使用的操作系统的基础软件,还有今天的无线通信,手机无线电和网络的基础技术。贝尔实验室发明了很多对他们今天生活很有用的东西,不仅培养了诺贝尔奖得主,也是他们今天通信的鼻祖。

贝尔实验室的一项发明——真空管,他可以传递两三千英里外的声音,真空管的研发者把这样的一个技术直接应用到电话的声音传递中。

第一个研发者是戴维森,他有一位助手戈门,他在二战期间加入的贝尔实验室,戴维森是一位理论物理学家,但是很多其他的科学家会与他讨论研究中发现的问题,他会帮着这些科学家解决遇到的问题。

戴维森在贝尔实验室中担任理论物理学方面的主持工作,帮助解决研究中的问题。除此之外他并没有被分配一个具体的职务,这个给了他很大的自由。这之后他做了很多研究,到了1927年他发现电子可以形成波形,可以促进使用真空管来传递声音。然后他在1927年完成了实验,在1937年获得了诺贝尔奖。他就是戴维森,在这个时候已经变得非常有名。

另外一位年轻人威廉姆肖克利,他在1936年加入贝尔实验室,他曾经与戴维森共事,但主要研究领域是固态物理学这一更新的科学。之后他成立了一个固态物理学的研究组,在二战期间为军方服务,但是二战之后这个固态物理学实验组研究的目标是希望能够通过电子控制的固态开关,以此取代机械的开关连接方式,从而改变电话的接线控制方式。

我们知道,很久以前,电话是由接线员进行连接的,她们通过将不同的线插入对应的插孔,实现电话通讯的连接。但是在1936年,肖克利做的研究就是希望能够通过电子程控的方式取代由人进行连线的方式。他们花了十年的时间,在二战结束之后,在1949年发明了晶体管。晶体管就是他们右边这张图上看到的。

   这里是他的三位发明人,Bardeen, Brittani, Shockley,他们三位发明了晶体管并且共同获得了诺贝尔奖,这是当时非常轰动的一个发明,因为有了晶体管,电子线路就不会经常过热,可以把线路板体积大幅缩小,是电子程控取代人工接线成为可能。

   Shockley是一个很难相处的人,他是一个天才科学家,所有认识他的人都认为他才华横溢,但是他会把所有人都逼疯,因为他是一个非常难相处的人。但是他能够把很多有才华的人吸引到他身边,他后来离开了贝尔实验室来到了斯坦福,在斯坦福继续他的研究,后来又去了硅谷。

   他请到了Gordon Moore, Robert Noyce等人,下图是他们的合影。他们后来非常难以忍受Shockley,于是就告诉投资者说,他们要求替换Shockley,否则他们就离开。最后Shockley没有被替换,这些人就自己离开了,他们最后创立了一个公司。也就是后来的英特尔公司。Shockley电子公司就被后来的英特尔公司所取代了。

   Robert Noyce后来与Jack Kilbey共同发明了集成电路。右图他们可以看到的后来的光纤,所有的无线连接的技术最初都来自贝尔实验室。Shockley是一个能够识别人才的伯乐,但是不是一个好的领导,一个成功的人,一个伟大的人?他所招收的人不应该仅仅是他的助手,而是应该被当作他的学生,他的门徒来引导。

   所以在他所经历的45年的研究之中,一般来说会有两种科学家,一种是会雇佣和他们同样优秀的人,还有一种是请比他们水平要低一些的人。第一类科学家招收的就是和他一样出色的学生,这样就能够创造更大的成就。但是还有一种人比较平庸,他们就会招收更加平庸的人。如果你本身很优秀,你就不会介意与同样优秀的人为伍。

   所有这就引导到他讲的第二点,根据美国的经验对于中国的建议。很多的中国学生都是在国内接受了高等教育,再到美国攻读硕士和博士学位。他们可以看到他们的诺贝尔物理学得主华裔当中有7个物理学奖得主和2个化学奖得主,他们都是在美国取得博士学位的。去年第一位由中国自己培养的诺贝尔医学奖得主终于出现,她是第一位由中国自己培养的科学类的得主,获得的是医生和生物学奖,所有的物理学和化学奖的得主都是在美国得到他们的博士学位的。为什么中国自己培养的科学家却没有获得这个方便的诺尔奖呢?他想和大家分享一下他认为的一些观点。

   他在贝尔实验室工作2年前后的时间当中,同期进来的5位科学家后来都获得了诺贝尔奖。右图是他拜访的照片,有些是年轻时候的,比如他自己,有些是他们年纪大一些的时候的照片,但是他们刚来贝尔实验室的时候都很年轻,刚刚或者博士学位。

   照片里的五位同事后来都获得了诺贝尔奖,可以说在贝尔实验室里人才是非常多的、

   中国的博士教育以及他们在斯坦福进行的博士教育有什么不同?他不希望他的学生坐在那里仅仅是听他讲,让他告诉他们要做什么。他希望能够教给他们的是:如果他们看到一件事情,是他们不同意或者不了解的,他们会说:停下来,他要想想,他还没有理解这个问题。也许在这之后会通过他们的研究,经过思考来得出一个结论,然后才断定说他们不同意这个观点。在这种讨论会上,他的来自中国的一些学生,是获得了学士学位,甚至有些获得了博士学位的,但是在这里他们遇到的第一个挑战就是,你让他们指出他们的导师弄错了,这真的是很难的一件事情,他们可能不会相信,他也会出错,但是其实他也是会出错的。

   所以他教他们的第一件事情就是,要有独立的批判性的思考。很多时候他们在中国读一篇论文,他们会觉得这篇论文的观点一定是对的,但是实际上他们应该认为,只有50%的可能性这篇论文讲的论点是对的。在很多论文上只是开头交代了论点,在结尾交代了结论,中间的这个过程却没有详细的去写。这样的论文,很多人却把它当成了教科书,他认为这是不对的,在他的课堂上,他要求学生以批判的方式去阅读论文,并且独立思考,判断那些观点是对的,那些可能是错的。

   然后他们很快会展开讨论,讨论激烈的时候会进行4-5个小时,有些人他们中间回去洗手间,然后又回来继续讨论。他们会讨论论文中的那些观点是对的,有哪些是他们认为需要进一步去研究的,接下来要怎样去研究。所以他们会持续去进行这种批判性的思考,在这个时候教给他们的就是怎么样把技术推进到下一步,怎样去研发出新的东西。

   在他们研究过程中,很多时候都会重复发明一些东西,在没有读过一些论文的时候,会有一些前人已经研究过的念头跳出来,告诉学生们,然后学生们回去读论文,发现之前已经有人已经做过了类似的研究,然后再一起讨论该研究进行得怎么样,讨论发现,有时候该研究比他们的想法要好,有时候也会发现他们的想法更先进。有95%以上的时间,他们的想法可能都是前人已经研究过的。但是如果没有这样的重复发现,就不会有真正意义上的发现。他会告诉学生,不要花太多时间去读论文和课本,要花更多时间在自己独立思考上,独立探索,然后再去看论文。

   他的几位助手。第一位是Alex Cable,他是到了贝尔实验室的时候仅仅是本科毕业,但是仅仅一个月内,他就发现他非常优秀,他甚至不把他当作一个助手或者研究生,而是当作同事同伴。后来他去了斯坦福,他邀请他毕业后可以来继续读他的研究生,他说你读斯坦福会很好,他更希望他来贝尔实验室。后来他创造了一个公司,现在这个公司已经超过1500人。他是一个非常杰出的科学家,不仅仅是那个公司的总裁,他自己还会每天花几天时间在实验室工作。

    LEO 在斯坦福教学,很多后来都成为了教授,他们也都在培养自己的学生,现在都活跃在科学研究的各个领域。

   很多博士后学生,在贝尔实验室后来也取得了非常大的成就,他们很多现在已经取得了非常重要的自然科学的奖项。五个美国国家自然科学奖得主,五个进入了更高层次的实验室。

   很多人来到贝尔实验室的时候,已经很聪明,很有才华,也许导师什么都不用做,他们也会自己成长,但是导师会告诉他们,有什么样的研究的进展可以进一步去做,怎样去做。所以导师要把他们培养成这样的人,这才是他们的目标。

   很多人会问,创新这个能力可以教吗?比如像一个诺贝尔奖得主,他的学生会不会继续获得诺贝尔奖呢?在贝尔实验室所学到的最重要的东西就是怎样成为更具创新力的科学家。在中国有很多事情可以做,目前中国的情况就是,政府官员和学术界的一些行政负责人,行政工作的关注更高。但是这个其实并不合适,就像中国人说的“授人以鱼或“授人以渔哪个更重要。很重要的一点是,不要提供一个已经研发出来的现成的技术,而是让研究人员有能力在现有技术的基础上创造更新的技术,所以导师做的事情不是“授人以鱼,而是“授人以渔。美国不是要给中国现成的人才,而是要教中国的高校如何培养人才,让更多的人才从科学界涌现出来,创造更多的成就。

   希望中国的领导人更多的思考,如果发展他们的高等教育,尤其是博士生教育,如何能够更进一步地改革。让学生要学会更多的质疑他们的老师,而教师要他学生当成他们的同事,而不仅仅是助手。这一点非常重要,科学研究小组所做的很多成果很多时候都是学生研究出来的,然后然他们继续研究,鼓励他们研究,并且让他们享有自己的研究成果,而不是把他们的成果占为己有。

    有一些人来到贝尔实验室,他们做出了杰出的发明,导师会非常自豪地向周围的人介绍他们, 他们的研究成果属于他们自己。所以导师应该这样培养他们的学生,应该学会如何把下一代培养成具有创新精神的人。

    不能说因为你是诺贝尔奖得主,毫无疑问你就应该是小组中最好的人,这样就不能进一步的成功了。实际上在伯克利大学的很多教授,他们很多也是诺贝尔物理奖和化学奖得主,也是不担任领导职务的,在哪样的氛围中,丝毫不令人惊讶。朱棣文到斯坦福之后,担任物理学教职,8年时间中培养出了6为物理学诺贝尔奖得主,那只是斯坦福的一个物理学系,教师只有24名。

   中国可以在这样的过程中学到什么呢?首先,科研机构的领导应该由什么样的人来担任,通常这个领导人担任了实验室的主任,他就不再做研究了。但是在一些世界上最好的实验室中,这些实验室所选择的作为负责人的科学家,有可能会拒绝这个管理职务。曾经有一位诺贝尔奖得主,他在任命为分子生物学实验室负责人的时候,拒绝了这个任命,他在拒绝的时候说:他不想当实验室主任,如果能去改变任命的话,请认命他为学术委员会的主任,他想在自己的实验室中做实验,而不是坐在办公桌前。所以他和医学研究理事会进行了这样的一个对话,他最后成为了该实验室的名誉主任,而不是实际的执行领导,因为他想在自己的实验室中做研究。

    一般来说当研究人员年纪增大的时候,这些情况都会发生在身上及身边,大家的选择都是一样的,希望亲手做研究,希望亲自教自己的学生。也许他们以后会取得非常大的成功,都想亲自去教导他们。

    在贝尔实验室中,最好的科学家会承担一定的管理职责。这个管理职责意味着他们手里有一些决策的权利。在中国的实验室中,会看到很多的研究者,他们并没有拥有这样的主导权,他们主要的进阶的途径就是发表论文,比如在《自然》《科学》这样的顶级期刊上发表论文,他们会花很多时间去追求这个目标,却没有真正进行科学研究。

   在贝尔实验室不是这样做的,管理人员都是很好的科学家,他们都了解其未来的科学应该朝哪个方向发展,他们不需要通过发表论文来证明他们自己。所以他们的研究氛围和中国不同的一个原因是:在中国,很多的管理人员需要外界来承认他们,但是实际上他们应该去更多的获得他们同事的认同,因为这些人才是最了解他们所研究领域的人。所以科学家进阶的途径应该有所变化,他们获得更高的职位,并不应该是因为他们发表了更多的论文,而是能够真正地在学术上取得更多的成功。

    现在电动汽车电池成本高,电池水平不够好,没办法实现大规模生产,从而难于让电动汽车在路上普及起来,现在电池持续使用的时间可能说5年、6年,8年差不多已经是最好的电池了。但是需要电池的扩产才能实现成本降低。包括想特斯拉这样的公司,预计需要到2018年才能将电池成本降低到整车成本的1/3以下。

    讲述一个关于吸烟的话题,。。。。。。

    介绍一个价格亲民的空气无人探测器,对于消费者而言能够把它放在钱包里,便于使用并了解空气污染状况,这是一个很好的测致命物质和测量空气质量的工具。一旦消费者有了这样的工具,就可以带到各种公共场所,测试哪里的空气情况,看看能否呼吸到没有污染的空气。如果大家都能够对空气质量测量的话,每个人都有这样的权利和能力,这种权利能够推动政府进一步找到清洁空气的方法,可以查出到底哪个宾馆没有打开空气过滤器,因为用不用过滤器,空气当中颗粒指标将不是一样的。该设备相信非常适用于中国、印度等其他污染严重的发展中国国家。此外 还可以考虑应用到热电厂、火电站等地方。

    这些基于基础科学,甚至三十年前就存在的理论,二十五年前这样的基础理论还获得诺贝尔物理学奖。现在这个理论有希望被用于提高个人健康的监控上,这是一个和创新相关的例子和证明。基于金刚石的材料做的各种材料科学的试验,现在处于研究阶段,这些材料有望应用在电池、生物学、癌症探测上,并且有可能对防污、控制做出较大贡献。

2015年大梅沙论坛美籍华人朱棣文院士演讲内容整理



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