心怀宇宙天地宽分享 http://blog.sciencenet.cn/u/陈学雷 国家天文台研究员,从事宇宙学研究

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从钱学森成功和失败的经验看创新

已有 9420 次阅读 2009-11-10 23:45 |个人分类:科教评论|系统分类:人物纪事|关键词:钱学森,,创新| 创新, 钱学森

钱学森大概是我一生中最早听说的中国科学家,可能在幼儿园的时候就听说过他的故事,说是美国人认为他一个人“值好几个师”,是我们拿战俘换回来的。他所从事的工作也充满着神秘的色彩。我对他的这种印象一直持续到上大学为止。我上大学的时候,正是气功和人体特异功能风行全国的时期。我那时对这些东西有点好奇,开始并没有想到怀疑它们的真实性,而觉得是一些神秘的、未知的现象,不过我对这些东西的兴趣也不是特别大,没有象有些同学那样专门去学去练。直到有一次,我“有幸”听了严新的带功报告,许多自吹自擂和夸张的说法引起了我的反感和警惕,这时我才去看了一些有关的书和文章,越看越不相信其真实性。而让我感到非常难以理解的,是钱老对所谓“人体科学”研究的支持。钱老曾经领导中国的航天科研,具有非常丰富的科研经验,连我这样一个毛孩子都能看出问题的这些粗制滥造的伪科学,钱老怎么就会这么相信而且鼓吹呢? 大致也就在这时,我也听说了钱老在大跃进时期“科学论证”亩产万斤的事,这些事使我对他的印象发生了很大的改变。他为什么会这样,对我来说简直就是个谜。直到今天,钱老去世后,这些问题也引起了许多争论。但是绝大多数文章还是停留在简单的肯定和否定上,似乎还缺少一点更深层的分析:为什么钱老在一些事情上很成功(比如他回国前在空气动力学和火箭理论研究方面取得的学术成就,以及他在中国的航天科技研究方面所发挥的领导作用),又为什么在另一些事情(比如大跃进和人体科学上)会有这么大的失误? 钱老在临终前很关心如何实现创新和突破的问题,他特别回忆了他在加州理工学院时期的一些情况。对于上面的问题,这些回忆和有关的历史其实可以给我们很多启发。结合钱先生关于培养冒尖人才、进行创新的“遗言”,我觉得很有必要从钱先生本身的经验,对于如何才能真正实现创新进行一下分析。

先来看看钱老取得成功的原因。无疑,在学生时代钱老就显示出了他的才华。但是,他能在年纪很轻时就在空气动力学和火箭理论研究上取得重大成就而出名,与他所处环境和际遇是分不开的。在上世纪的40年代,喷气推进和超音速飞行正面临着重大的突破,冯卡门正是当时空气动力学理论研究的大师,和中国学术界也有良好的关系(他曾到中国讲学),因此在他身边聚集了好几个中国学生,钱学森是其中的佼佼者,这就使他能够研究一些有可能取得突破的重大问题,充分发挥其理论才能。不过,如果当时加州理工仅有冯卡门这样一位大师的话,恐怕钱老也不过就是一个优秀的学者,而不会成为火箭研究的先驱,更不可能在回国后发挥那么大的领导作用。幸运地是,冯卡门不仅本人是一位空气动力学研究的大师,而且以他为中心,在加州理工学院聚集了一批志同道合而又具有各种不同才华的人,比如钱先生在回忆中提到的马林纳。这些人的不同知识结构,如马林纳的动手能力、钱学森的理论能力等具有很强的互补性。而南加州地区作为美国航空工业的中心,具有很强的工业基础,这些都是当时喷气推进实验室在喷气和火箭技术研究上取得突破的重要条件。特别是,在火箭研究中取得成功离不开这些先驱们的巨大热情和大胆探索,那是一个充满了挑战、发现的激动人心的年代。我认为,这些经验对钱老后来的成功和失败都有特别大的影响,也是钱老临终念念不忘这一时期的原因。

钱老回国后并没有再从事许多理论研究,在航天的科研中主要也不是解决具体的科学技术问题。他发挥的作用是今天我们所说的“领军人物”的作用,也就是对整个大项目进行组织协调工作。他对美国早期火箭研究的整体状况和历史经验的全面了解,使他能站在较高的高度上看问题,并且具有充分的信心和把握,从而使中国在比较差的条件下能迅速在火箭、导弹和卫星方面取得突破。正是从这个意义上说,他“值五个师”。

顺便说说,我认为在对我国航天科技的宣传总结中有一些片面性,这使得人们对于我国航天科技取得成功的经验也产生了一些不正确的认识。我们的宣传比较强调的是毛泽东、周恩来等新中国第一代领导人对于快速发展两弹一星的坚定决心和关注支持,以及我国科学家在艰苦条件下克服困难,独立自主进行研究的精神。这些无疑都是两弹一星的必要条件。但仅有这些,还不足以使我们在两弹一星中那么快取得成功。我认为至少还有两个因素,也是至关重要的。这其中第一个因素,是建国初期已经有包括钱学森在内的大批受过西方专业训练的科学家和工程师回国,能够在两弹一星的研究中发挥关键的领军作用,而这些科学家中大多数是由旧中国的政府或基金会送到西方留学的,这实际上反映了在中国走向现代化过程中历代中国人、中国社会对科学的不懈追求。前人栽树,后人乘凉,这些科学家和工程师在新中国成立后真正发挥了作用,但旧中国的功劳也是不应该抹杀的。另一个重要的因素,就是前苏联在50年代中期对中国的大规模援助,包括大批技术人员的培养和工厂的建设,使得中国在很短的时间内就建立了一套完整的现代化工业体系,能够生产出很多基本的材料和部件。我们后来在宣传中常常强调苏联中断了对中国的援助。但是,如果不是苏联一度把中国当作自己的同盟而给与大力援助,帮助中国建造了大量的现代化工厂,那么中国恐怕当时根本就不会具备足够的工业力量去生产火箭和卫星,就算有很多钱学森这样的顶尖科学家恐怕也还是无济于事。

我们再回过头来看看钱老失败的教训。首先是论证亩产万斤。大跃进之前,粮食的亩产一般只有几百斤甚至几十斤,说粮食一下能增产到上万斤,很多人是有所怀疑的。当然,在当时的那种气氛下,特别是“有照片为证”的情况下,许多人也不由得不信,但多半还是半信半疑,象钱老那样积极为其寻找科学依据的则极为罕见。比如,钱老写了这篇文章后,编辑都再三询问核实才发表,就说明了这一点。为什么钱老会这样做呢?对于这一问题,我曾经大惑不解,但后来我在读冯卡门的自传时忽然有所领悟。冯卡门在他这本书中提到当时他们设计火箭时要估计火箭发动机的效率。当时他们从理论上算出的效率很高,达到百分之九十几。而另一方面,他们也去请教长期研究汽车发动机的同事,这些同事告诉他们发动机效率只有百分之十几,而且很难提高(我手头没有这本书,这是凭记忆写的,具体数字不一定准确)。那么究竟谁对谁错呢?一方是有实践经验的同事,一方是仅仅做了理论计算的学生,似乎前者的话更可信。但是,如果火箭的发动机效率真的只能这样低的话,那么火箭几乎是不可能上天的。冯卡门等最后还是按照理论预言值进行了设计,实验结果表明理论是正确的,火箭发动机完全可以达到很高的效率。
这件事,或者在火箭研究早期发生的类似的一些事,一定给钱老留下了非常深刻的印象,那就是不能让自己被一些平常的经验知识所束缚,而一定要敢于打破常规,大胆创新。这恐怕是钱老敢于用理论论证亩产万斤的一个重要原因。但不幸的是,当时的农业并不象航天科学那样处在突破的边缘,而且所谓的亩产万斤也根本是不真实的。因此在这里钱老被自己在早期火箭研究中的经验所误导了。

应该指出的是,钱老对亩产万斤的论证,除了大家一般所说的生物学上难以实现的问题外,从纯粹物理学的角度看可能也有错,这一点我国最著名的一位宇宙学家曾指出过(我不知道是否还有别人也指出过)。根据热力学第二定律,并不是系统获得的全部能量都能被利用,真正可用的能量需要根据熵的转换来计算。熵的定义是能量除以绝对温度,由于太阳表面的绝对温度是6000开,而地球表面的绝对温度大约是300开,因此根据熵估算出的作物产量上限比根据简单的能量估计小20倍左右,这是钱老在他的估算中所没有考虑到的。

此后,钱老热烈支持所谓“人体科学”,大概也是出于同样一种对突破、对创新的渴求。 在他关于培养创新人才的讲话中,有这样一段话颇值得注意:“我回国这么多年,感到中国还没有一所这样的学校,都是些一般的,别人说过的才说,没说过的就不敢说,这样是培养不出顶尖帅才的。我们国家应该解决这个问题。你是不是真正的创新,就看是不是敢于研究别人没有研究过的科学前沿问题,而不是别人已经说过的东西我们知道,没有说过的东西,我们就不知道。所谓优秀学生就是要有创新。没有创新,死记硬背,考试成绩再好也不是优秀学生。”这段话钱老去世后被广泛报道,也得到很多人的肯定和赞同。但是究竟什么是“别人没有研究过的科学前沿问题”?结合以往的历史经验教训,这段话究竟应该怎样理解,是否正确,恐怕还是需要仔细思考的。

从以上这些经验和教训看,我们要想在科学技术上取得某方面的重大创新,其实需要同时具备多种条件,其中最重要的可能有两点。一是这个领域本身,由于理论的发展,技术的进步,新的难以解释的实验现象大量发现等等,可以认定是有发生重大创新的可能,而同时也有一些有希望的研究手段、技术和工具。二是我们在这一方面具有大量不同层次的、具有不同才能和知识结构的人才以及相应的技术储备。在具备这些条件的前提下,如果给予大力支持,鼓励交叉、交流和自由探讨,造成一种大胆探索,勇于创新的风气,那么就很可能取得突破。但是,如果不满足这些条件中的任何一条,那么不管支持的力度有多大,探索的勇气有多大,突破恐怕还是难以实现的。而在不具备条件的情况下过分强调创新,甚至会走入歧途。因此,对于创新,应该着重创造必要的条件,不能单纯从主观愿望出发,以为只要胆子大、投入多、挖来“能人“就可以实现。更不能谁敢夸海口就支持谁,到时候实现不了也无所谓,而对于老老实实做事、解决具体问题的人才则嫌弃、冷淡而不予支持甚至加以淘汰。在今天“创新”的口号满天飞的情况下,我们尤其应该反思一下历史的教训。

但是,究竟怎样认定创新的条件是否具备呢?这恐怕没有简单的答案。不过,我总觉得,钱老在这些问题上看走眼,在一定程度上恐怕与他过高的权威地位有关。阅读关于钱老的回忆文章后(有的是钱老去世后写的,也有一些是以前写的),我怀疑钱老内心恐怕是相当孤独的。因为尽管这种文章很多,但对钱老几乎都是一种仰视的角度,所回忆的也绝大多数是与钱老业务上的交往,而平等自由、不拘泥于身份地位的思想交流、交锋是很少的。张纯如写的钱老传记中有一个故事给我的印象很深,说钱老从国外带回来很多书,放在力学所办公室里,力学所的青年研究人员们很想看,后来他的秘书就悄悄把这些书借给他们,看完后再归还,而钱老从未发觉。这说明了什么呢?由于钱老的地位,钱老和他的本所同事们之间还隔着一条巨大的鸿沟。这种情形也许有一部分是由于钱老本身的性格造成的,但是,几乎被神化的科学权威地位,航天科技领导人的身份,严格的保密制度等等,无疑更造成了许多困难。在这种情况下,越是有才华的人越容易走火入魔。怎样改变中国学术界这种等级制的文化和风气,也是值得我们深思的。


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