创新的阻力与动力

           ----研读科学发展史 探索创新的成功路〈三〉

                                都世民

创新有没有阻力？阻力来自哪些方面？有阻力必然会有动力去抵抗，去战胜，动力靠什么产生呢？这是创新者关心的问题之一。笔者从以下几个实例来剖析阻力来自哪里？是什么原因产生的？能否避开这些阻力或障碍？阻力的大小对创新者而言是否公平？遇到阻力时怎么办？

一.从太空飞行开拓者经历来剖析创新阻力与动力[2]

火箭是太空飞行的必要条件。早在1902年，美国火箭领域的开拓者罗伯特.哈金斯.戈达德就向《大众科学通讯》杂志寄去一篇文章，名为“太空航行”。这时他还是个学生。

1911年，他成为马萨诸塞洲伍斯特的克拉克大学的物理学博士，从此他步入火箭领域，进行漫长而又艰巨的创新历程。

1914年，他注册了火箭元器件的专利。

1917年，戈达德到美国陸军工作，从事军事装备的设计。

1918年11月７日，他在阿伯丁试验场演示了固体燃料火箭。

1919年，他在《史密森》论文集中发表了论文“达到极值高度的方法”。这篇论文总结了他过去所做的大部分开创性工作。文中还讨论了太空飞行可行性问题。

他的论文发表没有得到科学界和社会人士的理解、认可和赞扬。相反，他被人戏称为“月球人”。

1920年1月13日，《纽约时报》发了一篇错误评论说：在克拉克学院和史密森尼学会，正襟危坐的那位戈达德教授，不仅不懂得作用力与反作用力之间的关系，也不懂得需要有比真空作为反作用力更好的装置，这些是很荒唐，不值一提。当然他看来是缺少高中物理的基本常识。”事实证明这一评论完全错了，火箭的运行不是靠周围的大气反作用，是靠火箭喷出的尾气来推动的。

1969年７月17日，在阿波罗11号飞向月球时，《纽约时报》又发了一篇评论：“进一步研究和试验证明：艾萨克.牛顿在十七世纪的发现.现已证明，火箭在真空环境里也能像在大气中一样正常飞行。”遗憾的是著名媒体没有承认自已在四十九年前犯的错误。

不难看出，一项前所未有的创新，在早期，往往不被社会认可，知名专家和新闻媒体，不是新事物推手，充当了阻力和障碍！

戈达德、麥克斯韦、伽里略等都遭受到这种阻力、打击、嘲笑。有的科学家还会有工作生计、家庭不幸等重负，不难想象阻力之大。怎么办？一位伟大的科学家是与众不同的，有惊人的毅力，有忘我的牺牲精神。一些正直的伟大科学家，他们以“无人、无我、无众生、无寿者，修一切善法。”方能达到最高境界，做出划时代贡献。

应当指出的是，一个科技工作者可能有各种动力，比如工作待遇、职称、名誉地位、诺贝尔奖、为国争光、为民服务；也有金钱、美女和舒适生活等驱动。其中有一些动力是不长久的，也不可能做出划时代的创新。然而这些追求中有的是很现实，有的会引诱人步入岐途。有的是远大理想。

另外需要指出的是，各国从事火箭技术开创者面临的困难、阻力和境遇是很不相同的。例如前苏联康斯坦丁.齐奥尔科夫斯基是独立从事空间技术开发的研究。1903年，他发表了“利用反应装置方法探索宇宙空间”的论文，阐明多级火箭在用液氧和液氢做燃料时，可以实现每秒8米的逃逸速度。他的研究在生前获得认可，去世时为他举行了国葬。德国火箭先驱赫尔曼.奥伯特曾领导德国火箭技术开发，而他的学生后来成为他的上司，並被誉为“现代火箭之父”的美名。

事实表明，一个学科的诞生意味着一个科技新时代的开始。然而在这新学科诞生的萌芽期却遭到边缘学科的专家和科学家的强烈反对。天文学是宇宙开发的一员，而火箭技术是推动太空飞行的基础和支柱，也是深空探测的前提条件。可是天文学家却反对並大肆鼓吹宇宙飞行是不可行。例如，

新西兰天文学家亚力山大.彼克顿教授，于1926年，在英国科学发展学术会议上提交的论文指出：任何物体由某种物质提供能量，想绕地球飞行都是不可能的！

1941年1月，加拿大天文学家约翰.坎贝尔在《哲学杂志》上发表一篇论文，题为“飞往月球的火箭飞行”，他用数学表述並给岀计算结果，其结论是：发射一个月球火箭的初始重量将会是10万吨！事实上，1969年，美国的土星5号火箭，发射的总重量是3000吨。坎贝尔错在哪里？他的分析提岀的假设条件有错误。他有多个没有想到的问题，因为这些问题超出他的知识框架，他是科学家，也是一技之长，不是万能博士。

1956年1月，英国天文学家理查德.范.德.伍利，他曾发文在《时代》杂志上，评论太空飞行时说：这简直是无聊至极，我不相信谁会花钱做这种事。它对我们有什么好处？如果花同样的钱来研究一流的天文设备，我们将会更好的了解宇宙。……这真是很可笑！现在事实证明他错了。他为什么会错？这一事例对现代人有何启示？

不仅如此，反对者不仅是天文学家还有来自亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的知名青年科学家劳论斯.麦克斯韦尔.克劳斯，在2002年4月30日，《纽约时报》上发文说：我们可能不知道未来的太空飞船是靠什么驱动，是否要建立物质与反物质的驱动，甚至会进行时空旅行，但我们知道，将一艘巨大的飞船加速到接近光速，需要装载多少燃料---非常多的燃料，或许这燃料足以提供现有人类10年的能量。

现在看来，创新者都要面对来自社会各方面评论，不要光想听赞歌，想得大奨，想载入史册。相反要面对批评、讽刺、嘲笑甚至打击、威胁和利诱。

二.突破光学显微镜极限说明什么？[7-9]

人类在探索小宇宙中，离不开光学显微镜，传统的光学显微镜只能分辨到0.2微米。科学家在观察活体细胞如红细胞、细菌、酵母细胞和游动的精子内单个分子之间的相互作用时，传统的光学显微镜已力所不能及。光学显微镜有个分辨率的极限问题，这与光学波长有关，比这个波长更小的物体，就分辨不出来了。1873年，显微镜学家Ernst Abbe发表了一个著名的方程，计算出了显微镜能观察到的最大极限，提出影响分辨率的最重要因素是光线的波长。

罗马尼亚物理学家Stefan Hell从理论上推翻了Ernst的观点。他是首位不仅从理论上论证了，而且用实验证明了使用光学显微镜能达到纳米级分辨率。

20世纪80年代，Stefan Hell发现，如果不像常规使用一个透镜聚焦，而是将两个大孔径透镜组合在一起，可以提高光学显微镜分辨率。

也就是说，以前的显微镜总是用一束光，这束光象是一根“细丝”，聚焦到一个很小的点上，这个点的大小就是分辨率极限。由于光的衍射效应，与光的波长有关，这就限制了分辨率。

超分辨荧光显微镜(STED), 是用两束光，实际上是两束激光，一束是正常的光聚焦到一个小点上；另一束激光变成中空的筒子一样，两束光聚焦到同一点上，由于第二束光把第一束光掩盖了，中间那点没有盖住，这个更小的小点就是新的分辨率，打破了衍射极限。

Eric Betzig, Stefan W. Hell and William E. Moerner因为超高分辨率显微镜技术获诺贝尔化学奖。

然而2014年获奖的三位科学家，因为他们打破了光学显微镜有个分辨率的极限，使光学显微镜步入了纳米时代。也使小宇宙探索由微观层面进入纳观层面。具有划时代特征，不像有的专家所言，这项诺贝尔奖是“偏技术”。

超分辨率荧光显微技术从原理上打破了原有的光学远场衍射极限对光学系统极限分辨率的限制，在荧光分子帮助下很容易超过光学分辨率的极限，达到纳米级分辨率。这一技术在生物、化学、医学等多个学科拥有广泛的应用。

从这一事例中,可以看出，要突破某一学科的技术瓶颈，单纯从夲学科去思考创新之路，是难上加难。只有跳出这个框架外，才可能找到答案。其阻力是什么？是传统观念，是已有的知识框架。

三.从一个立项历时卅年所想到的[10]

立项和立题是科研机构和大专院校都要做的工作。也是创新的构想正式提出的第一步。谁能想到一位科学家的创新构想，从提出到实现立项要历时卅年之久，五次提出立项却四次被否，最终实现这一创新之举，实属不易，也是不可思议。这一事例说明什么？有什么现实意义？

早在1971年，美国计算机科学家弗拉克.罗森布拉特（Frank Rosenblatt）就提出检测行星的一种新的构想，是基于行星在运行中会造成地球上的光线减弱这一机理，来检测行星。然而他这一新构想未付诸实施，他就离世了。

1984年，NASA科学家威廉.博鲁茨基（William J Borucki）与奥黛丽.萨默斯（Audrey Summers）重新研究了这一构想，化了16年时间，並提出具体实施方案和难点。

1992年，博鲁茨基首次提出立项，名为“地球大小的内行星频率”（FRSESIP）。此立项经评议后被否决。评审专家对立项报告的科学价值是肯定的。被否的理由不详。

1994年，此项目再次修改后又重新提交。评审后认为经费预算超了，因此被否决。

1996年，对经费预算作了修改，项目名称更改为“开普勒”。评议对实施方案中所采用的感光的设备CCD提出质疑，担心在实现中不能自动化运作。建议先做一个实验模型，验证感光设备的自动化功能的可行性。

1998年，博鲁茨基第四次提交立项申请，以前三次被否，又做了大量工作，证明技术方案可行，模型试验数据实现了完全自动化。而科学分析论证先前已被认可，却又遭到否决。这次否决理由是：此立项论证未考虑定位抖动和行星自身变化而带来的干扰。

否决的理由是合理的，不合情理的地方是这一因素为什么不早提出，如果早提出，在模型试验时也许会解决。

直到2000年，第五次提出立项，次年被批准。从构想提岀到立项批准，历时30年。可以看出一个伟大的创新来之不易，急功进利是不可能实现的。一位科学家有几个30年啊！

四.达尔文的“物种起源”的发表

查尔斯.达尔文为了考察物种起源，于1831年出海考察，后回到英国，他采了大量标本，並获得大量数据，分析后让他惊异不己。他反复观察标本和思考，到1859年，他听说有人发表了著作，书中观点与自已想法有共同点。在这种情况下，他才决定发表自已早已完成的著作。

达尔文的“物种起源”为什么迟迟不发表，是否他意识到新的发现突破了传统观念，要慎重再慎重。发表创新理论不是为了名誉地位和评奖，他会怎样想呢？留给现代人思考和回答。

综上所述，研读科学发展史，探索创新成功路，有一些问题是值得讨论的。下面讨论几个议题。

五.讨论

1.创新阻力是如何呈现在创新者面前，表现形式是什么？创新者如何面对这些阻力？

有人说：科学创新需要时间。时间是阻力吗？事实表明科学创新的确需要时间，以供创新者知识积累、去伪取精、反复思考。麦克斯韦的电磁理论、达尔文的物种起源、人类飞上天空、太空飞行和宇宙开发、现代通讯等都是经过几十年和百年以上，突破光学显微镜的分辨率衍射极限化了二百年。

仔细想一想，科学创新是有阻力的，首先是来自创新者自已，能否突破经典理论和传统观念，创新者能否获得创新不完全取决于职称、学历、资历，但不等于创新者不需要知识，相反要加倍努力学习相关知识。第一位用动力飞上天空的莱特兄弟就是中学学历，他们实现了自已梦想。

达尔文的物种起源著作迟迟不出版，是担心突破传统观念和已有的知识框架会不会出错？

突破光学衍射极限的三位诺奖得主，是突破原先的知识框架，借助夲不相关的荧光而受启迪。外科医生手术与锈花弹性圈也是不相关，却启迪了这位创新者。

不破不立，破旧立新。这八个字现在还能说吗？！笔者认为这个破字是突破，不是打、砸、毁灭，所谓突破就是指突破原有知识框架和传统观念。突破是指另一种思维，前提条件、分析方法、试验方法也都变了，从而创立新观念、新理论、新技术。

2.创新的阻力对每个创新者是不同的，有大小、强度、方式等诸多区别。对于首创者而言，阻力和打击通常是最大的，因为枪打出头鸟。当然也有另一种解释，因为新理论创新者一旦公开这一成果，必然动摇有的权威创立的原有理论和己得到的名誉地位，以及经费的分配。遭到反对和打击是必然的。前面所说的数位科学家遭遇均是如此。

3.评价体系无论是国家、大公司或研究所，都有相应的评审机构，前面所说的ＮＡＳＡ评审开普勒立项，总觉得看似公正，却又不公正。当然笔者手中资料缺少，难以说清。

评价体系建立是完全必要的，问题是如何规范、合理、公正，对创新是动力还是阻力，事关重大。过去笔者感到单位评审，无论职称、立题、结题、成果申报、评先进等，总是显得不那么如人意，不公正，近水楼台先得月。暗箱操作、人情事故、抱团等渗杂其中。特别是一个大项目完成，创新者是谁？是最高领导，是所长、院长。那些真正有突破创新的分系统无人提及，这就使研究者丧失创新动力。

创新土壤是指研究者所在的研究机构，包括研究人员梯队、仪器设备、经费保障和使用、管理体制等诸多方面。是不是研制环境好的院所出创新成果就一定多，层次都高呢？应该说创新比例要高些。但也不一定。

注重呵护和激发科学家的创新原动力，就成为最根本的“管理底线”。[11]中科大的管理考核体系与我国不少研究院所真不一样。根深叶茂，众木成林——中科大微尺度实验室坚持为科技人才营造创新环境、提供成长沃土，得到的是硕果累累的创新回报。笔者看了这篇报道，说的很在理，很现实。要推广不容易。

“创新往往产生于一个学科与另一个学科相互摩擦的边缘。”[4]曾记得我国在研制两弹一星时，国家管理部门和高层提出全国一盘棋，那时无经费分配问题、无奨金困扰，学科之间能较快融合。如今情况变了，影响交叉学科融合的因素多了。如何解决这些问题，是排除4.创新阻力所必须。

4.创新与教育。创新素质能否从少年培养，科学家的创新思维是天分占主导吗？与教育有无关联，这是个大问题。伽里略、麥克斯韦、博鲁茨基等不少科学家，在少年时代己显露才华，不能否认有天分因素。但是与教育也有关联。至少在中学要培养学生对科学的兴趣、爱好和动手能力，甚至有创新。

可是今天让人费解的是，许许多多的年青人都在追星，央视的节目大都是唱歌、跳舞，艺术占了主导，艺术界火了，有的演员发紫了。为什么学前班、兴趣班都是文艺、外语，却无科学。个别中学举办科普报告，千千万万家长都希望孩子成龙成凤，成明星、名人。只有个别家长希望孩子自立，做平常人。这样的大环境有助科学创新吗？我认为这是要改变的。

参考资料

[1]松鹰，“电磁之父---麥克斯韦”，贵州人民岀版社，1981年12月。

[2]Stanton  Friedman, Kathleen Marden,孙乔译,“科学的遗憾”，上海科学技术文献岀版社，2011年6月。

[3]胡学海编著，“科学家成功之路”，江苏人民出版社，1982年6月。

 [4]吉莲•邰蒂, 创新灵感能否复制？, 英国《金融时报》, 2014年09月03日  。

[5]英美科學家：平行宇宙不僅存在　而且相互影響,http://www.CRNTT.com   2014-11-03 11:08:34,（來源：中國日報網）

[6]王进,创新是个细活 http://blog.sciencenet.cn/blog-2644-839260.html  .

[7]孙学军,打破光学显微镜极限的科学家，blog.sciencenet.cn/blo... 2014-10-08 .

[8]2014化学诺奖：超分辩光学显微镜是物理仪器 ,http://blog.sciencenet.cn/blog-99360-833993.html 

[9] 彭科峰 王静等,深度解析诺贝尔奖：打破光学显微的极限,《中国科学报》 (2014-10-09 第1版 要闻)

[10] 蒋迅，“开普勒望远镜一个被否决四次的ＮＡＳＡ项目”，航天员，2014年第4期。

[11]李陈续 刘爱华,揭秘：中科大物质科学国家实验室成才沃土如何形成,2014-11-22 03:59　来源：光明网-《光明日报》.

[12]重知识传授轻能力培养 工程教育如何从大到强,2014-11-16 03:59　来源：光明网-《光明日报》.

13]技术创新与制度创新是如何相互促进的 ,科学网›群组 
zhangjiuqing 2014-09-11.