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第14章 支点与技术发明(1)

一、什么是(技术)支点

什么是支点?

这要从阿基米德的“尤里卡”谈起。公元前220年阿基米德为叙拉古国王测定皇冠的黄金纯度时,因为金皇冠制作精美,无法拆开检验,所以他久久没有想出办法。有一天,阿基米德苦思不解,又时值夏天闷热难耐,于是去洗澡。他进人洗澡盆(木桶)水把他浮了起来;一种十分惬意的舒适,让他突然感觉自己身体特别轻,阿基米德发现身体的重量使水的体积增加了许多。就在这一刹那,阿基米德顿悟……

发现了测定皇冠的黄金纯度的方法,立刻惊呼:“尤里卡”

——我发现了!他激动地喊着“尤里卡”……跳出洗澡盆,他想把自己的发现告诉人们。就这样阿基米德找到了测定皇冠的方法,又发现了世界上第一个物理定律——阿基米德定律。这就是突破、转折、磅越。支点就是突破点、转折点、跨越点。

撬动地球,就是支点力量与实践的起源!

2004年4月20日《科学时报》刊登了一篇美国科学家对大脑顿悟产生科学发现、技术发明的支点——大脑顿悟秘密。用21世纪的高科技实验证明了阿基米德“尤里卡”大脑顿悟之谜。顿悟使大脑“灵光一现”,瞬间从支点走向自己人生的辉煌的秘密是:神经元物质脉冲在大脑运动的结果,证明了“灵感”产生顿悟的科学性和物质性、存在性。

阿基米德的浮力定律是通过大脑顿悟发现的。他不仅发现了世界上第一个物理定律,而且在2200年前的科学历史上,第一次通过支点顿悟产生了重大发现和发明(用浮力定律测定了伪皇冠的实例)。这样的案例在以后的科学历史上比比皆是:像牛顿的苹果落地支点发现了万有引力:伦琴用黑纸包真空管的萤光支点,发现了X射线;爱因斯坦想自己从地球上跳下去感觉不到引力的支点,找到了等效原理,突破并发现了广义相对论;巴斯德以酸啤酒为支点发现了微生物;科克雷尔利用抛大草帽支点发明了气垫船;丁达尔的游泳支点、马克斯特的测谎仪支点、查赫鲁兄弟吃煮鸡蛋支点……

都体现了支点=辉煌的规律。正如前面我们讨论的科学与技术有着发现与发明的明显区别一样,技术发明也是从无到有,是人类的创造过程、累积经验的过程。所以技术支点立足于创造、创新、发明新装置、新产品。从点思维去认识技术支点,它可以是技术思维的切入点,技术方法的连接点,技术工艺的关节点,技术导向的控制点,技术原型的延伸点……我们理解技术支点不能简单化,不能把技术支点看作单纯的一个孤立的支点,而是要把技术发明的思维、方法、工艺、导向、原型统一起来,形成一种新装置、新产品组合的支点;关键要抓住支点灵光一现的顿悟、转折,去创新,去创造!

让我们用实例来说明:中国古代的鲁班发明锯的技术支点是草叶的小齿。草叶割破了鲁班的手心,这是一刹那发生的。是一个连续的偶然的动作。草叶本身并不具有创新转折,也不是新产品,但手的疼痛启发了鲁班技术发明的思维。他观察到草叶上连贯的小齿,小齿能割破手,十分锋利;于是从小齿联想产生(砍树)方法——支点连接,就转化成了技术工艺、技术原型的关节点、技术原型的延伸点……

从割手到砍树——锯树,产生了技术导向的控制点,到制造成锯(树)——技术原型……随着支点延伸形成锯的多种形态:手锯、快马子、刀锯、电锯、带锯……实现了科学技术发明的转折点、创新点……从思维、方法、工艺、导向、原型统一于支点的例证比比皆是。在本书后面的附录中,我们选了60个案例,大家可以对照分析。

像从克鲁克斯管延伸到伦琴射线,从伦琴射线连接产生了伯克瑞射线;从伯克瑞射线支点延伸到天然放射线——

镭——核聚变——原子弹——原子能发电……这里的每一次发明转折都是一种偶然的支点现象,是瞬间即逝的技术发明支点随着思维变换的切入,从技术原型不断转化延伸……我们把技术支点用一句话概括,就是从自然现象顿悟产生技术原型的发现过程,或支点思维切入产生新装置、新产品的变点、突破点、转折点、拐点、关节点、跨越点。

这就是(技术)支点。

1.联想思维、2.想象思维、3.逆向思维、4.顿悟思维、5.移植思维、6.组合思维、7.辩证思维、8.类比思维、9.发散思维。

我们提出的支点思维是因为支点能孵化技术原理,但我们又不能受这些思维约束。因为这9种思维是人为制造划分的,理论、原理是人创造的。然而,思维作为一种运动形式它又不受人的意志控制,这就是为什么技术发明总是一种偶然的、可遇不可求的原因。从理论上去讨论,对上面的9种思维还可以细分,每一种思维都可以无限分下去,像左脑思维、右脑思维……可是人的任何思维并不按人的硬性规定和分类去运转、运动,不按人的硬性规定去捕捉信息、思考问题、提出问题……任何问题的提出,任何创新的顿悟,都是思维一闪念的灵光一现的顿悟。世界上所有的发明、发现都不是按思维方法论的某一种模式,某一章节去运作获得成功的,都是多种思维相互转换、重合于一个突破点——支点顿悟达到的。所以从思维的视窗去看技术发明支点的关键就是找到创新支点,再转化到技术原理,再向技术原型延伸……

一句话就是在稍纵即逝的思维变化中找到转折点,找到技术发明的拐点,找到最能“点石成金”的途径、构想、原理去实现支点的顿悟(尤里卡)!

如果从技术发明的方法去讨论,理论上也是很繁琐的。

如细分的话可分为:1.技术原理、2.技术经验、3.技术改进、4.技术移植、5.技术引进、6.技术综合、7.技术突破、8.技术跨越……事实上,这些技术发明方法并不是截然分开的,任何能实现技术发明的途径与方法,任何能开拓产生新技术、新装置、新产品的过程和方法,都是紧紧围绕支点展开的.这是科学发现历史上和技术发明历史上成功者共有的事实。

技术发明和技术创新的关键是找到技术支点转化为技术原理,无数技术发明、创新的历史案例都能证明技术支点转化为技术原理的至关重要性。如果瓦特不在橄榄球场突然感觉到一丝凉意,发现了头上一片乌云遮没了太阳,片刻又感到温暖,太阳从乌云中露出了头——乌云冷凝太阳(热量)的支点,并从这种支点现象立刻顿悟冷水对蒸汽的冷凝技术原理,去指导转化产生技术原型,又怎么能在实验中把纽康门蒸汽机改革和开发成进入应用的瓦特蒸汽机,开拓了瓦特时代呢?!

再比如伽里略的自由落体,一开始是由雨滴同时落地的自然现象中顿悟的,伽里略才走上比萨斜塔进行自由落体实验并开创了实验科学的先河,开创了伽里略时代。这样的例子很多,奥恩格鲁格发现叩诊法是从他父亲用叩击啤酒桶.听声音,来判断桶内有多少啤酒的自然现象——支点,运用到对人体胸部的叩诊;从这一技术原理转化为技术原型再发展到听诊器,这里,技术发明、创新的关键就在于技术支点叩击啤酒桶的原理。同样当年伽伐尼从解剖青蛙用解剖刀靠近青蛙使青蛙腿抖动,他妻子顿悟发现生物电,伽伐尼生物电原理的支点延伸产生了伏打电堆——化学电池的技术原型……这一技术原型再不断的改进和支点延伸,就产生了现代有机电池,但它们都有相同的技术原理,所以我们说支点孵化技术原理。

用伽伐尼技术原理创造的电池,在21世纪的网络经济中仍占有关键的一席之地……从上面这些实例中,我们就能感悟到支点孵化技术原理在技术发明和创新中至关重要的作用!

三、支点孵化技术原型.

科学理论支点衍生技术原理,技术原理产生技术原型,这就是支点孵化技术原型。

我们说,发现了支点,就发现了原创,发现了原创,就走向了自己生命的辉煌,所以支点=辉煌!这里的更深刻的含义就是支点孵化技术原型。其中,顿悟产生科学创新理论,新理论转化成一种技术原理,自然而然就形成了这种以原理为支点的技术原型的雏形,所以我们说支点孵化技术原型。让我们从电子管的发明到晶体管、网络的发明创新看这种支点——新理论——技术原理——技术原型的转换——支点孵化技术原型的过程。赫兹的电磁波理论由硬金属环缝支点证明了电磁波的存在,产生了无线电技术原理,无线电技术原理随着支点延伸产生了无线电通信技术原型——无线电通信二极管放大技术,无线电通信的技术原型又是由“爱迪生效应”原理、技术原型孵化的。

最早的二极管是弗莱明1904年偶然的创造发明。他研究无线电粉末和晶体检波器的性能功率与灵敏度的时候,他感到速度慢,忽然想起自己在做爱迪生公司顾问的时候,接触到的“爱迪生效应”原理、技术原型。弗莱明在回忆录中说:

“1904年10月,我在专心思考这一问题时,一个非常愉快的念头突然涌上心头。我回忆起自己在‘爱迪生效应’方面所做过的实验,特别是白炽灯炭丝和灯泡中的冷金属板之间可以通过一瓦特电能的发现,我对自己说:‘如果是这样的话,那么我们中特有的恰是用来进行高频振荡整流的工具。’我让助手G.B·代克在一个电路里造成弱高频电流.然后我从柜里拿出一只过去实验时用过的灯泡……”

“爱迪生效应”:电流可以在真空中从白炽灯的炭丝和正电金属板之间流动——技术原型。

分析可见:“爱迪生效应”理论——技术原理(只要玻璃管灯泡)内处于真空,存在两个金属片阳极接触正电.阴极连接负电,接通电源,阴极灯丝处于白炽状态,电子就会在阴极形成电流。如果阴极连接负电,电子就不会流向阴极。这一支点就孵化产生了整流作用的技术原理——技术原型,达到交流电整合为直流电的效应。经过反复研究,弗莱明成功地发明了电子二极管。

随后英国的发明家李·德福雷斯特在整流二极管的技术原型上的支点延伸,以增加一极的组合实现了支点再一次延伸突破,发明了三极管。

德福雷斯特只简单地在二极管的灯丝与阳极之间封进一片不大的锡铂——增加第三极,整流的技术原型就扩延到了电子放大,即当在第三极加有不大的电信号,就可以改变阳极电流的大小。

于是二极管的技术支点原型从整流功能延伸,增加控制信息(通过电流大小)的调控作用产生了第四次大突破——

把第三极和无线电接收机无线相连,达到了检波效应。

技术发明的支点跃迁,使二极管上升到三极管。功能从整流的技术原型就扩延到了放大,再跃迁到检波——再从检波延伸到放大——支点一次又一次孵化技术原型.以致无穷……

“栅极”的应用,是支点的再次延伸。第一支点在“爱迪生效应”顿悟下增加一极,形成了二极管技术原型;德福雷斯特同样采用增加一极的支点切入,产生了放大三极管技术原型:把一个小小的金属箔用一个网状白金丝置换便产生了“栅极”,形成新的技术……

第四次支点延伸一一把一个三极管的输出作为另一个三极管的输入,形成三极管集成组合,实现了更大的电子放大效应,于是完成了从真空管到放大管的技术原型的转换。

三极管放大的实用简单赢得了市场,进入专利,达到了新产品与专利的崛起,创造了无线电时代。

然而.“爱迪生效应”的支点效应并没有结束。50年后美国科学家约翰·巴丁在电学理论方面实现了再一次突破,提出表面能级理论——这是量子力学理论的深入研究,让人们从原子和电子结构的深层次去认识研究电在物体表面或深层的不同物理特征与表征。

表面能级理论是电子支点向微观原子和电子结构的深层次延伸认识的必然,是与量子力学历史选择相适应的——N型传导,靠产生电子形成的传导和P型传导,通过带正电的空穴实现传导的理论认识的深入——硅、锗雷达检波器的广泛使用,需要找到新材料,更新方铅矿晶体材料。于是焦点集中在“用半导体所制成的器件具有放大电信号的功能”

上.历史便产生了巴丁和肖克的创新理论、原理与新晶体管技术原型实践。

肖克曾在研究中说:“使用一个垂直方向的外部电场作用于一层半导体膜,以控制半导体膜中的载体数目。”这样就形成了半导体无线电技术原理的核心。然而,经过实验,理论计算与实验效果不一致,于是提出巴丁理论支点——假说。

巴丁理论假说:不一致的原因,“是因为电子的界面效应使得半导体表面有一层电子,将其由内部罩盖起来,使之不能受到电场作用。如果是这样的话,在半导体表面与内部之间,可以使传导由一种类型变为另一种类型。这就是说。

如果一块半导体的内部是N型,并有许多电子集中在它的表面,那么紧挨着表面下面的一层就会因缺少电子而变为P型,由空穴来传导。这层称为反型层。”即巴丁表面能级理论支点构建了NPN型晶体管的理论支点与原理,其延伸就产生了半导体晶体管技术原型——肖克的技术原型。

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