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发明家是如何被“发明”出来的?

林偕 腾云 2021-05-19


芯片及其生产技术的发展已经成为大众关心的议题之一,人们似乎也形成了一条共识:我国的工程师文化已经比较强大,但基础科学还有欠缺、有待进步。


对于基础科学的反思与重视,的确再多也不为过。但从基础科学到真正提升社会生产力、改变人类生活方式的科技产品,还有漫长的道路要走。


回顾西方工业化的历史,我们从中发现了一类搭建起科学与商业、研究和日常生活之间桥梁的人:发明家。我们将通过几篇文章来聊一聊他们的故事。




文 | 林偕
腾云特约作者


回顾西方工业三百年的发展历史,我们可以看到一个有趣的现象:除了顶级科学家和成建制的工程师团队之外,整个社会生产力的提升离不开另一个群体的壮大,我们不妨先称他们为“发明家”


如何定义发明家?


如果说科学家致力于科学原理的进步,工程师致力于常规工程问题的解决,发明家则是科学家与工程师之间的桥梁。具备超高的科学素养,但他们的实践能力、创造性解决问题的能力,却又远高于工程师群体。



可以说,没有发明家这个群体,人类社会不会有诸多工具与机器的原型,也无法将这些原型极大量产从而造福全人类。现在最为推崇的许多科技企业的创始人和核心团队成员,实质上也拥有发明家的核心特质:


马斯克首先是一个杰出的发明家,然后才成为一个卓越的管理发明家的人,他们一起将原本高高在上的顶尖科技带入商业世界和日常生活;汪滔与大疆的故事已家喻户晓,在短短十年间,他和同伴一起让这种精密机器实现了极大量产,以至于连美国国防部都无法舍弃;清华大学健全的工科教育和对“发明家文化”的宽容也催生了许多类似的群体,从硅谷到国内,网络安全领域的NetScreen,摄像头传感器领域的豪威科技和格科微等企业的创始人都有着类似的特质...


每当谈到工业革命,人们能想到的第一个名字可能是瓦特。但在大多数叙事中,瓦特和蒸汽机的诞生都被淹没在“英国崛起”的宏大故事之下。但如果更加细致的解构这一过程,我们或许会收获另一重启发:工业革命催生了发明家的“发明机制”。


发明家是如何诞生的?我们先回顾一下这位发明家“原型”的故事。




发明家的起源:

工匠与大学教育


在中世纪的欧洲,阶层划分清晰,受教育者与手工业劳动者之间的界限非常明显。在瓦特的同时代或相近时代的人中,同时具备良好教育且具备较好的动手实践能力的人可谓是凤毛麟角,达尔文、伽利略、牛顿是这一类人的代表人物。


有一个手工业门类比较特殊:钟表。


这个行业既需要精巧熟练的技艺,也需要相当的数学等科学知识。彼时,恰逢欧洲大陆爆发严重的宗教战争,大量钟表手工业者逃到英国,在推动英国钟表行业发展壮大的同时,又发展出另一个对科学要求更高的行业:数学仪器。年轻的特便是伦敦数学仪器行业的从业者之一


他师从伦敦技术最为精湛的老师傅莫根——莫根同时也是著名的数学家。在莫根的指导下,瓦特仅用一年时间便以学徒身份精通了数学仪器制造,因职业工会禁止没有市民权的人进入该行业,无奈之下,瓦特只得求助于格拉斯哥大学的教授。经过学校批准,瓦特得以在学校开设了一个仪器店。


如同艺术与工匠的结合催生了设计师群体及相关行业的诞生。数学仪器行业也扮演着重要的桥梁作用,该行业已经远远不是行会工人或灵巧的手工匠就能胜任的,这促使像瓦特这样聪明而勤奋的人主动打开了科学的大门。


一类新的人群由此催生。


作为一个科学的“学徒”,在格拉斯哥大学期间,瓦特充分汲取了大学教育的养分,在图书馆广泛阅读专业书籍,和身边诸多博士、教授频繁进行讨论。这为他日后成为一名发明家提供了最后的催化剂。


而作为一个工匠,瓦特经常在自己的店铺里拆解、修理精密仪器,检查各部分的构造和性能,直到懂得相应原理后又重新将它们装配起来。在这个过程中,如果遇到问题,瓦特就会去图书馆寻求科学书籍的帮助。


这个拆解、实验和原理学习过程的反复,有效的训练了瓦特的发明家素养,使他具备了远高于一般熟练工人的健全科学观。更重要的是,瓦特所经历的仪器修理过程相当于一个产品原型的拆解、重组与还原,这对于他之后重新发明蒸汽机非常重要。


“工匠瓦特”逐渐完成了向“发明家瓦特”的转型。在教授朋友的启发下,瓦特也第一次对改良纽科门蒸汽机产生了浓厚兴趣。


到此为止,距离通用蒸汽机的顺产,就只差外部条件。




发明家的诞生:

月光社、资助人和专利制度


瓦特重新发明蒸汽机之前,英国的工矿业已经用上了纽科门蒸汽机来抽水,但是这种机器存在一个问题,蒸汽转化为动能的效率很低,操作笨拙,极其不实用。


也就是说,纽科门蒸汽机其实存在两个问题,一是科学原理没有充分利用,机器的设计者不知道如何提高能量转化效率;另一个是机器的设计者没有工程改良经验,导致产品用户体验不好。


瓦特通过科学原理分析,很快知道了蒸汽机存在的问题,但工程进展不如人意。此时的瓦特已经丢掉了学校的铁饭碗“再就业”,资金很快耗完,陷入了困境。


这时,一个近似于茨威格眼中“决定命运的英雄瞬间”降临在瓦特头上。他接触到一个神秘的团体:月光社。


这是一个成立于1765年前后的科学精英团体,由达尔文的祖父伊拉斯谟斯·达尔文和外祖父约书亚·威治伍德创立。彼时,英国工业革命伊始,每到月圆之夜,一些著名的科学家、工程师和实业家便会聚集一堂谈论最新的工业科学成果。月光社有自己排他性的吸纳成员方式,所有的成员都应该是其所从事领域有突出贡献的人。有资料显示,该团体的成员从未超过14人。


很快,当众人得知了瓦特改良蒸汽机的主意,便主动为其出谋划策。



月光社对瓦特和蒸汽机的发明影响深远。


首先,该组织的成员成为了瓦特发明创意的“同行审议”,大家一起发表对于机器原理的意见,加速了创新迭代;另外,月光社的一位成员、工厂主博尔顿意识到瓦特改良蒸汽机的巨大前景。


在博尔顿看来,瓦特实质上在做的是“通用蒸汽机”。


顾名思义,这个机器的出现能够为所有行业带来动力,因而市场前景广阔。博尔顿变卖产业,做出了资助瓦特的决定。他在给瓦特的信中写道:


我将为蒸汽机的诞生创造一切条件,我们将向全世界提供各种规格的发动机,您需要一位助产士来减轻负担,并且把您的产儿介绍给全世界。


博尔顿是一个天生乐观,一位充满激情的创业者,这一定程度上弥补了瓦特性格上的缺陷。而博尔顿的钟表工厂和法国对手竞争的过程,让他意识到优秀的机械是制造质优价廉产品的先决条件。


只有资金还不够,瓦特还需要更多的“合伙人”。在做实验时,瓦特经常遭遇各种失败,这很大程度上归咎于工艺的粗犷。此时,月光社中有的“铁狂”威尔金森站了出来。他带着他的两个儿子,帮助瓦特解决了实验中一些非常重要的难题。


最终,瓦特摸索出了一套蒸汽机发明和量产的工序:自己设计图纸,威尔金森父子实现原型机生产,博尔顿工厂的工人实现量产。因为培训熟练工人时间过长,瓦特将生产过程划分成了诸多比较细的工序,每个工人只负责一个工序,实现了一定程度的“流水化”作业。


作为一个“发明家”,瓦特明确承担起发明创意和量产分工的职责。


其实博尔特还有更大贡献。按照英国的法律制度,瓦特申请的专利只有14年期限,这可能造成发明的投资无法回本。于是,博尔顿出面,带着瓦特成功游说议会将蒸汽机专利再延长25年。


在此之前,曾有人建议瓦特去俄国,向俄国女王申请资助,瓦特最终没能成行的原因,也是两国的专利制度的差异——英国是当时欧洲毫无疑问的专利制度最为健全、对发明家保护最好的国家。




发明家的流行:

世界市场、产业变革与发明家崇拜


蒸汽机的巨大成功,还有一个重要的背景,那就是地理大发现及其带来的世界市场。


在市场规模急剧扩张后,英国的传统工业已严重不能满足需求。此时,传统产业有十倍百倍效率提升的诉求,而瓦特改良后的通用蒸汽机,恰如其当的为其提供了高效的动力供给。


瓷器大王韦奇伍德,想到了以蒸汽机动力改造制瓷业。经过改造后,欧洲生产的陶瓷变得异常便宜,结果完全不用从中国进口,甚至转而大量出口至中国市场。中欧双方的贸易地位,瞬间对调。


工业革命时期的发明家,最终都成为了世人瞩目的偶像。


瓦特在蒸汽机取得了成功后,赚取了大量财富,并且进入了英国皇家学会,成为院士;发明了蒸汽船、潜水艇的富尔顿,受到美国政治家的尊重,最后成为了一个政治家;同样出身穷苦阶层的史蒂芬森发明了火车,也完成了“阶层跃迁”...


英美等国在工业革命期间诞生的发明家,无疑对整个社会产生了巨大的示范效应。这些发明家受益于专利保护的社会环境,反过来也向全社会证明了科技发明的巨大经济价值,吸引更多的人参与发明的冒险之旅,从而实现自己的阶层跃升。至此,发明家阶层愈加壮大。




如何“发明”发明家?


在传统的关于工业革命的历史叙事中,我们更着重强调先发工业国家的圈地运动、血腥三角贸易和中国因此遭遇的殖民历史。而放在现在的时代背景下,我们需要强调发明家阶层的诞生。


经过数十年建设,中国已经培养了具备高素质的科学家与工程师群体,但我们是否也形成了发明家成长的环境和制度?他们承担着中国引领下一个世代创新的责任。


瓦特的故事看起来简单,但在两百多年前,对于那些主动催生和“培育”发明家群体的人们来说,毫无疑问需要强大的心脏。


时至今日,被无数人视为偶像的马斯克也经历了数次失败,但幸好NASA依然认可并在紧急时刻给了SpaceX一笔大订单。


马斯克只有一个,但与他相似的发明家并不在少数,只是很多时候,产学研转化的环境阻碍了发明的诞生。要催化更多发明家的诞生,我们无疑需要容忍更多的失败,不那么以成败论英雄。


如果我们这样去看西方的工业革命,也就会发现,其实从来没有哪个科技巨头衰落了,或者哪个国家失去霸主地位了,而是最有利于发明家诞生与培育的地方在一直变换而已。


在未来的几篇文章中,我们将进一步讨论这一问题。



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