## OF TECHNOLOGY 技术思想前沿 | 原理从何而来?有时候原理是借用的;有时候原理来自于以前概念的组合;有时候原理来自于对过去的回顾;有时候原理是和现存功能性结合在一起出现的。原理来自于已有的其他设备、方法、理论或功能之中,它们从来都不是无中生有的。 |
有时候,新原理来自于以前概念的组合。1940年,英国战争期间需要找到传输雷达微波的有效方式。物理学家约翰·兰德尔(John Randall)和亨瑞·布特(Henry Boot)一下子想到磁电管的原理5—— 一种被用来服务雷达目的而产生微波,利用磁场控制电流的圆柱状电子管。为此他们将电磁管的高能量输出和电子速调管利用共振腔扩大微波的优点组合了起来。
有时候,原理来自于对过去的回顾,或者从同事的谈论中偶然获得,或者由理论而来。实际上,兰德尔曾经偶然在书店看到了赫兹(Hertz)的《电波》(Electric Waves)的英译本。这本书使他想到了圆柱谐振腔——基本上就是赫兹在他的书中所分析的三维的线圈共鸣箱。
有时候,原理(一种概念上的解决)是和现存的功能性结合在一起出现的,每一次出现解决一个次生问题。1929年,欧内斯特·劳伦斯(Ernest Lawrence)找到了使带电粒子加速以实现高能粒子对撞技术的方法,即粒子可以被电场加速。但问题是,当时人们还不知道如何获得产生高强度电场的极高电压。直到有天晚上,劳伦斯在大学图书馆浏览学术期刊时,发现了挪威工程师罗尔夫·威德罗(Rolf Wideroe)写的一篇文章。罗尔夫·威德罗的想法是用低电压交流电使粒子反复振荡进行加速,这样就回避了高电压问题。他建议通过一系列首尾相连的管子来传输粒子,管子和管子之间有小的缝隙。管子的安排要恰到好处,即粒子一定要在交流电的峰值通过缝隙的时候同时到达。但是这意味着当粒子运动越快,管子的长度就需要越长。劳伦斯看到了这个方案的精妙之处,但是他算了一下,如果想达到他要的能量,管子就要伸到实验室的窗户外面去了。(按照现在的观点,管子的长度需要达到2英里。)威德罗的想法在劳伦斯看来不具可行性。
但是就像当时任何一位物理学家一样,劳伦斯知道,磁场可以引起带电粒子在回路中运动。我问我自己:“是否可能用两个电极管一刻不停地输送阳离子(粒子),通过某种合适的磁场排布,让它们在电极管中来回运动。”6换句话说,可以通过只使用两根管子,将它们弯成两个半圆,中间有缝隙,然后使用磁场驱使粒子在这个环形回路中来回运动。接着他让威德罗的恰到好处的交流电通过缝隙,这样粒子就在每次通过缝隙时被加速了。当它们不停地旋转运动时,就可以被加速、盘旋,最后被高能释放。
这个原理最终演变成了回旋加速器。它的实现过程是:将问题从如何获得高电压转变为如何使用威德罗提出的低电压交流的次级原理,然后再利用劳伦斯的方法,用磁场来大大降低空间需求的次次级原理。此处获得的原理是在已存在的碎片(现存的功能)的基础上建构而产生的。
在所有这些案例中,原理都是来自于已有的其他设备、方法、理论或功能之中,它们从来都不是无中生有。7在发明的创造核心,呈现的是“挪用”(appropriation)的特征,是某种半意识形态的精神借鉴。
有时候,原理来得很迅速,只需花费很少的心力。但是更多时候,整个问题都藏在思想背后,被一些困难所困扰,并没有现成的原理摆在眼前,而且这种状况可以持续数月甚至数年。
解决方案有时候会突然出现,就像查尔斯·汤恩斯(Charles Townes)在讲述他发明量子放大器的过程时说的那样:“灵感倏然而至”。惠特尔也曾写道:
我在惠特灵时,突然间我的脑海中出现了这样一个念头,去找一个替换活塞发动机的涡轮机(用来驱动的压缩机)。这种变化意味着压缩机要有一个比我对活塞发动机的期望高得多的压力比。简言之,我又回到了燃气轮机上,但这一次是推进喷气式飞机,而不是推进压缩机。当想法初现时看起来怪怪的,我花了很长时间才找到那个概念,而突然间它显得那样明显而且简单。计算结果使我确信这远远超出我的预期。8
灵感的显现就如同一个疏通堵塞的过程,经常是一下子就通畅了。要么是总原理找到了可以与之匹配的次级原理,要么是一个次级原理为主原理的应用扫清了障碍。这是一个连通的时刻。它在问题与能够解决问题的原理之间完成了链接。
使人感到惊奇的是,对于发现者来说,这个洞见是如此完整,让人觉得在潜意识中各部分已经被组合完好了一样。而且它一来,大家就“知道”它是对的——那是一种对其解决问题所具备的正当性、优雅性、非凡的简洁性的觉察。因为它总是从一个人的潜意识中涌现出来,所以洞察力通常来自个体,而不是团队。它一般不会在活动中或狂想时出现,却常常在静寂中到来。
灵感力的到来并不是过程的结尾,而只是一个标志。概念依然必须被转译为可行的技术原型。就像作曲家虽然在头脑中已有了主题,但是依然需要通过演奏来将之一起表达出来一样,原创者必须将工作组件组装起来,才能完成他的概念的表达。