书名：《科技革命的本源：如何培育卓越研究与创新》
作者：【美】文卡特希·那拉亚那穆提，杰夫里·颐年·曹
出版时间：2024年5月
出版社：中译出版社
本书简介
近代人类社会发展史是一部持续的科技革命史。在科学技术加速涌现、国际竞争日益加剧的今天，科技创新不仅是第一生产力，更是国家战略性力量。然而，这也是难度最大的人类活动。如何构建研究创新生态，如何领导卓越研究机构，如何培育杰出研究人才，如何激发科技创新潜力，美国在过去几十年里无疑是世界的标杆。
《科技革命的本源：如何培育卓越研究与创新》是美国哈佛大学著名教授文卡特希·那拉亚那穆提院士和美国桑迪亚国家实验室杰出科学家杰夫里·颐年·曹的力作。
本书通过对历史上大量具有代表性的科学和技术进步实例的分析，从多学科视角（科技史、科技哲学、科研政策与管理、进化生物学、复杂性科学、物理科学、经济科学等）对研究与创新的内在机理进行了深入科学的阐述。深入分析了科技革命的本源以及研究的本质，全面揭示了科学与技术相互促进、协同进化的共生本质，以范式为介导催生知识的巩固和颠覆的知识进化模式，以及知识进化的六种机制。
内容节选
01
“技术 - 科学方法”：科学、技术及其协同进化
“科学和技术是两个同等重要但性质不同的人类知识库，两者深度互动协同进化”，这是有关研究本质的第一个特征事实。
这一事实对于实验台研究人员来说是显而易见的：思考（试图搞懂事物是如何工作的）和实践（试图构建和操作能运作的物体）是同时进行的。然而，一种相反但错误的观点却流传得很广：技术是从属于科学并由科学衍生出来的，因此科学进步是技术进步的先导。在接下来的内容中将对此观点予以纠正。
先从科学和技术的基本定义和特征以及它们与人类文化的关系开始。我们最关心的两类人类知识库是科学知识和技术知识——通常简称为科学和技术。为完整起见，我们补充第三个知识库：人类文化。在本书中我们用符号 S、T 和 C 分别代表科学、技术和文化（如图1-1所示）。科学与技术的发展介导着文化，反过来文化也介导着科学与技术的发展——因此三者是协同进化的。
然后，讨论科学和技术协同进化和增长的机制。我们还采用了一个新的名词来定义这些机制——“技术 - 科学方法”，以及一个新的统一框架来组织这些机制——“技术 - 科学方法”由“科学”方法和类比的“工程”方法组成。
其中科学方法包括以下三种机制：“事实 - 发现”“解释 - 发现”，以及概括泛化。工程方法包括以下三个与科学方法类比的机制：“功能 - 发现”“形式 - 发现”，以及适应扩展。
重要的一点是，这两种方法都是站在现有的科学和技术的肩膀上创造出新的科学与技术。工程方法深度利用了科学及科学所促成的模型的精密复杂度。科学方法深度利用了实验技术及这种技术所促成的实验的精密复杂度，而解释的验证则深度利用了计算技术及这种技术所促成的验证的精密复杂度。
最后，以20世纪的两项标志性的“技术 - 科学”进步为例，探讨科学与技术的互动与协同进化：晶体管和微波激射器/激光器。这两项进步都是变革性的——晶体管主要对计算技术产生变革性影响，而微波激射器 /激光器主要对通信技术产生变革性影响。
02
发现新问题和发现新答案都是创造新的“问-答对”
有关研究本质的第二个特征事实：相互嵌套的核心元素可以看作是被组织成松散的模块化层级网络中的问题和答案，这些问题和答案深度互动协同进化，创建出新的问题和答案。
这一特征事实描述了“技术 - 科学”知识的可以称之为“纵向结构”的特征。这一结构中的动态变化对于实验台研究人员来说是很直观的：发现新的事实或新的功能就是发现新问题，有待回答的新问题；发现对事实的新解释或实现功能的新形式就是发现新答案，能够回答这些问题的答案。
发现新问题或者答案的难易程度各不相同。它们离现有的答案和问题——所谓的“现有可能性”越远，就越难找到。距离最近的是位于“现有可能性”范围内的已经存在且互相匹配的“问 - 答对”，但还存在优化和改进的空间。稍远一些的是位于“邻近可能性”范围中的潜在问题和答案：它们需要进行一次知识重组步骤才能到达“现有可能性”。更远的是位于“下一个邻近可能性”范围中的潜在问题和答案：它们需要一次知识重组步骤才能达到“邻近可能性”，需要二次知识重组步骤才能达到“现有可能性”。而且，新的问题和答案距离“现有可能性”越远，不仅其连接越难建立，而且连接的不可预测性越大，带来意外的可能性也越大，颠覆传统智慧（这是我们将在第三章中阐述的“范式创造”）的潜力也越大。
正如“技术 - 科学方法”中的各种机制是循环往复的，“问题 -发现”和“答案 - 发现”的各种机制也是循环往复的。在寻找一个问题的答案时，常常会出现另一个问题的答案：X射线回答了关于什么导致屏幕上的荧光太远而不受阴极射线影响的问题，但最终却回答了如何给人体内部器官拍照成像的新问题。或者，当寻找一个现有的答案有可能回答的新问题时，催化出了必要的辅助答案：光通信是一个激光技术可能可以回答的新问题，但前提是能够找到一种低损耗介质，如超纯玻璃纤维，通过这种介质激光能够可控地传播。
因此，“问题 - 发现”和“答案 - 发现”之间，不存在哪个重要哪个不重要的差别，也不存在哪个“引领”哪个的差别，它们相互推动。正如我们将在第四章讨论的，有效的研究培育意味着培育发展最成熟的那个——有时可能是“问题 - 发现”，有时可能是“答案 - 发现”，有时两者同时培育。
03
知识进化的间断平衡：意外与巩固
关于研究本质的第三个特征事实，它同时贯穿了前面两个特征事实，无论是从上述的“技术 - 科学方法”的角度还是从“问题 - 发现”与“答案 - 发现”的角度来看，“技术 - 科学”知识的进化的节律并不是恒定的，而是极其多变的。
第三个特征事实的观点是“技术 - 科学”知识是以“间断平衡”进化模式发展的，在“间断平衡”进化模式中，相对平缓连续的进化平衡周期，会被不连续的突变性进步（间断事件）所“间断”（打断）。
这里，我们从进化生物学中借用了“间断平衡”这一专业术语（Gould & Eldredge, 1993），在生物学中是指生物族群在对其所处的特定生态环境的平缓连续的适应过程，偶尔会被不连续的突变性物种分化事件（间断事件）所间断。这通常是由于一个生物亚种从其原属的大种群中独立分离出来并被推入一个全新的生态环境中时发生的生物现象。进化生物学中一个典型的间断事件例子是恐龙的一个亚种突变性地进化出飞行的能力，最终导致了现代鸟类的诞生。这也是我们在前文中引入“适应扩展”一词时所引用的例子。将“间断平衡”概念应用到知识进化中，如图 3-1 所示，我们把其中缓变渐进的连续进化平衡时期称为对传统智慧知识的强化与“巩固”，而把其中的不连续的突变性“间断事件”称为“意外”——对传统智慧的出人意料的挑战（甚至颠覆）。
“意外”与“巩固”是相辅相成的，而且它们对知识的进步同等重要。“意外”是如何与我们称之为“社会 - 文化技术 - 科学范式”的创建相关联，“巩固”是如何与“社会 - 文化技术 - 科学范式”的延申相关联；以及它们如何在一个强大的循环中相互作用，相互孵化催生彼此。
“意外”与“巩固”之间的相互作用，即新范式创建和旧范式延申之间的相互作用。一个新范式的创建，也会为该范式的后续延申和巩固打开一个发展的“开放空间”——在其中范式会强化其所依赖的知识，同时也会被相关知识所强化。而范式的延申发展反过来也为未来新范式的诞生播下种子。
目 录
引言
第一章 “技术-科学方法”：科学、技术及其协同进化
第一节 “技术-科学”知识库集合：S与T
第二节 “技术-科学”知识的增长：S和T
第三节 S和T的循环：晶体管和微波激射器/激光器
第四节 本章回顾
第二章 错综复杂的“问题-答案”发现之舞
第一节 问题与答案的网络：Q和A
第二节 发现新的问题和答案：Q和A
第三节 Q和A的循环：狭义相对论和iPhone
第四节 本章回顾
第三章 知识进化的间断平衡：意外与巩固
第一节 范式作为意外和巩固的介导
第二节 意外与巩固的相互孵化
第三节 意外与巩固的循环：人工照明技术
第四节 本章回顾
第四章 如何培育卓越研究
第一节 将组织、资金和治理与研究协调一致
第二节 拥抱“技术-科学”整体探索的文化
第三节 以关爱与责任培育人才
第四节 本章回顾
后记
作者简介
文卡特希·那拉亚那穆提（Venkatesh Narayanamurti）
美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士、著名物理学家，在固体电子学研究和科技创新政策研究领域均具有很高的学术造诣。
他曾任贝尔实验室固态电子研究实验室研究员和主任（1968—1987）、桑迪亚国家实验室研究副总裁（1987—1992）、加州大学洛杉矶分校工程学院院长（1992—1998）、哈佛大学工程和应用科学学院创始院长（1998—2008）、哈佛大学文理学院首任物理学院长（2003—2006）、哈佛大学肯尼迪政府学院科学、技术和公共政策项目主任（2009—2015）。他已经积累了超过14 000次谷歌学术引用，他的谷歌学术h指数为59。2018年，他获得了美国国家工程院阿瑟-布埃切奖，“以表彰他对凝聚态物理学的开创性贡献以及对工业界、学术界和国家实验室多学科研究的远见卓识的领导，从而产生了研究和工程进展”。
杰夫里·颐年·曹（Jeffrey Y. Tsao）
桑迪亚国家实验室高级科学家，斯坦福大学数学学士、电子工程硕士，哈佛大学应用物理学博士，美国物理学会、美国科学促进会和光学学会会员。
1981-1991年，他先后在麻省理工学院林肯实验室和桑迪亚国家实验室担任研究员，从事激光器及半导体外延领域的研究，获得过马林-玛丽埃塔（Marin Marietta）年度作者和杰弗逊杯（Jefferson Cup）奖。1991-2001年，他在桑迪亚国家实验室先后管理多个半导体材料与器件研究部门，包括技术领先的垂直腔面发射激光器（VCSELs）部门和铟镓氮（InGaN）金属有机化学汽相沉积（MOCVD）部门。他还担任过新加坡材料研究和工程学院客座讲师，并在E2O通信公司（一家上市前的光纤通信公司）担任研发副总裁。他积累了超过11 000次谷歌学术引用；获得了11项美国专利。他的谷歌学术h指数为50。
程志渊
浙江大学集成电路学院教授，国家高层次人才项目特聘专家。2019-2020年在哈佛大学学习期间师从本书作者文卡特希·那拉亚那穆提院士。
计宏亮
中国电科发展战略研究中心高级工程师，博士研究生，主要研究方向为美国国家安全战略、科技创新政策等。
文章观点不代表主办机构立场。
◆ ◆ ◆
编辑邮箱：sciencepie@126.com
热门跟贴