科技啟示錄，從想像到實現，一窺發明與創新偉人的思維世界：從哈里森的航海鐘到愛因斯坦的相對論！跨越學科對話，孕育創新火花

一部探討科技創新和科學家貢獻的專業著作
近百位學術大師的故事，向讀者展示了創新的力量和價值

創新背後的理念、知識、能力、品格以及實施方法
從多角度分析推動社會進步和科技革新的關鍵因素
【預測未來創新領域，為讀者呈現了一幅科技全景圖】


【理念】
本書首先介紹了創新的理念，包括「創新」作為社會發展驅動力的重要性，以及創新在持續社會發展中的必要性。透過對技術進步可能引起的社會危機、社會價值對創新的影響、以及近代科學觀變革的探討，本書提出了對創新深層次的理解和思考。

【知識】
書中深入探討了創新的知識基礎，強調原始創新根植於基礎科學研究的重要性。透過分析基礎科學研究如何推動創新、原始創新與破壞式技術的關係、學術交流的重要作用，以及在物理學和化學中未知領域和迫切需要突破的創新領域。知識的獲取路徑，包括繼承前人知識、科普教育與偽科學的辨析、教育新理念與新模式的探討，以及資訊時代知識累積的特徵。透過創新人才的立體知識體系和世界著名創新機構的知識背景分析，本書展現了創新與知識深度的關聯。

【能力】
在探討創新能力的部分，本書提出了創造力研究的P4要素：創造者的人格特質、創造歷程、創造產品的分析、以及社會環境和國家政策對創新的推動。此外，對人才培育作為創新的百年大計的重要性進行了深入討論，強調尊重知識、尊重人才、培養匠人精神，以及在繼承、競爭、合作中成長的重要性。本書從想像力、聯想力、觀察力、思辨力等多個角度探討了創新所需的關鍵能力。透過生動的例子和故事，如地球周長的測定、特異材料的製備、以及對微小機率現象的觀察等，向讀者展示了如何透過提升這些能力來促進創新。

【品格】
在品格這部分，本書強調了創新人才養成的環境因素和創新精神的核心品德。透過分析困苦艱辛如何激勵成才、品德如何影響科學成就、以及創新精神與智慧的關聯。本書更列舉多位科學家的真實故事，指出了品格在創新過程中的核心地位。

【方法與願景】
書中探討了創新的方法，包括腦力激盪法、5「W」2「H」分析法、TRIZ法等，提供了具體的創新工具和方法。在願景部分，本書對未來的創新重點領域進行了暢想，展望了科技創新能力在國際競爭中的主要展現，以及美國創新策略的變化。


本書特色：本書深入揭示創新的理念、知識、能力、品格及方法。透過精選的大師軼事和歷史案例，探討了科技進步背後的動力和創新精神的本質。從基礎科學的重要性到創新人才的培養，再到創造力的多角度分析，本書為讀者提供了一個關於推動社會發展和技術革新的全面視角，是科技愛好者和專業人士的寶貴資源和靈感來源。

金湧，清華大學化學工程系教授。專業方向為化學反應工程、生態工業工程，近年來熱心科學普及工作。曾榮獲美國化學工程師協會（AIChE）講座教授獎等榮譽。

序一
本書記載了近百位科技大師在作出巨大原發性創新成果過程中的不同經歷。透過娓娓道來的講述，我們可以窺其思維發展的脈絡，感受到大師們取得科技成果的艱辛，理解偉大的發明和發現不是可以憑空規劃出來的，也沒有什麼固定的方法可以催生。只有堅定踏上科技創新征程的決心，才能在奮鬥中實現自己的夢想！

序一
序二
序三
總綱
導讀
1引言　INTRODUCTION
2理念　IDEA
2.1　創新是社會永恆發展的驅動力
2.2　創新發展是社會持續發展的必經之路
2.3　原始創新根植於基礎科學研究
2.4　創造能力研究的P4要素
2.5　人才培育是創新的百年大計
3知識　KNOWLEDGE
3.1　知識的獲取路徑
3.2　創新人才的立體知識的4個維度
3.3　世界著名創新機構「知識背景」的四個象限
4能力　ABILITY
4.1　想像力
4.2　聯想力
4.3　觀察力
4.4　思辨力
4.5　行動力
4.6　內驅力
5品格　QUALITY
5.1　創新人才養成的環境因素
5.2　品德是創新精神的核心
5.3　創新精神離不開智慧
6方法　METHOD
6.1　概述
6.2　腦力激盪法
6.3　腦力激盪法
6.4　5「W」2「H」分析法
6.5　TRIZ法
7願景　VISION
7.1　科技創新能力是國際競爭的主要展現
7.2　美國創新策略的三次變化
7.3　對未來創新的重點領域的暢想
參考文獻
跋

2.1　創新是社會永恆發展的驅動力
科技發明與創造對歷史的推動，可以從一個古老的故事開始講起。
從15世紀起，歐洲各國便開啟了海上擴張的時代，越來越多的航船啟程去海外開闢貿易市場和殖民地，為此不惜發動戰爭，在海外爭奪金銀財寶。率先行動並占有優勢的國家為西班牙、荷蘭。
但大海茫茫，風暴、驟雨、濃霧等惡劣的天氣時常出現。當時航海技術有限，航船常常會迷失方向，走錯航道，以致觸礁沉沒；或者在戰場上找不到指定位置，或者找不到陸地無法補給，船毀人亡的事件頻繁發生，這些都是由於不能在海上準確定位所導致的。
18世紀初英國航海事業要奮起直追。1707年，英國海軍上將克勞德斯利．雪弗爾爵士（Cloudesley Shovell）率領的艦隊，在地中海打敗了法國艦隊，返航途中遇到了大霧，有12天見不到太陽，只能憑猜想判斷自己的位置。當雪弗爾爵士驚恐地發現艦隊已駛入了夕利群島中間時，為時已晚，在大霧瀰漫的晚上，艦隊的5艘軍艦中，有4艘撞上暗礁迅速沉沒，1,600多名水兵被淹死。這一事件震驚了英國政府。
現在人們都知道，只要把地球表面用經度和緯度劃分，經過準確的經、緯度測量，就可以知道航船在海面上的位置。早期，船長們已經都能夠利用太陽昇起的高度，或在北半球航行時，透過測量北極星在地平線上的高度來確定緯度，但對於經度的準確測量卻一直是困擾著世界的大難題。
巨大沉船事件，促使英國國會專門成立了一個「經度委員會」（The Board of Longitude），並設立了高額的「經度獎金」。同時，西班牙、葡萄牙、荷蘭、法國、義大利，也相繼發表了獎勵措施。
其實，科學家一直都在努力試圖解決這一課題。早在1530年，荷蘭天文學家海馬．弗里修斯（Gemma Frisius）就提出「以時間差確定經度」的原理，即利用鐘錶來測量時間差。地球徑向劃分360度，其自轉一周是24小時，一小時轉15度，4分鐘轉一度。他設想攜帶鐘錶去航海，在航行中利用太陽高度，測量當地的時間，再與從出發港攜帶的鐘錶指示的時間進行對比，若相差一小時，則可算出當地經度與出發港經度相差15度。艾薩克．牛頓（Isaac Newton）也曾肯定鐘錶法是可行的。
發現了科學原理，但技術問題卻無法順利解決。當時世界上最準的鍾，便是英國格林威治天文臺時鐘，每天誤差不超過兩秒。但它的鐘擺長達4公尺。這樣一個龐然大物，如何安放在航船上呢？何況，遠航中溫度、溼度和各地重力的不斷變化，船體的強烈顛簸，海鹽的侵蝕等各種因素的影響，鐘錶也很難準確執行。
這時出現的一個天才解決了技術難題。約翰．哈里遜（John Harrison, 1693–1776），1693年出生於英國的約克郡，從小跟父親學習木工，19歲時無師自通地製造出一臺木頭擺鐘，27歲時為當地莊園主建造了一座塔鐘，完工後，人們驚訝地發現，它每個月誤差不超過一秒，在準確性上遠遠超過了格林威治天文臺的時鐘。
在「經度委員會」的資助下，哈里遜開始了航海鐘的開發工作。1735年，他成功地製造出第1臺航海天文鐘H1，之後的20多年他不斷改進，相繼造出H2、H3型航海天文鐘，雖然已彌補溫度的影響，解決了離心力帶來的誤差等，但他仍不滿意，苦苦追求、精益求精。終於，1759年，世界上最精確的航海天文鐘H4問世。H4直徑13公分，重1.45公斤，在海上漂泊了3個月的使用中，只慢了5秒鐘，經過委員會鑑定發現，H4能夠將經度確定在10英里（約16公里）範圍內。這在當時，可稱為重大科學和技術成就，哈里遜的貢獻受到英國皇家的高度表彰，本人被授予爵士爵位。英國對此項技術嚴格保密，並利用這一準確定位技術，先後打敗了西班牙、葡萄牙、荷蘭等國艦隊，成就了數百年的海上霸業，成為「日不落帝國」。
故事雖然已過去數百年，回憶起來仍意味深長。科技創新對推進社會發展的巨大作用應是永恆不變的。

2.2　創新發展是社會持續發展的必經之路
劇烈的時代浪潮洶湧澎湃，人類對自然界的規律認知累積到一定程度，就開始思考利用它們進一步降低勞動強度和改善生活品質。正是由於科技的創新發展，歷經千年如詩如歌、慢悠悠的田園文明開始解體。人們已不滿足於原始器具或單純的人力使用，大型手工業演變成工廠，第一次工業革命發明了軸承、螺栓、蒸汽機、平版印刷，接踵而來的是紡織、礦業、煉鋼、鐵路、電動機等。擁有巨型工廠的大城市飛躍發展，出現了法國的魯爾、英國的曼徹斯特、美國的底特律、德國的埃森、俄羅斯的烏拉爾等城市群，其他國家也都在這一兩百年內建成這類工業群。
工業化使生產能力迅速擴張，社會進入市場經濟競爭的時代。市場經濟發展的本質就是競爭，依賴的就是對科學技術的創新。從機械化時代──蒸汽機、內燃機、電動機等，到電氣化時代──機械電子學、自動化、機器人等，再到資訊時代──大型電腦、網際網路、物聯網，以及同時出現的生物與生命科學時代，靠的全是科技進步，生生不息。
建設「自主創新型」國家對於實現社會和經濟的可持續發展具有十分重要的意義。在建設資源節約型和生態環境友好型的和諧社會中，自主創新有著核心作用，創新能力已成為國際合作和競爭的主要內容。整體來看，世界各國社會發展模式大致可分為：
（1）Harrod-Domar model：認為經濟發展的驅動因素是資本，發展取決於投資。這個成長模式已被證明是不完善的。
（2）市場拉動模式：認為經濟發展取決於市場需求的拉動。盲目加快發展，會導致技術水準較低的產能重複建設，造成低品質產品過剩，發展常常難以持續。
（3）梭羅發展模式：認為經濟發展的驅動因素是科技進步，但科技進步被論述為額外變數，即可透過國際間轉移引進來實現，但實際上先進技術在國際間轉移是會有極大阻礙的。
（4）現代發展模式：認為經濟發展是由科技進步推動的，同時也強調即使科學知識可以自由交流，但其中涉及的技術核心機密則不同，它只能是社會的內生要素。沒有企業願意把自有的先進技術賣給潛在的競爭者，如果真的可以實現技術轉移，世界各地區發展程度會趨同，這與現實世界發展趨勢不盡相同。技術在不同國家間轉移會遇到很大的內部限制和外部扼制。
1990年代以前，日本一直著重於模仿。蘇聯解體使得世界形成美國一家獨大的局面，日本作為其亞洲盟友的地位下降，再加上高新科技產品更新換代速度極快，美國政府透過一系列加強智慧財產權保護政策，壓制日本的發展。日本不得不走自己科技創新之路，同時，日本大國意識有所抬頭，想甩掉「技術上的巨人，科學上的矮子」、「搭便車者」的標籤，渴望像歐美等國一樣，湧現出一批為人類作出貢獻的科學家，被各國所尊重。
1990年代中期以後，日本改變了科技發展策略，把「科技創新立國」作為基本國策。戰後，日本透過大量引進、消化和吸收歐美科技成果，於1960年代後期超過西德，成為僅次於美國的第二大經濟強國。日本與西方已開發國家的技術差距已大幅縮小，不再是追隨者，日本企業的國際競爭力已對美國企業構成威脅。我們應該從日本的創新經歷中得到有益的啟發。
創新是引領發展的第一動力，而原始性創新則是最根本的創新，是智者和強者所必為。
成為「領跑者」不僅需要智慧、眼光、策略，更需要創新系統中的各種要素合作發展。科學研究要從「跟跑者」到「並跑者」再到超越對手，需要質的飛躍，需要從各個層面研討創新的全方位要素，這也是本書立論的努力方向。