科技革命的本源：如何培育卓越研究和创新

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。

内容简介

认识“技术 - 科学”的本质，打造高水平研究 我与文卡特希·那拉亚那穆提（Venkatesh Narayanamurti）教 授在 20 世纪 90 年代在美国相识，他是我多年的好朋友。那拉亚那 穆提教授热心于推进国际间的友好交流。在全球新冠疫情之前， 他 曾多次应我的邀请来北京出席会议并发表演讲。近年来尽管年事已 高，他还一直关心北京量子信息科学研究院的发展，担任国际学术顾问委员会委员。那拉亚那穆提教授先后在贝尔实验室、桑迪亚国家实验室、 加州大学圣芭芭拉分校、 哈佛大学肯尼迪政府学院等国际顶尖 高校院所和企业实验室工作， 他是哈佛大学工程和应用科学学 院的首任院长（ 1998—2008 年），曾任桑迪亚国家实验室副主任和加州大学圣芭芭拉分校工学院院长等重要职务。这些经历使他在物理学相关科技研究、学术机构管理以及科技政策研究等方面都具有丰富的经验。那拉亚那穆提教授近年来笔耕不辍。我很高兴地看到， 他在此前一系列工作基础上又出版了新作《科技革命的本源：如何培育卓越研究与创新》（The Genesis of Technoscientific Revolutions: Rethinking the Nature and Nurture of Research）， 而今又被译为中文版。我衷心希望所有有意愿探寻 研究本质以及培育高水平研究的各类读者都能够从中获得很好的启发。这本关于反思研究本质及探讨如何培育研究的著作，提出了一个“技术 - 科学”知识整体系统并详细分析了其结构与演化方式， 通过物理科学和工程学等领域的若干翔实案例展示了“技术-科学”知识进化过程中的各种机制及其相互作用，并相应地针对培育研究提出了可应用于各种类型研究组织的指导原则。 一、认识“技术 - 科学”知识的横向结构特征 在反思研究本质的第一部分，作者指出科学和技术是两类同等 重要但性质不同的人类知识库， 而两者互动非常紧密， 以至于完全可以模糊其界限并将两者视为一个整体“技术 - 科学”。两者协同进化产生新科学和新技术的各种机制被称为“技术 - 科学方法”，作者为此介绍了一个新的统一框架，由“科学方法”和与之相类比的“工程方法”组成。新科学由包含“事实 - 发现”“解释 - 发现” 以及“概括泛化”三种机制的“科学方法”创造， 而新技术则由包含“功能 - 发现”“形式 - 发现”以及“适应扩展”三种机制的“工程方法”创造。 科学和技术在强大的反馈循环中紧密而复杂地交织在一起： 一方面它们通过“形式 - 发现”及“功能 - 发现”机制部分地相互 促进， 另一方面它们通过实验和建模这两种方式更加全面地相互促进。作者进一步使用晶体管和微波激射器 / 激光器这两个 20 世纪 标志性“技术 - 科学”进步案例， 为读者详细分析展示了在重要 “技术 - 科学”进步出现的前夜，产生新科学和新技术的各种机制之间所发生的密集往复反馈循环。由此可见，科学与技术的进步是共生而相互循环的——科学与 技术不分主次先后。当“技 -科学方法”中的某些机制被忽视时，反馈循环就可能未得到最佳的培育。 二、认识“技术 - 科学”知识的纵向结构特征 “技术 - 科学知识集合”中的核心元素是相互嵌套的，事实及 其解释、功能及其实现形式都可以看作被组织成松散的模块化层级 网络中的“问 - 答对”，任何问题与答案都在层级结构中指向上一个层级的问题，也同时指向下一个层级的答案。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。发现新问题与新答案的难度取决于距离已有问题与答案的远近 程度，距离越远，连接越难建立，带来意外的可能性也越大。最近 的是位于“现有可能性”的范围内，正在探索的问题和答案在此时 此地已经存在于现有体系中；稍远些的是位于“临近可能性”范围 内，通过对现有问题和答案的重新组合可以成为可能；更远的位于 “下一个临近可能性”范围内，需要先去发现更多的东西， 需要更 多的知识重组。探索“下一个临近可能性”尽管在历史上催生了许 多最伟大的“技术 - 科学”革命，但这需要超前的思维，是最困难与冒险的，也容易被人们忽视。 “问题 - 发现”与“答案 - 发现”二者错综复杂、循环往复地相互推动、发展进化，它们之间也不分主次先后。作者使用狭义相对论和 iPhone 两个物理学和工程学的重要发现/发明案例，展示了在“现有可能性”“临近可能性”和“下一个临近可能性”中“问题 - 发现”与“答案 - 发现”之间的相互作用。 三、认识“技术 - 科学”知识随时间进化的方式 在这一部分， 作者进而指出贯穿前两个特征的第三个特征事 实，即无论是从“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”知识进化的节奏并不是恒定不变的， 而是以“间断平衡”进化模式发展。范式是“间断平衡”进化的中介，它是促成“技术 - 科学”知识进化的科学、技术、文化知识的整体组合，是有关如何使用知识的元知识。巩固带来范式的延申，伴随着对现有“问 - 答”对进行连续且可预测的改进和对传统智慧的加强， 带来“间断平衡”进化模式中平缓连续的平衡周期。意外则会带来范式的创建， 伴随着始料不及的新问-答对的产生和与传统智慧的不相容， 带来“间断平衡”进化模式中的突变性间断。意外和巩固发生在一个反馈循环中，它们相互孵化。作者使用人工照明技术三百年来的发展历程呈现了意外和巩固是如何循环发生的。 很重要的一点是，科学和工程方法以及问题与答案发现的任何一种机制都无法独占范式的创建或延申。意外和巩固发生于科学和工程方法的各种机制中，也能与“问 -发现”和“答案 - 发现”的各种机制相结合。 四、研究的重要性、脆弱性与培育 对于从事研究的组织来说，研究的特征决定了它的脆弱性。 一 是相对于开发来说，研究的重要特征是以意外为终极目标， 而意外 则意味着知识进步是无法预测的，知识进步对下游领域的后续影响 也是无法预测的。当短期私有利益排挤长期公有利益时， 当追求创 造条件实现最大意外的研究文化与追求创造条件尽可能减少意外的 开发文化发生冲突时，开发文化总会获胜， 而研究活动很容易被忽 略或侵蚀。二是即便组织有意愿培育研究， 一些广为流传的观点和 做法仍有可能导致或加剧研究的片面化，过于强调科学和工程方法 以及问题与答案发现中的某些机制而忽略另外一些，从而对研究工作造成限制。相应地，作者基于对研究本质的反思， 围绕管理、文化和人才 提出了旨在普遍地应用于各种类型研究机构的三大指导原则。 一是 机构的目标、结构、资源、领导力应与研究工作协调一致，例如研 究机构的使命必须有“超越自我”的公共利益成分， 当研究与开发 共存时应保障它们隔离但不孤立， 对研究分配资源应该针对人而不是项目，应精心策划保障研究活动所需的临界质量等。二是拥抱“技术 - 科学”整体探索的文化，重视“技术 - 科学”知识探索的 所有机制，特别是应超越范内瓦·布什（ Vannevar Bush） 的“线性模型”，避免简单地将研究等同于科学，将开发等同于技术；应超越常用于研究提案的“海尔迈耶要理之问”，意识到问题-发现机制的脆弱性；应超越主要反映传统智慧的同行评议，包容和鼓励知 情反叛；应超越斯托克斯推广“巴斯德象限”分类法，避免根据好奇心启发和实际应用启发的分类来衡量研究的影响力。三是以关爱和责任培育人才。认识到人是研究活动中“跳动着的心脏”，应在保障高标准的同时，对人才给予足够的关爱。 正如作者所指出的，研究的重要性在于它是整个研发活动的前沿，是能够改变我们思考和行为方式的“技术-科学”革命的本源。研究需要被精心地培育，而不仅仅被管理。当我们处于今天科技瞬息万变的时代、面向着未来可能再次重塑人类社会的科技革命 时，我们需要更好地理解和把握研究的本质，需要相契合地去为高水平的研究创造条件。《科技革命的本源：如何培育卓越研究与创新》这本书为我们提供了具有重要参考价值的视角和实现路径。 薛其坤 中国科学院院士 南方科技大学校长 北京量子信息科学研究院院长 清华大学教授 1.内容前沿，理论价值极高。如何培养从0到1的原始创新能力？如何培养颠覆性研究能力？如何培育杰出人才？如何激发科技创新潜力？如何把科技创新潜力转化成新质生产力？如何寻求解答大师之问与时代之问？本书作者基于自己在多所世界级权威研究所（院）和多所大学研究为基础，探索如何真正培养人才，培育研究，试图探索寻求解答“约瑟夫之问”“钱学森之问”等。 2.作者专业性、权威性强。两位作者在科学技术研究领域经验丰富、成就斐然。文卡特希·那拉亚那穆提有丰富的科研和组织管理经验，不仅在著名的贝尔实验室和桑迪亚国家实验室担任过研究员和管理人员，还领导并参与了美国多家知名大学的学科研究，为工业界、学术界做出了卓越的贡献。 杰夫里·颐年·曹先后在麻省理工学院林肯实验室和桑迪亚国家实验室从事激光器及半导体外延领域的研究，获得了马林-玛丽埃塔年度作者和杰弗逊杯奖以及11项美国专利。 3.科技如何转化为现实生产力，特别是在当前国家大力发展新质生产力，本书更具有参考价值和借鉴意义。本书可为科研项目的组织者、科研机构的管理者、投资者提供有益参考，对我国促进科技创新，发展新质生产力具有很好的借鉴意义。 4.专业性、权威性、理论性兼备的史诗级著作。众多权威大学校长、院士重磅推荐。顾秉林、薛其坤、黄如、宋永华、龚克、薛澜、张庆瑞、李开复、陈向东、程志渊、约翰·霍尔德伦、南希·安德鲁斯、劳拉·迪亚兹·阿纳登等重磅推荐