历史上的发明:意义与评价

江晓原


 

本文所说的“发明”,取其广义。留声机是一项发明,相对论也是一项发明。也就是说,不仅限于技术上的发明,也包括了理论上的创造。

在中国人的传统语言中,“发明”本是“使之开朗明畅”、“将某个道理阐述清楚”之意,例如宋玉《风赋》:“发明耳目,宁体便人”,意思是“使人耳目清明”,这与今天通常所说的发明是不太相干的。到了本世纪,它才主要被用来对译西方的“发明”(invention)。这一词义的演变恐非偶然──它似乎暗示,发明和中国人的缘分原本并不好。

当然,我已经听到有读者责问的声音了:中国古代有四大发明,怎会和发明缘分不好?

发明权之争

中国古代确实有四大发明,而且还远远不止“四大”。在英国人Robert K.G.Temple的书《中国:发明与发现的国度──中国科学技术史精华》中,有中国的一百大发明,其中竟包括了“蒸汽机原理”、“白兰地与威士忌”、“血液循环”、“多级火箭”、“催泪弹”和“迫击炮”!这本书被李约瑟在生前评价为“以其独特的风格,对我编著的、由剑桥大学出版社出版的《中国科学技术史》进行了精彩的提炼”,又被国内学者热情推荐给我国青少年阅读。[1]

但是我们不要忘记人类认识世界的局限性和多样性。另外两个英国人,Peter James和Nick Thorpe,在他们的书《世界古代发明》(Ancient Inventions)中,就为读者描绘了完全不同的图景。例如,蒸汽机被考证出早在两千年前的古希腊就已经有了。[2] 而在耶鲁大学科学史教授、曾担任国际科学史与科学哲学联合会主席的D. Price的著作中,精密的天文钟早在古希腊就已经被发明出来,而不是如李约瑟经常说的来自中国的发明。[3]

事实上,几乎每一项发明都被若干个──有时是一大堆──发明权候选人所包围。这类发明权之争,至少已经有了几个世纪的历史。当年关于牛顿和莱布尼兹谁先发明微积分的争论,就使英国和欧洲大陆的学者分成了两派,结果吃亏的是英国人,因为莱布尼兹所用的分析方法确实更有效,而英国人坚持牛顿所用的几何方法就使自己落在了潮流后面。可见谁是第一实际上并不重要,重要的是选用最有效的东西。如今这类笔墨官司只能引起正在日益减少的民族沙文主义者的兴奋,更多的则是被某些别有襟抱的人士用来谋求学术之外的东西。

历史上曾经有过无数发明,今天更是如此──每天都有很多发明被完成,很多专利被注册。但是大多数都如同过眼烟云,转瞬而逝,并未在物质文明的发展史上留下影响。它们通常不能算是成功的发明,它们所留下的记载、档案乃至实物,只是给后人提供了考证、研究的题材,使学者们可以写出一篇篇论文,表明某某装置早在多少多少年前就已经由某国的某某人设计出来了,或者某国某人在某年所设计出来的某装置“实际上已经是”今天的某物了。

上一千年中22项最重要的技术性发明

世纪之交,回首历史长河,审视此一千年间的发明活动,自然饶有趣味,但是要评价哪些发明更重要,就大费周章了。这里牵涉到某些终极的价值判断,而这不是理性所能统治的领域。因此只能见仁见智,各抒己见。下面是我认为在过去千年中比较重要的22项技术性发明:

 
序号 年代 内容

说明

1 1024 纸币 北宋“官交子”发行
2 1117 指南针用于航海 朱彧《萍洲可谈》中的记载
3 1132 管状火器 枪炮前身,宋金德安府之战中陈规采用
4 1455 古登堡印刷圣经 真正有实用价值的活字印刷
5 1535 欧洲人首尝烟草 法国探险家从北美新大陆带回欧洲
6 1543 人体解剖 维萨留斯《论人体结构》是年出版
7 1610 望远镜用于天文观测 伽利略以此作出了六大发现
8 1656 机械钟 惠更斯造成首座机械摆钟
9 1826 照相 尼厄普斯拍摄的第一张照片非常模糊
10 1830 铁路 是年9月15日首次通车,盛大仪式上不幸撞死一名国会议员。
11 1844 电报 莫尔斯电报和电报机
12 1859 石油 具有商业价值的石油
13 1867 炸药 诺贝尔的发明
14 1876 电话 贝尔的发明
15 1895 电影 法国鲁米埃尔兄弟向观众播放电影
16 1895 X射线 伦琴的发现。两个月后杂志上就刊登了关于X射线的诗歌。
17 1901 无线电 马可尼的试验。第一次信号只是字母 S。
18 1903 飞机 莱特兄弟在北卡罗莱纳海滩的飞行
19 1907 塑料 贝克兰(比利时籍)的发明
20 1928 青霉素 苏格兰医生亚历山大·弗莱明发现。他后来以此得诺贝尔医学奖。
21 1939 电脑 IBM公司的产品
22 1945 原子弹 1945年8月6日:广岛
 

表中的每项发明都只选择了一个年代或事件作为表征,因为我们当然不愿意在这里陷入“谁是第一”的笔墨官司。至于那些非技术性的重要发明,未在表中列出,当然决不意味着它们的重要性比不上表中的各项。其中有些特别重要的,我在下文还会谈到。

这些入选的发明基本上有一个共同点,即每一项都极大地改变了人类的生活。

纸币实在是中国人的一大发明,其重要性未必逊于“四大发明”。在这件事情上中国人遥遥领先,应该能够表明中国人其实有着非常发达的商业头脑。迄今为止,没有纸币的世界仍是难以想象的──只有那些享受着超级权势的人物才能够宣称自己“从来不碰钱”。当然,将来货币都电子化了,纸币的使命也就终结。

指南针用于航海,以及铁路和飞机的发明,大大扩展了人类在地球表面移动的能力。从飞机又很自然地过渡到航天──飞向地球大气层之外和别的星球。而电报和电话以及无线电的发明,又从另一个层面“缩小”了地球,相隔千万里之遥的人们,可以轻而易举地相互谈话,沟通信息。照相和电影则在很大程度上改变了人类的精神生活,使我们能够为他人和后世记录、传播各种事件的场景,并且搬演动人的故事,为大众提供娱乐。

望远镜之用于天文观测,最终使人类的眼光越出了太阳系。没有这一超越,人类就不会有现代意义上的航天意识。而X射线的使用,使人类学会了从可见光之外的波段去获取大自然的信息。这两项发明的深远意义,可能还要等待很多年之后,才会充分显现出来。

人体解剖极大地增进了人类对自身结构的了解,帮助人类对抗疾病,保持健康,确实是造福人类。而以青霉素为代表的抗生素,使人类抵御疾病的能力有了空前的提高──有人甚至说,以往两个世纪中人类的平均寿命延长了20年,其中有10年要归功于抗生素。人类控制、改造大自然的能力,因石油、炸药和塑料这三项发明而有了空前的提高,它们使得人类的生活条件有了巨大改善。当然这些发明的广泛应用也对地球的生态环境有所破坏,但终究还是利大于弊。

如果要我在以往一千年中挑选一项最伟大的发明,那我将毫不犹豫地选择电脑。我觉得这项发明可以和人类发现火的重要性相提并论──如果不是更重要的话。电脑正在以惊人的速度走进我们的生活,它在未来的世纪中,还将彻底改变我们的生活方式。这样的变化,是当初制造出第一台庞大电脑(长15米,高2.4米)的工程师们绝对没有想象到的,而如今已经露出明显的端倪了。

并非每种发明都造福人类

烟草本来就是轻度的毒品。此物的流行实非人类之福,如今挥之不去,禁之不绝,天天都在损害着千百万人的健康。这正是“发明并不都造福人类”的鲜明例证。

这里我们不得不谈谈两项杀人的发明:管状火器和原子弹。

人们常说管状火器使战争告别了冷兵器时代,人类自相残杀的效率空前提高了;而原子弹,以及随后氢弹的问世,就使自相残杀的效率提高到了可以在一瞬间让所有人一起完蛋的地步。人类在过去一千年间既学会了大大改善自己生活条件的方法,却也急煎煎地将一举毁灭自身的手段发明了出来,想想岂不是很荒唐?西方那些以“狂人发动核大战导致人类末日”为主题的文艺作品,正反映了人们在这方面的忧虑。

其实对这两项杀人技术的威力不宜过分夸大。在广岛爆炸的原子弹直接造成的死亡人数是8万;而史书记载,当年秦将白起在长平之战中坑杀赵国降卒40万人。这个数字当然很可能有夸大,我们假定它被夸大了10倍,那也有4万人──这可是在冷兵器时代!

所以人类自相残杀的真正威力,不是来自发明,而是来自人类自己心里。

对发明的评价因时代、文化而异

“一切历史都是当代史”,这句话对于我们评价历史上的种种发明,同样有很大的启发意义。我们今天评价某种发明的重要性,总是受到我们此时置身于其中的当代文化的制约。

让我们来看一些例子。

1596年,英国贵族约翰·哈灵顿发明抽水马桶。这项发明,被一些西方学者列为以往一千年中最重要的几十项发明之一。然而,如果让中国学者来开列同一时期的重要发明,即使列到100项,也绝不会将抽水马桶算一项──读者不妨试问自己:要是让你来开列,你会不会将水马桶算列上去。为什么会有这样明显的区别?这就要从各人置身其中的文化来找原因了。

对于西方发达国家而言,抽水马桶已经是任何房屋中必不可少的基本设备,没有抽水马桶的住宅是难以想象的。长期生活在如此环境中的人,使用抽水马桶已成天经地义,回过头去看看十六世纪之前没有抽水马桶的住宅,会感到简直一天也无法忍受。这样,就自然会将抽水马桶看作最重要的发明之一。而在中国,一半以上的人口仍然生活在没有抽水马桶的住宅中,没有抽水马桶倒是天经地义,抽水马桶是一种奢侈品。在城市中生活的中国人虽然有许多已经和西方发达国家一样习惯于使用抽水马桶,但毕竟仍有相当数量的市民只是刚刚用上──甚至至今仍未用上抽水马桶。没有此物的住宅并非不可想象,人们自然也就不会将此物视为多么重要的发明。

再比如原子弹,我们今天看来,它是一种大规模杀人武器,很难说它可以造福人类。但是,1945年8月6日它在广岛爆炸时,它却是造福人类的──因为它给了日本法西斯最后的重击,促使它立刻宣告无条件投降。谁也不能否认,日本法西斯肆虐一天,受到侵略的各国人民(也包括日本人民)的灾难就要延续一天。

爱因斯坦的故事:“国际一流”是无法预知的

怎样才能作出伟大的发明?这个问题不仅盘踞在许多有志青年的头脑中,更盘踞在许多科技政策制定者的头脑中。

头脑中有这个问题当然不是坏事,尽管这个问题实际上是没有答案的──科学发展的历史已经反复证明了这一点,因为每一个发明都是在不同的状况下作出的。然而严重的问题是,许多科技政策的制定者却想当然地认为这个答案是存在的,更要命的是他们往往还坚信自己已经获得了这个答案!这些年我们经常见到一个说法:“我们只资助国际一流的研究”,就是这种信念的例证之一。

初看起来,上面这个说法似乎很正确:你看,我们的国家还是发展中国家,经济并不宽裕,我们不可能资助很多研究,当然要“好钢用在刀刃上”,只资助那些国际一流的研究,好让有限的科研经费,发挥最大的作用,为国家作出伟大的发明创造。这说法难道有什么不对吗?!

不幸的是,上面的说法就是不对。

因为这个说法暗含着一个荒谬的前提──“国际一流的研究”可以预先确定。也就是说,可以预先确定哪些科学家能作出国际一流的成果;或者说,可以预先确定哪些课题是国际一流的。然而,科学发展的历史表明,所有伟大的发明创造从来都没有被预见到过!我们只能资助相当数量的一批学者,让他们安心进行学术研究,他们中间可能会有某些人能作出国际一流的发明创造,但到底是他们中间的哪几个,则根本无法预见。

事实上,一项发明创造是否“国际一流”,只有到那项发明创造被作出以后,而且还要再经过一段时间,经过在此期间科学的进展,才有可能判定。在此之前,只有“资助相当数量的一批学者,让他们安心进行学术研究”,才是最现实、也最正确的政策。没有一定的数量,就不会有高的质量。如果想只要最高的质量,却不要一定的数量,那和民间笑话中那个吃了第三个饼才饱却后悔吃第一第二个饼的蠢人,又有什么两样?

更加发人深省的历史事实是,人类历史上最伟大的两三项发明之一,是在根本没有获得任何资助的情况下,由一个业余爱好者作出的!这就是爱因斯坦发明的相对论。了解这一事实,对于我们有极大的教益。

1905年,德国的《物理年鉴》杂志上发表了三篇引起当时国际科学界震动的论文。三篇论文的作者是同一个人,一个在科学界名不见经传的26岁的小人物:阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein,1879~1955)。他当时只是瑞士专利局的一个小职员,但却注定要改变人类对整个世界的认识。

爱因斯坦是犹太人,出生于德国慕尼黑附近的小镇乌尔姆。在慕尼黑上中学时,因为只对数学感兴趣,而希腊文、拉丁文等成绩很差,以至于老师劝他退学,并对他说“你永远不会有多大前途”。后来他以只有数学一门及格的成绩在瑞士上了大学。在校期间经常缺课,只是独自埋头研读理论物理的书籍。毕业后到专利局当小职员,并入了瑞士籍。他在没有进入学术界的情况下,独自开始理论物理研究。但他在1905年发表的三篇论文竟都是当时国际物理学界最前沿的课题。

在讨论光电效应的论文中,他把五年前刚被提出的量子论应用到这一问题上,指出:由特定能量的量子所组成的特定波长的光,会被金属中的原子所吸收,并释放出含有特定能量的电子。这一理论对于量子力学的建立是决定性的。说来有趣,爱因斯坦虽然以相对论著称于世,但他在1921年获得的诺贝尔物理学奖,却是因为他在光电理论上的贡献而被授予的。

两个月后发表的第二篇论文中,爱因斯坦给出了布朗运动(即在液体或气体中分子的随机运动)的数学分析。他推导出了表述布朗运动的数学方程,由此可以求出分子的大小,以及构成分子的原子的大小。三年后,关于布朗运动的实验证实了爱因斯坦的理论,并且得出了第一个关于原子大小的可靠数值。

尽管上面两项工作中的任何一项都足以在物理学上青史留名,但对于爱因斯坦这样的旷世奇才来说,这只是牛刀小试而已。他1905年发表的第三篇创立了狭义相对论的论文,才使他获得了在人类科学史上唯一可以与牛顿相提并论的地位。

爱因斯坦认为“一切运动都是相对的”,相对论即由此得名。狭义相对论研究系统匀速运动时的情形。光速被假定为一个常数,而在此之前很流行的“以太”概念则被抛弃。这样可以很容易地解释前些年著名的“麦克尔逊—莫雷实验”的令人困扰的结果(简单地说就是观测不到光速的变化)。由此可以推论,时间流逝的速度将随运动速度的变化而变化,因此不再有绝对的时间和空间,只有时空统一体。在狭义相对论中,爱因斯坦还推导出了那个极其著名的公式:

E=mc2

即能量等于质量乘以光速的平方,这个公式揭示了质量和能量的转换,为未来的原子能应用开辟了道路。

爱因斯坦作出上述三项伟大成果时,根本没有受到任何资助,也没有任何人曾预先判定这位专利局的小职员将会作出“国际一流”的研究。事实上,他在作出这三项惊人成就之后,又过了4年才仅仅在苏黎世大学获得一个低薪的教授职位。再过了4年方在柏林的威廉大帝物理研究所获得待遇优厚的职位。

爱因斯坦的故事明确告诉我们,“国际一流”的成果是无法预知的,或者说,是可遇而不可求的。

要允许“无用”的奇情异想

有些发明,当时看起来只是“毫无用处”的奇情异想,但是后来却发展成了极其重要的事业。人类的宇航事业就是一个这样的故事。

这故事的第一个重要角色,是俄国科学家齐奥尔科夫斯基(K.E.Tsiolkovsky),九岁失聪,从此与书为友,十几岁就开始探索宇宙航行问题──在当时这类似于科学幻想。他在1903年发表了题为《以喷气装置探测宇宙空间》的论文,论述航天飞行中使用火箭发动机的理论问题,包括热传导、导航设备、空气摩擦升温、燃料供应等等。但是他的探索太超前了,在当时很难被充分理解。当时俄国科学院不承认他的空气动力学实验结果的价值,他的金属飞艇模型也在1914年圣彼得堡的空气动力学学术会议上遭到冷遇。即使是1921年苏联“人民
委员会”授予他终身年金时,他的理论的巨大价值仍然远远未被人们理解。

人类航天故事的第二个重要角色,或当数美国的戈达德(R.H.Goddard)。他比齐奥尔科夫斯基晚出生20年。戈达德从小就梦想从事伟大的发明,1898年在《波士顿邮报》上连载的太空幻想小说《世界大战》极大地刺激了他的想象力,不久他就开始梦想制造太空飞行器。1926年3月16日,他终于成功进行了世界上第一次液体火箭发动机的飞行试验──其实火箭只是短暂地飞离了地面,很快就掉下来了。但是不管戈达德的这枚火箭是多么简陋,飞行时间是多么短暂,几十年后如火如荼的航天事业所依赖的火箭技术,却都认他作为鼻祖。

如今,宇宙飞船已经可以探测火星,而航天飞机已经可以实现地球与外层空间的往返,其成就和规模,都远非齐奥尔科夫斯基和戈达德所能想象。但是航天事业的理论奠基于齐奥尔科夫斯基,技术奠基于戈达德,当年他们的奇情异想,如今已经成为世界各大国纷纷投入巨大人力物力的重要事业。而且,虽着人类历史的发展,宇宙航行的重要性还将大大超出我们今天的想象。

在当时看起来毫无用处的发明,后来可能被证明是极其伟大的成就。宇宙航行只是一个例子。当年爱因斯坦的E=mc2也是同样的例子:当时谁也不知道,根据这个公式所确立的理论,40年后可以造出原子弹,后来为和平目的可以建造核电站。所以政府必须让一部分学者有良好的条件安心研究,不要以“毫无用处”的理由去指责他们,不要以急功近利的任务去催促他们──即使他们讨论的问题是“一个针尖上可以站几个天使?”、“天堂的玫瑰有没有刺?”也应该容忍。当年希腊化时代的亚历山大城、欧洲中世纪和文艺复兴时期的修道院和大学、巴格达的阿拔斯王朝、开罗的法蒂玛王朝、中亚的伊儿汗王朝和帖木儿王朝……,都曾供养过许多博学之士,让他们思考问题,研究学问,这是一种深厚的传统。

活字印刷与机械钟:怎样评价发明?

活字印刷和机械钟,都曾被认定为古代中国人的发明。确实,中国的毕昇在公元11世纪就发明了活字印刷;而机械钟的发明甚至可以追溯到上一个千年。但是这两项发明到底是不是成功的发明,其实很难一言而决。

国内研究中国印刷史的学者,拿这两项发明为我们的祖先争名次、争荣誉时,往往忘记了两项明显的历史事实,[4] 他们也不认为这样的事实需要解释。这两项事实是:

一、在毕昇发明活字印刷后的八百年中,中国绝大部分的书籍仍然是用雕版印刷的。

二、在近代西方的机械钟表由传教士在明末带进中国之前,中国老百姓并不使用机械钟表来计时。

任何理性的读者,只要被提醒注意到上述两项事实,都会同意,它们必须得到某种解释。按照宋代沈括《梦溪笔谈》记载,毕昇的泥活字印刷术是极为方便而高效的:

……若印数十百千本,则极为神速。常作二铁板,一板印刷,一板已自布字,此印者才毕,则第二板已具,更互用之,瞬息可就。

如此多快好省的技术,此后数百年为何一直不能推广?这里又不存在毕昇技术因偶然因素而失传的可能性──此后元、明、清各朝都存在着活字印刷的活动,并有所印书籍传世,只不过采用活字印刷的书籍仅占一小部分而已。

为什么这项发明几百年都不被广泛采用呢?这也许只能从商业的角度来分析。中国古代的书商们,其经济头脑、市场意识绝不会比今天的中国商人(其中不少人至今还没有剪断计划经济的脐带)差多少──早在唐代,他们就知道抢在第一时间盗印历书与政府争夺市场了;[5] 至迟在明清之际,就已经能够在政府的严厉查禁之下熟练地策划、制作并销售色情小说和春宫画册了。[6] 如果毕昇的活字印刷术真如沈括所说的那样多快好省,我们怎么能够想象,这样的书商们会对此无动于衷?因此不难推测,中国古代的书商们一定认为,活字印刷从成本、效果等方面综合考虑,与雕版印刷相比是没有优越性的,所以他们仍然普遍使用雕版印刷。

在机械钟表问题上,则是另一种情况,但更容易理解。

有些人认为东汉时代张衡所造的水运浑象“实际上也就是一台原始的机械钟”,甚至认为西汉落下闳的“浑天”也可能是“世界上第一台机械钟”,[7] 此后各王朝还建造过更多的这类皇家仪器。但是,这些皇家天学仪器都是作为“国之重器”来建造的,目的是向四夷万方证明本朝帝王“通天”的能力,并且夸耀中国国力之强盛。因此在建造这些仪器时,从来都只算“政治账”而不算经济账──这些仪器在当时完全不具有商业价值。事实上它们只是帝王宫殿中的贵重摆设,不可能成为社会经济生活中的应用之物,更不可能进入寻常百姓家。

毕昇的活字印刷也好,汉代宫廷中的机械钟──到底是不是机械钟,也不是毫无争议──也好,这些发明,受相关环境和条件的制约,在当时和此后很长一段时间内无法普及,只能成为智者的奇情异想,或是宫廷的奇技淫巧。只有当环境和条件的制约解除以后,类似的发明生逢其时,才会迅速普及。所以成功的荣誉和果实,就只能归于1455年古登堡的圣经印刷,和1656年惠更斯的机械摆钟了。

爱迪生:发明与商业活动之结合

评价一项发明的标准,显然有不止一种。如果仅从商业的角度来考虑,那种能在问世之后迅速推广、带来明显商业利润的发明,才被称为成功发明的话(事实上当然不是只有这样的发明才算成功),那么所谓成功的发明,与其说是一种科学活动,不如说是一种商业活动。在这个问题上为,爱迪生可谓成功的楷模。

爱迪生出生于下层社会,他父亲是灯塔管理员兼木匠。爱迪生只断断续续上过五年学,当时的课堂教学主要是背诵,他的听力不好,却偏偏喜欢提问,因此而令人厌烦,被视为不合格。但这反而促使他博览群书,为他未来的成就作好准备。象他这样缺乏正规教育的人,在当时的美国并非少见。然而这个按照我们现在的标准连小学也没毕业的人,一生中却获得数百项专利,其中关于电力和电灯389项,关于留声机195项,关于电报150项,关于蓄电池141项,关于电话34项。爱迪生的这些专利表明,他的发明工作始终是根据社会生活的实际需要而进行的。他本人起初是机械车间的操作工,后来成为小工厂主,这些经历对他后来成为成功的发明家大有帮助。当然他也曾聘请著名的物理学家担任顾问。当时其他科学家和发明家都没有自己的生产设备和手段,而且往往缺乏经费的支持,而爱迪生与他们完全不同,他直接经营着企业,随时将他的发明转化为实际产品,再推向市场,获取利润。我们今天念念不忘的“科技成果转化问题”、“基础理论与应用研究关系问题”等等,在爱迪生那里早就顺利解决了。

相传爱迪生35岁时已经被视为“世界上最有名的美国人”,而当他于1931年去世时,人们将他视为现代电气技术革命和社会革命的奠基人,这不是没有一点道理的。

 

 

1   《中国:发明与发现的国度──中国科学技术史精华》,21世纪出版社,1995。

2  《世界古代发明》,世界知识出版社,1999,142~145页。

3   普赖斯:《巴比伦以来的科学》,中共中央党校出版社,1992,第二章。

4   例如,张秀民:《中国印刷史》,上海人民出版社,1989;以及魏隐儒:《中国古籍印刷史》,印刷工业出版社,1988。两书中都在末尾设有专章讨论活字印刷,但他们都绝口不提毕昇以下数百年绝大部分中国古籍仍用雕版印刷的事实,而只是感叹“统治阶级”不重视毕昇的发明。

5   江晓原:《天学真原》,辽宁教育出版社,1991,191~192页。

6   江晓原:《性张力下的中国人》,上海人民出版社,1995,202~208页。

7   如郭盛炽:《中国古代的计时科学》,科学出版社,1988,122页、125页。