论技术发明的背逆方法

论技术发明的背逆方法

科学发现、技术发明是人类创造性劳动的产物。无论在科学家完成科学发现的过程中，还是在发明家实现技术发明的过程中，都要使用贯穿于研究工作之始终的科学方法。方法得当，事半功倍，硕果累累；反之，则有碍研究工作的进展，或者一事无成。因此，深入探讨科学方法的规律，无疑有助于创造性劳动的开展。在《论科学发现的背逆方法》（载《武汉大学学报》哲社版，1982年第4期）一文中，我们提出了背逆方法的概念，并论述了这种方法产生的客观基础及其对科学发现的重要作用。然而，科学与技术既相联系又相区别，科学发现与技术发明的定义、内容、意义和影响也不尽相同。但我们通过研究发明家如何完成技术发明的过程，也觉察到有几种与传统方法背逆的技术发明方法。

一、掘新型背逆方法

在技术发明中，对象的原理、性质、工艺等，构成了传统方法的前提，掘新型背逆方法即是背逆这种前提而迅速导致技术发明的方法。从美国通用电气公司的著名发明家库利奇博士发明钨丝灯泡一例，不难看到他对掘新型背逆方法的成功使用。库利奇在着手研究、发明钨丝灯泡以前，曾不满足自己对钨金属的认识，向居住在世界各地的著名无机化学家们发函，请教“钨能否引伸成丝”的问题。无机化学家们出于并满足于当时的研究现状，在回复中异口同声地说：“钨是脆弱金属，不能引伸成丝。”钨到底能否引伸成丝呢？库利奇认为要发明钨丝灯泡，就必须首先解决这个基本的问题。于是，库利奇致力于拉制钨丝的研究，在不到1年的时间内，将旁人认为不可思议的脆弱金属拉制成丝。随即发明了钨丝灯泡，并一度垄断了世界钨丝灯泡业。库利奇没有顺应传统认识，“如果他拘泥在原有的理论而放弃研究，就不可能有这个发明”。^[1]掘新型背逆方法的使用是广泛的。众所周知，往复活塞活动机是目前使用得最广泛的汽油内燃机。然而，由西德发明家汪克尔发明、可供初步实用的旋转活塞发动机在1958年问世后，其速度高、振动小、功率大、重量轻、体积小、结构紧凑而简单、噪声微乎其微的优异性能令人惊叹不已，人称“革命性的发动机”。旋转活塞发动机的设计原理与往复活塞发动机完全不同。后者必须把直线的往复运动转换为圆周运动之后，才能驱动工作轮。在往复的转返点上，活塞要暂时停止运动，由此而大大降低了功效。旋转活塞发动机则不然，用回旋的活塞取代了往复活塞，活塞在发动机内部运动，本身就是圆周运动，并以此直接驱动工作轮。日本发明家在对此进行完善实用的技术开发中，曾为解决发动机壁震纹的关键性问题颇费心机。当时的情况是这样的，为了获得去除震纹的密封片，对各种金属材料都进行了尝试，但都以失败而告终。正如日本旋转活塞发动机开发记的作者、技术开发的参加者梶谷善久写道：“……使用金属的传统方法，已经试到了山穷水尽的地步，又有哪种金属性的密封片没有用过呢？……为了杀开一条血路，必须抛弃历来的常规概念了！”^[2]日本发明家们否定了惯例中使用金属的前提，选择高强度炭精作为材料，用1年多的时间将原来无法热压成形、过于脆弱而易折的炭精成功地驯服，由原来手捏即折到足以悬吊一人而完好无损。紧接着，他们发明了满足旋转活塞发动机苛刻要求、极度坚硬的浸渍炭精密封片。显而易见，日本发明家若不在否定的前提上棋高一着，要解决如此难题将是非常困难的。

二、整体型背逆方法

这种方法是以全局的观念、整体的观念，背逆某项技术发明中致力将整体分割为部分而进行孤立研究的方法前提。在技术发明史上，使用这种方法有建树者不乏其人。C.H.迈考米克是美国著名发明家，他以发明收割机及其大规模生产制造而闻名于世。然而，在近代农业发展史上，从1786年到迈考米克发明收割机的1831年间，明文记载着有32种英国造、22种美国造、2种法国造和1种德国造的收割机械，曾在农田里作过实验，均以失败而告终。而1831年7月，迈考米克在邻居J.斯蒂尔的燕麦地中试验自制收割机一举成功。迈考米克在评论他的发明时指出，他的机器之所以能够获得成功，主要是在于它具有谷物收割机械所必需的九大要素，即摆动式水平割刀、拦谷指、固定刀片指、把谷物拨向割刀后推向平台的拨禾轮、集中谷物的平台、带动割刀、保持整个机器平衡的主轮、防止踩倒谷物的侧面牵引以及分开已割与未割谷物的分禾器。事实上，这些要素在以前流产的收割机中，都先后部分地使用过。但是，前人往往注重某一部分的作用，而忽视了整体性和各个部分之间的有机联系。譬如，早期的收割机也曾设计有许多种摆动式割刀，但却夭折了。主要是因为没有把割刀和别的零部件、尤其是拦谷和固定刀片指紧密地结合在一起。又如，为了防止牲畜拉行收割机踩倒庄稼，采取牲畜后推和侧面牵引的方法，却没有成功。在收割机的技术发明中，迈考米克确实处处注意整体，时刻考虑系统，正如他的传记作者G.G.坎农所写的：“尽管塞勒斯·迈考米克的收割机，它的主要部件在上述57个试制收割机中都出现过，但是唯有迈考米克把所有这些基本部件组合成整体，使它们发挥各自的作用。”^[3]由此可见，迈考米克的成功在于他背逆了那种将整体分割为部分、只重视部分研究方法的前提，从而获得整体性的最佳功能。收割机技术的发明过程，生动地体现了整体型背逆方法对技术发明的重要作用。正如美国著名贝尔实验室的莫尔顿指出的：“放弃完整的传统方法，通过深入研究能量和物质之间基本的相互作用，就能够以尽可能简单的形式，向所希望的系统性质的方向，迈出有效的一步。”^[4]

三、转移型背逆方法

在技术发明中，这种方法的使用亦常见，其特征是某项技术发明的难题从一个主攻方向屡攻不破时，发明者背逆昔日研究方向、方法的前提，进行主攻方向的迂回或战略性的转移，改进研究方法，从而出奇制胜，完成该项技术发明。众所周知，圆珠笔是当今世界广泛使用的“三大笔”（钢笔、铅笔、圆珠笔）之一。它是比罗兄弟俩于1934年发明，1938年申请到专利的。然而，一度风行世界的“比罗笔”在40年代几乎被消费者嫌弃了。其原因很简单，这种笔往往只写了20 000字左右，笔上的滚珠就由于磨损而崩出，笔中的油墨随即沾污书本、账簿以及衣物，等等。针对这种情况，许多国家的圆珠笔厂商都投入了大量的人力物力，进行笔滚珠耐磨损的研究，但多年也无重要进展。第二次世界大战以后，日本的发明家积极致力于此项研究，由于研究方法得当，捷足先登。1950年，中田藤三郎背逆以前致力于耐磨损材料研究及其方法的前提，产生了一个绝妙的想法，控制圆珠笔中的油量，使之刚好写到15 000字左右时便要被抛弃。基于这种考虑，中田藤三郎经过一系列试验，终于获得成功。随即他又将这种新型圆珠笔芯放进自动铅笔套内，成为“自动圆珠笔”，从而重新为圆珠笔赢得了信誉。对于中田藤三郎这种迥乎异常的创新思想和方法，日本发明学会会长丰泽丰雄曾不禁发出啧啧赞叹：“真是一个绝妙的逆向思维方法。”艾尔弗雷德·E.布朗认为：“真正富有创造性的解决问题者，通常不是针对方法而是针对目标的。他为达到某一目的如痴如醉，急于搬掉阻碍去路的一切障碍，他绝不把自己局限在已有的方法上，而已有的方法往往有碍于找到解决问题的新途径。”焉容置疑，中田藤三郎就是一位针对目标，背逆传统方法的前提，从而找到解决问题的新途径的佼佼者。中田藤三郎的技术发明，恰好是转移型背逆方法的生动例证。

四、反转型背逆方法

这种方法的特征在于：首先借鉴某些已知事实，然后具体地背逆借鉴对象的方法前提，经过对借鉴对象的反转，取得新的技术发明。众所周知，在基本粒子物理学的研究中，由英国物理学家C.T.R.威尔逊发明并加以改进的云雾室，曾是一种重要的探测仪器。简言之，云雾室是通过气体+辐射线→水滴（显示径迹）而达到探测的目的。云雾室的问世，确实以全新的实验手段导致了许多重要的科学发现。久而久之，物理学家们又略感到云雾室的局限性。1952年，美国科学家D.A.格拉塞发明了气泡室。在这个创造性的发明中，格拉塞研究并借鉴了云雾室的原理；然后进行了反转型背逆。他的成功在于，他将云雾室的“气体+辐射→水滴（显示径迹）”原理反转，使气泡室原理成为：水+辐射线→气泡（显示径迹）。科学家们使用气泡室，获得了许多振奋人心的科学发现。从气泡室的技术发明，我们可以看到反转型背逆方法必须经历背逆前提、借鉴、反转独创的过程。借鉴是基础，反转背逆才是精髓。发明家只有具备对创新有准备的头脑，才可能成功地使用反转型背逆方法。譬如，生产电池的全部工艺为许多人所知晓，但他们并没有想到将其反转而成为制氢工艺。只是在一位时刻思考改革氢气生产工艺的工程师参观电池厂并对生产电池的全部工艺作了细致地了解后，经自己的反转独创，提出一种全新的、卓有成效的制氢的工艺。

五、偶然型背逆方法

在前面叙述的几种技术发明的背逆方法中，发明家往往是自觉地背逆了传统前提。如果是不自觉、因偶然事件背逆传统前提而获得的技术发明，则是得力于偶然型背逆方法。发明家在此的主观作用，亦是把握契机，发展端倪事态，因势利导，迅速将其完善为技术发明。发明家T.L.威尔逊等发明碳化物实用制备技术，就是由偶然型背逆方法所致。威尔逊原定发明目标是生产铝的简便技术方法，他围绕铝而展开研究，却屡遭失败。1892年，在第一次研究方案流产后，他设想在生石灰（氧化钙）中掺入煤焦油，加高温，使之还原成金属钙。然后，在氧化铝中掺入金属钙后加热，抽去氧，使铝分离出来。在这个试验的实施过程中，威尔逊果然得到了具有金属光泽的结晶状物质。为了确定这种反应生成物的性质，他进行了定性试验，将生成物置入水中，然后燃烧，使水分解而释放出气体，试验结果否定了金属钙的可能性。在深究底蕴的研究中，威尔逊反复试验，终于弄清上述反应生成物乃是一种碳化物，即碳化钙，而在水中生成的气体是乙炔，不是氢气。这样威尔逊发明了碳化物的实用制备法，并在改进完善后取得了美国专利。由此可见，偶然性使发明家背逆了传统的前提，自觉能动性才能使之认识并完成技术发明。此外，类如合成染料、食品甜味添加剂天冬氨酰——鞆氨酸甲脂、二氧化碳用于食品防腐的实用技术等的发明，亦是发明家使用偶然型背逆方法而得到的技术发明成果。

以上，我们论述了技术发明的几种背逆方法，其他背逆方法有待于进一步探讨。尽管背逆方法形形色色、多种多样，而强调背逆阻碍技术发明涌现的前提则是使用这种方法的关键所在。总而言之，在人类认识和改造自然界的活动中，技术发明的背逆方法有其重要的意义和作用。研究和探讨以致自觉地使用这种方法，将无疑有助于发明家的创造性劳动，从而大大丰富了人类社会的文明生活。

原载《自然信息》1983年第1期

【注释】

[1]加藤与五郎.科学与独创［M］．北京：科学出版社，1980：56．

[2]槐谷善久，光神转子.会战——转子发动机开发记［M］．北京：科普出版社，1980：57.

[3]G.G.坎农.近代农业名人传［M］．北京：农业出版社，1980：12.

[4]星野芳郎.论技术革新的历史作用［M］．北京：科学技术文献出版社，1979：151．