第4章
第一节 科学中的创造力不可或缺
在一所大学的开学典礼上，我遇到了詹姆斯·布莱恩特·柯南特博士。在感谢他写作了《理解科学》一书后，我告诉他：“您对创造性想象力在科学中所扮演的角色的强调，让我感受颇深。”
他不假思索地回答道：“科学的精髓就在于此。”当然，他的这句话中有夸张成分。但根据他的判断，创造力对于科学成就不可或缺。
当我事后将柯南特博士的话转述给一位年轻的工程博士时，他表示：“我刚刚才开始意识到这句话有多么在理。在我整个本科和研究生阶段，只有一位教授跟我们讨论过科学的创意层面，而且还是在课程之外讨论的。”
科学通常被定义为“分类知识”。但这些知识是从哪里来的呢？除了人类的直觉——想出无数的备用选项，除了构想出新的途径和工具来验证自己的猜测，还能来自哪呢？这种测试的基础仍是一个反复试错的过程，但这种过程现在已被人冠以科学实验之名，事实也确实如此，因为这一过程是有序且可控的。
托马斯·珀西·南尼（T.Percy Nunn）博士曾经大力主张，要将“把科学看作大量真理集合的静态概念”转变为“把科学视为一种定向追求的动态概念”。根据他的说法，“科学是一个创造性的过程”。柯南特博士也对此持相同意见：“新的概念不断通过实验和观察发展而来，并引出进一步的实验和观察，这一部分积累起来的知识，就是科学。”
在科学萌芽之前，迷信形式的想象力孕育并延续了许多错误的信仰。这些谬论的破除，便是伽利略和其他早期科学家的第一次胜利。随着科学在17、18、19世纪的大步前进以及在20世纪更迅速的发展，科学技术也就自然而然地得到了盛誉。
第二节 组织性研究的精髓
尽管因其辉煌发明而熠熠生辉，但除了航海术的进步之外，17世纪几乎没有创造出任何对人类有实际意义的东西。柯南特博士表示：“首批科学家对科学进步带来的现实意义满怀信心，但真正有现实意义的发明，我们直到19世纪才得以目睹。”
按照数学家和哲学家阿尔弗雷德·诺斯·怀特黑德（Alfred North Whitehead）的说法：“19世纪最伟大的发明，就是发明方法的问世。这是真正的创新，打破了旧文明的根基。”
我们今天所知的组织性研究，始于1902年杜邦公司的第一家正式研究实验室在美国成立之时，并在1920年之后出现了巨大的上升趋势。1920年，全美约有300家工业研究实验室，而到了1950年，这样的实验室已上升到2845家，工作人员超过16.5万，每年耗资逾10亿美元。
总体而言，科学研究分为两种：一种是具体的，另一种则是基础的。通用磨坊的詹姆斯·贝尔（James Bell）表示：“具体研究项目的目标，就是对既有产品和服务进行持续改进，以不断降低的成本创造新产品和服务。”新产品研究方面的佼佼者，或许非杜邦公司莫属。这家公司现有产品中的一多半，在25年前还从未有人想到过。
同时，杜邦公司也在越来越多地进行基础研究，这种研究，是查尔斯·斯泰恩（Charles Stine）博士于1927年创立的。根据博尔顿（Bolton）博士的说法，其目的“是在不考虑直接商业用途的情况下确立或发现新的科学事实”。具体或实践研究需要想象力，但基础研究领域的科学家需要的创造力则更多。引用生物学家亚历克西·卡雷尔（Alexis Carrel）的说法，这些人的大脑“必须追求那不可能和不可知之物”。
通往任何研究项目的道路，都必须用创意铺就。就如研究主任W.B.韦根（W.B.Wiegand）所说，一种“充满想象力的新方法”是不可或缺的。研究伊始，人们就必须对问题进行大量的“假设性尝试”。
绝大多数最为精彩的研究，都是从当时看似疯狂的想法开始的。化学家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）就善于在这种创意过程中天马行空。他的助理已经学会带着兴致勃勃的态度去聆听他那异想天开的奇思。“换做另一个人，或许会觉得他的领导完全疯了。”美国微生物学家保罗·德·克鲁伊夫（Paul de Kruif）博士这样说。
在美国，杰出的开拓者也同样因其开创科学探索时的大胆想法而闻名。通用汽车的查尔斯·凯特林博士想寻求一种可以持续惊人里程数的汽油，最终找到了一种抗爆燃料——乙基汽油[1]。杜邦的斯泰恩博士想要知道如果分子按线而非成簇排列会发生什么；而尼龙，就是从这个“疯狂”的想法中诞生的。
爱德华·古德里奇·艾奇逊（Edward Goodrich Acheson）博士定下了高远的目标，并开创了一个伟大的产业。他最初的想法是寻找钻石粉。他有一种预感，相比金刚砂、刚玉和石榴石这些天然磨料，人类能够制造出更加坚硬、锋利且切割速度最快的磨料。他知道，碳是制作钢铁时所用的硬化剂，而且，晶体状态的碳是已知最坚硬的物质。因此，他便开始通过在高温下用碳浸泡黏土的方式进行实验。
第一次检查熔融泥料时，艾奇逊博士大失所望。尽管如此，他那专业的眼光却发现了一些闪闪发光的微小晶体——这是人类从未见过的晶体。他将晶体收集在铅笔笔尖上，然后划过一块玻璃的表面。这些晶体在切割玻璃时就如钻石一般锋利。这种新物质最初的几小批供货，被宝石切割者以约每公斤1940美元的价格一抢而空。他们发现，这种物质和每公斤约3300美元的钻石粉一样有效。碳化硅就这样应运而生了。
绝大多数的科学进步并非取决于一个创意，而是取决于一开始就要从中进行筛选的许多假设。W.B.韦根表示：“数以百计的新创意将会从初期的会谈中产生。从这些创意中，或许会有一种或两种新方法脱颖而出。许多因素都取决于这些新方法的可靠性和原创性。”也就是说，想象力必须为科学知识提供跳板。
第三节 实验中的想象力
目标在想象过程中得以确立。接下来要做的，便是以实验的形式有的放矢了，同样，这个环节中的每一回合都需要想象力。一方面来说，我们可以通过许多不同的方法进行实验，且往往还要想出某个闻所未闻的新方法。
为了激发实验中所需的创造性思维，拉法耶特学院的机械工程教授保罗·伊顿（Paul Eaton）博士曾建议科学教师“通过实验来确定问题的分类，将仅通过公式置换完成的‘墨守成规’的方式摒弃。学生们应该有自由去挑选自己的道路”。
早期的科学家们不仅要构想出方法，还要发明自己的装置。意大利物理学家路易·伽尔瓦尼（Louis Galvani）因青蛙尸体出现痉挛而初识电力，在此之后，亚力山德罗·伏特（Alessandro Volta）在1790年发明了一台能够更好地检测出微量电荷的新仪器。通过这台仪器，伏特发现自己不必再借助青蛙腿，而是可以通过几乎任何潮湿的材料进行实验。于是，仅仅为了进行实验这一个目的，伏特就必须发明出电池来。
今天的实验要科学严谨许多，这是因为新的设备已将猜测因素排除在外——特别是通过测量。“不仅如此”，詹姆斯·布莱恩特·柯南特博士表示，“新的测量精准度常常会将未经怀疑的事实暴露出来，虽然并非总能这样。主要借助这些新设备，当今的研究就已经可以进行对照实验了。”柯南特博士表示：“从本质上而言，这种实验就意味着对温度、压力、光以及如少量空气和水等其他物质中存在的相关变量进行控制。”
对于创造性研究者而言，联想的力量必须在每一步上都发挥作用。“此”会牵出“彼”，而“彼”又会引出别的因素。柯南特博士说：“新的概念是从实验和观察中得出的，而这些新的概念反过来又引出了更进一步的实验和观察。”正是沿着这条蜿蜒小径，我们的科学家们终于找到了他们苦苦求索的新发现。
实验永远也不可能是这样一台机器，塞进一枚硬币就能得到一张写着工工整整答案的卡片。艾略特·邓拉普·史密斯（Elliott Dunlap Smith）认为，任何诸如此类对于理念的盲从，对科学家而言都是一种阻碍。他仔细回溯了衍生出典型发明创造的步骤，并得出结论：“得出解决方案的发明创造行为，根本就不是遵从逻辑的科学思维的产物。如果发明者不愿放松按部就班的逻辑科学程序，就必定一事无成。”
光学是一门最为严苛的科学。在为加州的帕洛玛山打造口径5米的天文望远镜时，康宁公司的研究人员可以通过计算，毫厘不差地得出这一前所未有的产品所需玻璃的成分。尽管如此，这个项目一开始便遭遇了挫折——巨大的镜片在冷却过程中破裂。谁知，一个简单的创意便解决了这个问题。工作人员又铸出了一面背后有深深凹痕的镜片，以此减少厚度，让炙热的熔融玻璃在不破裂的条件下凝固。
与其说这个难题的解决方案“符合科学”，不如说是灵光一闪。几年之后，当人们准备好通过这面镜片窥视太空的时候，科学家们又对如何清理镜片一筹莫展。结果，通过使用一种绵羊油头发营养液，这个问题便迎刃而解了！
第四节 科学实验中的想象力
创造性的研究中充满了诸如“这样做怎么样”“如果那样呢”“还有什么方法”等问题。最后出现的，是诸如“能行吗”“能商业化生产吗”等问题。对于最后的问题，科技已经创造出了许多方法，通过试点工厂和类似技术来给出解答。比如说，制造尼龙的每一个步骤以及使用的机械，都是在中试车间拟定出来的——这一过程进行得如此彻底，以至于除了尺寸之外，第一家商业工厂在尼龙的各个方面都遵循了实验工厂的规格，直接开足马力进行了大批量生产。
汽车公司已经打造出了大型研发基地来检测其研究实验室的发明成果。克莱斯勒公司更进一步，对大型实验车队进行道路测试，以此对其工程师的创意产物一探究竟。
克莱斯勒公司表示：“这些汽车的轨迹覆盖了高耸寒冷的山脉、大城市熙攘的车流和开放的高速公路，还有偏僻的土路和蜿蜒的旅游路线。每一天，关于每辆车当天表现的报告都会被送回底特律。今天报来的数据，或许会鞭策设计师和工程师在翌日埋头苦干，从而为我们的汽车带来更多的改善。因此，即便是道路测试这样务实的工作，我们也会运用到创造性想象力。”
50多年前，百路驰（B.F.Goodrich）轮胎公司首创了一款无内胎轮胎。大约30年后，这家公司试用了一款直接焊接在钢圈上的无内胎轮胎。无内胎轮胎的概念一直被搁置到第二次世界大战，当时，美军要求生产一种即便在漏气情况下仍能负重行进至少120公里的轮胎。百路驰为响应这一需求而开发出的军用轮胎，是世界上第一款成功的无内胎轮胎。他们对轮胎不断进行改进，直到科学实验和科学控制的道路测试证明轮胎可用为止。但即便做到这一步也还不算万全。在进行全国范围的供货之前，这款全新的无内胎轮胎又被安装于许多私家车、出租车车队和警车上，在用户实际试用中加以检验。
想要构想出最好的测试方法，创造性想象力便是不可或缺的。负责证明的科学家们必须要做的，不仅仅是简单地回答“能行吗”这个问题。毫无疑问，其判断力和分析能力也发挥了作用。但他们不能止步于“这行不通”，即便补充说明原因也不行。他们的挑战，是协助提出“如果”和“还有什么方法”之类的问题，从而解决测试所暴露出来的问题。
在每一个科研项目中，创造性想象力从始至终都扮演着不可或缺的角色。
讨论话题
1.詹姆斯·布莱恩特·柯南特博士对于想象力在科学研究中的重要性作何评价？原因是什么？
2.区分具体研究和基础研究，并举出例子。
3.从一个创造性的视角来看，19世纪和17世纪有哪些主要的不同？
4.根据阿尔弗雷德·诺斯·怀特黑德的说法，什么才是“19世纪最伟大的发明”？你同意吗？如不同意，又是为什么呢？
5.你认为艺术中的想象过程与科学中的想象过程一样吗？原因是什么呢？
练习
1.观察一把简单的螺丝刀（或金属刀片、木质手柄）。将人们为使螺丝刀变得更加好用而进行的所有有效改善写下来，并提出3个可以进一步改进之处。
2.你刚刚发明了1种新的早餐食品。在公开发售之前，列出6种可用的测试方法。
3.每个人都有自己尤其不能忍受的东西。列举出3项最招你烦的东西，并就如何缓解厌烦情绪提出创造性建议。
4.作为美国象征的鹰，因其带有掠夺性的寓意而被人抨击。你会推荐除鹰之外的哪3种鸟兽呢？为什么？
5.设想并列举在今后两三年中最可能公布的汽车性能上的改进。
注释
[1]现代科学证明，此汽油中含有的四乙基铅含有有毒重金属，并且是一种神经毒素。