1、從諾貝爾獎 談創新思維清華大學2016.9從諾貝爾獎看化工造福人類1909年，哈伯(F. Haber)在 600，20MP下合成氨， 1918年獲諾貝爾獎1913年，博施(C. Bosch)合成氨商業化， 1931年獲諾貝爾獎2007年，埃特爾(G. Ertl)闡明合成氨相關表面催化反應機理 2007獲諾貝爾獎2人口增長了多少倍？糧食增長多少倍？20億噸5億噸20億70億多馬科(G.Domagk)發現抗菌藥磺胺，開創合成藥物時代，獲1939年諾貝爾獎弗萊明(A.Fleming)發現青霉素可滅葡萄球菌(1929年); 弗萊里(H.W. Florry)、錢恩(E.E.Chai)提取出青霉素獲194

2、6年諾貝爾獎鮑林(C.Pauling)發現纖維狀蛋白質螺旋結構和化學鍵理論，獲1954年諾貝爾獎克里克(F.Crick)沃森(J.D.Watson)威爾金斯(M.Wilkins)提出DNA雙螺旋結構，獲1962年諾貝爾獎野依良治(R.Noyori)發現手性催化劑，獲2001年諾貝爾獎。發展新的手性藥物療效增加幾倍至幾十倍。2000年藥物1/3是手性藥物，售價為230億美元3從諾貝爾獎看化工造福人類開辟了分子生物學領域和生物制造產業的無限前景施陶丁格(H.Slaudinger)、齊格勒(K.Ziegler)、納塔 (G. Natta) 建立終合催化體系理論和配位聚合催化劑，1963年獲諾貝爾獎，

3、成就了石油化工中規整性高聚物(如聚乙烯、聚丙烯、順式聚丁二烯)形成千萬噸級產業4從諾貝爾獎看化工造福人類橡膠60%由人工合成， 8萬噸年產量的合成橡膠相當于145萬畝橡膠園科研創新能力是未來國際競爭主要體現經濟實力、國防實力、民族凝聚力、綜合國力的競爭，最終決定于： 科技水平、人才素質，創新能力的競爭科技進步是社會發展的內生要素，技術轉移會遇到多種扼制。30年來經濟高速發展，粗放型模式已經走到盡頭科學發展觀在于科技拉動經濟全國競爭力報告2014-2015（世界經濟論壇）144個經濟體居28位。 世界競爭力年度報告2015（洛桑國際管理學院），61個經濟體中居22位全球創新指數2014（世界產權

4、組織）143個經濟體中居29位。中國2007年科學論文數目世界第二位。2007年論文及引用數排世界第三位，2007年專利數量世界排名第六位。第一次工業革命：蒸汽機的發明與產業化第二次工業革命：電力運用第三次工業革命：信息技術新能源（核、光伏）技術結合推動導致產業集群，個性化技術，分布式技術，綠色技術。 杰里米里夫金第三次工業革命 （Jeremy Rifkin）2012年一流技術是模仿不來的 技術產權保護，產品更新速度快，貿易和環保壁壘，沒有給學習者留下空間和時間。我國是DVD世界第一生產大國，每臺DVD要向3C聯盟、6C聯盟交納專利費，分別為9美元和6美元，國內每臺利潤要少于5美元。只有依靠自

5、主創新，才是唯一科學發展模式。資源、生存空間競爭市場競爭科技競爭文化競爭創新不一定要昂貴的設備發現石墨烯（2010年諾貝爾獎）安海姆，康諾沃肖洛夫，2004年曼徹斯特大學教授。用膠帶從石墨上粘剝出薄片，再用膠帶反復粘貼，剝離2030層。 在氮化硅基板上，用原子力顯微鏡觀察看到，單層石墨薄片的完美六邊形單層網格。厚度300萬分之一毫米。創新不一定要昂貴的設備發現石墨烯（2010年諾貝爾獎）它柔軟卻比鉆石更堅硬，超導電又如玻璃透明。可用作觸摸屏，超強、超輕復合材料。它是P.R.Wallace 1940s 理論上預言過的二維晶體材料。實驗物理學不一定必須復雜設備，但要有創新思維。創造能力與年齡無關獲

6、獎時間姓 名獲獎時年齡或發表論文時年齡研究方向1915年Lawreuce Bragg 1890197125歲X射線晶體結構分析1929年R. D. Broglie(1892-1987)1924博士論文32歲電 子波動性1961年R. L. Mossbawer1929）1955研究生論文26歲,1958年獲博士學位穆斯堡爾效應1972年J. R. Schrieffer1931）1957年作研究生時發表論文26歲超導理論1973年B.D. Josephson(1940)1962年劍橋研究生時論文22歲約瑟夫效應創新特征自然科學創新 工程科學創新藝術創新 尋找個性釋放、流派探求新發現原有發現相互包容

7、，并行不悖，分別界定經典力學、宇稱守恒屬于宏觀世界量子力學、宇稱不守恒.屬于微觀世界新發明原有技術破壞性、替代性的結果電話電子郵件電報驛站媚俗華麗排場高雅恬淡 淳樸矯情奇特 怪異病態金魚、猩猩派畫家2000年光學膠卷產量達到頂峰，富士企業利潤為1500億日元，到2011年利潤為零。2013年富士轉型成功，發展液晶、制藥產業。利潤恢復到1450日元。柯達曾經占有數碼相機專利1000項，希望通過專利保護，封存、壟斷數碼相機。2012年1月柯達申請破產。工程教育要培養創新思維，想象力和思辨力抓住精髓，不糾纏枝節的能力恰到好處的精度，樸素原理科學雙刃劍特性，最終體現于工程要有道德修養經濟學視角，在優化

8、資源配置最低資源、能源、環境代價下追求最大經濟效率與效益。科羅廖夫俄 N-1火箭 1000萬磅推力，32個噴咀(馮布朗美土星五號登月火箭150萬磅推力，4-6噴咀)認知過程和思維方式的三次變革 亞里士多德的演繹法：從形式邏輯“三段論法”演繹，給知識以普遍的理論基礎。 如：大前提（金屬導電）、小前提（鐵是金屬）、結論（鐵能導電） 培根的歸納法：科學研究從觀察和實踐出發逐級登攀，從特殊事例上升到較低公理，多級歸納，最后上升至普遍公理。 愛因斯坦的直覺法：“從特殊到一般，是直覺性的；從一般到特殊是邏輯性的”。“單純推演發現不了重大科學原理。 演繹、歸納、直覺的綜合運用，實現原創性科學發現。直覺悟性是

9、一種非理性邏輯思辨，非歸納方式，從瞬間感悟到領悟“跳躍”到事物未知部分的那種能力。高斯19歲完成了兩千年前的難題，用規、尺作面，成正17邊形。為紀念他這一成果，他讓人把正17邊形刻在他的墓碑上。 9歲時用1+100=101 2+99=101 . . . 算出1+2+3+100=5050 可能都源于直覺悟性 黑格爾的辯證法思維： 1.一切皆流，一切皆變。 2.從量變到質變。 3.一分為二，合二為一。 4.否定的否定。 佛家、道家的思維： 1.中道法。道常無為，而無不為。 2.遮詮法。不戰不和、不統不獨、不親不疏。 薛丁格貓的思維。 3.緣起論。一切隨緣，緣就是機遇。 量子力學對概率的應用。 認知

10、和思維模式還有創造的P4要素創作者（Person）較著重創作者的人格特質。創造歷程（Process）著重創作者的心理歷程。創造產品（Product）著重創作者的作品。創造環境推動（Press）著重個人與環境的交互作用。創造者（Person）的人格特質創造力人人皆有，“創造性”行為卻并非人人都具備。創造力須有充實得知識與經驗背景，但知識不等同于創造。創造需要天才，但智力最高不等于有創造力。善于創造的人之人格素質：想象力、聯想力、觀察力、思辨力、好奇心、變通力。保羅圖赫性格的力量：專注力、自控力、好奇心、 責任心、 勇氣與自信。創造行為特征 創造發明不等同于高知識，高智力，是多因素的綜合，可能發端

11、于微末之處。最簡單的可能是最好的。光學玻璃透鏡制造專利 第一次世界大戰，潛艇技術的推動，俄國要求向英國購買透鏡玻璃制造中關鍵專利。經過盟國政府間交涉，耗費了重金，購得專利說明書僅一句話：“在反應過程中不停地攪拌，氣泡即可除盡。” 某雜志杜撰的笑話：美國航天局用十年的時間，數十億美元開發了一種在無重力條件下不漏水的記錄用筆，以后發現俄國一直用的是鉛筆。想象力（Imagination）“想象比知識更重要。” 愛因斯坦臆測性想象：指未曾實際經歷，根據片斷資料，推斷而創造構想。創造性想象：根據確定目標，“無”中生“有”。構造性想象：根據多要素如用途、機能、效率、精密程度綜合而成。替代性想象：欲改良已有

12、事物地不合理，不方便之處。想象力（Imagination） 臆測性想象L臆測性想象：全新臆推地球直徑的測算：公元前三世紀，亞歷山大圖書館長埃拉托色尼，利用在阿斯旺小鎮日光直射地面的同一時間，測亞歷山大市陽光傾角，計算出地球直徑R6378千米 7 L779千米 想象力創造性想象創造性想象：“無”中生“有”如可降解塑料的制造采用在普通塑料（PP.PE）成型時，大量加入淀粉、木屑等，使生成可解體材料，廢棄后即分解成小塊。采用發酵法，生產乳酸，再用化學法聚合為乳酸塑料采用在細胞內合成聚羥基丁酸酯（PHB）塑料，用于人造器官。（以單細胞作反應器）想象力構造性想象構造性想象：構造型綜合創新復合材料的制造：

13、金屬纖維玻璃纖維碳纖維納米碳管 子午輪胎 隱形材料 導電布有機合成材料塑料橡膠高強度需再成形不生銹有彈性、塑性、易加工想象力是種抽象思維能力理論物理的弦論：基本粒子（電子、光子、中微子、夸克等）的作用力都是極小的弦的不同振動激發態。弦需在十維度中振動，除了三維空間、一維時間外，另外六維隱于極小的“致密空間”尚不能被感知。由卡拉比-丘（成桐）通過幾何學給予了證明。憶阻器（Memristor)的想象1971年加州伯克利分校蔡少棠教授推斷， 在電阻、電容、電感器之外，應有另種組件反應電荷與磁通量之間關系。只在數學模型上它應存在。這一超前想象沉寂了37年。2008年惠普（HP）憶阻器作為內存時，潛在容

14、量驚人，而且它是有記憶功能的非線性電阻器（S. Williams）憶阻器（Memristor)的想象摻雜部分帶正電，電阻較小。電流從摻雜一側流入時，在電場影響下，空穴向非摻雜部分游移。使整體電阻下降。停止電流，空穴保持不動，體現了記憶功能。反向電流會把空穴推回，電阻增加。+-+-TiO2TiO2摻雜氧原子空穴憶阻器（Memristor)的想象2010年惠普認為“理論上可以通過憶阻器完全代替現有數字邏輯電路。經典馮.諾依曼理論認為“計算機體系結構決定了它不可能像大腦方式工作，即 “存儲”和“處理”同時同地進行”。2010年密歇根大學首先創出模擬大腦“突觸”工作的憶阻器。 惠普構建二維交叉陣列憶阻

15、器，模擬大腦的一個層面。模擬大腦，不用“1”和“0”，而代之以像明暗不同的灰色中所有狀態，可以作決策、判斷、學習、臉部識別等，比數字式計算機更快幾千倍到幾百萬倍。 電子管晶體管憶阻器聯想力（Association）聯想行為是自某種記憶、印象而引發的另一種觀念或心像的產生，包括：類似聯想：指對分類上近似之事物的聯想延伸聯想：指功能、特性、時空延伸聯想，創造發明逆反聯想：亦稱對立聯想，反向思維因果聯想：由因果關系引發聯想哥德巴赫(Gold-bach. 1690-1764)猜想：大于5的奇數都可拆解為三個素數和： 7 = 3+3+1 77 = 53+17+7 461 = 449+7+5歐拉(Eule

16、r Leonard, 1707-1783)聯想：大于4的偶數都可分解為2個素數之和： 6 = 1+5 8 = 3+5兩個想象構成“哥德巴赫”猜想，需證明Z = x+1聯想力類似聯想 類似聯想：仿生學 膜分離技術：動物消化系統，營養通過腸壁吸收與殘渣分離，呼吸 系統肺胞吸收O2而與N2分開，排泄系統腎臟分離尿液。液液膜分離，用于海水淡化分離膜。氣氣膜分離，用于H2與CO2分離氣液膜分離，通過滲透氣化，從有機溶劑（苯、氯甲烷）中分離微量水 南美“氣步甲蟲”對發明二元化學武器的啟示 ，H2O2及時混合，成為毒氣。聯想力延伸聯想 延伸聯想：功能延伸 場致伸縮材料（壓電陶瓷）：在陶瓷受壓變形時，產生電流

17、，或相反，通過電流時，會發生變形。 延伸到電動機構造，在陶瓷桿內設置一組類似電極。 在順時分別向電極通電流時，陶瓷桿順時針連續變形 形成扭矩力，而造成微型電動機3D打印：建模、編程、相應材料按計算機預編程序復制出來。4D打印：直接將程序輸入材料，打印出來的材料自主變形、重塑，不需任何機電設備，即自組裝材料的3D打印。斯蒂比茨首件4G打印連衣裙問世 耗資1.85萬元核心媒體報道頻次：15/30 美國“神經系統”（Nervous System）設計工作室利用3D打印技術制成世界上首件4D打印連衣裙。 所謂4D打印，就是在3D打印的基礎上增加時間緯度，核心是記憶合金，一種能夠自動變形的材料，人們通過

18、軟件設定模型和時間，變形材料在設定時間內變形成所需的形狀。 “神經系統”說，這件4D連衣裙通過3316個連接點把2279個打印塊連在一起，堪稱為模特量身定制。整件裙子耗費1900英鎊（約合1.85萬元人民幣）、用時48小時制成。 “神經系統”創意主管杰茜卡羅森克蘭茨說，4D打印或許將成為未來時裝發展方向。聯想力逆反聯想逆反聯想：隧道二極管的發明日本新力公司由江崎博士主持開發新一代晶體管，以提高鍺元素的純度為目標，已達到99.99999999，再提純困難太大，成功無望。新畢業生黑田由里子，提出反向思維，向純鍺內攙雜，在攙雜加大到原含量的1000倍時，得到特殊性能的隧道二極管（負阻特性）獲成功。聯想力逆向聯想在低品位鐵礦浮選中，一般為懸選出氧化鐵，由于氧化鐵呈多價態等選出率不高，逆