從諾貝爾獎?wù)剟?chuàng)新思維第一部分課件

1、從諾貝爾獎 談創(chuàng)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(yè)化， 1931年獲諾貝爾獎2007年，埃特爾(G. Ertl)闡明合成氨相關(guān)表面催化反應(yīng)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(fā)現(xiàn)抗菌藥磺胺，開創(chuàng)合成藥物時代，獲1939年諾貝爾獎弗萊明(A.Fleming)發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)纖維狀蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾獎野依良治(R.Noyori)發(fā)現(xiàn)手性催化劑，獲2001年諾貝爾獎。發(fā)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(lǐng)域和生物制造產(chǎn)業(yè)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(guī)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(chǎn)業(yè)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(chǎn)量的合成橡膠相當于145萬畝橡膠園科研創(chuàng)新能力是未來國際競爭主要體現(xiàn)經(jīng)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(zhì)，創(chuàng)新能力的競爭科技進步是社會發(fā)展的內(nèi)生要素，技術(shù)轉(zhuǎn)移會遇到多種扼制。30年來經(jīng)濟高速發(fā)展，粗放型模式已經(jīng)走到盡頭科學發(fā)展觀在于科技拉動經(jīng)濟國家創(chuàng)新指數(shù)報告2014全球有RD支出的國家112個，2007年共為10725億美元。其中40個國家的支出占98%按創(chuàng)新資源企業(yè)創(chuàng)新 知識創(chuàng)造創(chuàng)新績效 創(chuàng)新環(huán)境五方面來考查，

4、中國所分別的名次附上中國國家綜合創(chuàng)新能力總排名第十九位前五位排名：美國、日本、瑞士、韓國、以色列全國競爭力報告2014-2015（世界經(jīng)濟論壇）144個經(jīng)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(jīng)濟體中居22位全球創(chuàng)新指數(shù)2014（世界產(chǎn)權(quán)組織）143個經(jīng)濟體中居29位。中國2007年科學論文數(shù)目世界第二位。2007年論文及引用數(shù)排世界第三位，2007年專利數(shù)量世界排名第六位。第一次工業(yè)革命：蒸汽機的發(fā)明與產(chǎn)業(yè)化第二次工業(yè)革命：電力運用第三次工業(yè)革命：信息技術(shù)新能源（核、光伏）技術(shù)結(jié)合推動導致產(chǎn)業(yè)集群，個性化技術(shù)，分布式技術(shù)，綠色技術(shù)。 杰里米里夫金第三次工業(yè)革命

5、 （Jeremy Rifkin）2012年第三次產(chǎn)業(yè)革命 可再生能源 資源的循環(huán)利用 全生命周期清潔3D打印BottomUP個性制造并行計算分布式計算網(wǎng)格計算計算能力作為商品流通綠色制造云計算時間、空間變換（從集中到分布）定位格局重組（分布式能源資源優(yōu)化利用）扁平化分布系統(tǒng)增材制造一流技術(shù)是模仿不來的 技術(shù)產(chǎn)權(quán)保護，產(chǎn)品更新速度快，貿(mào)易和環(huán)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(chǎn)大國，每臺DVD要向3C聯(lián)盟、6C聯(lián)盟交納專利費，分別為9美元和6美元，國內(nèi)每臺利潤要少于5美元。只有依靠自主創(chuàng)新，才是唯一科學發(fā)展模式。資源、生存空間競爭市場競爭科技競爭文化競爭創(chuàng)新不一定要昂貴的

6、設(shè)備發(fā)現(xiàn)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(wǎng)格。厚度300萬分之一毫米。創(chuàng)新不一定要昂貴的設(shè)備發(fā)現(xiàn)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?？捎米饔|摸屏，超強、超輕復合材料。它是P.R.Wallace 1940s 理論上預(yù)言過的二維晶體材料。實驗物理學不一定必須復雜設(shè)備，但要有創(chuàng)新思維。石墨烯創(chuàng)造能力與年齡無關(guān)獲獎時間姓 名獲獎時年齡或發(fā)表論文時年齡研究方向1915年Lawreuce Bragg

7、 1890197125歲X射線晶體結(jié)構(gòu)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(yīng)1972年J. R. Schrieffer1931）1957年作研究生時發(fā)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(yīng)創(chuàng)新特征自然科學創(chuàng)新 工程科學創(chuàng)新藝術(shù)創(chuàng)新 尋找個性釋放、流派探求新發(fā)現(xiàn)原有發(fā)現(xiàn)相互包容，并行不悖，分別界定經(jīng)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

8、新發(fā)明原有技術(shù)破壞性、替代性的結(jié)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(tài)金魚、猩猩派畫家毀滅性工程創(chuàng)新照相膠片風靡一時，柯達、富士、樂凱主宰全球影像。甚至幫助了抽象派畫家崛起，寫實派畫家受到置疑。數(shù)碼成像技術(shù)興起柯達2005認為投一美元在膠片可產(chǎn)生70美元利潤，投入數(shù)碼影像僅5美分，而從2000年利潤143億美元，快速減至2003年利潤41.8億美元富士1997年起在蘇州生產(chǎn)數(shù)碼相機2002年數(shù)字化產(chǎn)品占60%。2000年光學膠卷產(chǎn)量達到頂峰，富士企業(yè)利潤為1500億日元，到2011年利潤為零。2013年富士轉(zhuǎn)型成功，發(fā)展液晶、制藥產(chǎn)業(yè)。利潤恢復到1450日元。柯達曾

9、經(jīng)占有數(shù)碼相機專利1000項，希望通過專利保護，封存、壟斷數(shù)碼相機。2012年1月柯達申請破產(chǎn)。工程教育要培養(yǎng)創(chuàng)新思維，想象力和思辨力抓住精髓，不糾纏枝節(jié)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(xiàn)于工程要有道德修養(yǎng)經(jīng)濟學視角，在優(yōu)化資源配置最低資源、能源、環(huán)境代價下追求最大經(jīng)濟效率與效益?？屏_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(chǔ)。 如：大前提（金屬導電）、小前提（鐵是金屬）、結(jié)論（鐵能導電） 培根的歸納法：科學研究從觀

10、察和實踐出發(fā)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”?！皢渭兺蒲莅l(fā)現(xiàn)不了重大科學原理。 演繹、歸納、直覺的綜合運用，實現(xiàn)原創(chuàng)性科學發(fā)現(xiàn)。直覺悟性是一種非理性邏輯思辨，非歸納方式，從瞬間感悟到領(lǐng)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(guī)、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。

11、2.從量變到質(zhì)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(zhàn)不和、不統(tǒng)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(yīng)用。 認知和思維模式還有創(chuàng)造力（Creativity）的定義創(chuàng)造的能力是藝術(shù)的、智力的發(fā)明才能創(chuàng)造力是根據(jù)一定目的、任務(wù)，在腦中創(chuàng)造出新技術(shù)、新產(chǎn)品形象，并使之實現(xiàn)的過程。心理學家雷夫達爾：“創(chuàng)造力是人產(chǎn)生任何一種形式的思維結(jié)果的能力，這些結(jié)果是新穎的，是產(chǎn)生它們的人事先所未能預(yù)料的?！眲?chuàng)造的P4要素創(chuàng)作者（Person）較著重創(chuàng)作者的人格特質(zhì)。創(chuàng)造歷程（Proc

12、ess）著重創(chuàng)作者的心理歷程。創(chuàng)造產(chǎn)品（Product）著重創(chuàng)作者的作品。創(chuàng)造環(huán)境推動（Press）著重個人與環(huán)境的交互作用。創(chuàng)造者（Person）的人格特質(zhì)創(chuàng)造力人人皆有，“創(chuàng)造性”行為卻并非人人都具備。創(chuàng)造力須有充實得知識與經(jīng)驗背景，但知識不等同于創(chuàng)造。創(chuàng)造需要天才，但智力最高不等于有創(chuàng)造力。善于創(chuàng)造的人之人格素質(zhì)：想象力、聯(lián)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。一般“天才”、“高能力”通常表現(xiàn)為數(shù)學（定量的）的分析能力空間判斷想象能力邏輯的分析和語言能力等的基礎(chǔ)素質(zhì)。而非指創(chuàng)造能力。創(chuàng)造能力也許不是“天才”都自然而然具備

13、的。創(chuàng)造行為特征 創(chuàng)造發(fā)明不等同于高知識，高智力，是多因素的綜合，可能發(fā)端于微末之處。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(zhàn)，潛艇技術(shù)的推動，俄國要求向英國購買透鏡玻璃制造中關(guān)鍵專利。經(jīng)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(yīng)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(shù)十億美元開發(fā)了一種在無重力條件下不漏水的記錄用筆，以后發(fā)現(xiàn)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(jīng)歷，根據(jù)片斷資料，推斷而創(chuàng)造構(gòu)想。創(chuàng)造性想象：根據(jù)確定目標，“無”中生“有”。構(gòu)造性想

14、象：根據(jù)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(zhèn)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(chuàng)造性想象創(chuàng)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(fā)酵法，生產(chǎn)乳酸，再用化學法聚合為乳酸塑料采用在細胞內(nèi)合成聚羥基丁酸酯（PHB）塑料，用于人造器官。（以

15、單細胞作反應(yīng)器）想象力構(gòu)造性想象構(gòu)造性想象：構(gòu)造型綜合創(chuàng)新復合材料的制造：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(fā)態(tài)。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(yīng)有另種組件反應(yīng)電荷與磁通量之間關(guān)系。只在數(shù)學模型上它應(yīng)存在

16、。這一超前想象沉寂了37年。2008年惠普（HP）憶阻器作為內(nèi)存時，潛在容量驚人，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(cè)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(xiàn)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(xiàn)有數(shù)字邏輯電路。經(jīng)典馮.諾依曼理論認為“計算機體系結(jié)構(gòu)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

17、密歇根大學首先創(chuàng)出模擬大腦“突觸”工作的憶阻器。 惠普構(gòu)建二維交叉陣列憶阻器，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(tài)，可以作決策、判斷、學習、臉部識別等，比數(shù)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(lián)想力（Association）聯(lián)想行為是自某種記憶、印象而引發(fā)的另一種觀念或心像的產(chǎn)生，包括：類似聯(lián)想：指對分類上近似之事物的聯(lián)想延伸聯(lián)想：指功能、特性、時空延伸聯(lián)想，創(chuàng)造發(fā)明逆反聯(lián)想：亦稱對立聯(lián)想，反向思維因果聯(lián)想：由因果關(guān)系引發(fā)聯(lián)想哥德巴赫(Gold-bach. 1690-1764)猜想：大于5的奇數(shù)都可拆解為三個素數(shù)和： 7 = 3+

18、3+1 77 = 53+17+7 461 = 449+7+5歐拉(Euler Leonard, 1707-1783)聯(lián)想：大于4的偶數(shù)都可分解為2個素數(shù)之和： 6 = 1+5 8 = 3+5兩個想象構(gòu)成“哥德巴赫”猜想，需證明Z = x+1聯(lián)想力類似聯(lián)想 類似聯(lián)想：仿生學 膜分離技術(shù)：動物消化系統(tǒng)，營養(yǎng)通過腸壁吸收與殘渣分離，呼吸 系統(tǒng)肺胞吸收O2而與N2分開，排泄系統(tǒng)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(fā)明二元化學武器的啟示 ，H2O2及時混合，成為毒氣。聯(lián)想力延伸聯(lián)想

19、 延伸聯(lián)想：功能延伸 場致伸縮材料（壓電陶瓷）：在陶瓷受壓變形時，產(chǎn)生電流，或相反，通過電流時，會發(fā)生變形。 延伸到電動機構(gòu)造，在陶瓷桿內(nèi)設(shè)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(xù)變形 形成扭矩力，而造成微型電動機3D打?。航?、編程、相應(yīng)材料按計算機預(yù)編程序復制出來。4D打?。褐苯訉⒊绦蜉斎氩牧?，打印出來的材料自主變形、重塑，不需任何機電設(shè)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(jīng)系統(tǒng)”（Nervous System）設(shè)計工作室利用3D打印技術(shù)制成世界上首件4D打印連衣裙。 所謂4D打印，就是在3D

20、打印的基礎(chǔ)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，人們通過軟件設(shè)定模型和時間，變形材料在設(shè)定時間內(nèi)變形成所需的形狀。 “神經(jīng)系統(tǒng)”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(jīng)系統(tǒng)”創(chuàng)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(fā)展方向。聯(lián)想力逆反聯(lián)想逆反聯(lián)想：隧道二極管的發(fā)明日本新力公司由江崎博士主持開發(fā)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(yè)生黑田由里子，提出反向思維，向純鍺內(nèi)攙雜，在攙雜

21、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(lián)想力逆向聯(lián)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(tài)等選出率不高，逆向思維改為浮選雜質(zhì)SiO2，成功把鐵礦石從30%富集到62%以上。十年來由于我國貧礦不能利用，澳大利亞礦石價格上漲6倍，從30美金/噸到180美金/噸，暴利2億美元。中國低品位礦石技術(shù)開發(fā)成功后，澳大利亞正改變策略，已從133美金/噸迅速降低到70美金/噸，開始打價格戰(zhàn)。聯(lián)想力錯位聯(lián)想1970年Spencer Silver想發(fā)明一種強力膠，結(jié)果得到更不粘的，無法固化的膠水。1974年Arthur Fry 在教堂里唱歌，夾了張小抄，用Si

22、lver不干膠，用畢撕起不損紙張本身。1980年3M公司制造了自粘性便條紙而流行變通力（Flexibility）以新視角、方式、方法去看一個問題伊倫.約里奧.居里（18971956）夫婦的不幸1930年W.玻特（W. Bothe 18911957）發(fā)現(xiàn)用粒子轟擊鈹，打出了一種強度不大，而穿透力很強，在磁場中不偏轉(zhuǎn)的射線。稱“可能是射線之類的東西”。1932.1.居里夫婦發(fā)現(xiàn)石蠟不僅不吸收“鈹射線”，而從石蠟中打出了質(zhì)子，還認為它是一種“新的射線”1932.2查德威克宣布鈹射線就是盧瑟福12年前預(yù)言的又一基本粒子中子，并獨獲1935年諾貝爾物理獎。伊倫居里（18971956）夫婦慶幸的是，用a粒子轟擊鋁原子核，得到自然不存在的P同位素，有放射性并放出正電子衰變出穩(wěn)定元素Si，轟擊B、Mg都有類似現(xiàn)象，為此榮獲1935年諾貝爾化學獎歐盧瑟福（1871-1937）1、有時候讀書是一種巧妙地避開思考的方法。8月-228月-22Sunday, August 21, 20222、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談