从洞见到创新

工程与科学往往被公众视为一个整体——科学，人们认为科学是新见解的源泉，而工程仅仅是对科学的应用。其实科学家和工程师的核心竞争力是不同的，前者重在发现自然以及自然存在的事物的新事实，工程师设计的是自然不存在的事物。使用“科学”一词指代这两种活动，实际上掩盖了设计新事物所需的独立思考能力和创新能力。比如爱迪生设计内阻低的发电机和能承受高温的灯泡灯丝，不仅仅是对科学提供的基础知识的使用，更显示了他对事物关系的洞察力。

《思维决定创新——20世纪改变美国的工程思想》(中译出版社)讲述的是1920年以来改变美国乃至世界的一系列重要的技术创新以及这些创新从产生到实现的全过程。这些创新既包括美国的大型公共工程，例如胡佛大坝、高速公路以及登月工程，也包括了晶体管、集成电路、计算机和互联网。

通过详细描述这些创新故事，作者小戴维·P.比林顿希望告诉我们，有的创新伴随着科学的重大发现和发明，有的创新是利用现有技术的组合，而有的创新是在现有的技术上改进完善以解决重大的现实问题。所有这些创新都是通过工程来实现的，因此对于越来越多的渐进型创新来说，工程师的创造性思维和在工程上的实现特别重要。当然，对于很多公共工程领域的技术创新，政府的支持也是不可或缺的。

本书既可以作为一本技术素养的普及读物，也可以作为一本技术创新的励志教材，书中的故事引人入胜。例如，20世纪20年代初期，美国垦务局总工程师弗兰克·韦茅斯接到了胡佛大坝的设计任务，他打破了工程师传统的重力坝设计思路，改用拱形水坝设计。所谓重力坝，就是依靠大量混凝土质量或重量来阻挡水流趋势；而拱形设计则将水平力向四周传导，以分散水势的压力。与重力坝相比，拱形水坝所需的材料更少，却能与重力坝达到相同的效果。

也是在这个时期，美国国内汽车的登记数量达到800万台，汽车的普及对道路提出了更高的要求，由托马斯·麦克唐纳领导的公共道路局筹划并建设了美国20世纪最伟大的基建项目——全国公路路网。麦克唐纳对车辆和路面之间的相互作用进行了科学研究，发现路面不平整对道路的损害要大于汽车重量造成的损害，因此开始采用波特兰水泥或沥青制成的混凝土铺设道路代替原先的碎石铺设路面；更为重要的发现是，充气轮胎给路面带来的危害远小于当时的实心轮胎，于是汽车都开始采用充气轮胎。

1945年后，美国大城市核心商业区地产价格不断攀升，对高层建筑的需求只增不减，但是高层建筑的造价却极其高昂。工程师法兹勒·汗用框架筒体系解决了摩天大楼的造价问题。所谓框架筒体系，是指一幢大楼通过外部的框架受力，形成盒状，即将建筑包裹成正方体或者长方体一样的筒。比起过去利用立柱和横梁平均分担的方式，这种方式能更好地抵御风力，并且使用较少的钢材。

20世纪50年代，晶体管发展遇到新的问题，买家需要在电子设备中添加更多电路，以满足不断增加的性能需要，这就需要压缩电路体积。1958年夏天，德州仪器公司的杰克·圣克莱尔·基尔比提出，晶体管和其他电路都可以由硅之类的单一材料制成，而不是当时业界公认的必须加入其他元素。1959年初，加利福尼亚州仙童半导体公司的罗伯特·诺伊斯发现，可以利用机器组装整个电路，无须人工连接。基尔比和诺伊斯的发现促进了集成电路的诞生。

当前，中国建设创新型国家和制造业强国，都迫切需要提高全民族的创新意识和工程素养，因此，了解历史上重大技术创新的产生背景和实现过程非常必要，尤其需要了解工程思想和工程师在其中所起的重要作用。

(作者系清华大学五道口金融学院院长)