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人民网独家连载牛津版《技术史》中文版之
3.4《发现和发明的分析》
H·S·哈里森(H. S. HARRISON)
  2005年06月16日15:14 【字号 】【留言】【论坛】【打印】【关闭

  牛津版《技术史》是牛津大学出版社历时30年才出齐的目前世界上最具权威性、篇幅最大、资料最全的世界技术与社会发展通史,涵盖自远古至20世纪中叶人类技术的历程。全书800余万字,有3000余幅珍贵图片和插图。由相关领域200余位国际知名学者撰写。

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3.4 发现和发明的分析

在这一阶段,考察对于人类产品及生产方法的演化研究所提出的某些分析性问题(包括那些性质相对简单的问题)是很合适的。 

如果我们掌握了事物发展历史的完备知识,比方说,了解了伐木人的斧头的发展历程,我们就能重建从古至今的所有发展阶段。但即使所有的基本演化阶段都提供给我们研究,对其形式和结构上发生重大变革的原因和方式等问题我们仍留有疑问。变革带来的改善可能是明显的,但仅仅采纳人类总能预见和开发出其工具潜在可能性这种站不住脚的观点,我们就会把表象当作是向先入之见的方向努力所决定的。石器时代的人类,甚至早期的金属工,其目标不在于生产现代木匠所使用的套筒与刀刃缘并行的斧子,因为他们对这类工具毫无经验,没有模具,也没有钢材。他们的视野是他们知晓的或可被已知事物所启发的东西。 

即使这是事实,后来也发生了变化。这种变化使得人类能够想办法开发有前瞻性、创新性的产品结构。在这里,飞机的变革就很能说明问题。因为我们对于飞机的前身滑翔机到飞机的演化印象不算久远,而且至少有一些改进我们还是熟悉的。随着复杂的数学和工程计算,以及许多人在生死攸关时刻体现出来的勇敢和毅力,试错法的强化导向过程导致了飞机的快速发展。但是,除了关于适航性的一些重要特征,现代飞机很明显并不是遵循早期的构思而演变的。人类早期的飞行梦想是源于对鸟儿飞翔的观察,自信地拍打翅膀的献身尝试的结果,除了变成天使就是伊卡洛斯(Icarus),人类并无重大收获,因此现代发明者很少热衷于拍打翅膀了。两次世界大战使得航空研究和试验日益迫切,但对于完美的飞机应该是什么样子的或许仍未达成一致。由于原子能在背后潜藏的巨大能力,不能说已经形成了发动机设计上的喷气推进技术上的正果,而是仍然会有新型直升机和其他能在狭小空间进行盘旋、俯冲的现代飞机出现的可能性。现代型号的飞机已经使得布莱里奥单翼飞机和其他很多飞机落伍了,并没有预言家告诉我们接下来要发生什么。 

如果要就影响早期发现和发明的因素达成确切的结论,必须首先关注那些我们(不无依据地)假定的最早的人类器具。这种探究至少应当提供推定证据:早期人类对环境反应的思维方式以及这些反应在器具样式和构造上的表达方式。 

比方说,用小石子来作锤子或者投掷物(一些现代猿使用),是基于其有效性的发现的,同样,天然或意外断裂的石头或棍棒也给早期人类发现棱面和尖端的用途创造了机会。这一性质的发现是人类由工具使用者向工具制造者转变的必要途径,也必然与生产方法自身特征的发现相关联。 

我们可以假定,人类无意间发现了用足够的力撞击两块石头可得到跟随意捡起并利用的碎片相似的锋利碎片。然而,从我们的观点来看,天然的小刀或砍砸器与人工制品大相径庭,在第一个例子中我们猜测人工制品作为发现的结果适用于以前从未有意图的生产上。不管两者在形式和有效性上是怎样具有可比性,由于工具要么有意形成要么无意形成,由此及彼的那一步在主观上都是不连续的。不妨预先将该步骤命名为突变(mutation)。由于它是指天然物品转化为人工制品的步骤,因此可称之为初级突变。 

图37(A)燧石手斧,来自肯特郡的斯旺斯柯姆。(B)燧石制卵形斧,来自巴勒斯坦。皆属于旧石器时代早期的阿舍利文化。

拿石头的修整例子来说,这是靠击打成形的方法的开端,出于冲动,或者是由于第一次成形不够好,自然会从一下把石头打碎转变为反复击打。这种方法广泛应用开来,产生了各种各样的形式,许多形式还有着耐用的棱面或尖顶。由于这个发现较容易取得,也具有直接的价值,可能会被经常独立、偶然地发现和利用;或者可能是很早就发现了,之后随着人类由集聚地向外迁移而传播开来。或许从来就没有早期人类——假定任何含糊界定的类人猿都是能与猿截然分开的——砸碎过石头。北京人(边码23)似乎已具有这些特征了。

旧石器时代的手斧、卵形斧等器具,是由不定形的打制石器逐渐发展而来的,这一点是毋庸置疑的,虽然旧石器时代的人经历了很长一段时间才使之从雏形转变为精制成品。石头特性影响着裂片的结果,但更有用、更方便形式的器具制作出来后被认为是值得模仿的,而在旧石器时代早期的欧洲以及其他一些地区,最终形成了大型的标准化措施。器具在“表达点”(如手斧)被发现曾一度暂停下来,后又在另一表达点(如锋利轮缘的卵形斧)继续,在旧大陆的许多地区,这两种类型很长时间以来同时、共同被使用(图37)。外形的最早变化是在我们称之为随机变异的基础上发生的,随机变异很大程度上是机会要素作用的结果;后来有了选择变异,虽然未必带来效率增长,却生产出了较满意的形状。同时,适应性变异过程的出现,直接使器具发生了实际改良。 

变异(variation)在改变人工制品的形式和比例方面尤其活跃,并且某些特征也发生了改变,如尺寸增大,单个变化就可能相对大;然而,即使这样,形式的改进也可能是许多小变异累加的结果。大的不连续步骤不会因变异而提前发生,尽管它可使某器具(或一个组件)逐渐朝着承受较高因素干预机会的方向改变。与突变不同的是,变异不依赖于发现或发明,但这并不总是无意的过程,它或多或少地要受到有意识模仿的影响。

38 石刃刀,来自加利福尼亚。(A)黑曜石,一端用水獭皮裹着作柄。(B)碧玉,其木质柄是用沥青粘着的。

  我们以装柄方法作为突变的第一个例示,它是在已取得其自身独立性的整块人工制品的进一步发展过程中发生的。 

很明显,兽皮的或其他普通材料的手柄连接在石制的切割或砍伐工具上的做法,可能起因于保护手免受处于不当位置时锋利边缘碰伤的需要,一块兽皮被随手拣来应急。这种偶然设计的有效性就是基本发现,但其应用中的关键步骤是使柄由仓促的、临时的权宜之计转变为小刀或砍砸器上的固定配件,现代爱斯基摩人的小刀就是很好的例子,这样就形成了一个复合式工具,堪称同类工具的首例代表(图38)。然而,从利益角度,我们很难猜度装柄器具系列中何为首次发明的工具。恒定的附加,引发了对柄的选材及加固方法中的发现的直接可能性的评价。变异并不能导致永久柄等全新事物的供应。附加构建了一个陡然不连续的步骤,对这些步骤而言,突变这一词语是明显适当的。假定石刃柄的首次使用源于这种工具本身的使用期间所作出的发现,而并非由其他临时器具的特征所提示,我们可以称这个步骤为自由突变。 

也可以给出几个其他的例子。一些简易的木质挖掘棒上有一块搁脚板,以便于这种工具插入泥土中。修整由树木制成的工具时,枝杈基部没有被完全切掉,如果第一个搁脚板是一种助力器,那么这个有助于腿帮助胳膊在挖掘中用力的偶然特征的发现,就能很容易地被作出了。此种助力器和搁脚板的有目的装置,就是被称为自由突变的一个进化步骤(evolutionary step)。再就是,如果谷物脱粒中使用长棍断裂的结果是末端有一小段折断了,而且在靠近使用者的一侧尚能通过一条树皮连接的话,那么这种自由突变就提供了构建一个铰接连枷(图 39)的暗示。然而,证据是直至罗马帝国时期连枷才得以在谷物脱粒中应用开来,因此,这个功效卓然的发明,被搁置了很长时间。石刃临时性地捆绑在一弯棒的弯曲处,也许导致了诞生第一把木质手柄斧的自由突变,如果当时就是在这样的状况下生产出了这种足以引人关注的器具的话。将纤维用两手或在腿上捻成纱线,再将纱线绕到一杆上,就成了纺锤。通过小心操作,线轴的旋转可以使纤维自动被捻起来,称之为纺锤的工具就是这样形成的。这可称为功能变化,但是当纺锤螺旋取代纱线卷成纱线束时,这种自由突变便完成了(图276)。

 

39 农民用连枷对一捆谷子进行脱粒。14世纪的一个缩影。

 

一些早期的自由突变与早期的初级突变一样,在渊源上是与能够广泛应用的简单方法相关联的,这些方法很快成为后来发明者所需的知识。例如,将部件捆扎成整体这种主意最初的产生可能是与某种自由突变有关的,但它逐渐成为一种通用方法的基础,从而实现或巩固了任意两个组成部分适当的连接。正如刚才提到的,将石刃粘着到木质柄上的想法源于在偶然机会下将刃片暂时按到弯柄上去的方法,可能直到后来才出于可靠性的需要而永久粘到一起的(图40 B)。采用把手作为永久柄的做法构成了自由突变,而另一方面,柄的处理方法改变和扩展了其他人工制品,这预示甚至例证了交叉突变(见下文)。同样,对于其他类型或不易得到的连接物,比如那些受到套筒、管座和穿孔等介入的影响并表现出多种形式和关系的工具:它们的产生不仅涉及方法的问题,也涉及结构性适应,〔71〕尽管这两者之间关系密切,已完成整体的个性由可见的特征表现出来。正是这些可见特征,而非用于建构的方法,才可用变异、突变等术语来描述(图40)。

40在带有石制刃片的斧和锛上安装柄的几种方法。(A)以凿孔的鹿角作柄,鹿角插入斧子刃片孔穴中。新石器时代的法国。(B)斧刃片用弯曲的山月桂木夹紧,连接处用强化树胶和捆扎的方法加固。北澳大利亚。(C)锛刃片缚在肩状柄的裂口处。新喀里多尼亚。(D)锛刃片绑扎在木质套筒中,一根卷起的藤条将其缚到肩状柄上。新几内亚。

   这样假定也许很诱人:人类发现了套筒、管座以及比方说是旋转机械装置的“原理”。但事实上人类发现的却是:就套筒和管座而言,这些特定的形式特征促进了两个部件的统一;就旋转机械而言,在某些机械装置中,旋转具有其便利性。从几种类型的器械中独立发现旋转行为的使用不是不可能的,并且,例如在纺锤(图276)、火钻(图141)与手推磨(图41)之间没有演变关系(evolutionary relationship)也不是不可能的。而车轮(图42)、陶轮(图119)与纺车之间,却可能存在着演变关系。纺车是中世纪的一项发明(章末补白图)。

图41在阿尔及利亚使用的手推磨。 图42车轮进化的早期阶段。车轴随轮子一起转。塔克拉玛干沙漠地区,新疆。

   早期人类的知识在人工制品中得到了体现,然而他们在知识推广这一文字记载的副产品方面较我们现代人狭隘很多,部分原因在于早期人类不大有挑衅性,部分原因在于任何稍具规模的科学技术概括是晚得多的事(第29章)。早在石头和木头的性能被利用的时候,许多机械原理就已得到利用了,但是我们能非常肯定,人类没有将挖掘棒归为杠杆,或将纺锤螺旋归为飞轮。 

不论在近代发明还是在古代发明中,我们认为单个的不连续步骤通常是突变。而当这些步骤涉及到将已知装置或者特殊部件改装到另一人工制品或另一部件上这类应用时,我们可称之为交叉突变。材料发展的早期,从一种类型的工具到像套筒、管座及其他已知的有链接手段特征的工具的变化,就是典型的交叉突变。直到很久以后,机械装置和机器开始被研制,才使得在轴承上用简易纺锤连接轮子和线团,从而实现最早类型的手纺机这种明显的交叉突变成为可能。一些现代人工制品(尤其是机器)是如此复杂,以至于没有强劲的团队从事历史上的技术(historical technology)的研究,演化分析就不可能进行;这说明研究对象是由大量发现、变异和突变构成的复合体,而要想在细节上阐述清楚这些,经常(甚至往往)是极其困难或者根本无法办到的。大多数情况下,交叉突变或许是可辨认的,并且我们可能会注意到这些步骤包含预见而非发现,〔73〕因为它们是源自于以下共识:通过一种适合于自身的杂交的手段、一种已在一种或几种其他人工制品中使用的功能器件或部件,可以使器械得到改进。如果有必要去尝试着界定发明过程的确切本质,交叉突变似乎看上去可作为典型表征。然而另一方面,自由突变是观察和发现的结果,几乎是以事先预料的形式出现的。 

在所有种类的突变中,最简单的是那些导致人工制品的部件——如长矛的倒钩,或者车轮上的辐条——在数量上发生变化的突变,我们称之为数量突变。就突变更简单的表现形式来看,它接近于随机变异。 

替代,即把工具或其他人造物品的形式转换为用新的材料制造,已成为发现和发明的一个常见要素,其最终结果通常也是很重要的。在陶器制作的例子中,替代是很突出的:葫芦、贝壳、金属和石头容器等的形状用泥土复制出来,虽然在这个过程中,二手材料的属性已在具体形式上作了强制或诱导的处理(边码397)。更重要的是器具中的多轮替代(第22章):铜替代石头,青铜替代铜,铁替代青铜,以及建筑中石头替代木头。第一次转换旨在尽可能接近原型——为了把简单工具与复杂工具进行比较,我们举个例子:第一辆机动车是在四轮马车的思路的基础上制成的——并且新材料不可预见的能力使得沿着新思路发展的过程是逐步的。当新材料既具有直接效率,又有广阔的应用潜力时,情况更是如此。直到铜和以后青铜替代石头,高效的剑刃武器才得以生产出来,而铁的应用又产生了更好的武器类型。 

功能变化无疑在材料进展中起了重要作用,也许就是在出于冲动而挖掘棒被用作利器的情况下,矛和标枪才衍生出来。同样,当双叶桨被安装在独木舟的船尾侧用来掌舵时,它打开了导致先产生了四分之一方向舵、后又产生了二分之一方向舵(图534—图535)的突变和变异的路线。与功能变化相关的是使用方法的改变,在土壤表层拖曳的镐或锄头必定在某一步启发了犁的演变(图43)。这些变化类型起始时都不是形态特征上的,但却明显地揭示了形式和结构上的适应性改变的可能性。 

43埃及的犁地和锄地。来自贝尼哈桑的墓葬。约公元前1900年。 

总结目前形成的各种结论,可以说下列因素在人工制品的起源和发展过程中发挥了积极作用。通过初级突变——自然物体形式上的改变——产生人工制品(例如,敲打的石块和磨制的石块);通过变异,敲打而成的石块发展成为标准化样式的工具,尖锐的挖掘棒在末端扩展成刃,罐、篮子外形改变;通过数量突变,相似的部件在数量上增加或减少;通过替代或转换,石头尖被金属尖所取代,陶罐制成葫芦等形式,纺织品代替了兽皮;通过自由突变,人工制品有了全新的特征,并能通过某种明确的原创发现的应用对其中某一属性进行修整,如:把手、柄、可分离尖点代替固定尖点而使长矛转变为鱼叉(图86);通过交叉突变,对已知器件或功能特征作调整,以便于与早先已发展到相当水准的某物品相适应。除了上面提及的简易器件(边码72)以外,早期人类很少有机会靠交叉突变获得进步。另一方面,一个原始的自由突变可能是很难得发生的,很长时间以来,较简单的可能性或多或少被消耗殆尽了。近代的交叉突变,经常要涉及到突变和变异复合体(mutational and variational complexes)的转换。从使用和改善材料与方法的发现中,获取了巨大的运营收益,这一点在近代发明中是很显著的,正如开始的自由突变那样。机械装置和机器构成了无数的运动物件,这是当前交叉突变影响最大的领域。 

很明显,在试图以所提及方式分析发现和发明的过程中,随着焦点由物质实体向涉及假定因素及其影响特性、范围的假说过渡,所采纳的观点也从客观的转变为主观的。同样,对重建戏剧化和教条主义的方法的讨论有时候可能是不合理的,甚至是会引起误导的。往往特别强调的是人脑和人手对于惰性材料的最终反应,而不是对偶然观察和发现之间及其与实际应用之间的这些过渡心理阶段;而交叉突变初始模糊的实际可行性与成功转变之间的过渡心理阶段也被强调。如果要对发明要素作出确认和分类,既然我们了解或者能够演绎人工物品及其演变的许多信息,很明显,概括的和教条的处理是唯一可取的,但事实上,心理状态本身并不是结果。我们也不能卓有成效地估测发明步骤在多大程度上归因于一些特别的人——天生的发现者和发明家——他们能在他人做不到之处获得成功。然而我们可以肯定的是,他们的成功取决于心理和身体对其所处时间地点的感受能力,同时后人也能对其相对早熟的成果做出公正的评价。 

采纳当前观点的另一个结果是,变异与突变的对比实际就是渐进变化与关键步骤的对比,这导致了基于这些词通常意义上的发现和发明的分类不能达成共识。例如,初级突变和自由突变是在发现的基础上发生的,而适应性变异、数量变异和交叉变异都或多或少地依赖于预见,虽然只有对交叉突变才可以使用严格意义上的“发明”这一术语。但由于普通应用中并没有发现和发明的准确含义,所以这种差异不会引起真正的混淆。把普通词用于科学紧身衣中的尝试,很少会取得成功。 

这种分析方法,不仅可用于人工制品,而且也可用于人类获取并加工原材料的方法和过程,以及人类如何获得对其生存所处的有机和无机环境的更强的影响力。这里,我们所处理的应用发现序列,虽然能够找出其类似之处,却不能划分为变异和突变。在这些所谓的发现复合体(discovery-complexes)中,动物驯养、植物栽培、金属加工等都是较重要的(第13章,14章,21章)。 

含有发展潜力的工艺或者发现复合体与发展本身之间,存在着必须加以强调的显著差异。泥土有可塑性,铜具有可延展性,种子能生长,空心的木头能漂浮,这些现象可能已被观测到了上百次,但却没有任何结果。那些提出由于此种发现是不困难的,〔76〕因此基于此的工艺和人工制品的发展是很频繁的人其实是在假定,古人也像他们能够洞悉过去一样,能清晰地洞察未来。有着直接实用价值的简易发现,如发现尖端棒、碎石或者锋利的贝壳的许多用途,可能已被反复应用了若干次。另一类简易发现,如植物幼苗长成日常可食用的水果或种子,同样是始终在进行着的,但是,由于仅仅从发现中并不能获取任何直接收益,因此,植物栽培系统的起点需要多种有利要素长时间的相互影响。预见力的缺乏,未开化的保守和迷信色彩,以及不计其数的失败机会,必然阻碍了对有用潜力尚不明显的发现的开发。许多的开端,必定在进行前就已结束。这里可以用(所谓)既得利益的可能影响来简要地说明问题,如,带插槽的青铜石斧或矛投掷器等有效器具,可能已阻碍了更好类型的器具的采用。对于这一点,人类先天的保守无疑有时候是内植于行动中的,如今依然如此。在早期文明中,人类的既得利益可能已经自我实现了。 

近代科学技术的研究被赋予了发现和发明的巨大机会,这是以往任何世纪都不可比的,并且有了目标和方向,研究者比他们的先驱的装备更先进。然而,定向研究想必很久以前就开始了,甚至在农业发展到使人类丰衣足食并使人类自身及周围环境更加文明之前,就存在定向研究了。古埃及和美索不达米亚的帝国是大批人从事艺术品和手工艺品制作的发源地,这里,已有了谷类栽培、动物驯养、制陶、纺织,以及其他技术(第2章);可以肯定的是,如果没有目标和方向性的指引,这种进步是不可能实现的。在尼罗河、两河流域、印度河流域等文明发达地区,特定领域内进行的定向甚至是试验性研究,只要有不成熟的形式,就必然要对后来的高水准文化的维持和扩展发挥重要作用,虽然经验仍然是最重要的。毋庸置疑,正是那些发达团体中较爱观察问题、探究问题的成员,以及那些有空闲不断思考的人,〔77〕设想并鼓励了艺术及其他行业常用方法和器具的改进。但是,这段时期——以及数百年以后——可用的知识与当前的相比是如此有限,以至于定向研究领域和行为动机似乎都是无关紧要的。然而,随着区域扩张带来的持续进步,文化传播(见下文)扮演了重要角色,所以,这种持续性并不总是种族的或地理上的。例如,英国许多年来一直是科学和技术进步的前沿,但在古代帝国以其发达和精致的文明而兴盛之时仍然是被石器时代的人们所占据的。这些文明,像许多后来者一样,虽然在研究上都有惊险,但都不及当代科学技术带给我们的兴奋;当代科学技术是在化学、物理学、生物学以及其他学科基于受控实验得出的公认的证据而确立的。 

作为发现者和发明者的人——甚至是处于较低文化水平上的——已从起点迈出了很多步,尽管现代开拓者有雄心也做出了不少成就,但人类始终未脱离支持早期进步的朴素性。在我们的实验室和车间里,机会主义是不可缺少的,机遇也没有丧失干预的力量。伸展的知识之树已在实验室的断枝中长成,真正的发现仍是不能预测之事的显现,或者至少是未预测之事的显现。 

在定向研究的目标和抱负上,研究者的选择路径或宽或窄,但是,他依旧得踏实勤奋地走好每一步。某个偶然的时候,他可能会撞到一个似乎没有现时价值的发现,但这也可能为明天或者另一个世纪的革命性发展奠定了基础。拉姆齐(Ramsay)对惰性气体的发现,就是一个很好的例子。

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来源:人民网 (责任编辑:许秀华)
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