科学技术为什么发明的早（为什么说基础科学是技术发明之母）

为什么说基础科学是技术发明之母？这是因为，基础科学的主要任务是揭示自然现象的本质以及隐藏在现象背后的起支配作用的自然规律，而技术发明的任务是利用前者发现的自然规律，来解决生产或生活中的问题，从而满足人类的某种需要，达到某种目的。换句话说，就是基础科学的功能是生产（发现）知识，知识的主要表现形式就是科学理论，而技术发明则应用上述知识来解决实际问题，说白了就是发明家把科学家发现的某些知识组合成为一个问题解决方案。所以，爱迪生每次发明，都要查阅大量的科学文献知识，否则他就无法完成发明任务。

例如，早在两千多年前，古希腊哲学家德谟克利特（公元前460年～公元前370年）就提出了原子论，认为万物是由原子和虚空构成的，后人在此基础上发现了化学元素和元素周期表，并导致了近代化学这门新学科的诞生，有了元素周期表，人类就可以合成（制造）出各种地球上没有的新物质、新材料，例如，各种合金、化肥、塑料等，这些新材料可以广泛应用于航空、航天、工业、医疗、生活等领域，更令人惊奇的是，最近中科院研究人找到了一种颠覆性的淀粉制备方法。这种方法完全脱离了依靠植物光合作用来合成淀粉的途径。它仅仅需要空气中常见的二氧化碳，和电解过后的氢气就能合成淀粉。这就意味着，今后人类不需要种庄稼，只需通过化学合成的方法就能把空气变成粮食（目前这一技术有待完善，因为成本太高，无法推广应用），而这一切都要感谢原子论的提出者德谟克利特和元素周期表的发现者门捷列夫，这两位科学家所做的工作都属于基础科学研究工作——发现知识的工作，而上述制作合金、化肥、塑料以及人工合成淀粉等工作就属于技术发明工作。以上就是基础科学与技术发明之间的区别和联系。

大家都用过公交查询系统吧，公交查询的前提是系统中要事先存储有大量的公交线路和公交站点，每条线路都由若干个站点组成，查询系统会根据你的出发地和目的地，自动地生成公交出行方案，每个出行方案就相当于一个技术发明方案，出行方案中的一个站点就相当于技术发明方案中的一个知识点，没有站点就不能生成公交出行方案，同理，没有知识，也无法生成技术发明方案。所以，知识是发明的基础和前提，没有知识，就不能发明，正如，没有公交线路中的站点，就无法查询出行方案。

如果说技术发明是房子，那么，基础科学就是盖房所用的砖、水泥和钢筋等建筑材料，没有建筑材料，不可能盖成高楼大厦；如果说基础科学是珍珠，那么，技术发明就是用珍珠串成的美丽项链，没有珍珠，哪来项链？

综上所述，基础科学生产知识，技术发明利用知识解决特定的问题，任何技术发明方案都是现有知识的一个新组合，就好比任何文章都是现有文字的新组合，所以，基础科学是技术发明的基础和源泉。

这里需要说明的是，虽然基础科学是技术发明的基础和源泉，但这并不意味着人类的所有技术发明都必须有基础科学在先，然后才能做出某一发明，而是有一少部分发明是与基础科学无关的，它们只与人们的日常经验有关，是因为受到偶然的启示后做出的发明。当然，这种发明只是极少量，人类大多数的技术发明都是基于相应的科学理论的，是在基础理论的指导下做出来的。

两种不同的技术发明

技术发明有两种，一种是受偶然启示做出的技术发明，这种发明是一种瞎猫碰死耗子式的发明，与科学理论无关。如，鲁班由于受到草叶划破手指的启示而发明了锯子，美国人富尔顿受船桨的启示发明轮船，此外，中国古代的四大发明也都是如此，比如，火药的发明是炼丹师们的药物在一次偶然受热过程中发生了爆炸，从而意外得知，炼丹药可以做火药。这种发明不需要科学理论做基础和前提，只要有一定的经验和灵活的头脑就可以了。这种发明类似于瞎猫碰死耗子和守株待兔，因此，数量很少，在人类的总发明中所占的比例极低。经验之所以能应用于发明，是因为，经验本身就包含了一定的知识，但经验中的知识毕竟是有限的，如果我们能掌握经验背后的科学原理，那么，我们所能掌握的知识就能十万倍、百万倍地扩增！所导致的发明，同样能十万倍、百万倍地扩增！基础科学研究的主要目的之一，就是为了寻找现象或经验背后的科学原理。西方人爱追究现象和经验背后的原因，比如，早在两千多年前，古希腊哲学家德谟克利特（公元前460年～公元前370年）就提出了原子论，认为万物是由原子和虚空构成的，而中国人不爱这么做，所以，科学诞生于西方，而不是中国，这也是近代中国落后挨打的主要原因。

另一种是由科学理论推导出来的技术发明——基于科学理论的发明，如原子弹、导弹、航天飞机、电子计算机、互联网等的发明，都是基于相应的科学理论的，而且通常是由多个科学理论共同推导出来的，而不仅是由某一个理论推导的结果。没有一定的理论做基础，单靠偶然启示是不可能做出这种发明的。一个抽象的科学原理，通过演绎推理，可以推出成千上万个具体实例，导致成千上万个不同的发明。比如，由“金属能导电”，可推出金、银、铜、铁等所有金属都能导电；再如，空气动力学适用于所有有形固体在空中的飞行，不管是鸟、风筝、导弹、火箭、宇宙飞船等，只要是有形的固体，它们在空中的飞行，都要遵循空气动力学的原理，否则，就无法实现在空中的飞行，因此，掌握了空气动力学，就发明出成千上万的各种各样的飞行器。人类的大多数发明都是基于某种科学理论的发明。

受到一个偶然的启示，通常只能做出一个发明，所以，由于没有科学，缺乏科学理论的指引，中国古代在数千年文明史中所做出的重要发明屈指可数，而西方自18世纪“近代科学”产生以来，由于有科学理论的指引，仅是在近代科学产生后的数百年间就做出了数不胜数的重大发明，从天上飞的，到地上跑的，从工业、农业再到日常生活，多得不可计数。为什么近代的中国会有百年国耻？为什么一个小小的英国就能打败大清王朝？就是因为前者有科学，后者没有科学。

每个抽象的科学理论，通过演绎推理，都能推出成千上万个具体事例，形象地说，每个具体事例都相当于一个珍珠，每个发明都是由若干个特定的珍珠（事实）串连成的一个项链（发明方案），珍珠越多，所能串成的项链也就越多，所以，科学理论越多，所能推出的具体事例也就越多，进而，所能导致的技术发明也就越多。这就是基础科学和技术发明之间的关系：基础科学生产（发现）一个个知识，技术发明把若干个知识组合成一个问题解决方案，一个问题解决方案就是一项发明，它能解决一个问题，达到一个目的，满足人们的某种需要。

科学革命——技术革命——工（产）业革命

自18世纪以来，已经先后发生了三次工业革命，每次工业革命都有其理论基础，都是首先在基础科学研究理论领域取得突破，出现了革命性的理论成果，然后在这一理论的指引下，才会出现技术发明领域里的突破，最终导致出现新的工业革命，推动经济社会快速发展。

例如，第一次工业革命——蒸汽革命，完成于18世纪中后期，其主要理论基础是牛顿力学和微积分（完成于17世纪后期——1687年前后），主要的技术发明有飞梭（1733年）、珍妮纺纱机（1765年）、蒸汽机（1785年）等；第二次工业革命——电气革命，完成于19世纪后期，其主要理论基础是电磁力学（完成于19世纪中期），主要技术发明有发电机（1870年）、电灯（1880年）、内燃机（1880年）等；第三次工业革命——信息革命，完成于20世纪后期，其主要理论基础是量子力学（产生于20世纪前期）以及维纳的“控制论”（1948年）和香农的“信息论”（1948年），这些理论都完成于20世纪前期和中期，三者奠定了计算机技术和通信技术的基础，没有这三个理论，就不会有现代的电子计算机、手机信技术和互联网；主要发明有：电子管计算机（1946年）、晶体管计算机（1958—1964年）、大规模集成电路计算机（1970年至今）、互联网（1969年）、智能手机（1993年）等。

由上可知，科学革命、技术革命与产业革命之间的关系是，科学革命导致技术革命，技术革命导致产业革命，前者是后者的基础和前提。科学革命主要体现为科学理论的重要突破，是科学发展史上的一次质变，如牛顿力学、微积分、电磁力学、相对论、量子力学、控制论、信息论等都是科学革命的主要内容或标志，技术革命主要体现为重大的技术发明，如蒸汽机、电动机、 发电机、无线电、电子计算机、智能手机、互联网等；产业革命主要体现为出现了新的产业，如纺织、汽车、轮船、农机、航空、航天、原子能、互联网、计算机、智能手机等，这些新的产业可能隶属于制造业、运输业、通信业、服务业、农业等产业，当新的技术发明转化为各种有形的产品后，就会出现新的产业，从而导致产业革命的发生。

综上所述，基础科学与技术发明之间的关系是，前者是后者的基础，如果说基础科学是珍珠，那么，技术发明是用珍珠串成的项链，没有珍珠哪有项链？如果说技术发明是大楼，那么，基础科学就是钢筋、水泥和砖，没有建筑材料，哪来高楼大厦？基础科学生产知识，应用科学利用知识解决特定的问题，任何技术发明方案都是现有知识的一个新组合，就好比任何文章都是现有文字的新组合，所以，基础科学是技术发明的基础和源泉，有了基础科学，人类才能做出各种发明创造，制造出各种先进的工具，才能成为地球之王，可见，基础科学是技术、经济和社会发展的根本动力！

德国哲学家黑格尔曾说中国没有历史，他在《法哲学原理》一书中写道：“从本质上来讲，中国是没有历史的。它不断重复着王朝的覆灭更迭，其过程中整个国家没有任何进步。”黑格尔之所以这么说，是因为，欧洲自近代科学革命以来的数百年内，生产力飞速发展，整个社会面貌发生了翻天覆地的变化，而中国与数千年前相比，没有什么变化，整个社会几乎是静止的，没有什么发展，造成这一中西差异的根本原因，就在于，西方的技术发明和工具制造是基于科学的，因而能层出不穷、数不胜数，而中国的技术发明和工具制造则与科学无关，它完全是基于有限的经验和偶然的启示的，因而是寥若晨星、屈指可数，这启示我们，看似无用的基础科学，其实是最有用的，它是人类进步的最大动力！

人类的科学最早诞生于2千多年前的古希腊，大约相当于中的的春秋战国时期，当时在希腊有一批学者，如，泰勒斯、毕达哥拉斯、赫拉克利特、德谟克利特、阿基米德、欧几里德、苏格拉底、柏拉图和亚里士多德等，他们不带任何功利的目的，完全出于好奇心和兴趣研究大自然，这些研究本身给他们带来了很大的乐趣，同时也导致了一门新学科的诞生——自然哲学，这就是人类自然科学的前身。科学研究本身是非功利的，但其研究成果却是技术发明之母，导致了无数发明创造，给人类带来了极大的实用价值，这正应了老子《道德经》第11章中的那段话：“三十幅共一毂，当其无，有车之用。埏埴以为器，当其无，有器之用。凿户牖以为室，当其无，有室之用。故有之以为利，无之以为用”，这段话的意思是说：看似无用的东西才是最有用的东西！基础科学就是这种看似无用而事实上最有用的东西！

技术发明中的许多问题，其实都是知识问题，是因为知识不够，归根到底还是因为基础科学的不足，不能提供技术发明所需要的知识，这就好比，一个项链由十颗珍珠组成，缺少一颗，你都不能完成任务。当今人类面临许多问题，如环境污染、资源短缺、能源危机以及重大的疾病和自然灾害等，归根到底还是因为我们的基础科学不够发达，因而不能提供解决这些问题所需的知识，这才是问题的根源！明白了这一点，我们就应该优先发展基础科学，而且还要知道怎样推动基础科学快速发展，笔者认为，要想推动基础科学快速发展，我们需要有好的教育体制和好的科研体制，因为有好的教育体制，才能有好的人才，有好的科技体制，才能充分发挥出人才的潜力，从而更好地创新。现有的学校和教育，只能培养出一般的人才，要想培养出牛顿、爱因斯坦、爱迪生那样的杰出人才，就要创办新型学校，用非常之手段、非常之体制，方能培养出上述天才级的人才。解决了人才问题，接下来再解决科研体制问题，基础研究是兴趣驱动的，而技术发明是任务驱动的，因此，二者所要求的环境和体制必然会有很大的不同，对于基础科研人员，应该给予更宽松、更自由的环境，这样才更有利于提高科研的效率。如果我们能培养出牛顿、爱因斯坦、陈景润那样痴迷于科学研究的人才，那么，给予的自由越多，科研、创造的效率就越高。