50万到100万，比蛋白质分子还要大。于是，把DNA看作遗传物质的可能性增强了。
1944年，纽约洛克菲勒研究所的
艾弗里
(Oswald Theodore
Avery,1877-1955)和他的同事用生物学方法，将蛋白质干净彻底地加以分离，证实DNA(而非蛋白质)是遗传性传递的转换因子。这个了不起的成功激起了更高的研究热情。稍后，美国哥伦比亚大学内外科学院的
恰伽夫
(
Erwin Chargaff,1905-1997)
首次定量分析了DNA的碱基，弄清了对于所有物种，腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶
(T)，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶
(C)含量的总数即使不是完全相等，也是非常相近的，即大致有
A=T和G=C，而
A+T和G+C的比值则因生物种类不同而各不相同(
恰伽夫
法则) 。
恰伽夫
提供了弄清DNA的一个重要线索。由于肯定了DNA在细胞代谢过程中的惰性，越来越多的人认识到基因仅仅是一种模板，它在代谢过程中什么也不做，“只是为合成
(代谢)提供一份蓝图。”
1950年，在伦敦皇家学院工作的物理学家
莫尔斯
.威尔金斯(Wilkins,
Maurice Hugh Frederick)和他的同事
罗莎琳德
.富兰克林( Rosalind Franklin,1920-1958)利用瑞士化学家斯金纳(R.Signer)精心制备的DNA，获得了
DNA晶体X-射线衍射图片，探明了DNA的螺旋周期性和碱基空间取向。
威尔金斯
和
富兰克林
是晶体学专家，他们拍出了当时最优秀的
DNA晶体X射线衍射图片，可惜没有能够做出正确的理论解释。
1951年，
威尔金斯
在那不勒斯举行的一个关于生物大分子的学术会议上报告了自己的研究，出示了他们得到的照片。他的报告激起了
詹姆斯.
沃森
(James Dewey Watson, 1928- )
的高度兴趣。
J.D.
沃森
沃森1928年生于芝加哥，15岁就进入芝加哥大学，19岁毕业，
22岁在印第安纳大学获得博士学位。在选择专业方向时，
沃森已经明白，
果蝇遗传学的黄金时代已经过去，现在需要弄清基因本身是怎么回事，为解决这个问题，最好是选用结构简单的细菌和病毒作为研究材料。他听了
威尔金斯
的报告后，立即意识到DNA具有某种规则的结构，很可能问题的关键不在于DNA的生化成份，而在于它的三维结构特征。在此之前，他还认为DNA结构可能极不规则。
他多次想接近
威尔金斯
，希望向他讨教，可
威尔金斯
总不理睬这位毛头小子。
沃森无奈，下决心自己去学习X晶体衍射技术，于是设法来到剑桥大学
卡文迪什
实验室。他在这里碰上了
弗兰西斯.
克里克
(Francis Harry Compton Crick)
。
克里克原来的专业是物理学，由于受
薛定谔那本《生命是什么》的小册子影响，进入生物科学领域，在
卡文迪什
实验室工作。
沃森说
克里克 “从不谦虚”，经常肆无忌惮，喜欢“胡说八道”，但他敏锐深刻，极其聪明。两个年轻人意趣相投，每天都要在一起吹几个小时。从
11月起，他们联手从事DNA研究。
就关于DNA的学术造诣和实验技术来说，他们不及同时进行DNA研究的其它一些科学家，譬如美国加州理工学院的化学家鲍林(Linus Carl Pauling，1954年诺贝尔化学奖和1962年诺贝尔和平奖得主)和英国皇家学院的
威尔金斯
小组。但是他们有自己的独特思路，那就是把研究方向集中于结构方面。他们从鲍林那里获得了螺旋结构的启发
(鲍林发现了蛋白质的α螺旋结构)，从
威尔金斯
的X射线衍射图中获得了一些定量的数据和参照结构。
根据从X射线衍射图获得的数据，构造单链结构的模型是不恰当的。
沃森和
克里克猜想了双链结构，然而
威尔金斯
小组却肯定说应该是三链结构，并声称受到实验支持，但是暂不公布实验资料。
沃森和
克里克也就构想了一个三链模型:DNA骨架中的磷酸基团由Mg++离子联结，三条多核苷酸链以一定方式彼此缠绕在一起，沿螺旋轴每28埃绕一周。根据这个构想，他们利用
卡文迪什
实验室的一些旧材料，搭起了一个
DNA三链结构的实物模型，然后请
威尔金斯
和
富兰克林
来验证。女科学家
富兰克林
马上指出，Mg++离子外壳将包着水分子，这个模型不能成立，三链模型遂告失败。
沃森和
克里克也转向研究其它问题，然而他们的脑子中一直思考着DNA结构，并且积极搜集有关资料。
在接下来的一段时间里，
沃森注意到了
恰伽夫
法则，
克里克的朋友、理论化学家格里菲斯证明了在腺嘌呤(Adenine)和胸腺嘧啶(Thymine)之间、鸟嘌呤(Guanine)和胞嘧啶(Cytosine)之间存在着吸引力。1953年
2月初，变得友好了的
威尔金斯
向
沃森出示了
富兰克林
拍摄的最新的
B型DNA
的X射线衍射图，
沃森看了这幅照片，立即确定了一些极其关键的参数:DNA分子长度的量级为几千埃，碱基厚度为3.4埃，螺旋沿轴向每34埃重复一次，
DNA直径为20埃。
这些数据对
沃森他们太重要了!在从伦敦回剑桥的火车上，
沃森在报纸边上重画这个照片，一下火车，他直奔实验室。可以肯定DNA分子结构是双螺旋形了， 他们立即动手装配一个双链配对的DNA分子模型。他们先建造了一个骨架在中心的模型，通不过，拆掉，又建立一个骨架在外侧，碱基在中心的模型。起初采用“同类配对”的观点构造模型，始终不得其解，后来
沃森突然想到了A-T配对与
G-C配对的方法，“我们立即用这些闪闪发光的金属片来建造模型。在这个模型里，
DNA的所有成分首次配备齐全”(
J.D.沃森:《双螺旋》
)。
双螺旋模型建好后，他们打电话请来
威尔金斯
和
富兰克林
，两人检验了这个模型，两天后宣布，他们的实验数据与该模型相符合，肯定这个模型圆满地解释了一切有关的事实，无懈可击。双螺旋模型立即被整个科学界接受，
DNA的秘密由此揭开。
1953年4
月25日，英国《自然》杂志同时刊登了
沃森和
克里克的论文《脱氧核糖核酸的结构》以及
威尔金斯
和
富兰克林
的实验报告。
1962年，
沃森、
克里克和
威尔金斯
共同获得诺贝尔生理学或医学奖
(
富兰克林
因患癌症已于
1958年去世)。
在这个精确的模型中，一个链中的嘌呤总是通过氢键与另一个链上的嘧啶相结合，而且鸟嘌呤
(G)只能和胞嘧啶(C)配对，腺嘌呤
(A)只能和胸腺嘧啶(T)配对，由于碱基配对的特异性，只要知道一个链的碱基序列，也就可以知道它的配对链的序列，即这两条多核苷酸配对链是互补链。
DNA复制时，碱基对之间的氢键断开，DNA双链裂解成为两条互补的单链，周围介质中的游离核苷酸以这两条单链为模板按照碱基配对关系分别形成
DNA双链，于是得到两条一样的双螺旋DNA链。用这种复制方式得到的每对链都保留了一半亲链，因此被称为“半保留”复制方式。在
DNA链中，任何一种碱基排列的顺序都是可能的，长长的链条可以保存和传递大量信息。
DNA分子中特定的核苷酸排列顺序表达了基因的遗传信息，每一个基因就是一段特殊的序列，它们发出合成蛋白质等等指令。
1957年，
克里克提出“中心法则”，指出遗传信息只能由核酸流向核酸，或由核酸流向蛋白质，不可能由蛋白质传到蛋白质，或由蛋白质传向核酸。信息一旦流向蛋白质就不能再回复了。
同年，西摩.本泽提出“顺反子”、“突变子”和“重组子”概念，顺反子是表现遗传功能的
DNA最小因子，突变子表示最小的突变单位，重组子表示能够在遗传重组中交换的最小因子。
60年代初，
马歇尔
.尼伯伦格(Marshall
W. Nirenberg,1927-)合成了仅含1-2个核苷酸的简单核酸，并用于生产相应顺序的蛋白质。他又与
哈尔
.科拉纳(Har
Gobind Khorana,1922-)合成了多种核酸，解决了研究遗传密码的必要前提。
罗伯特
.霍利(Robert W.
Holley,1922-1993)发现了转移RNA(tRNA)，弄清了从遗传密码到合成蛋白质的细节问题。这三位美国学者荣获1968年诺贝尔奖。
始于DNA的遗传信息流，转录到单链的信使核糖核酸mRNA，
mRNA的碱基序列与DNA的碱基序列互补，其中每三个相邻核苷酸构成一个“字”或者叫“三联密码”。美国科学家
乔治
.伽莫夫 (G.Gamow，
1904-1968)
于1956年首先提出“三联密码”概念。1961年，
尼伯伦格
和马太(J.H.Matthaei)通过实验证明一个特定的“三联密码”对应着一个特定的氨基酸。此后
尼伯伦格
用了6年时间破译了“三联密码” 。
mRNA携着DNA
发出的指令到达核糖体，作为合成蛋白质的模板，
RNA链决定了各种氨基酸在蛋白质分子酞链中的位置。当转移核糖核酸
(tRNA)携带着氨基酸到达mRNA模板，如果
tRNA上的反密码子(由碱基构成
)与mRNA的碱基形成互补的碱基对(“识别”)，
tRNA携带的氨基酸进入mRNA模板上的蛋白链。tRNA一端对应
mRNA，一端对应氨基酸，在两种语言之间充当了信息翻译的角色。通过
DNA、mRNA、
tRNA和各种酶的作用，氨基酸被组装成为蛋白质。
从此以后，人们不再把基因看作是生物的能量传递手段或者作为体内化学过程催化剂的酶，
DNA本身不进入发育途径，它的意义仅仅在于一套指令，一套生命的指令，基因是生命信息的保持者和传递者。从此以后，生命的本质也不再被看作是蛋白质或者蛋白质的自我复制，生命的本质不在于物质，而在于特别的结构，尤其在于保存结构的信息，在于基因的信息机制。
DNA结构之谜解开以后，人们开始努力破译遗传密码，并且试探着影响遗传密码信息。
每一个氨基酸由一个三联密码编码，一般蛋白质由约
300个氨基酸组成，需要约900个碱基对。象大肠杆菌那样的原核动物只有一条染色体，它的DNA分子约有300多万个碱基对，可以为3000多个蛋白质编码。实验测得的数目与计算结果相当一致。
然而对于哺乳动物来说，情况就不同了。哺乳动物基因组的
DNA总共有30-40亿个碱基对，在一组染色体上，足足可以为300万种蛋白质编码，而实际上，蛋白质种类可能只有5万
-15万种。为了弄清这个问题，人们利用内切核酸酶探查，发现真核生物的
DNA中不但有遗传密码区，而且还有许多非遗传密码区，即“沉默区”。
1977年，罗伯茨和夏普在纽约长岛冷泉港实验室发现基因中的DNA是以不连续方式排列的，他们称之为断裂基因，并由此揭开了“沉默区”的秘密。
他们利用基因重组技术证实，真核生物的结构基因大多为断裂基因。一个断裂基因含有几个编码蛋白质的序列，叫做外显子。断片的两端是非编码区，在基因内部也含有许多不编码蛋白质的间隔序列，他们称之为内含子。内含子与外显子相间排列，转录时被
RNA一起转录下来，然后RNA中的内含子被剪接切除掉，而外显子则连接在一起成为成熟的mRNA，充当合成蛋白质的模板。
他们的实验证明，断裂基因在高等生物中很普遍。真核生物的基因组中存在着大量的非编码区，如重复序列，内含子，间隔
DNA等，非编码区远多于编码区。在人基因组中，大约只有2-3%的DNA
序列用于编码蛋白质。
从40 年代开始，著名的美国遗传学家
芭芭拉.麦克林托克(Barbara
McClintock,1902-1992)开始关注遗传因子的“转座”现象，即遗传因子可能从一个位点移到另一个位点，甚至从一个染色体移到另一个染色体，遗传因子的移动为细胞带来了新的指令。在这个意义上讲，刻在
DNA上的信息，不是静态地表达出来，而是动态的表达出来。
DNA信息的表达受到环境影响。虽然每个细胞中都载有完整的基因拷贝，理论上讲都可以编码出肌体需要的全部蛋白质，但实际上，许多基因只能在特定的细胞环境中表达出来，产生出特殊的蛋白质。更广泛地说，
麦克林托克的研究肯定了生命过程将受到环境的影响，生命体从最微观的层面开始，就面临环境适应的问题。
麦克林托克的观点游离于遗传学主流之外长达30年之久，最后获得科学界的肯定。1983年，这位杰出的女性被授予诺贝尔生理学或医学奖。
遗传科学和遗传工程的研究还在迅速进展。恐怕稍后的一些年代中最重要的科学大事莫过于对基因定位和破译基因密码，查清每一段基因密码的意义等等。美国政府为此投资了
30亿美元实施人类基因组工程，对人体基因进行定位和描绘。人类染色体上的基因总数大约
10万个，平均每条染色体上至少有上千个基因。到1994年6
月为止，已经完成定位研究的基因有
2000多个，其中最早被定位的基因是色盲基因，定位在X染色体上。科学家预计在21世纪初可以完成人类基因定位工作，并且认为这可能是本世纪最伟大的科学项目。
8.12
神经科学
20世纪即将落幕时候，回过头来，就可以发现这100年的史剧几乎都在序幕中交代了线索：有相对论，有量子力学，有遗传科学，最后还有神经科学。这是
20世纪人类获得的最重要的四大科学成就。
人们很早就开始尝试着认识自己。为了健康，人们得认识自己的身体，认识生命的规律，古代的医学家和解剖学家把人作为客体进行解剖分析，通过外科手术治疗伤病。在文艺复兴时期，比利时人
维萨留斯(A.Vesalius，1514-1564)发表了《人体解剖》，英国医生哈维(W.Harvey，1578-1657)研究了血液循环。动物学家的研究，帮助理解了作为动物的人，进化论揭示出人不是起源于神创，而是自然进化的产物。分子生物学的研究，逐步揭开包括人在内的生命活动的秘密。心理学逐步揭示出人类心理活动的特点和规律，人类学和社会学描述了人的行为和人类社会行为的特点，还有经济学家、教育学家、哲学家等等，他们都分别揭示出人类社会和个人某些方面的特点和规律，并且用以指导人的行动。
然而对于人的理解，最核心的问题还在于对生物界最高水平的神经系统──人类大脑的理解。如果大脑的秘密没有揭开，对人的理解始终只能算是处于低级阶段，大部分是通过猜测得来的，其可靠性完全没有保障。
19世纪，法国神经病理学家和人类学家(还是外科医生
)保罗.布洛卡，在通过大脑外科手术方法研究失语症的过程中，发现人的大脑皮质左前额叶处第三回中的小区控制和支配着人的语言功能。布洛卡第一次指出，特异的大脑功能定位于大脑特定部位。他拉开了大脑高级神经系统科学研究的序幕。
为了纪念这位大脑科学的先驱者，人们把布洛卡的大脑珍藏在巴黎的博物馆里。
巴甫洛夫
1900年提出条件反射学说，开辟了高级神经活动生理学研究领域，最后带来大脑神经科学的巨大进展。
巴甫洛夫
提出了第二信号和第二信号系统的理论，揭示出了人类自身的本质特征。他在一个报告中指出
:“我们可以有根据地说，从
伽利略
那个时代开始的不可阻挡的自然科学进程，现在第一次在大脑的高级神经部位前面止步不前了……因为大脑以它的最高形式──人类大脑──创造了并创造着自然科学，但现在它却变成这个自然科学的对象。”
巴甫洛夫
坚信科学的力量，他认为，“只有科学，关于人性本身的准确科学，以及通过万能科学方法研究人性的诚意，才能使人类摆脱目前的黑暗，并洗清人际关系中的现代耻辱。”
巴甫洛夫
痛恨战争、革命和恐怖，认为那会造成无法估量的物质损失和难以言喻的痛苦，会导致重返野兽状态。据说有一次他的助手迟到了
10分钟，并声称干革命去了，
巴甫洛夫
责问他，“当你在实验室里有要干的工作时，革命与你何干
?”
罗素评价说，
巴甫洛夫
属于我们这个时代最杰出者之列，“应当被视为当代的伟人之一”。
1924年，澳大利亚精神病专家伯杰(Hans Berger)发现大脑发出有节律的电信号，这些电信号与人当时的心理状态有关。伯杰的发现最后导致了脑电波技术的广泛应用。
同年，瑞士生理学家赫斯(Walter R.Hess，1881-1973)首创把电极植入脑中的研究技术，并在对猫的大脑研究中发现了下丘脑的功能。下丘脑负责调节植物性神经系统，并且控制着动物的情绪。赫斯分享了
1949年诺贝尔生理学或医学奖。1951年，澳大利亚科学家
艾克尔斯
(J.C.Eccles,1903-1997)
发明将微电极插入哺乳动物脊髓运动神经元技术，分享了
1963年诺贝尔奖。科学家们运用电极植入技术，向动物脑子的不同部位施加电信号，成功地控制了实验对象的一些特定行为。
前苏联神经心理学家A.P.鲁利亚开创了神经心理学。美国科学家
斯佩里
(R.W.Sperry,1913-)60
年代的研究揭开了大脑两个半球的秘密，分享了
1981年诺贝尔奖。20世纪
60年代开始，逐渐形成了一个研究神经系统结构与功能的新的“科学家社团”。
1969神经科学会正式成立。1972年在加州的大学中成立了第一个神经科学系。神经科学的进步对于人类认识世界、认识自己、诊治疾病和规划未来的意义都非常深远，有些科学家甚至认为，人类即将进入一个“大脑的时代”，美国则把
20世纪最后10年定为“脑的10年”。
第九章: 认知与创新
9.1 世界的统一性与多样性
人们有一个基本信念，认为自然世界具有内在统一性，它有共同的起源，由同样的基本粒子组成，各种运动可以互相转换，并且只有很少的基本规律支配着整个世界的运行。
世界的统一性是科学活动的基本信念。泰勒斯就是因为提出世界统一于水而被称为科学的始祖，(尽管世界并不是统一于水)。古希腊哲人面对充满变化的自然界，追寻其中潜藏的不变的东西。从那以后，理论科学的主要方向之一就是努力寻找尽可能简练的几个基本原则，用以描述这个复杂多变的世界。中国古代哲人庄周说，“天地虽大，其化均也，万物虽多，其治一也”，“通于一而万事毕”，也表达出了世界统一性的信念。
如果不相信世界的统一性，恐怕我们不能进行任何概括性地认识。举例说，1克水所包含的分子数就远远超过了人的大脑神经细胞总数，如果不相信它们具有共性，那就甭想认识水了，甚至根本不能建立“水”的概念。
正是基于世界统一性的信念，阿基米德敢于宣布说，给我一个支点，我可以把地球撬起来;基于这种信念，牛顿敢于把在地球上发现的引力推广到整个宇宙，牛顿物理学中的基本法则2就是统一原理：“对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因”；基于这种信念，麦克斯韦才能用一组方程把电力和磁力联结起来，爱因斯坦才敢于提出统一场论，希望对电磁力和引力给出统一的描述;基于这种信念，人们才敢于用地球上的“红移”现象解释宇宙中的红移，敢于用在地球上进行的核聚变解释恒星那无穷无尽的光和热力……
信念不属于逻辑体系，不可能得到证明。但它具有超逻辑的强大力量，指示着人类认识世界的方向，甚至成为人们认知活动的直接驱动力量。爱因斯坦就曾经谈到过这类问题，他说：“物理学家的最高使命是要得到那些普遍的基本规律，由此世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。要通向这些定律，并没有逻辑的道路；只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”
从人类大脑信息系统角度上看，世界统一性的信念由于反复得到验证可以强化；从生存适应角度上看，这种信念为人类生存适应带来了实际的利益，于是被肯定下来。
1869年，俄国科学家门捷列夫(Дмитрий Иванович Менделеев，1834-1907)发现元素周期律，他指出:单质的性质，以及各化学元素的化合物的形态和性质，与元素的原子量的数值成周期性的关系。根据这个认识，门捷列夫预言了11个元素，在几十年的时间中，逐渐都被发现，证实了他的预言。1875年，法国化学家布瓦博德朗(Paul Emile Lecoq de Boisbaudran，1838-1912)在闪锌矿中发现一个元素，命名为镓，对应于门捷列夫预言的“亚铝”。当他公布测定结果之后，住在千里之外的彼得堡的门捷列夫却给他写信，指出他测得的比重是错误的，建议重新测定。布瓦博德朗不敢相信门捷列夫的话，因为后者根本没有看见过镓，全世界还只有布瓦博德朗本人获得了金属镓。然而门捷列夫再次肯定他的测定错了，认为这个元素的比重应该是5.9-6.0，而不是已经公布的4.70。布瓦博德朗重新提纯这个元素，再次测定，果然，镓的比重为5.96!
1935 年，一位美国物理学家发表论文，称他通过十分细致而艰巨的物理实验发现，当原子裂变过程中出现极大能量时，就不能严格遵守能量守恒定律，只能以统计平均值服从这个定律。这事关系到物理学的基本定律，因此引起很大的反响。海森堡读了他的论文后却说，“他测错了”。一年以后，作者果然承认自己错了!
这类例子很多，在世界统一性信念支持下的认识活动获得成功，这种信念也就得到强化。反复强化获得的效果是:人们已经坚信统一性是自然世界的一个基本性质。到现在为止，我们还没有理由否定这个信念。
但是，如果仅仅拥有统一性这个信念，我们仍然不能认识世界。实际上，世界如果仅仅具有统一性，那它可能还是一个热寂的世界，一个死亡的世界。
真实的世界不仅是统一的，而且是有序的。有序化进程产生了序列的组织和结构，创造了一个多样化的世界，一个有生命的世界。
地球上现有几百万种生物，它们诞生于生物演化史的不同时期，拥有各别的DNA结构。世界上还有多种多样的无机物和有机物，它们不过是已知化学元素的不同构成物。各个化学元素本身又分别是不同数量的电子、质子和中子形成的结构。无机界千姿百态，有机界异彩纷呈。这个世界上没有完全同样的面孔、同样的花朵、同样的河流，也没有同样的民族、同样的文化和同样的发展道路，这是什么呢?这就是多样性，这就是不同的结构，这是有序化进程的表现。
在20世纪以前，大多数思想家避免涉及世界多样性的本质，甚至干脆否定多样性也是世界的一个本质表现。整个世界被看作为一架机器，完全可以从牛顿的力学体系中演绎出来。 人们把世界的统一性推导为必然性，描绘出一幅机械宿命论的世界图像。在其中，一切事物的产生、发展和归结都是不可抗拒的。这种理论可以用100万字的论证告诉你，中国古代为什么会产生孔夫子，孔夫子是不能不出现的;孔夫子为什么要办学堂教六艺?那是必然的，是一切原因共同作用的必然结果;孔夫子说的每一句话也是必然的。他要不说这句话呢?同样是必然的。
不需要多少理解能力就能够懂得，这种决定论的世界中必然单调、可怕、没有生息。神学宿命论变成了物质宿命论，物质必然性代替上帝控制着整个世界。人的主动性和创造性失去了根据──一万年前，必然性就为整个世界定好了宴席，排好了座位，一切都与你的努力毫无关系。你的思想不过是外部世界的反映，你又受这种反映所控制，因此你永远无能为力。世界上只有不变的规律，没有创造的余地。人或者迎合历史规律，或者背离历史规律，但对历史规律却没有影响。
决定论的图景受到人类精神的顽强反抗。在20世纪中，我们更新了自己的世界图景。象牛顿体系破除了神学宿命论一样，量子力学体系破除了物质宿命论。量子力学肯定了客观世界的随机性或者不确定性。微观粒子的行为是随机的，信号噪声是随机的，基因突变是随机的，宏观的天气变化也受微观随机性的影响，所谓“亚马逊河热带雨林中一只蝴蝶扇动翅膀可能引起德克萨斯州的龙卷风”，宏观经济表现也只能是大量的微观经济表现的统计值。
世界在本质上是随机的、可变的，而耗散结构理论进一步揭示出在随机变化背后存在着两个演化方向，一个是“熵”的方向，还有一个是“序”的方向，建立了由不确定性向有序化、组织化过渡的联结。采用“序”的概念，完成了统一性向多样性的转换。这是20世纪中非常令人鼓舞的理论成就。
9.2 认识世界与应用创新
由于世界的统一性，认识世界的活动是人类文明活动中最经济、最重要的活动，基础科学的伟大价值就在于此。医学科学家指出，如果把实际应用和基础科学进行比较，基础科学的贡献要比其它科学多出两倍至三倍。在认识世界方面微小的进步就会形成很宽的覆盖面，为人类带来巨大的生存利益;如果在认识世界基本规律方面有重大进步，甚至可能根本改变人类生活与人类社会的面貌。正因为如此，认知活动的产物──描述世界基本规律的理论知识，居于人类知识的核心地位，它是人类理解和发展世界多样性的工具，也是人类选择未来行程的航图。
另一方面，多样化是有序发展的结果，是世界繁荣的标志。单调的世界是冷漠的世界，它不是还没有开始发展就是正在走向死亡。物质多样化与物种多样化显示出大自然的繁荣，文化多样化、产品多样化与人的个性化表现着文明的繁荣。自然世界无穷无尽地演变着，人类也能够影响环境，为五彩缤纷的世界再增添多种多样的花朵。
我们相信世界的统一性是客观世界的一种基本性质，我们可以认识它，但不能改变它，甚至不能对它施加任何影响。多样性则不同，世界的多样性允许人们作出选择，施加影响，提供了人类有所作为的天地。这是人类可能进行创新的根据。
应用创新永远以知识为基础，没有理解，就没有选择。没有对世界的认识，也不可能有应用创新。反过来说，认识世界的目的是为了更有效地生存、适应和发展，所以认识的成果也必然会用于应用创新，以提高人类的实际生存能力。
9.3 创新的核心:知识创新
就本质上讲，创新是指新知识的建构过程。所有知识是人类的创造物，因此可以说，所有知识都源于创新，提出万有引力定律是创新，提出相对论是创新，揭示DNA双螺旋结构也是创新。
一切技术创新的内核也都是知识创新。蒸汽机、内燃机、汽车、电灯、电话、电脑、电视都由人类知识物化而成的。
有一种观点认为在应用方面的创新与个人知识没有很强的关联，甚至认为导致工业革命的创新似乎都是一些文化不高知识不多的人做出的，譬如发明多锭纺纱机(珍妮纺纱机)的哈尔格里夫斯是一个织工间木工，最先制造蒸汽机的纽可门是一个铁匠兼锁匠，瓦特是一个修理工，等等。
这完全是对知识和创新的误解。知识是已经实现的认知结构，已经固化的创新，它不能保证会带来新的认知结构。然而技术创新却肯定基于一定的认知框架，必然要应用已有的知识，而且往往还需要创造出新的知识。技术创新必然是自知识创新、概念创新开始，到物理实现结束。
考虑到哈尔格里夫斯所在的时代，连职业工程师都还没有，木工、铁工已经算是比较高级的技术人员，他们往往具备多种多样的技能和知识，在需要的时候经常充当各种工程师，哈尔格里夫斯同时还拥有专门的织造机械知识，这些知识使他有能力进行织造机械方面的改进和创新。对于他进行的创新事业，哈尔格里夫斯肯定具有高于他人的知识和足够的创新能力。当然从另一方面看，最初的机械改进和机械创新比较粗糙，对理论知识的依赖相对较少。这一切都是互相适应的。
纽可门(T.Newcomen，1663-1729)就不仅仅是一个普通的铁匠锁匠了。纽可门的蒸汽机发明始于1705年或1706年，在此之前，科学和技术界对于蒸汽和大气压力已经进行了大量的理论研究，萨洛蒙.德.科1615 年在《动力理论》第一个指出蒸汽的特性，并认为有可能投入实际应用;伽里略的学生托里彻利(Evangelista Toricelli，1608-1647)在1640年对大气压力进行了严格的研究，并获得定量结论;1648年，帕斯卡和佩里埃做了更细致的大气压力实验；1660年左右，伍斯特侯爵使用蒸汽压力将水提升到水库里，制造出人工喷泉;帕平于1690年6 月在《教师事迹》中发表《花钱少而能获得最大动力的新方法》，提出了用蒸汽作动力的方法;萨里夫在离纽可门家乡很近的地方研究和推广用来抽水的蒸汽机。纽可门知道萨里夫的蒸汽机，知道帕平的研究，还跟当时最著名的学者、皇家学会终生秘书罗伯特.胡克(Robert Hooke，1635-1703)通过信，胡克曾经在回信中告诉他:“如果你能在你的第二汽缸中快速造成真空，那你就大功告成了。”铁匠纽可门汲取了当时专业知识与技术的最高成果，再加上自己的创造，改进(或发明)了蒸汽机， 这种创新绝不是没有知识基础，梦中得到神人传授或者胡乱摆弄就可以实现的。
至于詹姆斯.瓦特(James Watt,1736-1819)就更加不同了。瓦特自童年起就热爱学习，从小即显示出对机械学的爱好，13岁时就已经能够在父亲的作坊里制造一些机器模型。他懂法语、意大利语和德语，喜欢古代文学、法学和美术、热爱诗歌和音乐，知识面极为广泛。瓦特熟悉当时整个科学体系和思想体系，终生注视着科学的发展动态，除了蒸汽机以外，还从事过许多科学和技术研究工作。在格拉斯哥(Glasgow)大学当仪器修理工时，他努力进修学习，提高理论水平。瓦特在格拉斯哥大学有一帮很有学问的朋友，其中包括后来闻名世界的经济学家亚当.斯密（Adam Smith, 1723-90）、化学家约瑟夫.布莱克(Joseph Black，1728-1799，他首先研究了比热、相变热，提出了热质说)等人，真可谓“谈笑有鸿儒，往来无白丁”。格拉斯哥大学这些年轻教授思想解放，见解卓越，他们发觉瓦特智力不凡，因此完全在平等的基础上和他交往。罗比森在1758年第一次见到瓦特后说，“我希望找到一个工人，却碰到了一位哲学家”，当时瓦特才22岁。
瓦特改进(也可以说发明)蒸汽机是站在当时科学技术的最前沿进行的。1761年到1762年，他用帕平的蒸煮器进行过系统的蒸汽试验。1763年至1764年的冬天，他修理了一架物理课实习用的蒸汽机。利用这个机会，瓦特对纽可门蒸汽机作了全面的研究和评价，认为纽可门蒸汽机有明显的缺陷。为了弥补这些缺陷，瓦特依据科学的方法在实验室进行研究，首先在理论上获得了正确的结论，然后通过数年努力，使它达到实用水平。
许多发明家(甚至早年的科学家)学历不高，那不能证明创新可以不依赖于知识，事实上这种发明家或者科学家往往经过艰苦的自学，至少在特定的专业达到并且超过了当时的最高水平。莱特兄弟在发明飞机的研究过程中，研究了代顿市图书馆和华盛顿史密森学会所有关于飞行的资料，了解当时一切关于飞行的实验，而且发现当时人们关于飞行的有限知识还包含着大量错误。于是他们从机翼到螺旋桨一一重新实验，以获取正确的数据。
为此，莱特兄弟设计了第一个”风洞”，这个风洞是用木箱做的，一台燃汽发动机用来作为风源。在1901年秋冬之交的两个多月中，他们做了两百多次各种类型的翼面实验，测量了不同角度间隔的机翼，测量了单翼、双翼和三翼，测量了不同展弦比的效果，从大量枯燥乏味的实验中获得了一整套科学数据。纽曼评价说莱特兄弟的风洞实验意义不可估量，是人类飞行史上从失败走向成功的伟大转折点。通过这种实验后，莱特兄弟掌握的关于航空方面的知识已经处于当时世界的顶峰了，他们的创新活动使二十世纪的人类腾飞起来。
发明飞机必须解决大量的新问题，发动机功率，机翼的升力，平衡机控制，高效率的螺旋桨，为解决好这些问题，莱特兄弟花费了7年时间。可见知识和发明也不是毛毛雨，绝不会自己从天上掉下来。正因为如此爱迪生才有“九十九分汗水，一分灵感”之说。
现代创新更加依赖于深刻的思想和广泛的学识支持。IBM的老沃森(Thomas John waston，1874-1956)读书不多，没有上过大学，18岁就当了一个缝纫机、钢琴和手风琴推销员。但是沃森明白需要用更高的学问来增强自己的判断力，需要掌握比陈旧的格言和庸俗的真理更好的知识。30年代初，沃森认识了哥伦比亚大学的本杰明.伍德。伍德向沃森讲解了一个重要的思想:世界上任何事物都存在于一定的数量之中，星体、地球、科学、自然界、生命、病毒、智力都可以用数量衡量。伍德认为，要在教育与灾难的竞赛中保持文明领先，唯一的途径就是认识所有现象的数量基础。伍德还预言计算速度将会达到光的速度，并建议IBM在这个领域中有所作为。沃森听得眼界大开，深信不疑，他聘请伍德为顾问，年薪5000美元，还不断给伍德和哥伦比亚大学赠送仪器设备，提供大量经费资助他们的科学研究，帮助这些科学家在事业上获得成功;后来他又出钱在哥伦比亚大学建立研究所和实验室，高薪聘请科学家为IBM公司进行研究工作。这些科学家大大提高了IBM机器和IBM公司的能力，帮助IBM成功地进入了高科技领域。沃森本人从科学家那里汲取营养，增长见识，变革思想，终于成为开创计算机产业的领袖人物。
知识创新是所有创新的内核。首先是在人的大脑中产生新知识新观念，然后人们努力把观念物化，把知识变成技术，变成产品，实现技术创新和产业创新。
