诺贝尔奖的启示-世界创造发明的典范

1中国工程院院士四川大学教授涂铭旌诺贝尔奖的启示——世界创造发明的典范四川大学副教授连利仙TEL：85405332；13088011007;Email：[e-mail]2主要内容：1、前言——诺贝尔奖的由来2、诺贝尔获得者的创造发明思维3、诺贝尔奖获得者的品德4、诺贝尔奖的遗憾和缺失5、中国的诺贝尔奖情结31、诺贝尔其人诺贝尔（AHredBernhardNobel）瑞典人（1833—1896）一生从事炸药的研制和生产。曾获355项发明专利，是世界著名的发明家。并在欧美等五大洲20个国家开设了约100家公司和工厂，积累了巨额财富。一、前言4以巨资设立诺贝尔奖是为“对人类的智力和体力上最高成就的一种评价和奖赏”。至今，“诺贝尔奖”已成为“取得世界顶尖级成就”的同义词。52、诺贝尔奖的设置及其执行情况1900年，根据诺贝尔遗嘱及约合920万美元遗产设立诺贝尔基金会。诺贝尔奖包括：证明、金质奖章和奖金支票。6诺贝尔奖的种类：诺贝尔奖物理学奖；诺贝尔奖化学奖；诺贝尔奖生理学奖或医学奖；诺贝尔奖文学奖；诺贝尔奖和平学奖；诺贝尔奖经济学奖（1968年由瑞典中央银行出资）。7诺贝尔自然科学奖被科学界广泛认为是原始性创新成果的最高荣誉根据对1901-1999年诺贝尔自然科学奖的分类统计：重大科学发现占58.7%；重大理论突破占22.8%重大技术和方法发明占18.5%8领域获奖人数物理学162化学135生理学或医学172经济学46文学97和平88总计7001901—2000诺贝尔奖颂奖100年人数汇总近年诺贝尔奖金金额年份每项诺贝尔奖金金额（美元万元）199212019938419949519951001996112199799199896199996200092执行情况9103、百年诺贝尔奖的启示诺贝尔奖对国人有什么样的启示？诺贝尔奖对世界科学、技术进步，文化繁荣和人类和平事业发展作出了无法估量的贡献。在中国有那些启示？—建立创新型国家方面的启示；—科技和教育工作者有那些感受，向诺贝尔奖获得者学哪些方面？—如何了结中国人对诺贝尔奖的情结。这就是本文的目的11二、诺贝尔奖获得者的创造思维与方法1、创造思维质疑思维：“不要迷信权威，人云亦云”。—英国皇家学会的会徽质疑是萌发创新思想的前提，是创造的起点。求异思维：创造发明的真谛在于求异，不求异就不能标新。求异思维是“标新立异”的思维。12直觉思维：对新事物、新问题、新现象进行直接而迅速的判断，是“思维的自由创造”。想象思维：“物理给我以知识，艺术给我以想象力，知识是有限的，想象力是无限的。”——爱因斯坦13灵感思维：又称顿悟思维，“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。超前思维：又称前瞻性创新思维14[例1]高温超导材料研究的标新立异1911年发现低温超导现象1911-198675年间在“金属合金”领域研发超导材料Hg4.2KNb3Ge23.22K临界温度TC仅↑19K瑞士Bednoz和Muller转向无机材料领域LaSrCuOTC36K↓赵忠贤等人TiBaCaCuOTC125K另辟蹊径开发高温超导Onnes获1913年“诺贝尔奖”Bednoz和Muller两人获1978年“诺奖”金属领域15[例2]居里夫人直觉判断、发现钋和镭16[法]贝克勒尔发现放射性铀试验其他上百种矿物质，有的也有放射性可能有别的放射性元素存在从沥素铀矿石中发现比铀的放射性还强900倍质疑居里夫人直觉判断↓发现元素钋↓发现元素镭1896年1903年贝克勒尔和居里夫妇都荣获诺贝尔奖爱因斯坦称赞居里夫人“具有大胆的直觉”17[例3]查德威克凭直觉发现中子18用α粒子轰击铍发现从Be中射出穿透力极强的射线认为居里夫妇发现的不是r射线。是一种新的粒子很可能是中子他的导师卢瑟福1920年提出了中性粒子的假说质疑[英]青年学者查德威克凭直觉1932年1月居里夫人终身遗憾！根据↓推断误认为是r射线↓一个月实验证实是中子1932年2月21日《自然》杂志发表轰动全世界1935年获得诺贝尔物理学奖19[例4]想象力助沃森发现DNA的双螺旋结构2021[例4]想象力助沃森发现DNA的双螺旋结构沃森在发现DNA双螺旋结构过程中，强调想象力的作用。沃森说：我躺在那里，闭着双眼，很愉快地把腺嘌呤的碱基在我眼前翻来翻去地顺着一条想象的线摆动着。突然，他发现：“每一个腺嘌呤的碱基都可以形成两个氢原子的联结，只不过要转个180度的大弯而已”。1962年沃森等三人，因此获得诺贝尔生理学或医学奖。22[例5]马丁因顿悟而获得诺贝尔奖马丁苦思冥想发明氨基酸的分离法不留神将咖啡洒在滤纸上咖啡渗入滤纸，由浓到淡用过滤纸分离氨基酸的分离法顿悟1952年获得诺贝尔化学奖喝咖啡的偶然机遇23[例6]耶洛独具慧眼，超前思维敢为天下先二战期间回旋加速器诞生同位素的研究与应用耶洛首先发现用同位素测量人体内部情况的方法1997年获诺贝尔生理学或医学奖引发242、创造方法1)继承与创新原理——任何创造都离不开对前人成果的继承。——科学研究的继承性是批判地继承，创新地继承。对前人成果的继承重大发现重大发明批判、创新25[例7]元素周期表的继承与创新前人研究成果：1862年[法]尚古多“元素螺旋图”1857年[英]欧德林“元素表”1857年[德]迈耶尔“原子量次序的元素表”1865年[英]纽兰弦“八音律表”批判地继承[俄]门捷列夫1869年创造性地建立元素周期律预言Al、B、Si、Ga、Sc、Ge等元素的存在。门捷列夫于1905、1906年两次被提名诺贝尔化学奖，均未通过。1907年过逝，铸就诺贝尔奖的遗憾！26[例8]创立DNA双螺旋分子结构图的由来沃森，克里克和威尔金斯三人共获1962年诺贝尔生理学或医学奖。[英]富兰克林于1958年因病去世。创新性继承1950年[新西兰]威尔金斯[英]富兰克林测出DNA的X射线衍射图提出DNA的双螺旋分子结构图1953年英国剑桥卡文迪什实验室沃森和克里克271956年“诺奖”[例9]集成电路的发明与发展1948年1955-56年[美]Kilby1958年[美]Noyce第一支晶体管问世1个三极管+3个电阻+1个电容器集中在一个0.5cm2的小片上首次把所有的电子器件作在一块单晶硅片上首次发明了第一个集成电路模块Noyce1990年逝世Kilby获2000诺贝尔物理奖继承创新氧化硅薄膜-绝缘铝质膜-导线打破了利用晶体材料制备电子器件的常规；开创了用蚀刻法和薄膜材料制备电子器件的先河，使人类缩短了通往信息时代的进程。28[例10]X射线晶体结构分析的继承与创新291895年1912年[德]劳厄1915年[英]布拉格父子[德]伦琴发现X射线发现了X射线衍射创立了X射线晶体结构分析方法1901年“诺奖”1914年“诺奖”1915年“诺奖”302)联想原理联想是创造之母；联想法是创新发明的一种重要方法。案例31[例11]放射性元素铀的发现32[德]伦琴1895年[法]贝克勒尔1896年阴极射线管放电时照相底片走光发现了X射线衍射1901年“诺奖”1903年“诺奖”硫酸钾铀+底片放在暗室里，底片也走光发现放射元素铀联想机遇33[例12]超导体遂道效应的发现341957年[日]江崎于奈发现半导体的遂道效应，研制出遂道二极管提出超导体的遂道效应，并研制超导遂道器件1973年江崎和贾埃弗共获诺贝尔物理奖联想1960年青年的[美]挪威贾埃弗35[例13]C60—富勒烯结构的发现36C60—由60个碳原子构成的封闭的笼式分子。C的三种形式——石墨；——金刚石；——富勒烯。37联想出创造富勒烯名称的由来：克罗托由富勒1958年为一家汽车公司设计的半球型建设物受到启发，“利用最小结构是提供最大的强度，最大限度利用资源”。因而，闻名于世。C60多面体结构像个足球，故又称足球烯。383)移植法原理大多数的发现和发明都可以应用于其他领域。某一领域的发现或发明另一领域重大发现重大发明合理移植39应用X射线结构分析X光测定青霉素及VB12巨大分子结构用X射线衍射和电镜对染色体的研究测出DNA的X射线衍射图[例14]X射线结构分析的移植创新横跨三大奖学科移植[德]伦琴1901诺物理学奖[英]霍奇金1964诺物理学奖[挪威]哈塞尔1969诺化学奖[英]克鲁格1982诺化学奖[新西兰]威尔金斯1962诺生理学奖X光测定典型化合物的结构4041[例15]横跨三大诺贝尔奖的核磁共振技术的移植1959年美、瑞士人布洛郝美国珀塞尔诺物理学奖核磁共振方法发明对核磁共振光谱高分辨技术的发展发明用核磁共振技术测定溶液中大分子的三维结构的方法在核磁共振成像技术上的成就1991年瑞士艾尔恩斯特诺化学奖2002年瑞士维特里希诺化学奖2003年美国劳特布尔英国曼斯菲尔德诺生理学/医学奖424)交叉突破原理两门或几门学科对交叉地带进行交叉研究和突破对1901—2000年诺贝尔自然科学奖项中有41%的奖项存在学科交叉研究。4344[例16]晶体管的发明—贝尔实验室有远见的集体攻关45贝尔实验室——“全美最大的制造发明的工厂”1945年确定以半导体材料为主要内容的固体物理学研究项目，代替真空管。组长肖光利布拉顿巴丁半导体物理学理论家半导体专家固体物理学家对固体导电理论造诣很深，是唯一两度获得诺贝尔物理学奖的科学家。1956年因研制成功晶体管1972年提出BCS理论的超导电性理论，获诺贝尔物理奖。多学科结合治金、电子技术、材料科学、物理化学、电子线路等专家。固体物理研究组群英荟萃，通力协作，互补长短，发扬学术民主，目标明确，1950年制成晶体管后，仍然不断攀登新的科学高峰。晶体管的发明，功劳归于他们的研究集体。46[例17]多学科交叉突破1、英国弗莱明，美国钱恩和弗洛里三人，因发现和制造青霉素，1945年获诺贝尔生理学或医学奖。2、多学科交叉突破的典范。弗莱明发现青霉素钱恩弗洛里联手系统研究青霉素细菌学家加得纳生物学家山德士研制简便测定青霉素含量的方法青霉素培养动物试验化学家钱恩细菌学家西德雷青霉素提取1940年青霉素制品临床试验二战中救治了数以万计的伤员和病人3、社会评价人们把青霉素、原子弹和雷达列为二战的三大发明。青霉素是不同科学方法为了共同目标而协作成功的杰出范例。47[例18]导电高分子的发现48黑格白川英树迈克迪尔米德导电高分子材料的发现合作研究无机聚合物的金属薄膜美国加利福利亚大学物理学1976年被邀请到美国合作研究日本东京工业大学材料学英籍无机化学家新西兰，美国宾夕法尼亚大学白川英树的偶然发现三人获2000年诺贝尔化学者黑色聚乙炔薄膜漂亮银白色聚乙炔加入超过1000倍的催化剂量I2，AsF5使绝缘体的导电率提高了12个数量级，超过了金属铜Cu的电导率49[例19]C60的学科交叉突破50美国萨塞克斯大学星际分子的红外、微波光谱美国赖斯大学光谱学1996年发现“球形碳原子”获诺贝尔化学奖C60斯莫利柯尔克罗托美国赖斯大学化学物理专业515)学科发展的前沿——诺贝尔奖的好发领域根据1901—2000年诺贝尔自然科学奖项的统计：（1）X射线的发现、发展及应用15奖项、17人次、横跨三大诺贝尔奖（3）维生素的连琐发现和发明诺贝尔化学奖、生理学医学奖9项，获奖13人次（2）超导发现、理论及技术5奖项、11人次（诺贝尔物理学奖）52（4）基因——遗传因子的研究连续得奖17奖项，34人次（含化学及生理学奖）（5）人类重大疾病及药物治疗9奖项，13人次（6）重大先进分析，测试技术的发明18奖项，（物理学8项，化学8项，医学2项）24人次536)诺贝尔奖的连琐反应、效应（1）连琐反应效应：引发一连串新发现的出现引发一系列新理论的产生、新兴学科的诞生新发现引发一系列新的发明连琐反应的横跨三大自然科学奖领域的现象54（2）案例[例20]X射线和中子的发现及其连琐反应伦琴发现X射线劳厄X射线衍射学布拉格父子X射线晶体学西格班（父）X射线光谱学西格理（子）X射线光电子能谱学1901诺奖1914