地球迄今已有45 亿年的历史。然而，几乎所有我们今天能见到的科学知识和发明都是在最近几个世纪才出现的。知识和发明推动并加快人类前进的脚步，让我们对百年，甚至千年后的世界只能窥见一斑，或者更准确地说是无法预知。
但这并不意味着古代没有创新，杠杆、车轮、木楔、马镫、长弓、望远镜等都是古代出现的重大发明，但这些远不敌推动当今世界飞速前进的创新洪流。
各项研究表明，在过去的半个世纪中，美国50%～85% 的国内生产总值（GDP）增长及2/3 的生产效率提高（反映在生活水平的提升上）都是依靠科学和工程技术的进步。美国国家科学院及许多其他组织曾得出结论，由于发达国家的劳动力成本处于巨大的竞争劣势，他们未来的生活质量将取决于其创新能力，即通过卓越的科学研究创造知识，并借由工程将这些知识转化为产品和服务，然后由世界一流的企业带领这些产品和服务跨越（由于经济因素而失败的）新发明的“死亡之谷”而进入市场。
但这并非易事。在100 项专利申请中，大约只有1 项能转化为成功的产品。为发明电灯泡寻找灯丝的托马斯·爱迪生就曾解释道，“我并没有失败，我已经发现了1 万种行不通的方法。”据统计，有60% 的新公司营业不到3 年就倒闭了。
今天，人类必须以每秒生产出150 万美元商品和服务的速度全天候生产，才能保持现有的生活标准，而即使如此，仍然有一半的人口仅以每天不到2 美元的收入来维持生存。《爱丽丝梦游仙境》中，红皇后对爱丽丝说，“你看，你用尽全力奔跑才能维持在原地。如果你想去别的地方，必须以至少两倍于现在的速度奔跑！”
已退休的英特尔（Intel）首席执行官克瑞格·贝瑞特（Graig Barrett）指出，英特尔公司在财政年度最后一天所获收益的90%，都源于在该财年1 月1 日尚未出现的产品。美国花费55 年时间使1/4 的美国人用上汽车，花费35 年用上电话，花费21 年用上收音机，花费13 年用上手机，让大家用上互联网却仅仅花费7 年时间。
在《改变世界的伟大发明》[（ 美）韦潜光著；刘清、江洪译. 北京：科学出版社，2022.1]一书中，作者韦潜光教授化身为一名非常专业的“导游”，带领我们进行一场奇幻并丰富的旅行，让我们像诗人和物理学家一样去探索发明意味着什么。这是一段充满冒险、挫折、决心、未知、运气和巨大成功的旅程。我们用科学家、工程师、企业家的眼睛审视这一道道的“伤疤”，却不用亲身感受那般疼痛。
创新往往在不经意间产生：亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）注意到他正研究的菌株不会出现在被污染过的培养皿中聚集的霉菌周围，促使青霉素被发现；雷神公司的一位研究人员注意到口袋中的糖果在雷达实验室中融化的现象后形成了微波炉的构想。但是，更重要的是，就像路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）所强调的那样：“机会只留给有准备的人。”
玛格丽特·撒切尔（Margaret Thatcher）曾说过，“虽然基础科学能带来巨大的经济效益，但它们是完全难以预测的。不过，法拉第的工作价值在今天必然高于证券交易所全部股票的价值……”确实，早期量子力学的研究人员在实验室中不断工作，提出iPod 或GPS 的设想时，也是遭到质疑的。
今天，创新本身的特性也在发生变化。虽然总是会为如爱迪生、罗伯特·富尔顿（Robert Fulton，1765～1815，美国著名工程师，蒸汽船的发明者）、伊莱·惠特尼（Eli Whitney，1765～1825，美国发明家、机械工程师和企业家，轧花机的发明者，标准化生产的创始人）这样的人留出空间，但无论是科学，还是工程领域，创新正逐渐成为团队合作的成果，而且这些团队通常是由来自不同专业背景的人组成的大型团队。这就是大科学时代的特点。宇航员巴兹·奥尔德林（Buzz Aldrin）曾说过，“一个人在与一万个朋友的共同努力下所创造出的力量是惊人的。”随着不同学科之间的融合更加频繁，发明也随之出现，如塑料是由微小物体组成的，如果有人对这些微小物体的成果不满意，他只需重新构造这些微小的物体。
科学和工程为我们创造了地球村，让地理距离变得不再重要，即让我们向全球化一步步行进。值得注意的是，如果没有一批批海外人员来到美国受教育、居住、开公司，并且创造出数以百万计的工作岗位，美国的创新大业就不会快速实现。上述人士的代表杨致远（Jerry Yang）曾说过：“如果美国在30 年前没有向我和我的家庭敞开怀抱，今天就不会存在Yahoo。”
有人认为，美国人引领创新被认为是理所当然的。丹·戈尔登（Dan Goldin）描述了他在担任美国航空航天局（NASA）局长的时候发生的一次事故，当时NASA 正因为在地球卫星上投入太多资金被批评。“为什么我们还需要气象卫星？我们已经有天气预报了”，批评者问道。但如果我们想从天气预报中得到信息，就需要气象卫星的支持。当然，有些创新的确看起来不起眼，如果这种认识变得普遍化，会是非常危险的。国家工程院由尼尔·阿姆斯特朗（Neal Armstrong）领导的一个小组得出结论：20 世纪最重要的工程学成就是家用电器的发展，因为这使得超过半数的人口有更多时间投入到更有价值的追求当中。还有一点值得注意的是，如果一个人出生于20 世纪初期的美国，那么他的预期寿命只有47 岁。自那个时代以来，从食品生产到医疗卫生等众多领域的进步，在很大程度上延长了人类的预期寿命。
很不幸，就像很多研究工作一样，创新也会带来一些无法预料的结果。比如，尽管汽车工业在发展，但伦敦地表的平均车速据称仍与200 年前处于同一水平。由于科学和工程的发展，也让小团体，甚至个人制造大规模恐怖活动成为可能。一项非学术性的调查表明，大多数人认为，如果一项发明每年无意中会造成25 万人丧生，就应该被废除，这项发明就是汽车。
未来会怎样？历史的趋势是高估了科学、工程和创业精神，亦即“创新”的短期影响，并且也高估了其长期影响？卢伊特家用电器公司的创始人和总裁亚历山大·卢伊特（Alexander Lewyt）在1955 年就预测：“核动力真空吸尘器将会在10 年后成为现实。”莱特兄弟的著作中没有一个地方提到，美国每天会有相当于整个休斯敦人口数量的乘客乘坐商用飞机飞往各地。
创新的成功和失败都对我们未来的生活质量有着至关重要的影响。也许我们能找出预防癌症的疫苗；也许能够找出为整个地球提供清洁的、永不枯竭并且实惠的能源的有效方式；也许创新就能够阻止毁灭地球的小行星撞击，从而避免大的灾难。如今，在发达国家中，生活品质的提高在很大程度上依赖于科技的进步，并且世界上越来越多的国家也正发生着这种变化。科技进步带来的好处是可以累积的，个人投资者甚至整个社会都会从中受益，因此公众支持科技方面的教育和研究是至关重要的。只有这样，我们的后代才能享有相较于前人更高的生活水平。
因此，果断地翻开这本书吧，开始一场奇幻并充满启迪的“冒险”，看看作者眼中那充满创新的世界。从石斧到计算机，再到互联网，了解历史上的重大发明，结识最伟大的发明家——
你会发现是谁创造了历史，是什么样划时代的成就改变了世界。
本文摘编自《改变世界的伟大发明》[（ 美）韦潜光著；刘清、江洪译. 北京：科学出版社，2022.1]一书“序”。作者：诺曼·奥古斯丁（Norman R. Augustine），美国国家科学院《站在风暴之上》竞争力委员会主席。有删减修改，标题为编者所加。
（本文编辑：刘四旦）
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