論環境變化對發明的激發

吳 紅

(上海交通大學 馬克思主義學院，上海 200240)

長期以來，不同領域的學者均十分關注發明問題。技術史家關心發明的變遷過程，經濟學家關注發明活動和經濟增長之間的關系，法學研究者探索專利事務中的糾紛，傳記研究者更多的強調發明家個人在發明中的作用以及發明家的發明熱情和潛力對發明產生的影響，社會學家則尋求發明與社會之間的相互影響，等等。這些研究大體上可以分成兩大類，即發明的內部解釋和外部解釋。發明的外部解釋關注發明的社會影響，發明的內部解釋則側重于對發明動力的思考。

技術哲學中一個比較經典的問題是技術變遷背后的驅動力是什么？有人認為是發明家天賦的獨特創造力，他們總是試圖擺脫已有的限制，超越看似不可能的事情。有人認為，“需求是發明之母”，但是其中不乏一些激發人們新的需求的發明反而是需求之母。在過去的一百年，很多人斷言發明是科學的應用[1]，但是，現代技術發明顯示，發明又不僅僅是科學的應用。縱觀技術發展史，似乎直到19世紀，科學和技術之間的關聯都比較微弱，技術變遷主要是由實踐中的工匠完成的，而非科學家[2]。還有一些學者認為，發明是社會文化發展到一定階段的產物，當社會文化遺產和技術遺產都具備的時候，某項發明的出現就是不可避免的[3]。不管怎樣，發明的產生和使用都是在一定的環境中進行，而環境因素時刻在改變，并且通過影響發明者作用到發明成果上。

為什么環境因素在發明活動中有如此重要地位？發明者和他們的資助者面對的所有因素都在產生影響，眼前的快速改變則產生特殊意義一方面，盡管改變是微弱的，但是它們或許充當了扳機或者促發要素，不管它們的發展是否達到一定程度，多重因素所帶來的隨機影響要比單個因素產生的影響要大得多；另一方面，這些因素引起關注，并激發出人們努力去滿足新的狀況，這種影響要比同等份量的因素市場的緩慢影響要強的多[4](P47)。

發明所處的社會環境涉及多種因素，比如人口數量的變化，社會文化的改變，自然環境的驟變等。發明和社會環境的變化有著密切的聯動關系，是人類在特定條件下調試和自然環境相適應的努力的結果。

一、人口數量的增加刺激發明

許多發明對人口的數量和分布具有重要的影響。火的使用減少了人口死亡率，因為火可以驅逐猛獸并且在寒冷的地區幫助人類取暖。許多后來的發明同樣增強了人類的健康和提高了生活水平，降低了死亡率并且影響了人口的集中或分散。尤其近幾個世紀以來，如果沒有成功的技術變遷，人口的翻倍增長幾乎是不可能的。通常我們都認可成功的技術變遷對人口數量有重要的影響，但是發明和人口的相互關系的另一個方面即人口數量的增長對發明的影響引起的關注較少。人口增長引起以下幾個方面的需要并促進相應發明的產生。

第一，提供基本生活物質的技術，包括農業、能源的開采、建筑等生產技術。盡管不可能在每一個發明案例中詳細的指出發明環境如何導致了重要發明的產生，但是毫無疑問的是發明是人類生存需要而產生的結果。地球上天然生產的物品不足以維持人類生存時，饑餓刺激人們天賦，讓他們變成獵人或者漁夫，在漫無邊際的平原上進行投擲捕獵，在水邊進行打漁。當人口不斷增長的時候，有限的資源不能滿足人們的生存，同樣的需要導致更進一步的改進。首先是對原始物種進行種植，之后對這些物質進行人為加工，最后進行精煉培植，同時伴隨出現的是這個過程中對應需要的機械發明。這個過程在當前的作用和原始時期大致相同，我們種族的自然進步也是沿著大致相同的方向。因此，早期人口的增加促進了農業的發展，當前人口的增長則刺激了很多發明人的頭腦，這可以說是發明的直接原因，是人類為了活著、為了更好的生活狀況而產生的自然的需要[5]。

人類發展歷史中絕大部分的技術發展都是為了滿足人們生存的需要，只有極少的一部分和近一個世紀以來的部分發達地區的某些技術發明的出現是為了滿足人們奢侈的需要。人們的生存和生活需要解決溫飽的衣物和食物，需要擋風遮雨的房屋，需要輸送人和物品的交通，需要為了得到這些物質和技術所必需的生產技術。這些技術發展的同時還相應衍生很多附加的技術，比如盛食物的器具，保存食物的冰箱等。所有的發展都需要能源，于是相對應于能源的開采和轉化應用的技術就成為必需的。英國在維多利亞時代需要更多的能源，煤炭成為主要的能源，但是煤礦開采遇到地下水層，如果沒有抽水設備就無法進行更進一步的煤炭開采，在這種情況下，蒸汽機的發明就成為不可避免的了。

第二，隨著人口增加，人群聚集居住的地區擴大，需要相應的遠距離的交通和通信技術。人口增加擴大了居住的范圍，城市不斷向外擴展。同時隨著交通技術的發展，人們不再依靠兩條腿來解決交通問題，所以人們的活動范圍日益擴大，這種擴大隨之帶來了遠距離通訊技術的需要。雖然人類面對面的交流主要靠語言，但是遠距離的通訊暴露出語言交流的不足。人類一開始的時候并沒有語言，人們依靠逐步發明的符號來進行思想和情感的表達，遠距離通訊技術就是探索如何將能夠代表人們思想的符號傳遞出去。隨著快節奏的生活和生產模式的出現，人們要求精準的即時通訊，所以通訊技術的發明一直是技術發展史上一個重要的主題。大眾最廣泛需要的是常規的遠距離通訊，于是信件、驛站、郵票、郵局等傳統的通訊手段成為主要方式。19世紀以來，人們需要更遠更快的信息傳輸，所以電報電話技術成為許多大公司企業研發中心競相追逐的發明，這種局面一直持續到當前。

第三，人口平均壽命的提高需要先進的增進健康的技術。增進健康是社會發展到一定程度后人類產生的更高一級的需要。當前，改善健康是一個重要的社會目標，數以百萬計的人明顯的得益于當前的健康條件的改進[6]。增進公共健康始于19世紀中期的歐洲、美國和其他一些地區。最初的進步是通過經驗觀察什么方式有效，到1900年，熱帶醫學開始產生重要影響。但是直到20世紀40年代，幾乎所有的改進只在幾個有限的富裕的地區，比如南歐和東歐國家。重大的改進公眾健康的進步出現在20世紀40年代以后，這里面主要有以下四個方面的原因一是，全球范圍內醫藥發明的浪潮，主要以青霉素這一抗生素的發明為開端。二是，DDT (Dichloro-diphenyl-trichloroethylene，二氯二苯三氯乙烷)的發明，有效抵抗瘧疾的侵害。三是，世界衛生組織(World Health Organization ，WHO)的建立，極大的促進了醫療和公共衛生技術擴展到較為貧窮的國家。四是，國際價值的改變[7]。在阿西莫格魯(Daron Acemoglu)和約翰遜(Simon Johnson)總結的這四個要素中，前兩個方面都涉及到新醫藥的發明。

發明還具有“鏈式反應”的效應。一個革命性發明的出現會引起其他發明人轉向這個新的領域，引起本領域更多的發明。弗萊明(Fleming)在20世紀30年代分離出青霉素，青霉素的發明引發了一波發現其他抗生素的浪潮，包括鏈霉素、氯霉素、金霉素和土霉素。藥品的發明和應用必然刺激相應的藥品生產、保存、使用等衍生的發明。

人口的增加對于發明的刺激除了以上幾個方面以外，還涉及到人們的娛樂、消費、休閑等提高生活質量的需要，這些需要刺激發明人無限的探索欲望，由此引起了過度的技術依賴和資源消耗。這種依賴進一步激發了發明和創新，這種不斷的循環究竟是好事還是壞事，其結果很難預知。

二、技術本身的發展與擴散

在人類發明的早期階段即設想和概念的產生階段，需要一些用戶輸入信息以確定市場的需要在哪里，抽取出需要的本質并建立起滿足需要的概念。但是，企業或者投資者對用戶的需要的感知是比較微弱的，因為通常來說，很多潛在的用戶對一個產品在發明階段的影響輕若發絲，對激進發明則更甚于此[8]。萊特兄弟飛機試飛的成功，并沒有刺激人們的需要，就連最有遠見的用戶也沒有看到他們有可能需要這樣一種空中交通服務來進行郵政或者載客業務。但是飛機在兩次世界大戰期間出現了兩次重大飛躍，這是社會環境的變化對飛機這一新發明的激勵。

吉爾菲蘭(S. C. Gifiilan)一直關注發明的原因，他發現當發明者面對的環境改變時，發明通常也會適應外界做出改變。外界因素包括技術的和非技術的因素，發明者及其伙伴會不斷累積新技術、新發明，這些技術和發明會成為未來發明的“已有技術”。所有這些部分都分別還有各自變化的要素，其中每一個要素發生改變都會激發整個系統的改變[4](P6)。盡管這些改變有時很微弱，但對于發明而言，這些改變就像機槍的扳機，扣動扳機即可觸發發明的產生。有時候，環境的改變還可以引起更多人的關注，從而激發人們對于發明的調適[4](P7)。

(一)新材料的出現

任何有形發明都基于一定的原材料。當人們發現和發明新的原材料之后，和原材料相關的新技術就會被激發，從而引發行業性的發明集中出現。原材料分為原料和材料，原料主要是指取自于自然界的產品，比如木材、煤炭、石油等，對于原料的開采所需的技術是人類發展史上不間斷的探索內容。材料則是人們加工過后的產品，材料的替換會引發產品的新特性。當材料發生變化時，新的發明隨之出現，而且越是靠近當前，材料的發明和替換舊材料而產生發明的兩個活動之間的時間間隔呈現越來越短的態勢。

新材料的出現首先引起人們對其新的性能的關注，這些性能不僅可以彌補天然原料帶來的不足，而且可以給人們帶來新的感受，以此促進具有新特性的發明的出現。比杰克(Wiebe E. Bijker)回溯了酚醛塑料的發明帶來的后續發明[9]。人類長期從自然界獲取樹脂、琥珀、蟲膠等天然塑料，但是這些物品一直因為稀少而被看成奢侈的東西。19世紀中期，硫化橡膠的發明創造了新的市場。硫化橡膠的柔軟和絕緣性能滿足很多場合的需要，因此包裹橡膠的電纜線出現了，涂有硬質橡膠涂層的手術器械和人造牙齒等都改進了原有產品的性能。但是橡膠原料的短缺迫使人們尋找新的人造替代品。在社會多種力量的影響下，酚醛塑料被發明出來，汽車和無線電行業技術首先從酚醛塑料中獲益。之后，酚醛塑料產品的發明成為潮流，它成本低、輕便、便于攜帶、隔離空氣、產品外形優雅等諸多優點吸引著廣大發明人和消費者，這種吸引力一直到今天都依然存在。

(二)新的功能部件的發明

一般來講，發明的最初結構都是比較粗糙的，在發明被構建之初，其結構可能只是由幾個簡單的零部件拼湊而成，但是它尚且能夠發揮基本的效應。而后，發明人和使用者都會不斷的雕琢這個新結構，通過更換材料，更換部件，讓這項發明日趨完善。

每一項發明都是由不同的功能部件組合而成的，隨著功能部件適用范圍的擴大和使用頻率的提高，這些功能部件逐漸被固化、集成化、模塊化和獨立化，它們獨立生產加工，然后被組裝到一個技術系統中。每一個部件都是通過工藝優化分別加工。但是一旦技術系統中某些部件遇到了限制，那么這個系統就很難繼續向前發展。例如，筆記本電腦相比較臺式電腦的優點就是便于攜帶，不連接電源線也可以便利的工作一段時間，于是筆記本所攜帶的電池成為筆記本中的一個重要部件。早期的筆記本采用的是鎳電池，但是鎳電池的缺點是占用空間大、質量大。所以，當人們研究出體積更小、質量更輕的鋰電池的時候，筆記本的電池部件進行了替換。更進一步，鋰電池又分為鋰離子電芯和鋰離子聚合物電池，鋰離子電芯電池是由數個圓柱體的鋰離子電芯排放組合而成，其電解液為液態；鋰離子聚合物電池采用固態電解液，在與鋰離子電芯相同的電容量的情況下，鋰離子聚合物電池的體積更小、質量更輕。當發明人采用鋰離子聚合物電池的時候，筆記本電腦則可以做的更薄、更輕了。同樣的情況是，類似的電池同樣影響了移動電話和電動自行車等技術的發展。

如上所述，發明人通過更換技術落后的功能部件來促進技術的發展，這在阿瑟(W. Brian Arthur)那里被稱為“內部替換”，發明人采取兩種方式實現發明的內部替換采取更好的設計或更深思熟慮的解決方案，或者天才的盜用競爭對手的思路等；另一種方法是，用不同的材料，比如強度更大或熔點更高的材料進行替代[10]。當然，對某項技術的改進不會因此而停滯，當其中的某個功能部件被性能更優的部件替代的時候，整個發明系統中可能會出現技術的“反向凸角”刺激發明者改進整個技術系統中的其它一個部分或一些部分，最終導致整個技術系統向前發展。

(三)技術擴散到新的文化背景中

發明只是技術發展的第一個步驟，發明完成之后，開始進入創新和擴散階段。技術擴散的范圍通常是由近及遠。技術擴散主要有三種途徑第一種是進行貨物貿易；第二種是外商直接投資，在另外一個國家生產；第三種是技術擴散，最為直接的方法就是技術授權，授權給另外一個地區或國家的某個企業進行生產[11]。文化具有多樣性的特征，技術在擴散的過程中有時候會遭遇文化差異的問題。技術擴散和文化多樣性之間的作用是雙向的一方面，技術擴散會影響當地的文化。技術在傳播過程中，將一個地區的文化帶到另外一個地區，當前世界范圍內文化的多樣性和文化的傳播，在一定程度上都有技術傳播的作用。另一方面，也是學者較少關注的，就是新的文化促進傳播來的技術進行改進，以適應新文化環境中人們的喜好。

文化多樣性對外來技術的影響多是緩慢的，因為技術在被人們接納的過程中不斷的反饋信息，這些信息激發了發明人對產品的重新思考，而后才能進入發明的過程。文化多樣性大多情況下會促進改進型發明的產生，發明人結合新的文化需要改進已有的產品，或者將新的文化元素融入到產品中去。

三、自然災難對發明的刺激

發明是為了調適人與自然之間的矛盾，人們經過創造性勞動而非常規技術性活動，從而產生出新思路、新方法、新技術和新設備的活動過程。很多學者界定技術和發明的時候都會強調發明和技術主要解決人類在自然界面前的問題，例如社會學家伯納德(L. L. Benard)把發明分為三類物質發明(physical invention)、社會發明和方法發明，其中他認為物質發明是人與自然環境的直接調適媒介，有時也間接地調整有機體和社會與精神環境之間的關系，而方法發明則幫助人類解釋和控制人類和物質環境、社會環境之間的關系[12]。技術發展的歷史也證實了這一點，就是發明與自然環境之間一直保持緊密的關系。

自然環境變化有時緩慢，有時劇烈，自然災難就是自然環境急劇變化的表現。自然災難是自然環境對社會經濟系統產生的快速、瞬間或者具有深刻影響的事件[13]。隨著全球氣候的變化，地球遭受的威脅日益明顯。許多氣候學家警告，全球變暖可能會增加極端天氣時間的頻率和強度，自然災難的發生會持續增強，如干旱、熱浪、洪水和熱帶氣旋等。為了應對自然災難，人們努力進行降低自然災難影響的技術發明，以此來調整自然和人類系統對實際的或預期的氣候刺激及其影響，從而減輕危害并開發利用有益的機會。對應于“減少風險的創新”一詞[14]，這樣的發明我們可以稱之為“減少風險的發明”，也就是指發明一種新的、更有效的技術以幫助人們更好地應對自然災難和建設抵御未來沖擊的能力。減少風險的發明可以是基礎型的發明，給人們提供前所未有的新的預防和應對自然災難的能力。減少風險的發明也可以是改進型的，采用新的材料或者新的設計改進已有技術，以便幫助人們更有效的與多種自然災難做斗爭。本文選取中國近20年大地震對減少地震風險的發明的刺激作為研究案例，以此來說明劇烈的自然環境的變化對發明產生的催生作用。

(一)數據選擇

地震是自然災難中的一種，根據其破壞程度和震級分為不同的類型，本文地震樣本選取7級及以上的到8級的大地震和8級及以上的巨大地震。大地震和巨大地震破壞力較大，給人們生活和生產造成重要影響，能夠引起明顯的發明動力。因為此處要考察的是地震的發生對發明的激發，發明人進行發明活動的時間過程我們無法統計，但是發明完成之后最快速的公開時間是專利申請的時間，這也是自然災難和發明之間最短的時間段，因此發明樣本選取在專利文獻的“摘要”中包含“地震”一詞的發明和實用新型專利，考察中國地區大地震、巨大地震和所申請的減少地震風險的發明之間的關系。

(二)數據分析

第一，關于專利申請數量。根據圖1所示，在1995到2007年間，中國減少地震風險的專利申請數量總體來說較小，除了1996年出現一次246%的增幅，其余總體呈現緩慢增長的趨勢，直到2007年，當年專利申請量只有293件。2008年出現了第一次較大的飛躍，當年專利申請量攀升到936件，年度增幅269%。在經過2009年的小幅度的下降之后，出現了2010年到2013年的連續增長，這四年專利申請量分別是1 042件、1 336件、1 441件和1 884件，雖然2014年出現略微下降，但是依然達到了1 853件。

根據中國地震信息網官方的數據庫[15]，從1995年到2014年這20年中間，中國共發生7及以上大地震20次，除去部分分布于臺灣及近海，高海拔的無人區，西藏、新疆，中國與別國的交界等偏遠位置，損失較小的地震之外，還有幾次造成重大人員傷亡和巨大直接經濟損失的地震分別為1996年2月3日發生于云南麗江的7.0級地震，2008年5月12日汶川發生的8級巨大地震， 2010年4月14日青海玉樹發生的7.1級地震，2013年4月20日，四川廬山發生的7.0級地震， 2014年2月12日，新疆于田發生的7.3級地震等。

數據來源根據中國國家知識產權局專利數據庫檢索整理圖1 所申請的減少地震風險的發明與實用新型專利(1995-2014)

我們可以用所得到的減少地震風險的專利申請的數量來對照近20年我國發生破壞力巨大的七級以上大地震進行分析。這里顯示出一系列明顯的對應關系一是，1996年2月云南麗江發生大地震，當年出現了一次較大的專利增幅，雖然專利申請的數量不大，但是相比較沒有大地震的前一年，大地震的當年關于減少地震風險的發明出現了急劇增加的狀態。二是，2008年汶川8級巨大地震，是近20年來破壞力最大、死亡人數最多、直接經濟損失最大的一次，很顯然，2008年發明人受到強烈的發明的刺激，所以這一年專利申請量驟然增加，不管是專利增加的總量還是當年的增幅都是歷年中最高的。之后2010年、2013年連續兩次大地震，促使減少地震風險的發明持續攀升。三是，雖然2014年在新疆于田發生了大地震，但是震中位于高海拔地區，人員稀少，沒有發生人員傷亡，所以對發明的激勵作用沒有之前幾次大地震那么直接。這或許可以解釋為什么2014年專利申請量略有下降。

第二，關于專利所屬類型。如圖1所示，在2004年之前，實用新型專利多于發明專利，2004年以后發明專利始終多于當年的實用新型專利，并且隨著時間的推移，發明專利與實用新型專利數量之間的差距越來越大，到2013年，發明專利比實用新型專利多出462件，是實用新型專利的1.65倍。

第三，關于發明的所屬技術領域。如圖2所示，根據發明的技術領域分布，按照專利小類統計，減少風險的發明主要集中在以下幾個領域用于地震或聲學、生命信息的探測技術和設備占26.61%；發生地震時可以有效抗震或者躲避的建筑物和室內設施占28.92%；地震發生時的震動感應與報警裝置占5.92%；地震發生之后對于遭受到傷害的人員的救生、救助和臨時安置的設施占12.13%；地震災難相關躲避救生等技術的教育演示裝置和設備占1.15%；其他與地震相關的發明占25.27%。

(三)總結與分析

通過對我國大地震的發生年代和當年人們申請的減少地震風險的發明數量分析，可以看到災難沖擊對本領域發明的影響。具體體現在以下幾個方面。

第一，地震因其風險強度不同而對減少風險的發明的影響強度有不同，其風險強度主要根據死亡人數和經濟損失來判斷。發生在偏遠地區和海上的地震就算震級很高，由于發生在無人居住的地區，導致的人員損傷很小，這可能不會顯著地影響人們的風險意識，激發起對減少風險的發明的欲望。那些造成嚴重破壞后果的，比如人員傷亡數量大，造成的經濟損失巨大的地震，會對減少風險的發明產生明顯的需要。

第二，從以上發明的功能可以看出，減少風險的發明根據災難的特征而具有針對性。大地震的發生不像干旱災難有一個漸進的過程，災難發生通常在極短的時間內，所以發明主要集中于兩大領域地震發生時的躲避與保護技術、震后的救援和生命探測，這三個類別的發明高達67.66%的份額。對于地震感應與報警裝置的發明則只有5.92%，這也體現了地震這一類災難的特性，相比較感應與報警，可能人們面臨的震后的搜救局面更嚴重，技術需要也更為迫切。還有一點，就是人們開始逐漸重視對于地震發生時逃生、自救等知識的學習和傳播，所以有1.15%的發明用于教學演示。相比較地震多發地區的日本，中國在地震知識教育方面還有很大欠缺，這是亟待發展的一個方面。

第三，人們越來越期望通過激進發明減輕地震風險。從發明的實際難度來講，發明專利在技術含量、技術難度和專利權獲得的難度方面，發明都遠遠高于實用新型。從我國減少風險的發明的專利所屬類型可以看出，越靠近當前，發明專利越多于實用新型專利。可見，人們更期望通過一些激進發明來減少地震災難給人們帶來的損害。

四、小結

環境因素的變化對發明的影響就像技術的社會建構理論所闡述的觀點一樣發明的產生是來自于社會多種力量的推動，這些力量的變化會不斷影響發明的產生以及變化方向。因此，對于發明人來說，密切關注環境的變化，發現并不斷累積變化因素，捕捉發明機會，有利于做出前瞻性、引領社會潮流的發明。對于投資者而言，了解發明與環境因素變化之間的關系，有助于預測發明的未來動向，準確把握投資領域，甚至推動市場創新。哲學社會科學研究者掌握環境因素變化帶來的技術變遷的軌跡，有助于他們思考新發明產生的社會影響，這部分研究者的努力，有可能幫助技術人員規避發明風險，創造更加美麗和諧的社會。