从科技史看创新的路径

四、重大创新具有破坏性
        从近代创新的历史看，创新包含不确定性，而大的不确定性足以破坏或颠覆一种成熟的技术，代之以全新的产品。这种情况也称“破坏性创新”，哈佛学者提出一套理论[8]。例如，掀起第一次产业革命狂飙的蒸汽机，在100 多年后被内燃机、电动机彻底取代，而蒸汽机车（俗称火车头）也被迫进入历史博物馆。20 世纪上半叶，电子管在光电领域大展风采，以电子管技术为基础，发展出广播、电视系统；发展了雷达、声纳技术，发展了各种电子控制仪器。想不到电子管只风光了大半个世纪，就被后起的晶体管颠覆。而晶体管命运更短，很快被纳入集成电路中。这样的案例令人深思。

11. 日本索尼公司1979年生产的“Walkman”，一度引领消费时尚。

12. MP3 播放器机芯小，让设计者大有施展空间。

        兹以录音技术为例，细察相关的破坏性创新。时光倒回一百多年前，1898 年丹麦工程师瓦德马·鲍尔森（Valdemar Poulsen）在研究中发现，声波脉冲转化为电磁信号，利用一段钢丝可以记录下电磁痕，如果把这个过程逆转，声音就可以重放。波尔森认为，他的装置要比爱迪生的留声机优越，因为电磁录音能被洗掉，录音钢丝可以重复用。
        波尔森为他的发明申请了专利，但是新机器上市却经历了很长时间，当时存在一些技术障碍，如录音灵敏度低，绕带和倒带机工作不可靠，一时都不能很好解决。直到20 世纪20年代末，科学家采用交流偏磁法改善了录音性能，由此促进了录音机的制造。1930 年，德国德律风根公司、劳伦兹公司制造的钢带式录音机上市，继之英国马可尼公司的钢带式录音机上市。1935 年，美国贝尔实验室完成了钢带式录音机的研制。这一时期，日本的日本电气和安立电气公司也开始生产钢丝式录音机。正是在这种情况下，钢丝录音机开始进入中国。
        1943 年，美国大学生马文·卡姆拉斯（Marvin Camras）对录音机做了重要改进，他把电子管放大技术用到录音和放音功能上，大大提高了装置的灵敏度、频率和振幅范围。到这时，钢丝录音机技术臻于成熟。
        20 世纪30 年代末，德国科学家也在研究其他录音技术。德国凭借化工技术的优势，发明出有磁性涂料的纸基带（后改为塑料带），薄层的磁性铁氧化物涂到坚固的塑料带上，使录音和放音频率提高。二战中，德国把磁带录音技术用于广播，以致盟军在深夜听到德国电台播放希特勒的讲话或音乐演奏大感震惊。后来美国军队占领德国电台，始发现是磁带录音在当主角，没说的，这种新技术很快被弄回美国。
        二战后，许多国家都加大对录音机技术进行研发。1947 年，美国制造出多声道磁带录音机；1954 年生产双磁带立体声录音机；1956 年研制成具有晶体管放大的磁带录音机。
        1962 年，荷兰飞利浦公司研制成功世界上第一台盒式磁带录音机；1963 年，飞利浦公司提出以遵守磁带盒尺寸标准（100.4mm×63.8mm×12mm，带速4.75cm/s，带宽为3.81mm）为前提，向世界公开了盒式磁带的专利技术，此举使飞利浦型盒式录音机在世界上广泛流行。该种盒装录音机的出现，被认为是录音机史上的飞跃。[9]
        1979 年， 日本索尼公司在德国发明家安德鲁· 帕维尔（Andreas Pavel）专利技术的基础上，集中力量进行改进，率先推出流行全球、为人熟知的“Walkman”（中文译名“随身听”）。1979 年7 月1 日，世界上第一台随身听产品TPS-L2 问世，该机体积88mm×133.5mm×29mm，重330克，使用碱性电池可连续播放8 小时，配有立体声电路和立体声耳机。
        “Walkman”问世后发展极为迅速。1982 年索尼公司推出“Walkman Ⅱ”，采用全金属底盘，机身小巧紧凑。1984 年索尼的随身听在全球销量累计达到1000 万台，步入鼎盛时期。
        正当“Walkman”尽享风光时，由荷兰飞利浦公司研发的光盘（Compact Disc，简称CD）技术崭露头角。为了开拓全球市场，飞利浦寻求与索尼合作，并答应索尼提出的条件。新研制的CD 外径只有12 厘米（孔径取荷兰10 先令币的大小），厚度为1.2 毫米，基质由聚碳酸酯塑料构成，重量约为16 克。播放长度为74 分42 秒（采纳索尼建议，须容纳贝多芬的第九交响乐的长度时间）。[10] 相比之下，密纹唱片只能播放25分钟，盒式磁带单面当时仅可录放30 分钟。加之CD 的音频性能远胜于密纹唱片和磁带，所以新产品一上市，即引起音乐爱好者的极大关注。
        没有料到，正当CD 开始引领潮流时，MP3 技术异军突起。MP3 全称为“MPEG-1 Audio Layer3”，由德国巴伐利亚富隆霍夫（Fraunhofer）学院的卡尔海因茨·布兰登堡（Karlheinz Brandenburg）教授带领的研究小组研制，并在多个国家申请了专利。MP3 音频文件从1995 年起在网络上广泛流传，富隆霍夫学院研究小组于1995 年7 月将MP3 的扩展名“.bit”改为后为人们所熟知的“.mp3”。同年9 月，第一款实时MP3播放器使人们能够在个人电脑上编码和回放MP3 文件，进一步改进了娱乐音乐的存储。
        随着个人电脑的普及和便携式MP3 的出现，对基于磁带的随身听产业带来了难以阻挡的冲击。随身听的主要生产商索尼等大公司或降价竞争，或投入便携式MP3 的生产。由于便携式MP3 小巧、设计新奇、耐用，加之价格等因素，迅速地引领时尚新潮。
        回顾百多年来的录音技术发展，所用的物质材料几次大改变：钢丝——磁带——光盘；电子元件经历创新：电子管——晶体管——集成电路——芯片。录音机的外观设计随之发展，早期的钢丝录音机体量大，机壳为全金属，形同小箱子，谈不上美观。发展到盒式录音机，体量大大缩小，但基本是长方形，机壳采用氧化铝和塑料，注重色彩配置，比较美观。发展到MP3 播放器，则是形态丰富，色彩炫目，讲究个性。
        以上对创新过程从不同维度进行分析，而实际重大创新中常常是探索、渐进、综合、破坏等交织一起。现代科技已形成庞大的体系，对创新的复杂性，我们必须要有清醒的认识，不然就难以有领先世界的突破。

注释：
[1]（美）查理·埃利斯：《复印梦想——乔·威尔逊和他的施乐传奇》，郭媛媛译，清华大学出版社，北京，2007，第35-36 页。
[2] 同[1]， 第122 页。色粉由黑烟末和树脂组成， 成本仅为每磅10美分，比包装成本都要低，但售价可以达到每磅3 美元至5 美元，利润率超过了90％。
[3] 美国专利号223,898， 见美国专利局网站。
[4]（美）詹姆斯·乌特班克：《把握创新》，高建、李明译，清华大学出版社， 北京，1999，第83 页。
[5] 同[4]，第85 页。
[6] 美国专利号548,574， 见美国专利局网站。
[7]（美）鲍勃·约翰斯通：《我们在燃烧——日本电子企业研发史》，李先柏译，华夏出版社，北京，2004，第172-176页。
[8] 有关“破坏性创新”理论参见( 美) 克莱顿· 克里斯坦森：《创新者的窘境》，胡建桥译，中信出版社，北京，2010。
[9] 戴吾三等：《影响世界的发明专利》，清华大学出版社，北京，2010，第594-585 页。
[10] 同[9]，第547 页。