论环境变化对发明的激发

吴 红

(上海交通大学 马克思主义学院，上海 200240)

长期以来，不同领域的学者均十分关注发明问题。技术史家关心发明的变迁过程，经济学家关注发明活动和经济增长之间的关系，法学研究者探索专利事务中的纠纷，传记研究者更多的强调发明家个人在发明中的作用以及发明家的发明热情和潜力对发明产生的影响，社会学家则寻求发明与社会之间的相互影响，等等。这些研究大体上可以分成两大类，即发明的内部解释和外部解释。发明的外部解释关注发明的社会影响，发明的内部解释则侧重于对发明动力的思考。

技术哲学中一个比较经典的问题是技术变迁背后的驱动力是什么？有人认为是发明家天赋的独特创造力，他们总是试图摆脱已有的限制，超越看似不可能的事情。有人认为，“需求是发明之母”，但是其中不乏一些激发人们新的需求的发明反而是需求之母。在过去的一百年，很多人断言发明是科学的应用[1]，但是，现代技术发明显示，发明又不仅仅是科学的应用。纵观技术发展史，似乎直到19世纪，科学和技术之间的关联都比较微弱，技术变迁主要是由实践中的工匠完成的，而非科学家[2]。还有一些学者认为，发明是社会文化发展到一定阶段的产物，当社会文化遗产和技术遗产都具备的时候，某项发明的出现就是不可避免的[3]。不管怎样，发明的产生和使用都是在一定的环境中进行，而环境因素时刻在改变，并且通过影响发明者作用到发明成果上。

为什么环境因素在发明活动中有如此重要地位？发明者和他们的资助者面对的所有因素都在产生影响，眼前的快速改变则产生特殊意义一方面，尽管改变是微弱的，但是它们或许充当了扳机或者促发要素，不管它们的发展是否达到一定程度，多重因素所带来的随机影响要比单个因素产生的影响要大得多；另一方面，这些因素引起关注，并激发出人们努力去满足新的状况，这种影响要比同等份量的因素市场的缓慢影响要强的多[4](P47)。

发明所处的社会环境涉及多种因素，比如人口数量的变化，社会文化的改变，自然环境的骤变等。发明和社会环境的变化有着密切的联动关系，是人类在特定条件下调试和自然环境相适应的努力的结果。

一、人口数量的增加刺激发明

许多发明对人口的数量和分布具有重要的影响。火的使用减少了人口死亡率，因为火可以驱逐猛兽并且在寒冷的地区帮助人类取暖。许多后来的发明同样增强了人类的健康和提高了生活水平，降低了死亡率并且影响了人口的集中或分散。尤其近几个世纪以来，如果没有成功的技术变迁，人口的翻倍增长几乎是不可能的。通常我们都认可成功的技术变迁对人口数量有重要的影响，但是发明和人口的相互关系的另一个方面即人口数量的增长对发明的影响引起的关注较少。人口增长引起以下几个方面的需要并促进相应发明的产生。

第一，提供基本生活物质的技术，包括农业、能源的开采、建筑等生产技术。尽管不可能在每一个发明案例中详细的指出发明环境如何导致了重要发明的产生，但是毫无疑问的是发明是人类生存需要而产生的结果。地球上天然生产的物品不足以维持人类生存时，饥饿刺激人们天赋，让他们变成猎人或者渔夫，在漫无边际的平原上进行投掷捕猎，在水边进行打渔。当人口不断增长的时候，有限的资源不能满足人们的生存，同样的需要导致更进一步的改进。首先是对原始物种进行种植，之后对这些物质进行人为加工，最后进行精炼培植，同时伴随出现的是这个过程中对应需要的机械发明。这个过程在当前的作用和原始时期大致相同，我们种族的自然进步也是沿着大致相同的方向。因此，早期人口的增加促进了农业的发展，当前人口的增长则刺激了很多发明人的头脑，这可以说是发明的直接原因，是人类为了活着、为了更好的生活状况而产生的自然的需要[5]。

人类发展历史中绝大部分的技术发展都是为了满足人们生存的需要，只有极少的一部分和近一个世纪以来的部分发达地区的某些技术发明的出现是为了满足人们奢侈的需要。人们的生存和生活需要解决温饱的衣物和食物，需要挡风遮雨的房屋，需要输送人和物品的交通，需要为了得到这些物质和技术所必需的生产技术。这些技术发展的同时还相应衍生很多附加的技术，比如盛食物的器具，保存食物的冰箱等。所有的发展都需要能源，于是相对应于能源的开采和转化应用的技术就成为必需的。英国在维多利亚时代需要更多的能源，煤炭成为主要的能源，但是煤矿开采遇到地下水层，如果没有抽水设备就无法进行更进一步的煤炭开采，在这种情况下，蒸汽机的发明就成为不可避免的了。

第二，随着人口增加，人群聚集居住的地区扩大，需要相应的远距离的交通和通信技术。人口增加扩大了居住的范围，城市不断向外扩展。同时随着交通技术的发展，人们不再依靠两条腿来解决交通问题，所以人们的活动范围日益扩大，这种扩大随之带来了远距离通讯技术的需要。虽然人类面对面的交流主要靠语言，但是远距离的通讯暴露出语言交流的不足。人类一开始的时候并没有语言，人们依靠逐步发明的符号来进行思想和情感的表达，远距离通讯技术就是探索如何将能够代表人们思想的符号传递出去。随着快节奏的生活和生产模式的出现，人们要求精准的即时通讯，所以通讯技术的发明一直是技术发展史上一个重要的主题。大众最广泛需要的是常规的远距离通讯，于是信件、驿站、邮票、邮局等传统的通讯手段成为主要方式。19世纪以来，人们需要更远更快的信息传输，所以电报电话技术成为许多大公司企业研发中心竞相追逐的发明，这种局面一直持续到当前。

第三，人口平均寿命的提高需要先进的增进健康的技术。增进健康是社会发展到一定程度后人类产生的更高一级的需要。当前，改善健康是一个重要的社会目标，数以百万计的人明显的得益于当前的健康条件的改进[6]。增进公共健康始于19世纪中期的欧洲、美国和其他一些地区。最初的进步是通过经验观察什么方式有效，到1900年，热带医学开始产生重要影响。但是直到20世纪40年代，几乎所有的改进只在几个有限的富裕的地区，比如南欧和东欧国家。重大的改进公众健康的进步出现在20世纪40年代以后，这里面主要有以下四个方面的原因一是，全球范围内医药发明的浪潮，主要以青霉素这一抗生素的发明为开端。二是，DDT (Dichloro-diphenyl-trichloroethylene，二氯二苯三氯乙烷)的发明，有效抵抗疟疾的侵害。三是，世界卫生组织(World Health Organization ，WHO)的建立，极大的促进了医疗和公共卫生技术扩展到较为贫穷的国家。四是，国际价值的改变[7]。在阿西莫格鲁(Daron Acemoglu)和约翰逊(Simon Johnson)总结的这四个要素中，前两个方面都涉及到新医药的发明。

发明还具有“链式反应”的效应。一个革命性发明的出现会引起其他发明人转向这个新的领域，引起本领域更多的发明。弗莱明(Fleming)在20世纪30年代分离出青霉素，青霉素的发明引发了一波发现其他抗生素的浪潮，包括链霉素、氯霉素、金霉素和土霉素。药品的发明和应用必然刺激相应的药品生产、保存、使用等衍生的发明。

人口的增加对于发明的刺激除了以上几个方面以外，还涉及到人们的娱乐、消费、休闲等提高生活质量的需要，这些需要刺激发明人无限的探索欲望，由此引起了过度的技术依赖和资源消耗。这种依赖进一步激发了发明和创新，这种不断的循环究竟是好事还是坏事，其结果很难预知。

二、技术本身的发展与扩散

在人类发明的早期阶段即设想和概念的产生阶段，需要一些用户输入信息以确定市场的需要在哪里，抽取出需要的本质并建立起满足需要的概念。但是，企业或者投资者对用户的需要的感知是比较微弱的，因为通常来说，很多潜在的用户对一个产品在发明阶段的影响轻若发丝，对激进发明则更甚于此[8]。莱特兄弟飞机试飞的成功，并没有刺激人们的需要，就连最有远见的用户也没有看到他们有可能需要这样一种空中交通服务来进行邮政或者载客业务。但是飞机在两次世界大战期间出现了两次重大飞跃，这是社会环境的变化对飞机这一新发明的激励。

吉尔菲兰(S. C. Gifiilan)一直关注发明的原因，他发现当发明者面对的环境改变时，发明通常也会适应外界做出改变。外界因素包括技术的和非技术的因素，发明者及其伙伴会不断累积新技术、新发明，这些技术和发明会成为未来发明的“已有技术”。所有这些部分都分别还有各自变化的要素，其中每一个要素发生改变都会激发整个系统的改变[4](P6)。尽管这些改变有时很微弱，但对于发明而言，这些改变就像机枪的扳机，扣动扳机即可触发发明的产生。有时候，环境的改变还可以引起更多人的关注，从而激发人们对于发明的调适[4](P7)。

(一)新材料的出现

任何有形发明都基于一定的原材料。当人们发现和发明新的原材料之后，和原材料相关的新技术就会被激发，从而引发行业性的发明集中出现。原材料分为原料和材料，原料主要是指取自于自然界的产品，比如木材、煤炭、石油等，对于原料的开采所需的技术是人类发展史上不间断的探索内容。材料则是人们加工过后的产品，材料的替换会引发产品的新特性。当材料发生变化时，新的发明随之出现，而且越是靠近当前，材料的发明和替换旧材料而产生发明的两个活动之间的时间间隔呈现越来越短的态势。

新材料的出现首先引起人们对其新的性能的关注，这些性能不仅可以弥补天然原料带来的不足，而且可以给人们带来新的感受，以此促进具有新特性的发明的出现。比杰克(Wiebe E. Bijker)回溯了酚醛塑料的发明带来的后续发明[9]。人类长期从自然界获取树脂、琥珀、虫胶等天然塑料，但是这些物品一直因为稀少而被看成奢侈的东西。19世纪中期，硫化橡胶的发明创造了新的市场。硫化橡胶的柔软和绝缘性能满足很多场合的需要，因此包裹橡胶的电缆线出现了，涂有硬质橡胶涂层的手术器械和人造牙齿等都改进了原有产品的性能。但是橡胶原料的短缺迫使人们寻找新的人造替代品。在社会多种力量的影响下，酚醛塑料被发明出来，汽车和无线电行业技术首先从酚醛塑料中获益。之后，酚醛塑料产品的发明成为潮流，它成本低、轻便、便于携带、隔离空气、产品外形优雅等诸多优点吸引着广大发明人和消费者，这种吸引力一直到今天都依然存在。

(二)新的功能部件的发明

一般来讲，发明的最初结构都是比较粗糙的，在发明被构建之初，其结构可能只是由几个简单的零部件拼凑而成，但是它尚且能够发挥基本的效应。而后，发明人和使用者都会不断的雕琢这个新结构，通过更换材料，更换部件，让这项发明日趋完善。

每一项发明都是由不同的功能部件组合而成的，随着功能部件适用范围的扩大和使用频率的提高，这些功能部件逐渐被固化、集成化、模块化和独立化，它们独立生产加工，然后被组装到一个技术系统中。每一个部件都是通过工艺优化分别加工。但是一旦技术系统中某些部件遇到了限制，那么这个系统就很难继续向前发展。例如，笔记本电脑相比较台式电脑的优点就是便于携带，不连接电源线也可以便利的工作一段时间，于是笔记本所携带的电池成为笔记本中的一个重要部件。早期的笔记本采用的是镍电池，但是镍电池的缺点是占用空间大、质量大。所以，当人们研究出体积更小、质量更轻的锂电池的时候，笔记本的电池部件进行了替换。更进一步，锂电池又分为锂离子电芯和锂离子聚合物电池，锂离子电芯电池是由数个圆柱体的锂离子电芯排放组合而成，其电解液为液态；锂离子聚合物电池采用固态电解液，在与锂离子电芯相同的电容量的情况下，锂离子聚合物电池的体积更小、质量更轻。当发明人采用锂离子聚合物电池的时候，笔记本电脑则可以做的更薄、更轻了。同样的情况是，类似的电池同样影响了移动电话和电动自行车等技术的发展。

如上所述，发明人通过更换技术落后的功能部件来促进技术的发展，这在阿瑟(W. Brian Arthur)那里被称为“内部替换”，发明人采取两种方式实现发明的内部替换采取更好的设计或更深思熟虑的解决方案，或者天才的盗用竞争对手的思路等；另一种方法是，用不同的材料，比如强度更大或熔点更高的材料进行替代[10]。当然，对某项技术的改进不会因此而停滞，当其中的某个功能部件被性能更优的部件替代的时候，整个发明系统中可能会出现技术的“反向凸角”刺激发明者改进整个技术系统中的其它一个部分或一些部分，最终导致整个技术系统向前发展。

(三)技术扩散到新的文化背景中

发明只是技术发展的第一个步骤，发明完成之后，开始进入创新和扩散阶段。技术扩散的范围通常是由近及远。技术扩散主要有三种途径第一种是进行货物贸易；第二种是外商直接投资，在另外一个国家生产；第三种是技术扩散，最为直接的方法就是技术授权，授权给另外一个地区或国家的某个企业进行生产[11]。文化具有多样性的特征，技术在扩散的过程中有时候会遭遇文化差异的问题。技术扩散和文化多样性之间的作用是双向的一方面，技术扩散会影响当地的文化。技术在传播过程中，将一个地区的文化带到另外一个地区，当前世界范围内文化的多样性和文化的传播，在一定程度上都有技术传播的作用。另一方面，也是学者较少关注的，就是新的文化促进传播来的技术进行改进，以适应新文化环境中人们的喜好。

文化多样性对外来技术的影响多是缓慢的，因为技术在被人们接纳的过程中不断的反馈信息，这些信息激发了发明人对产品的重新思考，而后才能进入发明的过程。文化多样性大多情况下会促进改进型发明的产生，发明人结合新的文化需要改进已有的产品，或者将新的文化元素融入到产品中去。

三、自然灾难对发明的刺激

发明是为了调适人与自然之间的矛盾，人们经过创造性劳动而非常规技术性活动，从而产生出新思路、新方法、新技术和新设备的活动过程。很多学者界定技术和发明的时候都会强调发明和技术主要解决人类在自然界面前的问题，例如社会学家伯纳德(L. L. Benard)把发明分为三类物质发明(physical invention)、社会发明和方法发明，其中他认为物质发明是人与自然环境的直接调适媒介，有时也间接地调整有机体和社会与精神环境之间的关系，而方法发明则帮助人类解释和控制人类和物质环境、社会环境之间的关系[12]。技术发展的历史也证实了这一点，就是发明与自然环境之间一直保持紧密的关系。

自然环境变化有时缓慢，有时剧烈，自然灾难就是自然环境急剧变化的表现。自然灾难是自然环境对社会经济系统产生的快速、瞬间或者具有深刻影响的事件[13]。随着全球气候的变化，地球遭受的威胁日益明显。许多气候学家警告，全球变暖可能会增加极端天气时间的频率和强度，自然灾难的发生会持续增强，如干旱、热浪、洪水和热带气旋等。为了应对自然灾难，人们努力进行降低自然灾难影响的技术发明，以此来调整自然和人类系统对实际的或预期的气候刺激及其影响，从而减轻危害并开发利用有益的机会。对应于“减少风险的创新”一词[14]，这样的发明我们可以称之为“减少风险的发明”，也就是指发明一种新的、更有效的技术以帮助人们更好地应对自然灾难和建设抵御未来冲击的能力。减少风险的发明可以是基础型的发明，给人们提供前所未有的新的预防和应对自然灾难的能力。减少风险的发明也可以是改进型的，采用新的材料或者新的设计改进已有技术，以便帮助人们更有效的与多种自然灾难做斗争。本文选取中国近20年大地震对减少地震风险的发明的刺激作为研究案例，以此来说明剧烈的自然环境的变化对发明产生的催生作用。

(一)数据选择

地震是自然灾难中的一种，根据其破坏程度和震级分为不同的类型，本文地震样本选取7级及以上的到8级的大地震和8级及以上的巨大地震。大地震和巨大地震破坏力较大，给人们生活和生产造成重要影响，能够引起明显的发明动力。因为此处要考察的是地震的发生对发明的激发，发明人进行发明活动的时间过程我们无法统计，但是发明完成之后最快速的公开时间是专利申请的时间，这也是自然灾难和发明之间最短的时间段，因此发明样本选取在专利文献的“摘要”中包含“地震”一词的发明和实用新型专利，考察中国地区大地震、巨大地震和所申请的减少地震风险的发明之间的关系。

(二)数据分析

第一，关于专利申请数量。根据图1所示，在1995到2007年间，中国减少地震风险的专利申请数量总体来说较小，除了1996年出现一次246%的增幅，其余总体呈现缓慢增长的趋势，直到2007年，当年专利申请量只有293件。2008年出现了第一次较大的飞跃，当年专利申请量攀升到936件，年度增幅269%。在经过2009年的小幅度的下降之后，出现了2010年到2013年的连续增长，这四年专利申请量分别是1 042件、1 336件、1 441件和1 884件，虽然2014年出现略微下降，但是依然达到了1 853件。

根据中国地震信息网官方的数据库[15]，从1995年到2014年这20年中间，中国共发生7及以上大地震20次，除去部分分布于台湾及近海，高海拔的无人区，西藏、新疆，中国与别国的交界等偏远位置，损失较小的地震之外，还有几次造成重大人员伤亡和巨大直接经济损失的地震分别为1996年2月3日发生于云南丽江的7.0级地震，2008年5月12日汶川发生的8级巨大地震， 2010年4月14日青海玉树发生的7.1级地震，2013年4月20日，四川庐山发生的7.0级地震， 2014年2月12日，新疆于田发生的7.3级地震等。

数据来源根据中国国家知识产权局专利数据库检索整理图1 所申请的减少地震风险的发明与实用新型专利(1995-2014)

我们可以用所得到的减少地震风险的专利申请的数量来对照近20年我国发生破坏力巨大的七级以上大地震进行分析。这里显示出一系列明显的对应关系一是，1996年2月云南丽江发生大地震，当年出现了一次较大的专利增幅，虽然专利申请的数量不大，但是相比较没有大地震的前一年，大地震的当年关于减少地震风险的发明出现了急剧增加的状态。二是，2008年汶川8级巨大地震，是近20年来破坏力最大、死亡人数最多、直接经济损失最大的一次，很显然，2008年发明人受到强烈的发明的刺激，所以这一年专利申请量骤然增加，不管是专利增加的总量还是当年的增幅都是历年中最高的。之后2010年、2013年连续两次大地震，促使减少地震风险的发明持续攀升。三是，虽然2014年在新疆于田发生了大地震，但是震中位于高海拔地区，人员稀少，没有发生人员伤亡，所以对发明的激励作用没有之前几次大地震那么直接。这或许可以解释为什么2014年专利申请量略有下降。

第二，关于专利所属类型。如图1所示，在2004年之前，实用新型专利多于发明专利，2004年以后发明专利始终多于当年的实用新型专利，并且随着时间的推移，发明专利与实用新型专利数量之间的差距越来越大，到2013年，发明专利比实用新型专利多出462件，是实用新型专利的1.65倍。

第三，关于发明的所属技术领域。如图2所示，根据发明的技术领域分布，按照专利小类统计，减少风险的发明主要集中在以下几个领域用于地震或声学、生命信息的探测技术和设备占26.61%；发生地震时可以有效抗震或者躲避的建筑物和室内设施占28.92%；地震发生时的震动感应与报警装置占5.92%；地震发生之后对于遭受到伤害的人员的救生、救助和临时安置的设施占12.13%；地震灾难相关躲避救生等技术的教育演示装置和设备占1.15%；其他与地震相关的发明占25.27%。

(三)总结与分析

通过对我国大地震的发生年代和当年人们申请的减少地震风险的发明数量分析，可以看到灾难冲击对本领域发明的影响。具体体现在以下几个方面。

第一，地震因其风险强度不同而对减少风险的发明的影响强度有不同，其风险强度主要根据死亡人数和经济损失来判断。发生在偏远地区和海上的地震就算震级很高，由于发生在无人居住的地区，导致的人员损伤很小，这可能不会显著地影响人们的风险意识，激发起对减少风险的发明的欲望。那些造成严重破坏后果的，比如人员伤亡数量大，造成的经济损失巨大的地震，会对减少风险的发明产生明显的需要。

第二，从以上发明的功能可以看出，减少风险的发明根据灾难的特征而具有针对性。大地震的发生不像干旱灾难有一个渐进的过程，灾难发生通常在极短的时间内，所以发明主要集中于两大领域地震发生时的躲避与保护技术、震后的救援和生命探测，这三个类别的发明高达67.66%的份额。对于地震感应与报警装置的发明则只有5.92%，这也体现了地震这一类灾难的特性，相比较感应与报警，可能人们面临的震后的搜救局面更严重，技术需要也更为迫切。还有一点，就是人们开始逐渐重视对于地震发生时逃生、自救等知识的学习和传播，所以有1.15%的发明用于教学演示。相比较地震多发地区的日本，中国在地震知识教育方面还有很大欠缺，这是亟待发展的一个方面。

第三，人们越来越期望通过激进发明减轻地震风险。从发明的实际难度来讲，发明专利在技术含量、技术难度和专利权获得的难度方面，发明都远远高于实用新型。从我国减少风险的发明的专利所属类型可以看出，越靠近当前，发明专利越多于实用新型专利。可见，人们更期望通过一些激进发明来减少地震灾难给人们带来的损害。

四、小结

环境因素的变化对发明的影响就像技术的社会建构理论所阐述的观点一样发明的产生是来自于社会多种力量的推动，这些力量的变化会不断影响发明的产生以及变化方向。因此，对于发明人来说，密切关注环境的变化，发现并不断累积变化因素，捕捉发明机会，有利于做出前瞻性、引领社会潮流的发明。对于投资者而言，了解发明与环境因素变化之间的关系，有助于预测发明的未来动向，准确把握投资领域，甚至推动市场创新。哲学社会科学研究者掌握环境因素变化带来的技术变迁的轨迹，有助于他们思考新发明产生的社会影响，这部分研究者的努力，有可能帮助技术人员规避发明风险，创造更加美丽和谐的社会。