近代人类社会发展史是一部持续的科技革命史。在科学技术加速涌现、国际竞争日益加剧的今天，科技创新不仅是第一生产力，更是国家战略性力量。然而，这也是难度最大的人类活动。如何构建研究创新生态，如何领导卓越研究机构，如何培育杰出研究人才，如何激发科技创新潜力，美国在过去几十年里无疑是世界的标杆。
本书是美国哈佛大学著名教授文卡特希·那拉亚那穆提院士和美国桑迪亚国家实验室杰出科学家杰夫里·颐年·曹的力作。两位作者基于他们几十年的丰富科研实践和研究机构管理经历，以及在这个过程中产生的深刻体会和研究思考，撰写了这本书。本书通过对历史上大量具有代表性的科学和技术进步实例的分析，从多学科视角（科技史、科技哲学、科研政策与管理、进化生物学、复杂性科学、物理科学、经济科学等）对研究与创新的内在机理进行了深入科学的阐述。
二战后，美国一份知名报告《科学：无尽的前沿》奠定了美国国家科技发展体系，但也导致一些错误观念广泛流传。本书纠正了这些错误观念，深入分析了科技革命的本源以及研究的本质，全面揭示了科学与技术相互促进、协同进化的共生本质，以范式为介导催生知识的巩固和颠覆的知识进化模式，以及知识进化的六种机制。对这些本质与特性的深入理解，可以帮助我们更好地实现卓越的研究和创新。基于此，本书提出了面向未来高效研究与创新的整体思路，围绕研究机构、生态、文化、组织、机制、资金、资源、人才、领域等方面提出了适用于各种类型研究机构的三大指导原则。
认识“技术 - 科学”的本质，打造高水平研究
一、认识“技术 - 科学”知识的横向结构特征
在反思研究本质的第一部分，作者指出科学和技术是两类同等 重要但性质不同的人类知识库， 而两者互动非常紧密， 以至于完全可以模糊其界限并将两者视为一个整体“技术 - 科学”。两者协同进化产生新科学和新技术的各种机制被称为“技术 - 科学方法”，作者为此介绍了一个新的统一框架，由“科学方法”和与之相类比的“工程方法”组成。新科学由包含“事实 - 发现”“解释 - 发现” 以及“概括泛化”三种机制的“科学方法”创造， 而新技术则由包含“功能 - 发现”“形式 - 发现”以及“适应扩展”三种机制的“工程方法”创造。
科学和技术在强大的反馈循环中紧密而复杂地交织在一起： 一方面它们通过“形式 - 发现”及“功能 - 发现”机制部分地相互 促进， 另一方面它们通过实验和建模这两种方式更加全面地相互促进。作者进一步使用晶体管和微波激射器 / 激光器这两个 20 世纪 标志性“技术 - 科学”进步案例， 为读者详细分析展示了在重要 “技术 - 科学”进步出现的前夜，产生新科学和新技术的各种机制之间所发生的密集往复反馈循环。由此可见，科学与技术的进步是共生而相互循环的——科学与 技术不分主次先后。当“技 -科学方法”中的某些机制被忽视时，反馈循环就可能未得到最佳的培育。
二、认识“技术 - 科学”知识的纵向结构特征
“技术 - 科学知识集合”中的核心元素是相互嵌套的，事实及 其解释、功能及其实现形式都可以看作被组织成松散的模块化层级 网络中的“问 - 答对”，任何问题与答案都在层级结构中指向上一个层级的问题，也同时指向下一个层级的答案。这些问题和答案深度互动、协同进化，创建出新的问题和答案。发现新问题与新答案的难度取决于距离已有问题与答案的远近 程度，距离越远，连接越难建立，带来意外的可能性也越大。最近 的是位于“现有可能性”的范围内，正在探索的问题和答案在此时 此地已经存在于现有体系中；稍远些的是位于“临近可能性”范围 内，通过对现有问题和答案的重新组合可以成为可能；更远的位于 “下一个临近可能性”范围内，需要先去发现更多的东西， 需要更 多的知识重组。探索“下一个临近可能性”尽管在历史上催生了许 多最伟大的“技术 - 科学”革命，但这需要超前的思维，是最困难与冒险的，也容易被人们忽视。
“问题 - 发现”与“答案 - 发现”二者错综复杂、循环往复地相互推动、发展进化，它们之间也不分主次先后。作者使用狭义相对论和 iPhone 两个物理学和工程学的重要发现/发明案例，展示了在“现有可能性”“临近可能性”和“下一个临近可能性”中“问题 - 发现”与“答案 - 发现”之间的相互作用。
三、认识“技术 - 科学”知识随时间进化的方式
在这一部分， 作者进而指出贯穿前两个特征的第三个特征事 实，即无论是从“技术 - 科学方法”的角度还是从“问题 - 发现” 与“答案 - 发现”的角度来看， “技术 - 科学”知识进化的节奏并不是恒定不变的， 而是以“间断平衡”进化模式发展。范式是“间断平衡”进化的中介，它是促成“技术 - 科学”知识进化的科学、技术、文化知识的整体组合，是有关如何使用知识的元知识。巩固带来范式的延申，伴随着对现有“问 - 答”对进行连续且可预测的改进和对传统智慧的加强， 带来“间断平衡”进化模式中平缓连续的平衡周期。意外则会带来范式的创建， 伴随着始料不及的新问-答对的产生和与传统智慧的不相容， 带来“间断平衡”进化模式中的突变性间断。意外和巩固发生在一个反馈循环中，它们相互孵化。作者使用人工照明技术三百年来的发展历程呈现了意外和巩固是如何循环发生的。
很重要的一点是，科学和工程方法以及问题与答案发现的任何一种机制都无法独占范式的创建或延申。意外和巩固发生于科学和工程方法的各种机制中，也能与“问 -发现”和“答案 - 发现”的各种机制相结合。
四、研究的重要性、脆弱性与培育
对于从事研究的组织来说，研究的特征决定了它的脆弱性。 一 是相对于开发来说，研究的重要特征是以意外为终极目标， 而意外 则意味着知识进步是无法预测的，知识进步对下游领域的后续影响 也是无法预测的。当短期私有利益排挤长期公有利益时， 当追求创 造条件实现最大意外的研究文化与追求创造条件尽可能减少意外的 开发文化发生冲突时，开发文化总会获胜， 而研究活动很容易被忽 略或侵蚀。二是即便组织有意愿培育研究， 一些广为流传的观点和 做法仍有可能导致或加剧研究的片面化，过于强调科学和工程方法 以及问题与答案发现中的某些机制而忽略另外一些，从而对研究工作造成限制。相应地，作者基于对研究本质的反思， 围绕管理、文化和人才 提出了旨在普遍地应用于各种类型研究机构的三大指导原则。 一是 机构的目标、结构、资源、领导力应与研究工作协调一致，例如研 究机构的使命必须有“超越自我”的公共利益成分， 当研究与开发 共存时应保障它们隔离但不孤立， 对研究分配资源应该针对人而不是项目，应精心策划保障研究活动所需的临界质量等。二是拥抱“技术 - 科学”整体探索的文化，重视“技术 - 科学”知识探索的 所有机制，特别是应超越范内瓦·布什（ Vannevar Bush） 的“线性模型”，避免简单地将研究等同于科学，将开发等同于技术；应超越常用于研究提案的“海尔迈耶要理之问”，意识到问题-发现机制的脆弱性；应超越主要反映传统智慧的同行评议，包容和鼓励知 情反叛；应超越斯托克斯推广“巴斯德象限”分类法，避免根据好奇心启发和实际应用启发的分类来衡量研究的影响力。三是以关爱和责任培育人才。认识到人是研究活动中“跳动着的心脏”，应在保障高标准的同时，对人才给予足够的关爱。
正如作者所指出的，研究的重要性在于它是整个研发活动的前沿，是能够改变我们思考和行为方式的“技术-科学”革命的本源。研究需要被精心地培育，而不仅仅被管理。当我们处于今天科技瞬息万变的时代、面向着未来可能再次重塑人类社会的科技革命 时，我们需要更好地理解和把握研究的本质，需要相契合地去为高水平的研究创造条件。《科技革命的本源：如何培育卓越研究与创新》这本书为我们提供了具有重要参考价值的视角和实现路径。
薛其坤
中国科学院院士
南方科技大学校长
北京量子信息科学研究院院长
清华大学教授
推荐序 / 001
译者序 / 009
中文版前言 / 017
引 言 / 001
第一章 “技术 - 科学方法”：科学、技术及其协同进化
第一节 “技术 - 科学”知识库集合：S 与 T / 028
一、科学：事实及其解释 / 031
二、技术：功能及实现功能的形式 / 034
三、文化： 与 的选择压力 / 038
第二节 “技术 - 科学”知识的增长： 与 / 042
一、工程方法的三种机制 / 046
二、科学方法的三种机制 / 055
第三节 与的循环：晶体管和微波激射器 / 激光器 / 077
一、晶体管 / 079
二、微波激射器和激光器 / 088
第四节 本章回顾 / 100
第二章错综复杂的“问题 - 答案”发现之舞
第一节 问题与答案的网络：Q 和 A / 107
一、网络是层级结构的：问题和答案的嵌套 / 108
二、网络是模块化的：促进利用和探索 / 111
三、知识网络是互联的:一个自我强化的“无缝网络”/119
四、层级结构上下的相似性:“多者异也” /123
五、层级结构上下的差异性/128
第二节 发现新的问题和答案： 和 / 130
一、现有可能性 / 131
二、邻近可能性 / 134
三、下一个邻近可能性 / 143
第三节 和 的循环：狭义相对论和 iPhone / 152
一、狭义相对论 / 155
二、iPhone 手机 / 161
第四节 本章回顾 / 171
第三章 知识进化的间断平衡：意外与巩固
第一节 范式作为意外和巩固的介导 / 180
一、范式作为样板 / 184
二、范式作为脚手架 / 187
三、意外与巩固作为对相信或怀疑的否定与
证实 / 190
四、贯穿“技术 - 科学方法”的意外和巩固 / 196
五、意外和巩固作为探索与利用 / 199
第二节 意外与巩固的相互孵化 / 202
一、意外孵化巩固 / 203
二、巩固孵化意外 / 207
第三节 意外与巩固的循环：人工照明技术 / 213
一、油灯照明 / 216
二、燃气照明 / 220
三、电力照明 / 223
四、固态照明 / 226
第四节 本章回顾 / 230
第四章 如何培育卓越研究
第一节 将组织、资金和治理与研究协调一致 / 239
一、投资研究是为了实现元目标，而非仅仅是
实现一般目标 / 240
二、研究与开发：隔离但不孤立 / 249
三、将整块资金分配给研究人员，而不是给
项目 / 254
四、领导力 / 259
第二节 拥抱“技术 - 科学”整体探索的文化 / 267
一、 既引领 ，也跟随 ：超越布什 / 268
二、启发类型不是影响力的有效指标：
扩展巴斯德象限 / 274
三、拥抱“答案 - 发现”和“问题 - 发现”：
超越海尔迈耶 / 283
四、科学方法不仅仅是假设验证：超越波普尔 / 285
五、拥抱知情反叛：超越同行评议 / 290
第三节 以关爱与责任培育人才 / 296
一、招募、聘用和指导 / 297
二、对研究负责 / 306
第四节 本章回顾
