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“研究与发展”事业在美国成为举国一致关心的焦点，那是在它已经成为一种全国性体制之后很久的事情。二十世纪中叶，人们开始担忧美国教育制度是否有效，担忧美国是否有能力把科学知识的疆界向前推进。人们担心中小学和大学的教育质量，有时甚至担心政府的研究工作，但以整个国家来说，美国似乎还没有理解到工业研究实验室日益增长的决定性作用。在三十年代的经济大萧条使人们了解到科学进步、就业与繁荣之间休戚相关的联系之前，根本没有关于这方面的统计数字。到了一九五六年，全国用于自然科学研究与发展的全年开支总额接近八十五亿美元，比同年全国用于全部高等院校的开支总额高一倍多。到了六十年代， 代表研究与发展的缩略语“R＆D”已编入辞典，成为一个正式的美国创用词。尽管全国高等教育经费剧增（一九六○年约为七十亿美元，一九六五年增长到约为一百三十亿美元，一九七○年又增长到二百三十亿美元），每年用于研究与发展的经费仍稳定地一路领先，到一九七○年达到二百七十亿美元。用于这一目的的联邦资金所占比例一直在增加，但至少在二十世纪中叶以前，私人企业在这方面的支出足足占总数的一半。
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工业研究实验室并非美国人的发明。自古以来，哲学家和幻想家就设想有一个科学界人士相互合作的理想社会。十七世纪初，弗朗西斯·培根在《新大西岛》一书中描绘了一个“所罗门之家”，贤人们在那里积累知识，探索其用途。实际生活中的学者团体，如一六三五年成立的法兰西科学院和一六六二年成立的伦敦英国皇家学会，最初都是文学方面的和荣誉性质的，它们从未产生过培根所希望的那种积极的科学协作。现代首个大规模的工业研究出现于德国。十九世纪结束之前，德国的化学和光学公司已经充分显示出把科学应用于工业能够创造出多少利润。德国也有很多美国所拥有的那些看来不利、其实有利的条件。由于工业发展比英国迟，德国没有把科学和技术分开的僵化传统。况且德国新兴的合成染料工业在很大程度上有赖于实验室中的发现，尤以合成靛蓝等产品为然。由卡尔·蔡斯领导的德国新兴光学工业，也成功地控制了这个领域里的世界市场，从而阻碍了其它国家工业研究的发展。一九一一年成立的威廉大帝研究所最初在政府和工业界的合办下非常昌盛，但后来被纳粹所摧毁。
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现代工业研究实验室最终在美国找到了可以得到空前发展的土壤。在这里，它还将成为二十世纪特有的一种现象，无论在规模和宗旨上都与美国以前的努力大相径庭。
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我们在前文已经提到过，个别科学冒险家怎样为各自不同的目的建立起实验室。开采石油的先驱曾雇用小本杰明·西利曼来分析他们的油样。曾向塞缨尔·莫尔斯介绍电报原理的查尔斯·杰克逊于一八三六年在波士顿开办了一所化学实验室，他在那里试验火棉和高粱糖浆，并建议把乙醚用于外科手术。大约在同一时期，费城的化学家詹姆斯·布思成立了一所化学实验室，对糖、蜜糖和铁进行研究，并对有进取心的青年进行指导。
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十九世纪期间，足智多谋的发明家们孤身奋战，不怕牺牲，甘冒受公众嘲弄的危险。埃利·惠特尼、奥利弗·埃文斯、伊莱亚斯·豪、盖尔·博登、塞缨尔·莫尔斯、亚历山大·格雷厄姆·贝尔、乔治·伊斯曼、约翰·韦斯利·海厄特和其他许许多多的人，为把一些发明创造变为可销售的商品，贡献了毕生的精力，也给他们的家庭带来了灾难。他们是发明家式的企业家。他们先有发明一台缝纫机的设想，然后用自己的双手将它造出来，并向人们表演它的操作方法，说明如何制造，并最后说服别人去制造它，除非他们决定自己来做这件事。然而也有一些企业家式的发明家。这些人对新事物极其敏感，而且愿意拿自己的精力和资本去冒险。这群人包括弗雷德里克·图德、埃德温·德雷克、艾萨克·梅里特·辛格、古斯塔夫斯·富兰克林·斯威夫特和约翰·亨利.帕特森。他们每个人身上都具有发明家的某种气质，但他们主要是组织者和促进音。所有这些人的特点都是锲而不舍，用美国学生的话来说就是“坚持性”。他们不顾疾病、贫穷或公众的嘲弄，追求一个固定的目标。象勘探者一样，他们知道自己在找什么，只是不能肯定在哪里找到它。但是组织工业研究实验室是为了以一种新的精神进行探索。新的体制和新的人员将出现，他们对自己的目的、时间、费用和“需求”将采取一种新的态度。他们常说“可行性”和“实验工厂”之类的新惯用语。在这些实验室中进行研究的人是属于新一代的人物。很难说他们是众所周知的英雄，因为他们研究的往往是大多数普通美国人一无所知的边缘科学。他们不再是业余发明家，也不是完全凭经验工作的人。他们不再是踡缩在阁楼里进行研究的工匠，而是受过高等教育，在全国最高学术机构里用深奥的语言夸夸其谈的科学家兼政治家。他们不再着眼于寻求某一特定事物。而是既探索又发明。早期在美国各地寻找新边疆的人的那种集体感，那些模糊的希望和创业者的乐观精神，今天又都在神秘的科学荒原中重新出现了。
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查尔斯·埃利奥特在为华盛顿联邦车站的题词中这样写道：“电——光和力的运送者，消除了时间和空间的阻碍，把人们的声音带过山川海洋；成为人类最重要的仆人，而本身却是那样的神秘莫测。”探索这一未知世界，发现它的价值，是通用电气公司于一九○○年成立的美国第一个工业研究实验室自定的使命。
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这一新机构的倡导人和创始人是威利斯·惠特尼。此人是纽约州最西部的詹姆斯敦城一个椅子制造商的儿子，家里曾希望他学一门手艺。但是在上高中期间，他在当地一位喜爱科学的商人开办的夜校受到了启发。他在那里第一次使用显微镜。后来，他说服父母也给他买了一架。惠特尼升入马萨诸塞理工学院（该院是政府拨地创办的）学习化学，一八九○年毕业后到德国莱比锡大学深造两年，获博士学位，此后又到巴黎大学学习六个月。他回到马萨诸塞理工学院教授化学，探索电学与化学之间的分界，提出了侵蚀的电化理论。通用电气公司决定设立一个研究实验室，就来求助于三十二岁的惠特尼。他们后来回忆，他的第一个反应是：“我宁愿教书，就是让我当总统，我也不愿意！”
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惠特尼不愿离开大学去通用电气公司是可以理解的。因为直到那时，除了几个象史密森学会这样由政府主办的研究单位外，美国的科学研究和教学都集中在高等院校。由爱迪生的公司发展而成的通用电气公司需要惠特尼这样的人才，因为爱迪生本人已成为一个企业家。公司的顾问工程师是才华超群的德国移民查尔斯·斯但梅茨，他已在交流电的理论方面取得进展，但只是单枪匹马，而且他的气质也不适于做组织工作。爱迪生最初的电灯专利己在一八九四年到期，他以前获得的其它专利如非已过期，就是因为后来的发展而失去价值。通用电气公司此时仍控制着美国白炽灯的大部分市场，但是煤气灯和弧光灯仍然在与电灯竞争。德国的公司已经研制出由锇、钽和其它新材料制成的灯丝，其优越性远远超过最初的碳丝。通用电气公司也需要新的思想、新的材料和新的产品。正如惠特尼所回忆的：
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一九○○这个年头很有利。……一八九三至一八九六年的混乱与萧条改变了人们的固有看法。最初的偏见已基本消除。我们已经知道，电有各种不同的应用，不论是交流电还是直流电，例如用于弧光灯、白炽灯和电车的电。我们正忙于把所有这些结合起来。一般人似乎认为，不会再出现什么大的新发展了。人们认为铜是最好的导体；铁是可保持最强磁性的材料；碳是用作弧光灯和电灯丝的电极以及换向器电刷的最好材料。就我们认识之所及，这些材料对各自的用途来说似乎永远是最好的材料。至少这是大多数工程师的意见，但也有少数人持不同看法……。
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惠特尼刚到通用电气公司设在斯克内克塔迪的工厂时，是在斯坦梅茨房子后面的谷仓里工作。后来，他设立了实验室，有了一幢新房子，并聚集了一大批科学家。在这些人的帮助下，惠特尼逐渐确定了自己的事业。威廉·库利奇是惠特尼早期合作者中最有才华的一个。他是马萨诸塞州一个贫苦农民的孩子，也同样靠奖学金唸完了马萨诸塞理工学院，然后获得莱比锡大学的学位，再回到马萨诸塞理工学院。一九○八年，也就是在与惠特尼合作三年之后，库利奇发明了钨丝制造法。钨丝（与其它改进相结合）可以使灯泡的效能提高一倍半。库利奇还研制了一种阴极管，从而展开了研究X 射线的新时代，并使通用电气公司在这一年轻的学科领域中处于领先地位。同样在德国获得物理化学博士学位的欧文，兰米尔发现，如果灯泡中充满惰性气体，钨丝的功能还会发挥得更为有效。后来，兰米尔从研究灯泡转到研究收音机真空管，他偶然发现了一个新的原子理论。后来证明，这个理论对于原子能的利用是必不可少的。没有人打算甚至想象到，事情会有后来这样的结果，就象四百年前西班牙和葡萄牙的航海家，一心只想寻找一条通往东方的捷径，却在途中发现了新世界一样，现在这些科学上的探索者们也同样触到了一些未知大陆的边缘。对这些探索者的资助已成为美国企业计划和预算中的一个经常项目，即使普通人也认为这是理所当然的事。惠特尼认为，美国工程师的任务就是要不断废弃商品。他解释说，象通用电气公司这样的大企业，不能只靠生产最好的老牌产品生存。
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我们的研究实验室就是要发展这样一种思想：大工业组织既有机会也有责任对自己的寿命进行保险。新的发现就可以提供这种保险。而且，对这种保险的需要以及它所提供的机会应比工业组织规模的扩展更为快速。因此，由于积累的知识和经验的价值得到普遍承认，制造业各工厂企业的寿命可以远远超过最初创办人的寿命。目前，一个管理得当的企业的寿命究竟可能有多长尚无人知晓。
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惠特尼实验室无定向的研究工作创造出各种各样的产品，如“卡尔罗德”（calrod，一种用于制造电炊具的新绝缘线）、探测敌方潜艇的水下听测器，改进扩音系统的装置，高频电介质加热以便引起治疗梅毒、关节炎、疖、滑囊炎所需要的人工发热。
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于是，惠特尼成了美国的赫拉克利特。他宣传并教诲人们，只有变化才是真实的。他把威廉·詹姆斯和约翰·杜威的信仰引进了他的科学世界，即各种陈旧的知识与需要，甚至发明和新奇这两个词的众所周知的定义，都是生活与进步的敌人。他说，他虽然是实验室的“主任”，他却不想领导什么。“主任只是指方向，象公路旁的路标。对研究的指导就是追踪已经出现的可接受的新思想，就是观察谨慎的研究者的思想和行动的发展。甚至一个单枪匹马的思想先驱者，得到研究资金后，进入了一个未知的世界，而所谓的主任却仅仅是愉快地沿着他所提供的新道路走下去。所有新道路在前进过程中都会产生或分裂出更多的新道路。”在研究实验室里，人们不是完成分配给他们的任务，而是（用兰米尔的话说）运用“一种艺术，以便从意外事件中得到某种收获”。在探索未知世界时，习惯、程序，甚至“科学”本身都或多或少是个障碍。
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惠特尼喜欢引用生理学家克劳德·伯纳德的活，“一切生命的终点都是死亡。”对于惠特尼来说，这意味着“生命的有趣进程仍将继续下去，永远千变万化”。“新发明的伟大目标就是产品的逐渐陈旧淘汰，换言之，我们可以每天都有所进步。”他回忆那时人们曾武断地预言，电车有一天将开进所有城镇的大街小巷，电灯将是最好的路灯。他不知人们是否能预料下一种形式的交通工具，或是否会有某种办法把“黄磷”掺进铺路的水泥中，使它吸收和储存无须交费的日光，并在晚上把这些光反射出来，从而淘汰过去一切形式的路灯。
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工业研究实验室在所有新发现领域（电和电子、摄影、石油、橡胶和玻璃、化学合成物）的边缘兴旺发展。一九一一年，杜邦实验室问世；一九一二年，乔治·伊斯曼成立了柯达研究实验室。此后，美国橡胶公司的实验室（一九一三年）、新泽西标准石油公司的实验室（一九一九年）和贝尔电话公司的实验室（一九二五年）相继成立。到本世纪中叶，美国已有二百所大型工业研究实验室和两千个其它类型的实验室。柯达实验室除了在摄影方面的发明创造外，还有其它一些与摄影明显无关的附带发现，如发现从鱼肝油中可以提取浓缩维生素A。美国橡胶公司实验室除了在橡胶技术方面取得进展外，还发明了胶乳线、胶乳纺织品、胶乳绝缘线、新型纸张和新的粘合剂。这些实验室的创办者和资助者也同美国千百所高等学府的情形一样，是形形色色，不一而足的。除了工业公司设立的实验室外，还有许多政府办的实验室。这方面的先驱是农业部成立的和商业部标准局成立的政府实验室。一九三○年，联邦政府的科学研究经费虽己超过各大学用于科研的全部开支，但当时这种联邦经费的数额只有二千三百万美元。第二次世界大战期间，联邦研究经费飞速上升到七亿五千万美元。战后，由于在原子能、飞机、太空探索和无数其它方面继续进行研究，联邦政府的研究经费继续上升。同时，大公司企业也成立并资助了许多技术研究机构。一九一三年在匹茨堡大学成立的梅隆研究所提出了一个办法，资助研究人员工作的企业，可以将该研究人员的发现作为公司的财产。已特尔纪念研究所是一九二九年在一位钢铁巨头的资助下成立的，“其宗旨为从事教育、创造和研究性的工作，并为工业作出发现和发明。”正如前文已经提及的，该研究所在施乐（Xerox）静电复印机发明之初为它提供了资金，并以资助冒险性研究而闻名于世。各行业公会也开办自己的实验室。首先是全国罐头食品业公会（一九一三年）。接着，全国油漆清漆和天然漆同业公会、纸张化学研究所、纺织研究所和美国石油研究所等也都纷纷办起了实验室，并且卓有成效。有些实验室的主要目的是改进公共关系，但是到本世纪中叶，几乎所有的大工会和行业公会都在支持真正的工业研究了。
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除了威利斯·惠特尼外，另一位提倡这种新型研究的重要人物是私人咨询实验室的创始人阿瑟·利特尔。此人出身马萨诸塞州一个世家，曾在马萨诸塞理工学院攻读化学，偶然又对文学产生兴趣。一八八六年，他和另一位青年化学家宣布，“我们已在波士顿市米尔克街一百零三号建立了一个化学实验室……格里芬先生和利特尔先生在发展具有商业规模的新化学工序方面有多年实践经验。他们准备在自己的实验室里或在现场对工序的改进和产品的完善进行研究。”一八九三年，利特尔的合伙人死于实验室的一次事故。此后利特尔就独白经办这一实验室了。
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一八八九年，利特尔在巴黎博览会上看到了由硝化纤维素制成的“人造丝”，顿时被人造纤维种种可能的发展前景迷住了，他在美国取得了利用新的粘胶工序增溶纤维素的许可证。当时没有几个企业家愿意向如此无把握的事业投资，但是一九○○年利特尔终于为他的纤维制品公司找到了支持者。尽管这家公司在财务上遭到挫折，但它在解体前还是成功地为纤维制品开辟了新领域。伊斯曼·柯达买下了该公司第一卷不燃性电影胶片的专利；勒斯特朗公司则买下了“人造丝”的专利，从而成为美国制造醋酯人造丝的先驱。利特尔与别人合著了一本关于造纸的教科书后，又迷上了纤维素化学。一九一一年，联合果品公司雇用他研究用蔗渣（古巴甘蔗制糖时产生的废纤维副产品）造纸的方法。利特尔设计了一台试验性造纸机。这就是美国最早的“实验工厂”（pilot plant，美国创用语）之一。利特尔的这些试验及其它试验有助于建立这样一种惯例，即在冒大规模生产的风险之前，特别先建厂对新技术进行试验。实验工厂反过来又刺激了人们追求创新。
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一九一六年，利特尔把他的实验室搬到坎布里奇一幢新的大楼里，这是美国专为工业研究设计的第一批建筑之一，人们很快就把它称作利特尔研究宫。利特尔和他的研究人员在这里进行了广泛的探讨：石油化学产品；各种气味和香气的生产和分类；装香水、牙膏和其它东西的玻璃容器；蜡纸；以及经过改进的电池盒原料。第一次世界大战期间，利特尔实验室改进了飞机用胶并设计了更有效的防毒面具滤器。
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当然，利特尔所研究的前人未探索过的领域，也象十九世纪的美国西部地区一样，是产生骗子的温床。利特尔热衷于揭露这类人物。利特尔的一位主顾曾向一个直接通过碳极氧化发电的发明项目投资了五十万美元。利特尔揭露这个“发明家”只不过是个聪明的骗子，他偷偷地把发电机的绝缘套接在普通的动力线上。
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利特尔在遗嘱中把他公司的所有权赠与马萨诸塞理工学院。一九三五年他去世后，他实验室的工作继续进行。一九四二年，该公司帮助波多黎各政府设计了促进波多黎各工业化的“自力更生行动计划”。这一内容广泛的建议包括改进蔗糖种植和朗姆酒提炼的方法，改进波多黎各的税收结构以及一项促进旅游业的计划。第二次世界大战期间，该公司的研究人员提出了克兰施米特蒸气压缩法，现在人们仍然用这种方法把海水变为饮用水。他们还发明了使氧气和其它气体液化的新技术，并发展了研究低温现象的新学科“低温学”，他们协助研制了一九五二年爆炸的第一颗氢弹的辅助设施，他们帮助设计了航天导弹使用的液体燃料载荷系统，并改进了宇航服的设计。他们发展了放射性示踪剂在医学和制造业中的新用途。一九六六年，利特尔公司根据标准城市计划，为东克利夫兰设计了一个包罗万象的规划，从市政、交通、学校、商店门面建筑设计到托儿所、垃圾处理和电线杆的颜色，无所不有。
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利特尔曾一再教导人们：“研究是工业之母。”利特尔认为，在我们这个基普林称之为“一切恐怖的事都可能出现”的世界上获致无限的进步也是可能的。他宣称“美国是一些未开发的帝国的集合体，稀稀拉拉地住着世界上最浪费的人。”
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由于提倡创新的人把新颖、可能和必要等同所代表的意义改变了，常识自然而然也就夫去了说服力。“你不可能用猪耳朵做出一个丝钱包来。”这个谚语使阿瑟·利特尔感到十分恼火，为了证明在现代美国一切事情都可以办到，利特尔便在一九一二年开始进行谚语中认为不可能办到的事情，他从芝加哥的威尔逊屠宰公司买来十磅“完全由猪耳朵做成（据一份附带的宣誓书所称）”的动物胶。他用这些动物胶纺出人造丝线，再把这些线织成织物，最后做成一个十分雅致的钱包，“与中世纪大家闺秀的钱包一模一样———边装金币，一边装银币。不论是欧洲大陆高贵的女王，还是低贱的牧猪女，都会为它感到骄傲。”利特尔向公众展览了他制造的钱包，然后在一篇名为《对哲学的贡献》的小册子中阐述了他的制造过程。他也可以称它为“对哲学的一个警告”，也是对所有使人与未来隔绝的思维方式的一个警告。利特尔式的探索是有代价的。一旦新奇的东西不再使人感到震惊和奇异，因而成为普通和可预料的东西，寻常与不寻常、一般与新奇之间的界线就变得模糊不清了。利特尔写道：“新事物接踵而来，以致昨天的奇异今天已变为平常事。”在意外和奇迹已可预料的时代，人们的期望还有什么鼓舞和安全可言呢？当发明成为工业之母时，它也很快就会成为需要之母。美国人将不得不依靠观察周围技术的发展，依靠看报纸上和电视上的商业广告来发现他们的“需要”。
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美国人的这种做法等于是先找到答案，再发现问题。他们已经打开了追求新奇的闸门，他们会不会、或者能不能关上这个闸门呢？
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