二战MIT辐射实验室案例研究

二战MIT辐射实验室案例研究
【摘  要】美国雷达工程是仅次于曼哈顿工程的第二大工程,MIT辐射实验室被誉为“战争史上最大的合作研究机构”,在短短的几年时间内,取得了过去要20年才能够实现的成果。雷达的研制成功为赢得二战的胜利取得了巨大的作用。作为一个大规模的实验室,也可以说作为一个特殊的科学共同体,对于今天的科学研究和创新具有重要的启示作用。

【关键字】科学共同体,雷达,实验室

    二战期间,雷达的快速研制成功为二战的胜利取得了巨大的保证,有人说“原子弹解说了战争,但雷达却赢得了战争”[1]。。
    实验室成立于1940年10月11日,最初起名“微波实验室”,为保密和误导敌方。重新命名为“辐射实验室 (RadiationLaboratoryRad Lab),并最终被设立在麻省理工学院。这是美国本土的第一个雷达研究的专业实验室,也是二战时盟国雷达技术的研究中心。当时美国的一些重要科学家都曾聚集在此从事研究工作。其中有5位科学家曾先后获得了诺贝尔奖[2]。
    短短的五年时间,它开发了战时的一半雷达,以1.5亿美元经费产生了价值14.6亿美元的雷达产品。,战争结束时,员工发展到3000多人,工程师和科学家站了30%,当时一流的物理学家有一半为其效力。辐射实验室是历史上第一个大规模、多学科交叉定向研究实验室。
  
一、MIT辐射实验室诞生背景
    二战时期,面对德国咄咄逼人的姿势,美国人早就开始考虑如何从科学技术方面为全面防御找到一个比较好的方法,在MIT副校长万·布什的推动下,美国于 1940年成立“国家防务研究委员会”,布什担任主任,该机构直接受美国总统领导。该机构对美国海军陆军进行全面的考察,与775所大学,企业实验室与非盈利机构联系,把可能获得的科研人才、实施资料以及已取得的技术进展等汇编成册。由于当时美国并没有能力解决雷达实用化的关键问题—高动力源,后来在英国的帮助下才取得了这方面的资料。与英国合作开发雷达,并且计划设立核心实验室。
    1940年10月11日核心实验室正式成立,此时这个实验室只有简单的名字“微波实验室”,不久上年度的诺贝尔奖的获得者劳伦斯加入这个团队,这个实验室把“空用拦截雷达”列为第一,第二项是远程的导航系统,第三项是10CM长的“瞄准雷达”。
    “微波实验室”的经费来源于“国家防务研究委员会”,在MIT校长康普顿的协调下,MIT同意将校内的1万平方英尺的空地腾出,供建造实验室之用,后来经过官方的协调,把一些空军的停机库转作飞机测试场所,同时为了迷惑敌人,几个星期之后正式的命名为“辐射实验室”。实验室最初设置的目标主要有三个:计划 1是主要从事飞行器微波拦截方面的研究;计划2主要研制地基高精度瞄准雷达;计划3是研制飞行器导航系统,主要是让飞行器根据无线电通信的指示进行着陆。
  
二、MIT辐射实验室的组织管理
    1.实验室人员的招募
    核物理学家劳伦斯作为实验室主任的最佳人员,然而他忙于巨型回旋加速器,不过在劳伦斯的号召下,1940年10月16日,杜勃立博士成为了实验室主任,杜博士建立了美国东海岸第一座回旋加速器,并且对MIT辐射实验室表现了巨大的热情。劳伦斯和杜勃立先后拜访了普林斯顿的物理学家特纳,哥伦比亚大学的拉比(后来获得了诺贝尔奖),伊利诺伊大学的物理学家惠勒·卢米斯。1940年10月底,总共有600名科学家汇聚波士顿。
    尽管杜勃立这个庞大的团队每个人都缺乏微波或者工程技术方面的研究经验,但他们都是某一方面的佼佼者,才思敏捷,对微波这个处女地毫无畏惧,其中有物理学的政治元老拉比,在拉比的响应下,后来找来自己的得意门生查克瑞尔斯与雷姆齐(1989年诺贝尔物理奖得主),μ介子的发现者斯特利来了,盖廷来了,柏赛尔(1952年诺贝尔奖得主)来了,然后当时伯克利分校最聪明的学生也来了,分别是麦克米兰和阿瓦雷兹(1968年诺贝尔奖得主)。为招募到更多的新人,劳伦斯在芝加哥大学,普度大学及其各个大学招人。
    到1941年3月,实验室扩充至近200人,半数以上是科学家和工程师,来自各个领域,比如生理学、政治学、经济学、建筑学、光学、数学、甚至还有人类学的专家,正是这些圈外人与物理学家一起,共同成就了雷达技术,例如经济学家塞缪尔森的深厚数学功底为飞行器的设计控制奠定了良好的基础。

    2.实验室的运行管理机制
 
    图1  实验室成立初期管理结构
  
    1940年11月11日,也就是在实验室成立满一个月之时,留在辐射实验室的科学家们聚集在编号为“4-133”室的指挥部内,进行了第一次正式的辐射实验室会议,大家在组织架构的设置问题上达成共识,即设置七个部门。其中一个是管理部门,六个是技术部门。这六个技术部门主要依据雷达的构成要素进行划分。如图1所示。

图2  实验室中后期管理结构图

    经过一段时间的探索和摸索,1942年之后,实验室的架构趋于稳定。在实验室主任及辐射实验室直到委员会的指导之下,实验室下设12个部门,每个部门下属若干个工作小组,具体执行项目任务,如有需要,工作小组还会设若干子小组,如图2所示。
  
三、MIT辐射实验室的成就及其影响
盟军赢得胜利的重要保证之一
虽然1945年投在广岛的原子弹给盟军赢得胜利奠定了巨大的基础,但是在二战中雷达
的作用绝对是功不可没,MIT辐射实验室在成立的时候只有20位核心人物,到1945年8月1日的时候增加到近4000人这样一个庞大的科研管理队伍,八分之一的人拥有博士学位,就学历和研究人数来看,遥遥领先其它的科研机构,在当时的情况下,生产了价值15亿美元的雷达产品,研制了二战战场上使用的近一半以上的雷达。其中占了空载雷达的69%,地基雷达的39%,舰载雷达的54%,远距离无线电导航几乎100%。
为后来的研制奠定了坚实的基础
作为20世纪人类科学发展史上重大的事件,雷达研制的意义远远不止它在战争中所发
挥的作用,这样一个跨学科,交叉研究的浩大工程,对美国二战后信息产业的发展起了推波助澜的作用。
    首先,辐射实验室留下了众多的科学著作,从1947年到1953年,经过整理,汇编成28卷,取名为“辐射实验室系列”,。该丛书对21世纪迅猛发展的微电子技术、信息技术以及当代的天文学等所起的作用不可估量,拉比甚至称它为“续旧约圣经之后最伟大的工程”[3].  
    其次,为我们今天的电脑的产生,数据存储器的产生也产生了巨大的影响。
造就出一批杰出的人才
在辐射实验室中,共有9人获得诺贝尔奖。

奖项类别    获奖年份    获奖科学家  
诺贝尔物理学奖    1944    艾萨克·拉比  
诺贝尔化学奖    1951    爱德华·麦克米伦  
诺贝尔物理学奖    1952    爱德华·柏赛尔  
诺贝尔物理学奖    1965    朱利安·施温格  
诺贝尔物理学奖    1967    汉斯·贝尔  
诺贝尔物理学奖    1968    路易斯·阿瓦雷兹  
诺贝尔经济学奖    1970    保罗·塞缪尔森  
诺贝尔物理学奖    1988    杰克·斯坦博格  
诺贝尔物理学奖    1989    诺曼·雷姆齐  

图3   MIT辐射实验室获得诺贝尔奖的情况[4]
四、交叉定向研究方式有助于促进科技创
图4  1901年到2000年间诺贝尔奖获得者与交叉背景的统计数据
    从上图可以看到,由于跨学科的综合性,所涉及的学科理论种类繁多,如果具有多种背景知识的话,研究经常能够达到事半功倍的效果。在1901-2000年的统计图中,具有交叉背景的科学家获得诺贝尔奖的人数逐年上升,相对于传统的研究方法,跨学科研究在解决重大问题的时候具有越来越明显的优势,各个学科之间的综合,渗透,交叉成为一种新的趋势,解决很多重大的问题,不能单从一个学科的角度出发,必须应用的不同的视野,运用不用的科学理论才能得到一个比较好的解决方案。
    保证一定数量具有交叉背景的研究人员
    单一背景的研究团队,由于长期以来的定向思维的作用,在解决实际问题中,很容易限一个思维的怪圈,造成思维狭窄,思想僵化。
    通过MIT辐射实验室的研究可以表明,选择在自己的领域内有着深厚基础的人,同时又对其它行业及其相关领域有一定了解的人,这样的人具有广阔的科研视野和敏锐的洞察力,会给项目带来良好的效果,在研究的合理搭配中,最好吸收一些不同背景的人,让知识得以相互补充,从不用的角度提出问题,为科研的成功打下坚实的基础。
    灵活的组织规模和形式
    从MIT辐射实验室的前期和后期的组织结构来看,很明显后期的组织结构有了巨大的变化,后期的设置很明显的利于各种思想的自由碰撞,让思想得到自由的交流,同时由于管理体制的设置,使得各个负责人可以把自己思想直接表达到上层,由于思想在纵向上的沟通,从而有利于整个实验室项目方向的把握。
    自由、开放的交流氛围
    一个实验室酿造一个良好的合作氛围,可以让大家的思想得到共同的交流,对于一个问题进入深入的思考,因此大家都应该营造一种良好的思想圈,相互信任,相互帮助,彼此交换意见,坦诚的面对某些问题。
    各个研究机构的无私合作
    良好的外部沟通对于项目的成功也是非常重要的,对于一些重大问题的研究,仅仅依靠单个科研机构的力量是不现实的,科学共同体之间的成员之间的合作和交流就显得异常重要,辐射实验室在研究的开始,也得到了英国同行的帮助,受到了哈佛大学、贝尔实验室等同行的大量帮助,可以毫不夸张的说,科学共同体之间的协作,加速各个科研人员的思想火花的碰撞,拓宽了他们研究的思路,加度了研究的进度。
    从相互交叉的知识中进行新的学习。
     科学的交叉的发展,使得各个学科的联系越来越紧密,不同的科学划界之间越来越模糊,在这样一个环境之下,都远远的超出了单个人的知识和理解范围,这些交叉学科的发展和成熟为整个科学的发展注入了新鲜的血液。中国科学院院长路甬祥指出“学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的科学前沿,这里最有可能产生重大的科学突破,使科学发生革命性的变化”[5]。

【参考文献】
[1]R BUDERI.The invention that change the world[M].New York:Simon and Schuster,1996:311
[2]罗伯特·布德瑞.屋顶上的精英[M].北京:中信出版社,2002
[3]洪进,汪凯 军事技术发展中的技术动力机制研究[J]. 科技进步与对策, 2007,(5)
[4]W ·L· FLOCK.The radiation laboratory,fifty years later[J].IEEE Antennas and Propagazine, 1991,33(5):47
[5]路甬祥.学科交叉与交叉学科的意义[J].中国科学院院刊,2005:1

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