我们从小听过太多关于发明的励志故事。故事里的发明家往往迫于现实需求，在困境中灵光一闪，最终做出改变世界的创造。也总有争论围绕着创新的本质，有人说创新靠的是天才的个人智慧，也有人说协作网络才是核心动力。这些说法各有各的依据，但大多来自零散的案例，缺少大规模的统计验证。 

2026 年 6 月发表在《PNAS 美国国家科学院院刊》上的一项研究，试图用更系统的方法回答这些问题。来自亚利桑那州立大学、新墨西哥大学等机构的研究者，整理了 1690 年到 1990 年间的 417 项重大技术发明，覆盖农业、军备、信息通信、家用、工业、医疗、交通七大品类，用宏观生态学的分析方法，从发明者特征、团队结构、地理环境等多个维度，还原了三百年间技术创新的真实面貌。这项研究没有偏向任何一种既有理论，而是从数据本身出发归纳规律，最终得出了不少反常识的结论。它不仅刷新了我们对发明过程的认知，也让我们重新思考，到底什么才是催生创新的核心动力。

“Three centuries of technological innovation: Opportunity is the mother of invention”, pnas.org/doi/10.1073/pnas.2525310123

研究首先把每一项发明的诞生环境划分为三类。第一类是乡村，包括人口三千人以下的村庄和小镇。第二类是城市，也就是人口三千人以上的城镇。第三类是机构，涵盖医院、军事基地、学术机构和专业实验室。这样的划分跳出了简单的城乡二元视角，也能更清晰地看到不同场景下的创新规律。 

从时间线来看，三类环境的创新地位经历了明显的交替。在 1690 年到 1840 年这段时间，乡村的整体发明率和城市基本持平，甚至很多开启工业革命的关键技术都诞生在乡村。比如我们熟知的蒸汽机、内燃机、近代化工厂系统和最早的铁路线路，都出自乡村环境。

除了工业和交通技术，家用技术也是乡村创新的重要领域，洗衣机、缝纫机、燃气灶这些改变日常生活的发明，最初都诞生在小镇和乡村的工坊里。1840 年到 1939 年是城市的黄金时代。这一时期城市的发明率超过乡村，成为创新的核心主场，动力主要来自交通和工业领域的爆发式增长。

城市密集的人口、成熟的产业链、活跃的商业市场，为技术的试错和落地提供了土壤。很多需要上下游配套的复杂工业技术，以及需要大规模应用场景的交通技术，都在城市里快速迭代。到 19 世纪中后期，城市的人均发明率也达到了历史峰值。

数据库中的技术发明按时间顺序排列，并根据来源环境进行了颜色编码，同时数字标识着团队的规模

1940 年之后，机构的创新优势开始凸显。和乡村、城市先升后降的驼峰形曲线不同，机构的发明率在三百年间持续上升，到 20 世纪中后期已经超过前两者。这种增长主要由医疗、军备和信息通信三类技术推动。比如我们今天熟悉的互联网基础协议、卫星定位技术、DNA 指纹检测、核磁共振设备、口服避孕药，还有很多现代武器装备，都诞生在专业机构当中。

这些技术往往需要昂贵的设备、长期的资金支持和多学科的配合，很难由个体在普通环境中完成。不同技术品类也有明显的空间偏好。农业发明里有 67% 来自乡村，这很容易理解，长期从事农业生产的人，最清楚生产中的痛点，也最有条件动手改进工具。交通发明里有 71% 来自城市，和城市对人流物流的高需求直接相关。

医疗领域则有 60% 的发明出自机构，体现了现代医学对专业平台的依赖。如果换算成人均发明率，还能看到更有意思的规律。很多人会觉得人口越多的地方发明越多，但数据显示，人均发明率并没有随人口增长而稳定上升。乡村和城市的人均发明率都在 19 世纪达到峰值，之后逐步下降。到 20 世纪后期，乡村和城市的人均发明率已经收敛到相近水平，大约每百万人口每十年诞生 3.6 到 3.8 项重大发明。而机构的人均发明率虽然持续上升，但这里的人均基数用的是全球总人口，实际机构相关的人口要少得多，只能用来观察时间趋势，不能直接和城乡做绝对值对比。 

还有一个不能忽视的现象是，样本里超过 99% 的重大发明都来自西欧和北美。研究者认为，这一方面反映了近代以来这些地区经济水平更高，社会更稳定，确实为创新提供了更好的条件。另一方面也存在数据来源的偏差，研究参考的史料主要来自英语世界和西方学术界，可能遗漏了很多其他地区的重要发明。这个偏差提醒我们，研究呈现的更多是近代西方技术体系的创新规律，不能直接等同于全人类的技术史。

发明率（以每 50 年期内发明的数量来衡量）在不同农村、城市及机构环境以及技术类别之间存在着差异。农村环境曾是农业、家庭技术以及早期交通和工业技术的重要中心，这些技术对于技术圈的扩展至关重要。截至约 1840 年，农村环境的总体发明率与城市相当；从 1840 年至 1939 年，城市拥有最高的发明率，这主要归因于交通和工业创新领域的显著高峰；而从 1940 年至 1989 年，机构拥有最高的发明率。机构内的发明率呈现出随时间单调递增的趋势，这主要得益于医疗、武器及信息/通信领域发明率的提升；相比之下，城市与农村环境则呈现出驼峰状模式，发明率的峰值出现在 1840 至 1939 年之间。请留意垂直轴上的对数刻度。

关于发明者，大众心里往往有两种刻板印象。一种是孤胆天才，一个人在实验室里捣鼓出划时代的发明。另一种是现代大团队，成百上千人协作攻关，才能做出复杂技术。数据告诉我们，真实情况介于两者之间，并且随时间在缓慢变化。从整体样本看，单人发明依然是绝对主流。1830 年之前，82% 的重大发明都归功于单个发明者。

1830 年之后，这个比例依然有 72%。两人合作的发明占 13%，三人团队占 3%，四人及以上的团队占比不到 1%，全部样本的平均团队规模只有 1.6 人。这个数字可能和很多人的直觉不符，毕竟我们总听说现代创新越来越依赖团队，但至少到 1990 年为止，重大技术发明的核心贡献者依然以个体和极小团队为主。 

人均发明率模式（以 50 年时间段为单位）。尽管机构环境中的人均发明率随着时间的推移而有所增长，至少直至 1950 年为止，但自约 1870 年起，城市和农村地区的人均发明率开始下降，自约 1910 年起则持续走低。虽然城市是各类创新的中心，但在某些特定时期，农村地区也是农业和工业技术领域内的创新枢纽。农村和城镇的人均发明率计算方法为：将每 50 年时间间隔内的发明数量除以估计的该环境中全球范围内的总人口数。由于与机构相关的历史人口和家庭数据知之甚少，因此机构的人均发明率是通过将发明数量除以全球总人口规模来计算的。因此，这一比率可被视为一个最低预期值，因为与机构相关联的人数远少于全球总人口数，且仅应将机构人均发明率的时态趋势与城市和农村的人均发明率进行比较，而非绝对数值。请注意垂直轴上的对数刻度

不过团队的作用确实在随时间增强。1690 年到 1889 年间，团队完成的发明只占 8.9%，到 1890 年到 1989 年间，这个比例上升到了 18.1%。六人以上的大团队占比提升更明显，1889 年之前基本为零，1890 到 1939 年间占到 1.6%，1940 到 1989 年间达到 4%。像原子弹、核潜艇这类极其复杂的大型系统，确实离不开大规模团队的协作。不同环境的团队结构差异很大。城市和机构里，两人及以上团队完成的发明占比分别是 19.4% 和 24.6%，差不多是乡村的两倍。

乡村环境里超过九成的发明都是单人完成的。这和不同环境的资源密度有关，城市和机构里更容易找到志同道合的合作者，也更需要不同技能的人配合完成复杂工作。更值得注意的是，只有在机构环境中，团队规模和发明率呈现明显的正相关。

在乡村和城市里，团队大小和人均发明率没有显著关联，说明对大多数技术领域来说，团队变大并不会直接带来更多创新，个体的创造力依然是核心。发明者的年龄分布也打破了很多固有认知。样本里发明者的年龄跨度从 15 岁到 75 岁，平均年龄是 39 岁。不管是哪个技术品类，也不管是在哪种环境里，发明者的平均年龄都没有明显差异。

更有意思的是，过去三百年间，发明者的平均年龄并没有上升。这和科学领域诺贝尔奖得主年龄越来越大的趋势完全不同。出现这种差异的原因，可能是技术发明更依赖对实际问题的观察、动手能力和创意组合，不需要像基础科学研究那样积累几十年的理论知识。只要有合适的机会和一定的经验积累，不同年龄的人都有可能做出重大发明。 

性别维度的数据则折射出明显的机会差异。整个样本中，只有 4.3% 的发明有女性参与，占比非常低。但从时间趋势看，女性参与发明的比例一直在稳步提升，1690 到 1839 年间只有 1.1%，1840 到 1990 年间提升到 5.1%。从品类上看，女性参与的发明大多集中在家用技术领域。

研究者认为，这种差异和能力无关，完全是历史上女性的活动空间和发展机会受限导致的。过去女性大多被限制在家庭场景中，只能接触到家用相关的技术，也很少有机会接受专业教育、进入工业和科研领域。随着女性社会地位提升，参与社会生产的范围扩大，她们参与发明的比例也在同步上升。 

移民和文化多样性对创新的作用也在数据中得到了体现。有移民或外籍人士参与的发明比例，在三百年间持续上升。团队的文化多样性，也就是团队成员来自不同国家的比例，也在不断提高，从 1790 年之前的零增长到 20 世纪中后期的 37%。

出人意料的是，机构和乡村环境中文化多样的团队比例，反而比城市更高。这说明人口流动带来的多元背景，确实能为创新注入活力，而且这种活力并不只存在于大城市。不同文化背景的人带来不同的经验和视角，更容易碰撞出新的想法。

发明团队规模与多样性在不同环境及不同时期内的变化模式。（A）大多数发明归功于个体发明者和小型团队，而所有环境都孕育了个体发明者和各种规模的团队。自约 1790 年起，团队相对出现的频率逐渐增加。机构与城市所容纳的两至三名发明者团队的比例高于农村地区，但城市与农村地区六人或以上人员团队的占比均较低。（B）具有文化多样性（由出生于多个国家的个体组成）的团队比例随着时间的推移而上升，且在机构与农村地区高于城市。同样，涉及移民和外籍人员的发明比例也随时间增加，且机构总体上容纳了更多涉及此类人员的发明。（C）具有性别多样性（包含男性和女性）的团队比例在农村地区较高，尽管这一差异在统计学上并不显著。涉及女性的发明比例随时间增加，且在 1940 年至 1989 年期间，城市容纳的涉及女性的发明比例高于其他环境。需要注意的是，由于早期阶段创新数量较少，预计统计波动较大 <1740 年

这项研究最核心的结论，是重新诠释了发明的驱动力。我们常说需求是发明之母，认为是现实的迫切需要倒逼人们做出创新。但研究者通过对三百年数据的分析，提出了完全不同的观点，机会才是发明之母。为什么说需求不是核心驱动力？

研究者给出了两方面的证据。一方面，很多重大发明在出现之前，并不存在所谓的迫切需求。比如便利贴、咖啡过滤器、家用电子游戏机，这些产品在诞生之前，没有人觉得自己必须拥有它们。它们是发明者在有条件尝试的情况下创造出来的，之后才被市场接受，培养出了新的需求。

另一方面，人类历史上有很多真正迫切的需求，比如战争中的被动局面、大范围的饥荒、肆虐的传染病，很多时候并没有立刻催生出对应的解决方案。很多重大问题的解决，都要等到技术和社会条件成熟之后才有可能，而不是需求出现的时候就立刻有发明诞生。相比之下，机会的作用体现在方方面面。首先是接触相关技术和场景的机会。

乡村居民天天和农田、农具打交道，才有机会改进农业技术。城市居民身处工业和交通网络中，更容易在这些领域做出创新。机构里的研究者有条件接触专业设备和前沿知识，才能在医疗、军备等领域突破。不是有需求的人就能做出发明，而是有机会接触问题、有条件动手尝试的人，才更有可能拿出解决方案。其次是时间和物质上的保障。发明需要反复试错，需要投入大量时间和精力，只有当人们不用为基本生存发愁，有足够的闲余时间去思考和折腾，才有可能做出创造。

18 世纪英国率先出现工业革命，一个重要背景就是当时英国的经济水平提升，普通民众的温饱更有保障，有更多人能抽出时间从事技术改良。这个规律甚至在非人灵长类动物身上也成立。动物行为学研究发现，灵长类动物发明新工具，大多发生在食物充足的时期，而不是食物短缺的时候。

老式蒸汽机，资料图

因为只有在生存压力小的时候，动物才有精力去探索和尝试新事物。这种跨物种的共性，也侧面印证了机会对创新的基础作用。性别和地域的创新差异，本质上也是机会的差异。历史上女性发明占比低，不是因为女性缺乏创造力，而是她们没有机会接受教育、接触技术、进入相应的行业。非西方地区的发明记录少，很大程度上也是因为这些地区近代以来经济落后，社会动荡，民众没有足够的机会和资源去从事技术创造。一旦机会增加，对应的创新产出就会随之增长，这在女性参与率的提升趋势中已经得到了体现。 

三百年间创新节奏的变化，也和机会结构的变迁高度相关。乡村和城市的人均发明率在达到峰值后逐步下降，最终趋于一致，背后是交通和通信技术的普及。火车、电话、汽车、大众传媒的出现，打破了地理的限制，乡村的人也能获取城市的信息和资源，城市的创新优势因此被稀释。而机构创新的持续崛起，则是因为现代技术越来越复杂，需要的设备、资金和知识门槛越来越高，只有专业机构能提供这样的机会。 

当然，这项研究也有明显的局限性。除了之前提到的西方中心偏差和性别记录偏差，研究只覆盖到 1990 年。之后的三十多年里，信息技术深度渗透到各行各业，人工智能等新技术正在重塑创新的模式，过去三百年的规律是否还适用于今天，还需要更多验证。另外，研究采用的是归纳法，主要呈现统计规律，没有完全厘清背后的因果关系，影响创新的很多社会、文化、制度因素，也没有完全纳入分析。它给出的是观察创新的一个视角，而不是最终答案。

回望三百年的技术发展史，我们会发现，创新从来没有什么固定的公式。它可以诞生在乡村的手工作坊里，也可以诞生在城市的工厂和大学的实验室里。它可以来自十几岁的少年，也可以来自七十多岁的老者。它可以是一个人的灵光乍现，也可以是一群人的协作攻关。 

图自unsplash

我们总在试图找到提升创新效率的捷径，想打造更多创新城市，想组建更大的科研团队，想用各种方式倒逼创新。但这项研究提醒我们，所有的创新手段，最终都要落到同一个基础上，那就是给更多人创造机会。让不同地域的人都能接触到前沿的知识和技术，让不同背景的人都能获得试错的资源和空间，让个体的创造力得到尊重，也让协作的网络能够顺畅连接。当足够多的机会被均匀播撒，创新自然会蓬勃生长。这或许就是三百年技术史留给我们最朴素也最深刻的启示。

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