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媒体:中国为何还没能成为世界科学的中心?

京港台:2022-6-24 11:56| 来源:知识分子 | 评论( 57 )  | 我来说几句


媒体:中国为何还没能成为世界科学的中心?

来源:倍可亲(backchina.com)

  作为一个小国,丹麦能够成为理论物理学研究的世界中心,玻尔这位战略科学家的偶然出现是最重要的因素,他凭一己之力让丹麦在这一领域进步了100年。其实,大国也未必能自然成为世界科学中心,除非该国能够出现很多像玻尔这样的战略科学家。

  目前,中国在一些学术点出现了突破性原创成就,在一些重要科研课题上具有国际竞争力,在一些劳动力密集型科研领域也形成了一些优势。可以说,中国成为下一个世界科学中心是完全可能的。然而,中国还未曾出现像玻尔这种级别可以创建重要学派并引领关键学科世界潮流的战略科学家,也还没有发现重大的 “当采学科” 并形成相应优势学科,更没有出现国际一流人才纷纷来华的景象。这背后的原因值得深思。

  撰文 | 董洁林(联科熙和碳中和产业战略研究院研究员、清华大学中国科技政策研究中心兼职研究员)

  责编 | 钱炜

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  近几十年 ,中国GDP快速上升,科研投入也大幅增长,科研人员数量和发表的论文数量都成为世界第一。于是,很多人都在期盼,中国何时成为世界科学中心呢?

  日本(专题)科学史学者汤浅光朝于1962年提出,如果某国能够载入史册的顶级科学成果在某个时期超过同期全世界同级科学成果的25%、那么就可认为该国在这个时段是世界科学中心。按此定义,他认为过去500多年形成过五个世界科学中心,依次是意大利、英国、法国、德国和美国,平均持续时间约80年。汤浅发现,美国从1920年开始成为世界科学中心。当时他预测2000年前后世界科学中心应该从美国转到其他国家了,并认为苏联应该成为下一个世界科学中心,然而,苏联却于1991年解体了。一些中国学者从1980年代就预测世界科学中心接下来应该从美国转移到中国,但这至今尚未发生。

  其实,历史的 “规律” 不一定是真规律,用不同的历史数据可能发现不同的科学中心所在地、得出不同转移周期。很多学者的后续研究得出了与汤浅不太一样的结论。但一旦有人提出了某种 “规律”,很多人便会生出许多期待来。目前,国人期待下一个科学中心转移到中国的情绪越发强烈和急迫了。

  世界科学中心从一个国家转移到另外一个国家,微观来看会有很多一流科研团队从他国一个个转移到某国、及前沿科研团队和优势学科在某国本土如雨后春笋般崛起。考察上个世纪的丹麦哥本哈根学派现象,可为回答 “中国何时成为世界科学中心” 这个问题提供非常有意义的启示。

  开放的哥本哈根学派

  就物质结构探索领域来说,20世纪初的英国执世界之牛耳。剑桥大学的电子之父汤姆森提出了 “葡萄干布丁原子结构模型”(1903),曼切斯特大学的放射性物质研究权威卢瑟福教授发现了原子核(1909)并于1911年提出了 “原子核式结构模型”。1911年,刚完成博士学位的丹麦青年玻尔怀揣着一颗朝圣的心来到英国留学做博士后,先后师从这二位教授。一年后,他带着探索原子结构这个重大科研课题回到了丹麦哥本哈根。

  此时,量子理论已经在欧洲大陆被用来解释一些物理现象,如黑体辐射(普朗克)和光电效应(爱因斯坦)。结合英国与欧洲大陆最新的科学思路和成就,玻尔于1913年提出了 “原子结构量子模型”,并成功地用该模型来解释氢原子结构和光谱。这点燃了人们用该理论解释各种光谱和研究元素周期表、发现新元素的兴趣。由于这项成就,玻尔获得了1922年诺贝尔物理学奖。很多一流青年科学家奔向哥本哈根,如奥地利的泡利、德国的海森堡、英国的狄拉克等相继而来,师从玻尔。

  除了巨大的科学声誉,玻尔的性格与品质也是他吸引世界各地青年科学家的重要原因。他心胸开放,对世界各地的科学家一视同仁;他性格温和、待人宽厚,但在学术问题上执着、刨根问底;他学术品格高尚,乐于做学生和合作者的跳板,如果自己没有重大贡献(参与辩论和论文修改不算重大贡献),不会把名字加在他人的论文上。他还非常善于发现人的长处,鼓励学生做自己喜欢的课题。

  学生们虽戏称玻尔为 “教皇”,但在科学辩论中,大家基本上是平等的。辩论是哥本哈根学派的成员们热衷的游戏,在这个过程中彼此成就、共同挖掘科学真谛。例如,玻尔、H. Kramers与J.C. Slater于1924年提出了一个解释辐射现象的半经典、半量子理论(BKS理论),泡利对这个玻尔等自认为 “革命性” 的理论发起了猛烈批评。BKS理论很快被实验证伪,玻尔不得不推秤认输。

  年轻一代的科学家们有新的科学视野并且数学很好,认为旧量子理论里的各种经验规则和唯象理论已经过时,量子现象需要一套完整的数学理论来解释。在玻尔与学生们的激辩与试错中,新量子力学逐渐显出了轮廓。海森堡、狄拉克、泡利等学生的工作,完善、甚至颠覆了玻尔的理论。这在玻尔看来再正常不过了,因为他也是在否定了他的二位老师汤姆森和卢瑟福原子模型的基础上、建立了新的原子模型。这也正是 “吾爱吾师,吾更爱真理” 之古希腊精神的体现。

  1927年11月,第五次索尔维会议召开。玻尔领导的哥本哈根学派携新量子力学闪亮登场,这是一个以哥本哈根和玻尔为中心而自发涌现的开放学派,身处多地的科学家们有着相同的主要学术见解,彼此有友谊但并无人身依附关系,玻尔自嘲为 “叛军集团”。他们与爱因斯坦、普朗克等人类历史上最杰出的科学家相聚。此后,玻尔与爱因斯坦就波粒二象性、测不准原理、几率波、因果律、互补原理等物理与哲学问题进行了几十年的大辩论。这场 “巨人之战” 不仅让世界科学界万众瞩目,这种最强大脑深度而自由地碰撞也成为科学史上一道靓丽风景。

  推动一波又一波科学前沿浪潮

  玻尔不仅在重大科研领域实现突破,成为魅力独特的国际科学领袖,更难能可贵的是,他立足一个小国,在诡谲多变的国际局势中推动了一波又一波科学前沿浪潮。玻尔虽然得到了丹麦的国家经费资助,用以部分支持其研究所建设与运作,但其发展并非是国家战略计划的结果。哥本哈根理论物理研究所的人才和资金来自世界各地,在与全球其他机构的合作中,研究所自然而然成为一个跨国科学合作的枢纽。

  1933年,希特勒成为德国元首之后,欧洲局势越来越紧张和危险,但哥本哈根理论物理研究所的科研仍然在继续。其研究重点转到原子核结构、量子电动力学和场论、以及生物物理领域,涌现出一批新的成果和学术新星。例如,玻尔和美国学生约翰·惠勒(John Wheeler)建立了原子核液滴模型,可用于解释核裂变(fission)现象;玻尔另一位奥地利学生Otto Frisch与Lize Meitner合作首先揭示了核裂变现象及其物理原理,他们因而被多次提名诺奖但而未能获奖,成为诺奖历史上的憾事。玻尔还开创了生物物理方向,其中一位学生Max Delbrück后来成为分子生物学的一代宗师,于1969年获得诺贝尔生物和医学奖。

  有关原子和原子核的研究,很长时间都由科学家们的好奇心驱动着向前推进。但第二次世界大战的爆发,让原子能利用瞬间成为国家大战略,各国物理学家们也肩负起决胜(电视剧)二战的重任。玻尔和学生们各自为自己的祖国和理念而战,他最为令人瞩目的两位徒子徒孙是海森堡和奥本海默,前者是德国原子弹计划的科学负责人、后者领导美国的原子弹计划(曼哈顿计划)。玻尔本人也担任过曼哈顿计划的顾问。玻尔的另外一位学生朗道,此时却被苏联当局定为 “反革命分子” 而下狱。

  二战胜利后,量子力学成为一些新兴产业起跳的基础,如半导体和现代信息产业,又如核能和太阳能产业。这些都是早期的量子力学探索者未曾计划和预料的结果。有人曾问玻尔:“你为什么总是站在科学的潮头?” 玻尔回答说:“因为波浪就是我兴起的啊!”

  关于玻尔和哥本哈根学派的故事,笔者在另一篇文章中(“战略科学家玻尔的人生三部曲”)有更为详细的介绍。

  哥本哈根现象的几点启示

  作为一个小国,丹麦能够成为理论物理学研究的世界中心,玻尔这位战略科学家的偶然出现是最重要的因素,他凭一己之力让丹麦在这一领域进步了100年。但一个小国很难做到让很多学科前沿从不同国家持续转移到该国,或让优势学科在此纷纷崛起、从而使得该国成为新的世界科学中心。其实,大国也未必能自然成为世界科学中心,除非该国能够出现很多像玻尔这样的战略科学家。

  战略科学家的特征之一是能洞察科学前沿和趋势。科学史显示,科学成果和活动在一段时间内可能集中出现于一门或几门学科中,犹如 “富矿层”,可称之为“当采学科”。 如果早期这些学科出现卓越科学家、并将资源投入“当采学科”,那么可在该领域产生大批一流成就并涌现很多一流人才。然而,事先很难确认什么是 “当采学科”,需要较多的战略科学家们在较广的疆域进行探索,及时发现之、并深耕下去。当然,大国也需要适度投入于众多的小学科和交叉学科,因为科学发展有太多不确定因素,“富矿层” 在意想不到的地方突然出现也是很可能的。

  战略科学家需要得到国际同行认可、并具有吸引世界一流(而不是二流、三流)科学家、及一流青年才俊纷纷投奔的魅力。他们须具有开放的胸怀、广阔而深远的视野,为青年人创造条件超越自己,不断拓展科学的疆域,而不是把人们捆绑在自己的课题上为自己的声誉添砖加瓦。他们必须有追求科学真谛的渴望、执着和勇气,不惧权威、也不压制他人的挑战。只有让一代超越一代、不断作出一流工作,才能形成重要学派和优势学科,低水平工作的堆砌对科学及其应用意义都不大。

  健康的学派应该是开放的、平等的团体,而不是封闭的、等级森严的帮派。然而,中华传统文化对人情、关系和等级看得太重,一些学术领导者喜欢招收自己的学生、近亲繁殖,形成一个封闭的、具有人生依附性质的 “准家族” 利益团体。科学家之间也常常过多考虑关系与面子,放松对彼此项目和科学成就评审标准,让科学精神与质量及国家利益受损。诚实较真、不善抬轿、不谙世事的人很容易被各种圈子边缘化。

  现代科学是起源于欧美文化环境的智能竞赛运动,如果中国保持开放的国际合作、让国际同行参与中国的科研、科研评价和管理,可以更好地对冲帮派、人情、关系、面子、等级固化和江湖文化对科学精神和质量带来的侵蚀。

  科学家之间(包括师生之间)的学术争论多多益善,不应该用政治和行政力量去选择胜者、封杀另一方。善于公关宣传的科学家很容易吸引眼球、成为行外大众和行政体系追捧的对象,但 “网红科学家” 的成就未必有重要的科学和应用价值,却容易形成浮夸之风。科学家之间的公开争论可以对冲不实宣传带来的误导,让公众和决策者得到的信息更对称和准确、从而更好地做出判断。

  社会应该尽量让科学共同体按其规律运转,减少政治元素和行政干涉。大众和决策者仅凭一些表面的学术指标和知名度,很难评价科学家。科学从来不是 “群众运动” 和 “权力的游戏”,靠大量人力财力堆砌的论文数和引用率不一定是学术优势的标志、反而很可能形成 “伪当采学科” 泡沫,这对人类科学发展和所在国都没有益处,不仅会空耗国家科研资源,还可能败坏科学风气、浪费很多年轻人的生命。最近中国提倡的反 “五唯”( 唯论文、唯帽子、唯职称、唯学历、唯奖项)行动就是很有意义的纠偏。当然,纠偏也不能过份,避免伤害科学共同体的正常健康交流。

  中国何时成为世界科学中心?

  中国文化自古就实用主义倾向非常强,现在也仍然如此,上上下下都极度重视 “卡脖子技术”,并把解决这些问题的期望放在科学家身上。其实,所有 “卡脖子技术”,其科学原理问题早就解决了。中国目前在一些领域被 “卡脖子”,一方面是因为西方几百年科技积累构筑了相当厚实的技术和产业门槛,要在几十年内全部超越难度极大;二是因为中国产业界科技公司的工程技术力量太弱了。

  因此,首先应该鼓励企业加大研发投入、鼓励更多的科技人员全职去企业工作,提升企业科技水平和产品的科技含金量。还可以成立专门的高科技产业技术研究院,进行 “卡脖子技术” 及其他高新技术、工程和产品的研发,以市场应用而不是以论文为导向。如果让中科院、高校里那些从事基础研究的科学家们去解决他们并不擅长的产业技术和产品问题,是舍本逐末,不仅很难追赶上国际产业技术前沿,还可能输了科学的未来。科学家需要把精力投入到关乎下一波科技浪潮的新科学发现之中,并承担人类好奇心驱动的探索未知的重任。

  最后,让我们来试着回答本文提出的问题:“中国何时成为世界科学中心?”

  从能够载入史册的重大科学成就来看,21世纪的头20年,美国或欧洲的占比都远超其他国家加在一起(电视剧)的占比。过去70多年,特别是改革开放以来的40多年,中国大陆留学欧美达数百万人(有些留在海外,有些归国),其中不乏一流前沿科学家的弟子,但目前还没有一人获得诺贝尔奖等顶级科学奖。这种现象背后的原因值得深思。

  目前,中国在一些学术点出现了突破性原创成就,在一些重要科研课题上具有国际竞争力,在一些劳动力密集型科研领域也形成了一些优势。可以说,中国成为下一个世界科学中心是完全可能的。然而,中国还未曾出现像玻尔这种级别可以创建重要学派并引领关键学科世界潮流的战略科学家,也还没有发现重大的 “当采学科” 并形成相应优势学科,更没有出现国际一流人才纷纷来华的景象。

  前文基于哥本哈根现象讨论了目前中国与西方科学文化上的差异,除此之外,论文作假、论文署名交易甚至商业化、胁迫和引诱性论文引用等明显有悖科学伦理的行为也较为常见。这些问题都会使得中国难以形成良性的科学文化、阻碍科学发展,值得重视并亟待解决。

  只有当中国科研风气优良,一流人才和优势学科不断转移来到中国、而本土学派和优势学科纷纷崛起这个微观过程成为持续放大的“链式反应”之时,能够载入史册的诺奖级工作才会在中国批量涌现。此时,中国就自然屹立在世界科学之中心了。

  今天,中国离世界科学中心仍然有相当距离。

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