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    知識分子 06-24

    中國為何還沒能成為世界科學的中心?

    " 世界科學中心轉移到中國 " 為何尚未發生?| 圖源:pixabay.com

    作為一個小國,丹麥能夠成為理論物理學研究的世界中心,玻爾這位戰略科學家的偶然出現是最重要的因素,他憑一己之力讓丹麥在這一領域進步了 100 年。其實,大國也未必能自然成為世界科學中心,除非該國能夠出現很多像玻爾這樣的戰略科學家。

    目前,中國在一些學術點出現了突破性原創成就,在一些重要科研課題上具有國際競爭力,在一些勞動力密集型科研領域也形成了一些優勢??梢哉f,中國成為下一個世界科學中心是完全可能的。然而,中國還未曾出現像玻爾這種級別可以創建重要學派并引領關鍵學科世界潮流的戰略科學家,也還沒有發現重大的 " 當采學科 " 并形成相應優勢學科,更沒有出現國際一流人才紛紛來華的景象。這背后的原因值得深思。

    撰文 | 董潔林(聯科熙和碳中和產業戰略研究院研究員、清華大學中國科技政策研究中心兼職研究員)

    責編 | 錢煒

    ● ● ●

    近幾十年 ,中國 GDP 快速上升,科研投入也大幅增長,科研人員數量和發表的論文數量都成為世界第一。于是,很多人都在期盼,中國何時成為世界科學中心呢?

    日本科學史學者湯淺光朝于 1962 年提出,如果某國能夠載入史冊的頂級科學成果在某個時期超過同期全世界同級科學成果的 25%、那么就可認為該國在這個時段是世界科學中心。按此定義,他認為過去 500 多年形成過五個世界科學中心,依次是意大利、英國、法國、德國和美國,平均持續時間約 80 年。湯淺發現,美國從 1920 年開始成為世界科學中心。當時他預測 2000 年前后世界科學中心應該從美國轉到其他國家了,并認為蘇聯應該成為下一個世界科學中心,然而,蘇聯卻于 1991 年解體了。一些中國學者從 1980 年代就預測世界科學中心接下來應該從美國轉移到中國,但這至今尚未發生。

    其實,歷史的 " 規律 " 不一定是真規律,用不同的歷史數據可能發現不同的科學中心所在地、得出不同轉移周期。很多學者的后續研究得出了與湯淺不太一樣的結論。但一旦有人提出了某種 " 規律 ",很多人便會生出許多期待來。目前,國人期待下一個科學中心轉移到中國的情緒越發強烈和急迫了。

    世界科學中心從一個國家轉移到另外一個國家,微觀來看會有很多一流科研團隊從他國一個個轉移到某國、及前沿科研團隊和優勢學科在某國本土如雨后春筍般崛起??疾焐蟼€世紀的丹麥哥本哈根學派現象,可為回答 " 中國何時成為世界科學中心 " 這個問題提供非常有意義的啟示。

    開放的哥本哈根學派

    就物質結構探索領域來說,20 世紀初的英國執世界之牛耳。劍橋大學的電子之父湯姆森提出了 " 葡萄干布丁原子結構模型 "(1903),曼切斯特大學的放射性物質研究權威盧瑟福教授發現了原子核(1909)并于 1911 年提出了 " 原子核式結構模型 "。1911 年,剛完成博士學位的丹麥青年玻爾懷揣著一顆朝圣的心來到英國留學做博士后,先后師從這二位教授。一年后,他帶著探索原子結構這個重大科研課題回到了丹麥哥本哈根。

    此時,量子理論已經在歐洲大陸被用來解釋一些物理現象,如黑體輻射(普朗克)和光電效應(愛因斯坦)。結合英國與歐洲大陸最新的科學思路和成就,玻爾于 1913 年提出了 " 原子結構量子模型 ",并成功地用該模型來解釋氫原子結構和光譜。這點燃了人們用該理論解釋各種光譜和研究元素周期表、發現新元素的興趣。由于這項成就,玻爾獲得了 1922 年諾貝爾物理學獎。很多一流青年科學家奔向哥本哈根,如奧地利的泡利、德國的海森堡、英國的狄拉克等相繼而來,師從玻爾。

    除了巨大的科學聲譽,玻爾的性格與品質也是他吸引世界各地青年科學家的重要原因。他心胸開放,對世界各地的科學家一視同仁;他性格溫和、待人寬厚,但在學術問題上執著、刨根問底;他學術品格高尚,樂于做學生和合作者的跳板,如果自己沒有重大貢獻(參與辯論和論文修改不算重大貢獻),不會把名字加在他人的論文上。他還非常善于發現人的長處,鼓勵學生做自己喜歡的課題。

    學生們雖戲稱玻爾為 " 教皇 ",但在科學辯論中,大家基本上是平等的。辯論是哥本哈根學派的成員們熱衷的游戲,在這個過程中彼此成就、共同挖掘科學真諦。例如,玻爾、H. Kramers 與 J.C. Slater 于 1924 年提出了一個解釋輻射現象的半經典、半量子理論(BKS 理論),泡利對這個玻爾等自認為 " 革命性 " 的理論發起了猛烈批評。BKS 理論很快被實驗證偽,玻爾不得不推秤認輸。

    年輕一代的科學家們有新的科學視野并且數學很好,認為舊量子理論里的各種經驗規則和唯象理論已經過時,量子現象需要一套完整的數學理論來解釋。在玻爾與學生們的激辯與試錯中,新量子力學逐漸顯出了輪廓。海森堡、狄拉克、泡利等學生的工作,完善、甚至顛覆了玻爾的理論。這在玻爾看來再正常不過了,因為他也是在否定了他的二位老師湯姆森和盧瑟福原子模型的基礎上、建立了新的原子模型。這也正是 " 吾愛吾師,吾更愛真理 " 之古希臘精神的體現。

    1927 年 11 月,第五次索爾維會議召開。玻爾領導的哥本哈根學派攜新量子力學閃亮登場,這是一個以哥本哈根和玻爾為中心而自發涌現的開放學派,身處多地的科學家們有著相同的主要學術見解,彼此有友誼但并無人身依附關系,玻爾自嘲為 " 叛軍集團 "。他們與愛因斯坦、普朗克等人類歷史上最杰出的科學家相聚。此后,玻爾與愛因斯坦就波粒二象性、測不準原理、幾率波、因果律、互補原理等物理與哲學問題進行了幾十年的大辯論。這場 " 巨人之戰 " 不僅讓世界科學界萬眾矚目,這種最強大腦深度而自由地碰撞也成為科學史上一道靚麗風景。

    推動一波又一波科學前沿浪潮

    玻爾不僅在重大科研領域實現突破,成為魅力獨特的國際科學領袖,更難能可貴的是,他立足一個小國,在詭譎多變的國際局勢中推動了一波又一波科學前沿浪潮。玻爾雖然得到了丹麥的國家經費資助,用以部分支持其研究所建設與運作,但其發展并非是國家戰略計劃的結果。哥本哈根理論物理研究所的人才和資金來自世界各地,在與全球其他機構的合作中,研究所自然而然成為一個跨國科學合作的樞紐。

    1933 年,希特勒成為德國元首之后,歐洲局勢越來越緊張和危險,但哥本哈根理論物理研究所的科研仍然在繼續。其研究重點轉到原子核結構、量子電動力學和場論、以及生物物理領域,涌現出一批新的成果和學術新星。例如,玻爾和美國學生約翰 · 惠勒(John Wheeler)建立了原子核液滴模型,可用于解釋核裂變(fission)現象;玻爾另一位奧地利學生 Otto Frisch 與 Lize Meitner 合作首先揭示了核裂變現象及其物理原理,他們因而被多次提名諾獎但而未能獲獎,成為諾獎歷史上的憾事。玻爾還開創了生物物理方向,其中一位學生 Max Delbrück 后來成為分子生物學的一代宗師,于 1969 年獲得諾貝爾生物和醫學獎。

    有關原子和原子核的研究,很長時間都由科學家們的好奇心驅動著向前推進。但第二次世界大戰的爆發,讓原子能利用瞬間成為國家大戰略,各國物理學家們也肩負起決勝二戰的重任。玻爾和學生們各自為自己的祖國和理念而戰,他最為令人矚目的兩位徒子徒孫是海森堡和奧本海默,前者是德國原子彈計劃的科學負責人、后者領導美國的原子彈計劃(曼哈頓計劃)。玻爾本人也擔任過曼哈頓計劃的顧問。玻爾的另外一位學生朗道,此時卻被蘇聯當局定為 " 反革命分子 " 而下獄。

    二戰勝利后,量子力學成為一些新興產業起跳的基礎,如半導體和現代信息產業,又如核能和太陽能產業。這些都是早期的量子力學探索者未曾計劃和預料的結果。有人曾問玻爾:" 你為什么總是站在科學的潮頭?" 玻爾回答說:" 因為波浪就是我興起的??!"

    關于玻爾和哥本哈根學派的故事,筆者在另一篇文章中(" 戰略科學家玻爾的人生三部曲 ")有更為詳細的介紹。

    哥本哈根現象的幾點啟示

    作為一個小國,丹麥能夠成為理論物理學研究的世界中心,玻爾這位戰略科學家的偶然出現是最重要的因素,他憑一己之力讓丹麥在這一領域進步了 100 年。但一個小國很難做到讓很多學科前沿從不同國家持續轉移到該國,或讓優勢學科在此紛紛崛起、從而使得該國成為新的世界科學中心。其實,大國也未必能自然成為世界科學中心,除非該國能夠出現很多像玻爾這樣的戰略科學家。

    戰略科學家的特征之一是能洞察科學前沿和趨勢??茖W史顯示,科學成果和活動在一段時間內可能集中出現于一門或幾門學科中,猶如 " 富礦層 ",可稱之為 " 當采學科 "。 如果早期這些學科出現卓越科學家、并將資源投入 " 當采學科 ",那么可在該領域產生大批一流成就并涌現很多一流人才。然而,事先很難確認什么是 " 當采學科 ",需要較多的戰略科學家們在較廣的疆域進行探索,及時發現之、并深耕下去。當然,大國也需要適度投入于眾多的小學科和交叉學科,因為科學發展有太多不確定因素," 富礦層 " 在意想不到的地方突然出現也是很可能的。

    戰略科學家需要得到國際同行認可、并具有吸引世界一流(而不是二流、三流)科學家、及一流青年才俊紛紛投奔的魅力。他們須具有開放的胸懷、廣闊而深遠的視野,為青年人創造條件超越自己,不斷拓展科學的疆域,而不是把人們捆綁在自己的課題上為自己的聲譽添磚加瓦。他們必須有追求科學真諦的渴望、執著和勇氣,不懼權威、也不壓制他人的挑戰。只有讓一代超越一代、不斷作出一流工作,才能形成重要學派和優勢學科,低水平工作的堆砌對科學及其應用意義都不大。

    健康的學派應該是開放的、平等的團體,而不是封閉的、等級森嚴的幫派。然而,中華傳統文化對人情、關系和等級看得太重,一些學術領導者喜歡招收自己的學生、近親繁殖,形成一個封閉的、具有人生依附性質的 " 準家族 " 利益團體??茖W家之間也常常過多考慮關系與面子,放松對彼此項目和科學成就評審標準,讓科學精神與質量及國家利益受損。誠實較真、不善抬轎、不諳世事的人很容易被各種圈子邊緣化。

    現代科學是起源于歐美文化環境的智能競賽運動,如果中國保持開放的國際合作、讓國際同行參與中國的科研、科研評價和管理,可以更好地對沖幫派、人情、關系、面子、等級固化和江湖文化對科學精神和質量帶來的侵蝕。

    科學家之間(包括師生之間)的學術爭論多多益善,不應該用政治和行政力量去選擇勝者、封殺另一方。善于公關宣傳的科學家很容易吸引眼球、成為行外大眾和行政體系追捧的對象,但 " 網紅科學家 " 的成就未必有重要的科學和應用價值,卻容易形成浮夸之風??茖W家之間的公開爭論可以對沖不實宣傳帶來的誤導,讓公眾和決策者得到的信息更對稱和準確、從而更好地做出判斷。

    社會應該盡量讓科學共同體按其規律運轉,減少政治元素和行政干涉。大眾和決策者僅憑一些表面的學術指標和知名度,很難評價科學家??茖W從來不是 " 群眾運動 " 和 " 權力的游戲 ",靠大量人力財力堆砌的論文數和引用率不一定是學術優勢的標志、反而很可能形成 " 偽當采學科 " 泡沫,這對人類科學發展和所在國都沒有益處,不僅會空耗國家科研資源,還可能敗壞科學風氣、浪費很多年輕人的生命。最近中國提倡的反 " 五唯 "( 唯論文、唯帽子、唯職稱、唯學歷、唯獎項)行動就是很有意義的糾偏。當然,糾偏也不能過份,避免傷害科學共同體的正常健康交流。

    中國何時成為世界科學中心?

    中國文化自古就實用主義傾向非常強,現在也仍然如此,上上下下都極度重視 " 卡脖子技術 ",并把解決這些問題的期望放在科學家身上。其實,所有 " 卡脖子技術 ",其科學原理問題早就解決了。中國目前在一些領域被 " 卡脖子 ",一方面是因為西方幾百年科技積累構筑了相當厚實的技術和產業門檻,要在幾十年內全部超越難度極大;二是因為中國產業界科技公司的工程技術力量太弱了。

    因此,首先應該鼓勵企業加大研發投入、鼓勵更多的科技人員全職去企業工作,提升企業科技水平和產品的科技含金量。還可以成立專門的高科技產業技術研究院,進行 " 卡脖子技術 " 及其他高新技術、工程和產品的研發,以市場應用而不是以論文為導向。如果讓中科院、高校里那些從事基礎研究的科學家們去解決他們并不擅長的產業技術和產品問題,是舍本逐末,不僅很難追趕上國際產業技術前沿,還可能輸了科學的未來??茖W家需要把精力投入到關乎下一波科技浪潮的新科學發現之中,并承擔人類好奇心驅動的探索未知的重任。

    最后,讓我們來試著回答本文提出的問題:" 中國何時成為世界科學中心?"

    從能夠載入史冊的重大科學成就來看,21 世紀的頭 20 年,美國或歐洲的占比都遠超其他國家加在一起的占比。過去 70 多年,特別是改革開放以來的 40 多年,中國大陸留學歐美達數百萬人(有些留在海外,有些歸國),其中不乏一流前沿科學家的弟子,但目前還沒有一人獲得諾貝爾獎等頂級科學獎。這種現象背后的原因值得深思。

    目前,中國在一些學術點出現了突破性原創成就,在一些重要科研課題上具有國際競爭力,在一些勞動力密集型科研領域也形成了一些優勢??梢哉f,中國成為下一個世界科學中心是完全可能的。然而,中國還未曾出現像玻爾這種級別可以創建重要學派并引領關鍵學科世界潮流的戰略科學家,也還沒有發現重大的 " 當采學科 " 并形成相應優勢學科,更沒有出現國際一流人才紛紛來華的景象。

    前文基于哥本哈根現象討論了目前中國與西方科學文化上的差異,除此之外,論文作假、論文署名交易甚至商業化、脅迫和引誘性論文引用等明顯有??茖W倫理的行為也較為常見。這些問題都會使得中國難以形成良性的科學文化、阻礙科學發展,值得重視并亟待解決。

    只有當中國科研風氣優良,一流人才和優勢學科不斷轉移來到中國、而本土學派和優勢學科紛紛崛起這個微觀過程成為持續放大的 " 鏈式反應 " 之時,能夠載入史冊的諾獎級工作才會在中國批量涌現。此時,中國就自然屹立在世界科學之中心了。

    今天,中國離世界科學中心仍然有相當距離。

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