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发布时间:2020-07-01 22:15

  各位网友大家好!在中国科协七大开会期间,我们人民网《科技视点》栏目邀请到了中国科学院院士陈佳洱,和我们一起来聊一下基础科学研究中的自主创新。

  陈院士,您作为一位卓有成就的物理学家,您怎么看待基础科学研究中的自主创新在国家科技发展以及经济发展中间的地位和作用呢?

  [陈佳洱]作为一个物理学的工作者,我们搞的是基础科学,物理学是基础科学的一个基石。基础科学在整个国家的发展中的作用和地位的问题,可以从两个方面来看,一个是从历史的回顾来看,一个是从现实生活中看。

  从历史上看,整个人类技术文明的发展历经了几次大的革命,从文艺复兴以后到18世纪中叶以蒸汽机和各种机械发明为标志的工业革命,19世纪的电气化,20世纪30年代开始的对核能的利用以及现在的信息化。分析一下这几个时期,都可以看到首先是由于在基础科学研究上的突破,引起了技术上开创性的革命和变化,带动了整个西方工业技术的发展。

  在这几大技术革命中,很重要的是,17世纪牛顿综合了哥白尼、伽利略、开普勒等成果的大成,建立了一套完整的理论体系,真人现金电气转换器的作用及特点奠定了以系统的实验方法得到完整的物理因果关系的理性思维体系,上升为经典物理学。牛顿力学和热力学结合,支撑了以蒸汽机、机械为主的工业革命的诞生。

  19世纪麦克斯韦通过总结大量实验获得的电磁学四大定律,完成电磁学的麦克斯韦方程,建立了经典场论。“场”作为自然界一个基本构成,进一步拓展了人们的物质观,更引发了一场电气化的革命,促进了电气工程和整个无线电通讯事业的大发展。

  20世纪以相对论和量子论为代表的物理学的革命性发展,形成了人类崭新的时空观、运动观和物质观,极大地深化了人类对自然界从微观、宏观到宇观各个尺度层次的基本规律的认识,使整个科学发生了质的飞跃,产生了半导体技术,核技术、激光技术、信息技术等。物理学和生物学的结合,发现了DNA,成为现代生物技术的基础。

  所以,基础科学的本质是揭示客观世界的运动规律,是人类关于客观世界基本规律的知识体系,这样的知识体系是技术创新、技术革命的先导和源泉。没有基础科学的突破,就没有技术的划时代发展。可见,技术科学自主创新,高新技术的发展,都植根于基础科学。

  从现代中国的技术革命来看,我们都知道王选搞的汉字激光照排印刷系统。其实开始时,北大的项目并没有被列入国家计划,当时国内其他列入计划的那些单位还是跟着国外的潮流做第二代或者是第三代的技术,但是王选提出了第四代的技术方案。他为什么敢于提出第四代,能做第四代?就是由于北大在基础科学上有良好的储备。首先,王选同志是个数学家,他通过数学上把汉字的信息量压缩了500倍。国外用的英语只有26个字母,中国这么多汉字,如果想利用计算机处理的话,信息量大得不得了!特别是中国的汉字, 笔划多、密度高, 而且对字体一横一竖的宽度以及字体的匀称性等都有一些独特的要求。怎么在计算机中存储、压缩并还原?王选教授于1975年在深入的数学研究的基础上发展了一种轮廓加参数的汉字字形描述方法,他推出了一个精巧的递推公式, 提出了把折线轮廓转换成点阵等若干新的算法。

  利用这些算法可将汉字信息压缩 500倍而仍能保证字形的质量, 毫不失真。

  这种独特的方法当时未见国外报道, 直到我们采用了十五年之后的90年代才看到国外提倡和使用这种附加参数的字形描述法。但要实现计算机的汉字印刷,光有数学的信息压缩还不行,还要解决激光扫描的技术,而那时候北大物理系在激光科技上有很好的基础。王选和物理系相结合研制成功新颖的激光调制器。用一个调制器可调制四束平行激光, 使照排系统既快速高效又紧凑可靠。所以中国的文字印刷,当时能够跨越二代、三代直接到第四代,和北京大学基础科学的基础是分不开的。今天我们提倡不要跟着别人走,要通过自主创新实现跨越,从王选的例子我们看得很清楚,如果没有基础科学的突破,只是就技术论技术,就很难跨越。

  美国科学基金会曾请美国经济学家对美国最近25年的经济增长做了研究,调查基础科学在其中起什么作用?最后经济学家得出结论,说过去25年来,美国经济增长的50%归功于以基础研究为动力的研究和开发。

  其次,基础科学研究对培养创新性人才的作用。实际上搞基础科学的人并不多,但对一个人来说,受没受过基础科学研究的训练可不一样,因为基础科学研究培育求真探源的创新精神,科学的思维方式和尊重事物发展规律的工作作风,有基础研究素养的人才源源不断地进入社会政治、经济、文化、国防等各行各业,大大提升现代社会的整体创新能力。

  再者,我们现在讲可持续发展,要讲降低消耗、保护生态与环境等。这些都要求科学在更深远的层次上为这些问题的决策和解决提供科学的依据,开辟新的技术途径。 比如像沙尘暴等,它怎么来的,历史上是怎么样的,与全球变化的关系是什么?这些都得研究清楚,只靠一时的努力是解决不了问题的。我记得去年我去巴黎开会的时候,正好是海啸大灾之后,当时有的物理学家就呼吁,用中微子来探测地球地核运动的规律,因为这与海啸预报有关。可见,无论减灾或者环境保护都需要通过基础科学来认识地球系统的规律,为保护环境、降低灾害提供依据。

  [主持人]我们知道陈院士曾经担任过北京大学的校长,现在是国家自然科学基金委员会的顾问和北京市科协主席,一直都比较重视科技人才的培养,我们想知道,如果从事基础科学的研究,您认为应该具备什么样的素质是最重要的?

  [陈佳洱]从事基础科学最重要的精髓就是求真唯实的精神,因为基础科学研究本身在于追求人类对于客观规律的认识,揭示客观规律、探求真理是它发展的一个动力。如果没有追求真理的有力驱动,就不可能对客观规律去进行艰苦的探索。

  因为基础科学有两个特点,一个叫厚积薄发,往往要经过长期的积累才能够有所突破。以前丁肇中先生讲过,有人曾经测定电子半径是10-15cm ,由此认为量子电动力学有问题。他觉得不对,就去研究,前后花了20年,用实验证明电子半径小于10-17cm。基础科学需要很长时间的积累才能有成果。爱因斯坦提出相对论,前后思考了16年。可见,不是一朝一夕就能见效的,要能够长时间地坐“冷板凳”,需要甘于寂寞的精神。

  基础科学还有一个特点,它的发现或者新的思想、理论成果,往往在开始的时候,对它所包含的深刻的内在价值,是很多人不认识的,但每一个突破都会在相当的时期以后,深刻地影响人类认识和改造世界的能力,最后经过技术的转化,变成人类的财富。你也许不会相信,普朗克的量子论提出来的时候,爱因斯坦也反对过。所以,从事基础科学的科学家必须有献身科学、追求真理一种精神。 像居里夫人,她做了5多千次的结晶试验,才从8吨的铀矿石中提炼出0.1毫克的镭元素。

  做基础科学需要什么样的素质?首先一条是他要献身科学、追求真理。同时,任何东西必须实事求是,按照科学规律来办,来不得半点虚假。任何成果成立或不成立都要经过许多实验的检验,理论要经过实践的检验,即使是实验,光你做、我做了成立还不行,还要经过世界上许多个国家的同行的检验,都承认,才能成立。

  [主持人]陈院士,您觉得我们国家基础科学研究的现状是什么样?有一些什么问题?在哪些领域应该重点发展、优先发展呢?

  [陈佳洱]中国的基础科学应该讲现在步入了最好的发展时期。一方面小平同志提出科学技术是第一生产力,国家实施“科教兴国”战略,最近国家制订中长期规划中专门设立了基础研究的专题。昨天家宝同志的报告中也讲到,基础科学和前沿技术,要优先发展,所以从国家政策上重视和扶持基础科学。第二,国家的基础研究投入上,这十年平均每年增加20%多,大概其他国家都没有这么高的增长。我们去开会,说到我们增长速度,人家都羡慕,特别是我们国家自然科学基金,86年起步的时候是8000万,今年是34亿,电气转换器属于什么作用将来我们还希望能到五、六十个亿,这说明国家对基础科学是十分重视的。

  现在我们的科学论文在国际引用量上,即SCI总量占世界第五。更可喜的是我们出现了一批能够跟国际同行对话的科学家和群体,在有些方面,我们做出了比较重要的、有影响的贡献。像老科学家刘东升院士,他利用黄土高原做古环境的研究,开始的时候人家都不相信,但是经过他近二十年的努力,终于得到国际的承认,而且因开辟中国黄土与古全球变化研究的杰出成就,获得“泰勒环境科学成就奖”,有人说是该领域的 “诺贝尔奖,也得到了我们国家的最高奖,在国际上是很有影响的。像吴文俊先生的数学机械化证明也是这样。年轻科学家像中国科大的潘建伟,在量子通信方面取得了国际领先的成果。成功地创造了大气中纠缠光子传输13公里的记录。穿越13公里是什么概念?这是大气层的厚度,证明了量子通信的具有穿越大气层可行性,欧洲物理学会给他颁发了菲涅尔奖,中国科协也给了“求是”奖,成绩也是非常好的。

  所以,从这些方面讲,我们国家在投入,在人才,在成果方面,现在正是最好的时期。但是,也有一些问题,因为问题总是一分为二的。以投入为例,一方面是增长速度很快,但是我们的起点很低,我们对基础研究的投入比例,相对于创新型国家或发达国家,我们是最低的。我们的基础研究投入长期徘徊在R&D的5%上下,而一般的发达国家或者创新型国家在经济起飞的时候,对基础研究的投入都占R&D总量的15%、25%甚至还要高,它不是我们想象的逐渐增长,是先达到一个高峰,然后平缓地降到15-20%。原因是首先把基础打好,其他科学与技术就可以跟上来,可以为经济社会发展的提供更有力的支撑和保障。所以,我们的投入相对是低的,这点我想应该引起社会各界的重视。

  另外,我们在人才方面,每万人里从事R&D,包括从事基础研究的,比韩国、日本、美国都低得多,是韩国的四分之一,日本的十分之一。所以,从基础科学方面培养年轻人才非常重要。过去说“学好数理化,跑到天下都不怕”,现在不少年轻人倾向学经、管、法,钱来得快,这当然也有道理。但是,要鼓励年轻人从事基础科学研究,因为基础科学对国家发展太重要了。美国在国家开支的财政科研投入里,40%都是搞基础研究。为什么这么重视,就是从长远发展考虑的。当年美国在汽车等领域被日本超过的时候,就是以他们基础科学的深厚底蕴通过走信息化、知识经济的道路,又超越了日本,这正是我们需要学习和加强的。

  基础科学哪些方面需要发展?现在很重要的一个动向就是纳米科学技术、生命科学技术、信息科学技术、认知科学技术的汇聚,昨天光召同志就讲到这四个领域汇聚。美国2001年开始就在提倡这四个领域的汇聚,他们认为这四个领域的汇聚可以使得整个人类在分子的层次重新认识世界和改造世界,使人类的能力有一个大的提升。当然,这四个领域都是基础学科延伸交叉基础之上发展起来的。另一方面,基础科学要为国家的可持续发展服务,当前的一项重要任务是能源问题,特别是要为化石燃料的清洁、高效利用和新型能源的开发以及各种节能技术提供科学支撑和发挥科学的导向作用。

  基础学科还有个特点,就是有时候有的学科似乎不热,但到一定的时候它成了热点,到那时侯再补就来不及了。所以,基础科学需要全面部署,各个学科都需受到足够的重视。第二,新兴的交叉学科,最有生命力的,更要加强扶持。电气转换器调节还有很重要的一点,是人文科学和自然科学交融。

  [主持人]感谢陈院士来科协七大《科技视点》栏目作客,也欢迎广大网友继续关注中国科协七大,关注人民网科技频道,谢谢大家,今天的访谈就到这里,再见。

  1934年10月1日生于上海市。1954年毕业于长春东北人民大学(现吉林大学)物理系,1952年加入中国。中科院院士,核物理学家。

  1955到北京大学技术物理系任教,曾任教研室主任、系副主任。1965年在英国牛津大学核物理系和卢瑟福高能研究所进修。回国后曾在北京大学汉中分校和北京大学技术物理系工作,任教研室主任。1982到1984年曾赴美国石溪大学和劳伦斯伯可利国家实验室任访问科学家。1984年被提升为教授、博士生导师,同年8月任北大副校长兼任研究生院院长,1986年兼任重离子物理研究所所长。1991年当选为第二届国家自然科学基金委员会副主任。1993年11月当选为中科院数学物理学部委员。1995年当选为第三届国家自然科学基金委员会副主任。1996年8月至1999年12月任北京大学校长。1988年任亚太物理学会联合会理事长。1999年12月任国家自然科学基金委员会主任。

  历任中国物理学会理事长,北京市科协主席。1986年被评为中青年有突出贡献专家,1996年被评为国家高技术研究发展计划“八五”先进工作者。

  专业:加速器物理、核物理。长期致力于粒子加速器的研究与教学,早期进行等时性回旋加速器、静电加速器、粒子束脉冲化技术,近期从事加速器质谱计、新型重离子RFQ加速结构和微波超导加速腔的实验研究等。曾获国家教委科技进步一等奖2项、二等奖3项。

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