基礎科學與軍事技術創新關系的歷史演變

宋開強

[摘 要]從軍事技術發展史的角度分析，基礎科學與軍事技術創新的關系歷經了初級、中級和高級三個階段，即古代時期兩者各自獨立發展，近代時期彼此相互聯系，現代時期的高度融合。關注基礎科學與軍事技術創新關系的探討，對我國依托基礎科學推動軍事技術創新，促進軍民融合發展有一定的借鑒意義。

[關鍵詞]基礎科學；軍事技術創新；歷史演變

從軍事技術發展史來看，基礎科學與軍事技術創新的關系經歷了獨立發展、相互聯系和高度融合的三個歷史階段，隨著科學技術一體化的日趨加強和軍事技術體系錯綜復雜，基礎科學與軍事技術創新的關系將更加密切。

1、古代：基礎科學與軍事技術創新的關系處于初級階段

在火藥應用于軍事之前，高頻率的戰爭次數導致冷兵器的種類繁多、內容豐富，但這一時期的基礎科學并不發達，軍事創新主要依靠工匠們的經驗積累和不斷摸索。

就冷兵器的材質而言，冷兵器可分為木兵器、竹兵器、石兵器、陶兵器、青銅兵器和鐵兵器，在這演變的過程中，冶煉技術起著主導作用。在冶煉技術出現之前，人們的武器一般都就地取材，使用木質或者石頭打磨的工具，而金屬銅的出現并有目的的應用戰爭則使武器裝備有了質的飛躍。大約公約前1萬年，石器時代的人們開始認識并使用銅，通過不斷地艱難摸索，掌握了通過制造高溫熱源和去除雜質的冶煉技術。這一時期，化學等基礎科學的知識根本沒有系統的出現，武器裝備材質的創新主要依靠工匠們不斷的摸索實驗，“最初控制燃燒溫度的知識被看做一股神秘的力量，隨后人們才逐漸認識到，那些不過是知識和技術的應用而已。幾乎可以肯定，同樣是靠著運氣和反復試驗、反復失敗，金屬制造最終獲得了飛躍式發展。”[1]

冷兵器性能優劣的另一個重要影響因素是制造工藝的高低，這取決于工匠技術的經驗積累和技術的熟練程度。最初，工匠通過模仿自然界的實物形狀來制造兵器，并不需要科學知識的指導，古希臘哲學家亞里士多德也說過，“人最初的認識是從模仿中得來的”[2]，模仿在武器裝備的創新中起著重要的作用，如“戈的形狀豐本銳末而微曲，如同鷹嘴獸角，用以鉤挽和啄刺敵人”[3]。通過模仿，工匠們可以制造出各式各樣的冷兵器，而且由于工匠們的經驗技術的不同，同等質料的兵器在性能上也會大相徑庭。1965年在湖北江陵出土的越王勾踐劍雖埋藏地下2300多年，仍然光潔如新，寒氣逼人，鋒利無比。在《吳越春秋》中也有干將莫邪鑄劍的記載：“干將，吳人；莫邪，干將之妻也。干將作劍，莫邪斷發斷指爪投入爐中，金鐵乃濡，遂以成劍；陽曰干將，陰曰莫邪。”可見，古代工匠的鑄造工藝決定了武器性能的優劣。在基礎科學尚未系統出現的古代冷兵器時期，基礎科學與軍事技術創新的關系較弱，工匠的經驗技術水平對武器裝備的創新起到了主導作用。

2、近代：基礎科學與軍事技術創新的關系處于中級階段

14～15世紀的文藝復興運動，促進了近代科學的形成與發展，以實驗材料和邏輯推理為基礎的研究方法，指導人們更好的認識世界，探索事物的發展規律，數學、化學、物理學等基礎學科獲得了較快的發展，取得了一系列的新理論、新知識，這些基礎科學的突破往往帶來軍事技術創新。

在近代科學形成之前，火藥就已經被認識和使用，最早關于火藥的記載可以追溯到公元8～9世紀，當時的煉丹家已經知道炭、硫、硝三種混合物的性質，并在宋代第一次運用于軍事的記載。但是直到14世紀末出現的明火槍，也是因為射速慢、射程短和準確性差，沒有產生重要的軍事影響。從火藥的發明到14世紀輕火器的出現，在將近6個多世紀里，火藥的性能將一直沒有顯著地提高，軍事效能并不理想，直到15世紀發明了粒狀火藥后，這種狀況稍有改觀。然而，真正滿足軍事需求的高爆炸藥的發明，則是近代科學尤其是化學發展的產物。18世紀拉瓦錫氧化學說的提出，開啟了化學革命的大門，使人們對物質和物質的變化從定性的樸素認識進入了定量的研究；19世紀初道爾頓的原子論闡明了化學變化的統一理論，從而有力地推動了化學的新發展；19世紀60年代，門捷列夫創立的元素周期表不僅對化學理論有重大意義，而且對化學工業以及其他工業的興起也有重要的促進作用。從18世紀到19世紀60年代，在不到200年的時間里，基礎化學取得的理論突破使化學工業蓬勃發展，火藥由傳統的黑火藥變為硝化甘油、炸膠、無煙火藥苦味酸和梯恩梯等強力炸藥，使火藥的性能顯著提高，滿足了槍炮對火藥的性能的要求，奠定了現代軍事工業的基礎。

基礎化學的發展為槍炮提供了穩定可靠的炸藥，解決了彈藥動能和殺傷力的問題，但射擊精度的提高還需要外彈道學理論的支持，這離不開數學、物理學等基礎科學的發展。1546年，意大利數學家塔塔格里亞出版了《投彈技術》一書，發現了炮身在傾斜45°時射程最遠。17世紀時，伽利略在大量觀察實驗的基礎上，并結合慣性定律等物理學知識，導出彈丸運動的拋物線方程，并且以其為依據寫出了關于自由拋射運動的著作，用科學的理論解釋了射角為45°射程最遠的事實，標志著彈道學的理論初步形成。從17世紀末18世紀初，牛頓通過介質對運動物體的作用的研究，在《自然哲學的數學原理》中四章討論了外彈道學理論，確立了力學定律和微分學是外彈道學問題的理論基礎，成為近代外彈道學奠基人。19世紀戰爭對槍炮技術的要求逐漸提高，槍炮的準確性、射程和威力要求及高精度的射表是外彈道學必須解決的課題，戰爭的現實需要極大的刺激了外彈道學的發展，使外彈道學理論出“井噴式”涌出，如西亞切近似法、彈丸運動微分方程的數值積分法等，這些方法的核心就是微積分理論。微積分在外彈道學中的應用，使外彈道學擺脫了經驗判斷的局限，以“無限細分”和“無限求和”的微積分思想讓運動彈丸的軌跡細分到靜止彈丸點的集合。[4]通過研究每一瞬間彈丸的特征來歸納出整個彈丸運動規律，使槍炮技術成為一門以數學為工具的學科。

3、現代：基礎科學與軍事技術創新的關系處于高級階段

進入20世紀后，科學活動日益從個人或少數人的獨立研究發展成為大規模、有分工，高度組織化的集體，從“小科學”逐漸發展到“大科學”。在科技體制化逐漸形成的“大科學”發展階段，武器裝備創新往往是涉及學科門類眾多、工程技術綜合、管理系統復雜、社會影響巨大的大工程項目，如“曼哈頓工程”、“阿波羅登月計劃”和“星球大戰”。1942年，美國動員了15萬人員，耗費了23億美元，動用了全國1/3的電力，實施了“曼哈頓工程”，制造了首批原子彈。[5]在研制原子彈的過程中，基礎科學與武器裝備創新的關系比以往任何階段都要密切，二者相互融合，一方面表現在物理學基礎理論的突破是原子彈研制成功的理論源泉，另一方面，在解決研制過程中的困難時，“曼哈頓工程”又極大的發展和豐富了物理學的基礎理論。由傳統的以基礎科學推動武器創新為主的單向線性推動模式，轉變為雙向相互推動發展模式。

20世紀初，愛因斯坦提出了著名的質能方程E=mc？，解釋了物質內部能量和質量相互轉化的關系，正是在這一理論的指導下，量子物理學家們積極探索原子內部結構規律，取得了一系列驚人發現，為原子彈的發明提供了理論基礎。1919年，盧瑟福利用鐳放出的“射線”轟擊其他元素，實現了原子核人工嬗變，打開了實現人工核裂變的通道，為人們深入研究核反應，利用核能奠定了基礎；1932年，英國物理學家查得威克在卡文迪許實驗室發現了中子，被當成轟擊原子核的理想“炮彈”，人類找到了打開原子核內部的“鑰匙”；1938年，居里夫人、費米和哈恩等著名的物理學家，在大量實驗的基礎上提出了核裂變理論，為人類開辟一種新的能源。這些物理學的基礎理論的發現被譽為“通往核時代的三個階梯。”[6]

正如“曼哈頓工程”的成功依賴于基礎科學的突破一樣，“曼哈頓工程”也極大的促進了量子物理學的發展，使人們對理論物理學的認識得到了極大的強化，使量子物理學在戰后相當長的一段時間內成為帶頭學科。“曼哈頓工程”集中了當時大量的頂尖物理學家，為學術交流提供了良好的平臺，“他們有時在國際會議上碰頭，交換意見，有時在聲望卓著的科學刊物上發表論文，介紹新發現。一大批這方面的科學家會聚在阿拉莫國家實驗室，形成了一個無與倫比的思想庫”，7這些物理學家們在阿拉莫實驗室進行問題探討，學術交流，將觀眾的焦點集中到共同的目標，極大地推動了量子物理學在短期內的迅速發展。在研制的過程中，有政府出資建立的先進實驗室，也為基礎科學的研究發展提供了優越的硬件設施。此外，從“曼哈頓工程”中總結出來的“大科學”管理模式，被成功地應用與其他基礎科學項目的管理，間接地推動了其他基礎科學的突破與發展，基礎科學與軍事技術創新高度融合。

參考文獻：

[1]懷特.戰爭的果實：軍事沖突如何加速科技創新[M].北京：三聯書店，2009：53

[2]遲軻：西方美術史話[M]，中國青年出版社，1981：58

[3]劉戟鋒，趙陽輝，曾華鋒：自然科學與軍事技術史[M].長沙：湖南科學出版社，2003：14

[4]張奠宙：二十世紀數學史話[M].上海：知識出版社，1984.

[5]高嘉社.科學社會學[M].北京：科學出版社，2011：27

[6]劉戟鋒，趙陽輝，曾華鋒：自然科學與軍事技術史[M].長沙：湖南科學出版社，2003年，第218頁。

[7]懷特：戰爭的果實：軍事沖突如何加速科技創新[M].北京：三聯書店出版社，2009年，第97頁