論基礎研究原始創新的特點

于綏生

摘要：基礎研究原始創新是科學之本、技術之源，對經濟社會發展起著支撐和前瞻引領作用，關系科技發展的后勁和經濟社會發展的未來。主要包括：創新思想具有獨創性、非共識性和轉化性；創新過程具有探索性、不確定性、長期性；創新結果具有首創性、超前性和承認的滯后性；發揮作用具有研究牽引性、高技術先導性和產業發展帶動性；研究者具有群體性、傳承性和非功利性。深入研究原始創新的特點，對于指導和管理基礎研究具有重要意義。關鍵詞：基礎研究；原始創新；特點；中圖分類號：G 311

文獻標識碼：A文章編號：1672-7312（2017）04-0354-07

Abstract：of fundamental research is the source of science and technology，which plays a leading role in the development of economic society，influencing technology and economic society in the future.The original innovation mainly includes：an innovative idea is original，individual and transformational；an innovation process is exploratory，uncertain and longterm；an innovation result is pioneering，advancing and recognitive lagging；the effect is of traction，leading hightech and driving industry development；a researcher，belonging to a team，is inheriting and nonutilitarian.Further research on the characteristics of original innovation is of great significance to the guidance and management of fundamental research.

Key words：fundamental research；original innovation；characteristic；management

0引言

“原始創新”[1] 一詞最早出現在董晉曦的論文中，是2000年以前唯一能查到的文獻。而2000年共檢索到8篇論文，其中5篇是路甬祥院士撰寫的，此后關于原始創新的論文大量產生，目前學術界關于原始創新的內涵并沒有統一的認識和規范，研究者分別從不同的角度對原始創新的內涵進行了研究，原科技部長徐冠華[2]、清華大學沈德忠[3]、中國社會科學院哲學所金吾倫、復旦大學的吳海江[4]、國家自然科學基金委員會的葉鑫生[5]等都分別從不同的側面給出了原始創新的含義和解釋。從說文解字的角度看，原：最初的、開始的[6]；始：最初、起頭、開始[6]；創：創始、首創[7]；新：初次出現的，與“舊”相對[7]。原始：最初的。這些字或者詞都有最初的、開頭的、首創的等意義，無論是原始創新、源頭創新都體現在最初的和開始的。基礎研究是探索未知領域的，其目的是通過科學實驗和理論揭示事物的結構、運動既相互作用規律，發現新現象，提出新概念、新原理，深化人們對自然界的認識，豐富完善科學知識體系[12]。基礎研究原始創新就是某一創新行為的發生將引發一系列與之相關的或以此為基礎的新知識，或導致新的知識創造方法的出現[13]，在世界范圍內是突破性的，以此為起點，吸引一大批研究人員做擴展性或跟蹤性研究，從而推動學科的變革，開辟新的研究方向、新的研究領域或開創新學科[14]，它突破了特定研究方向或研究領域知識創新的“瓶頸”，更可能開創新的研究方向和研究領域，開辟新的創新周期，掀起新的創新高潮[15]，從而形成知識生產的“連鎖反應”，導致大量高新技術的產生，促進經濟的發展。這已發展成為國家利益的一項重要戰略投資，清楚地認識基礎研究原始創新的特點，對于提高管理水平、加強基礎研究規劃，具有重要的指導作用。

1創新思想的特點

1.1獨創性

科學研究往往是某個人首先形成新思想，在特定的地點、特定的時間提出來，是研究者個人獨特的創意（idea）。英國科學家霍金曾指出：“推動科學前進的是個人的創見”。換句話說“最初就來自一個人頭腦中的一個念頭”。研究發現，任何一項原始創新，不管參與的人員有多少，提出原始創新思想的人，才是科學最主要的貢獻者。如2015年獲得諾貝爾生理和醫學獎的中國科學家屠呦呦，雖然整個青蒿素項目是一個很大的科學家群體共同研究完成，但她是第一個“把青蒿素帶入了國家公關項目、并提取出了具有100%活性的青蒿素、同時將青蒿素運用到臨床并證實它有效等研究工作”，由于這3方面研究工作的“第一”而獲獎。因此，個人的獨到的創新思想，也就是個人的原始創意，是源于一個或者一組原始創意（Original Idea），通過科研人員在一定條件下實現它，經過實驗或者理論驗證并為同行普遍接受的過程。重視研究人員原始創新思想在于放棄傳統觀念，打破慣性思維，鼓勵“奇思異想”、“標新立異”具有變革性創新的學術思想[16]，鼓勵敢為人先的創意創造，逐步實現由“跟蹤研究”轉向“原創研究”，盡可能促進更多的原始創意發展成為原始創新。科研的選題就是把捕捉到的新現象、提出的全新問題、以及提出新的觀點和思路，通過科學語言轉化為能夠實現的計劃書。通常說“做學問的最高境界不是博大精深，而是原創”[17]，強調原始創意就是強調科學發現的優先權。基金項目的評審強調“原創性”，其意義也就在于此。

1.2非共識性

由于超前的研究思想只是極少數科研人員提出來的，大多數研究者不一定立即認識或者接受它，原因是提出者的思想已經遠遠超出同代人的認識水平，所以得不到多數同行的認同而成為少數，由于這種思想往往與當時社會上公認的“理論”不符，甚至是矛盾的，往往遭到多數同行的反對或者壓抑。這種非共識性在科學史上比比皆是，如19世紀俄國化學家門捷列夫開始元素周期率探索時，就受到權威齊寧的一再勸告，由于門捷列夫的堅持，最終發現了元素周期律。由此說明基礎研究原創思想的提出，開始人們很難做出“預見”也不易達成“共識”，通常只有研究者個人或者少數同行獲得認可，即缺乏共識性。一旦獲得成功，往往開辟新的研究方向和研究領域，甚至創建新的學科[19]。如《天體運行論》的出現、紅外線的發現、孟德爾的《植物雜交實驗》、《光頻率介質纖維表面波導》等研究，都經歷過從“非共識”到共識的漫長過程。在科學研究的資助上，必須高度重視對原始創新思想的支持，以免因得不到支持而失去科學重大發現的機會。

1.3可轉化性

研究思想無論多么超前，必須轉化為科學問題，才可進行研究。這本身就要求具有超前思想的人，具有極高的學術水平，才能洞察學科前沿領域的問題，判別其難易，以及對本學科發揮作用的大小。同時還要有深厚的文學功底，具有極強的概括能力，提出的問題言簡意賅，又不失清晰性。提出具有重大科學意義的問題也是原始創新[20]。提出的問題具備3大特征：①易懂性和清晰性。原因在于容易理解的問題吸引研究者的興趣，復雜的問題卻使研究者望而止步；②雖然難度很大，但給研究者以希望，在通向科學高峰的崎嶇道路上，它是研究者前進的一盞明燈，最終成功的喜悅作為研究者的報償；③科學意義深遠，能使人發現新方法和新觀點，達到更為廣闊和自由的境界。正如1900年希爾伯特在巴黎召開的世界數學家大會上，提出了上世紀數學家應努力解決的23個問題，即著名的“希爾伯特問題”。這些問題既包括大名鼎鼎的“哥德巴赫猜想”，也包括“開普勒猜想”[21]。人們只要成功地解決其中的一個問題，都可使自己成為著名的科學家[22]。諾貝爾物理學獎獲得者李政道提出了21世紀物理學的4個重大問題[23]，為什么我們要相信“對稱”？為什么夸克不能單獨存在？暗物質存在有什么依據？類星體的巨大能量來自哪里？這些很可能是本世紀物理學的研究目標。總之，超前的研究思想只有高度概括轉化為研究同行易懂的科學問題，才能引起科學家研究的興趣。

2創新過程的特點

2.1探索性

基礎研究原始創新是探索未知的自然規律、自然現象，是從已知領域向未知領域的延伸，是探索未知的過程。探索和形成研究課題的假設、理論、模型等；發展可用于更為周密研究的方法；探討開展更為周密研究的可能性。在探索過程中，往往不能被精確地遇見，有很大的偶然性，甚至超出預定的研究目標，呈現出新的苗頭或方向，應該及時抓住，如x射線及中子的發現等，這都是原始創新的正常現象。通常地說，科學研究的每一項成功往往是無數次失敗的結果，在失敗的過程中能夠遇到許多偶然出現的現象，這些現象其中也包含許多新思想的萌芽。只有那些敢于面對失敗、善于觀察的研究者，才能在反復的實驗中發現新現象或新火花的產生，并為之繼續研究探索下去。許多原始創新重大發現的線索，都是來源于研究人員能夠抓住這些現象，才能夠產生重要的成果。

2.2不確定性

“不確定性是高質量研究項目的固有特性”，主要表現在研究思路的不確定性，研究方法的不確定性，試驗技術路線的不確定性，導致研究結果的不確定性。對某一項具體的研究內容，可能得到預期肯定的結果，也可能得到否定的結果，甚至可能得到與此無關的結果，這種現象有人形象地比喻為“種瓜得豆”。這就要求在研究過程中對相應的研究方法、研究方案、研究目的進行適當修正完善，有可能做出根本性的調整或者拋棄原有的計劃。預見性越差的研究，重要發現的機會就越大，溴的發現、青霉素的發現等都是對偶然實驗現象深入研究的結果。科學研究工作允許失敗，發展過程中原始創新的發生更具有不確定性、無法預測。“但如果等到完全明確了，就已經失去先機了，這就是前沿科學的特點。”相關研究數據表明：純基礎研究的成功率是3%，應用研究的成功率一般為15%[24]。基礎研究原始創新的成功率會更低。

2.3長期性

基礎研究原始創新是以前沒有被發現的理論、知識、方法，沒有前人的研究可以借鑒，這就決定了需要長期的探索。從科學思想到形成科學問題需要時間。任何重大發現都是建立在千千萬萬研究者奠定的科學成就基礎上，由科學家千辛萬苦的勞動取得的，就像元素周期律的發現者門捷列夫在回答他人提出的如何研究時說的：“這個問題我大約考慮了20年！”任何一項原始創新研究，從分析了解同行的前沿性工作，到研究出有價值的切入點，甚至研究思路都需要花費大量的時間。理論的論證或者實驗的實施需要大量時間。任何一項重大理論的發現或發明，可能需要研究人員幾年甚至幾十年的努力，有時甚至要幾代人的努力，需要付艱辛的勞動，才能取得成功。愛因斯坦提出相對論，思考了10多年，安德魯·懷爾斯證明費馬大定理用了7年多的時間，丁肇中確定電子半徑小到不能測量，花了近20年的時間。達爾文研究的《進化論》、李時珍編研的《本草綱目》等，都經歷過漫長的研究歲月，才得以呈現在世人面前。結論檢驗同樣需要時間。就研究者本身，從得到發現、規律、原理等到自己滿意，再經過反復實驗論證，有一個補充、修改、完善和提高的過程，更需要實驗和理論驗證其正確性。從研究思想的形成，到項目的設計、論證到獲的必要的經費支持，從實驗驗證到發表科學論文，這一系列的環節，構成了基礎研究原始創新的研究周期。在對342項諾貝爾獎的成果統計中，50.3%的成果的研究時間是5～14年，僅有少量成果是在較多的時間內完成的[25]。

2.4長期積累性

科學研究是一個“厚積薄發”的過程，既需要研究者學術思想和個人研究經歷的積累，也需要科學自身的積累和社會發展條件的積累，這個過程絕不是一朝一夕形成的，而是經過長期積累與沉淀，才能產生原始創新成果。這種積累的本質是科學傳統和學術思想的積累，還有研究人員超常的意志和毅力，以及深邃的對科學問題的鑒賞力。在科學上，從來沒有人懷疑牛頓力學研究成果的原創性，但牛頓本人卻謙虛地說，我是站在巨人的肩膀上，在浩瀚的海灘上撿到一個小小的貝殼而已。說明具有革命性原始創新是以大量的常規研究為基礎，是繼承與發展的辯證統一的結果。愛因斯坦的相對論是繼承數學家龐加萊（Henri Poincare，1854—1912）在1904年的一次演講中提出“相對論”這個名詞，同時又結合當時物理學家洛倫茲（Hendrik A.Lorentz，1853-1928）早已提出來的一組極為重要的變換公式（洛倫茲變換），完成相對論的理論體系，正是這個概念導致了物理學的革命[26]。英國劍橋大學卡文迪什實驗室是產生原始創新成果的搖籃，多項成果獲得諾貝爾自然科學獎，這與學術思想的積累和傳承有必然的聯系。

3創新結果的特點

3.1首創性

基礎研究原始創新是開辟新的創新周期，而不是延長一個創新周期，其結果必須具備2個基本性質：原始性和唯一性。這2個性質是原始創新的十分重要的屬性，是檢驗研究結論是否是首創性的基本標準。原始性是科學研究的思想、研究方法，是研究者在世界上首次提出，根本沒有現成的思路、方法或者成果可以借鑒，但他又遵循自然科學研究的規律，同時又經過實驗或者理論驗證是正確的東西。唯一性是指研究者得到的結果，在此之前從未有第二個人提出或者預見過，也就是“從0到1”的過程，用王綬琯院士的話說：“基礎研究只有金牌，沒有銀牌和銅牌。”否則就不是原始創新，而是跟蹤創新或者模仿創新。

3.2極度超前性

基礎研究原始創新產生的結果是獲得新知識，其表現形式是新概念、新原理、新定律、新學說、新模型等，或者是新實驗效應、實驗現象、實驗方法、新物質（基本粒子、新元素、新材料等）等知識產出，由于這些研究成果是極少數科學家在超越當時同行的認識水平，超越了流行的理論，超越當時科學發展的歷史階段完成的，大多數科研人員還不能夠認識其意義和作用。在當時歷史條件下，其應用價值研究者自己也常常難以知道，卻能推動科學的發展[28]。因而具有非常的超前性。

3.3同行承認的滯后性

由于基礎研究原始創新成果的首創性和超前性特點，決定了其成果被同行承認存在滯后性。主要表現在以下幾個方面：成果的公開（發表）需要時間。基礎研究原始創新成果大多數以論文的形式發表出來，而發表論文就必須經過同行評議，也就是審稿人認可才能夠發表，這是同行承認的第一步，直接決定該成果是否可以發表，一旦發表論文就取得科學發現的優先權，是小范圍（僅幾個評議人）、“小同行”的評議和確認。實踐的檢驗需要時間。想要準確估計原始創新的效果需要具有較大的時間跨度[29]。許多原始創新成果往往當時無法評價其價值，更無法得到學術界的承認，只有在漫長的科學研究和實際生產生活中，得到驗證并予以接受，才承認其科學價值。同行承認也需要時間。論文發表以后，被同行的引用視為對成果認同與否的分水嶺，是在相對較大范圍的同行評議，是不受時間限制的、持續性的檢驗。這段時間短則幾年，長則幾十年甚至上百年。孟德爾發表的《植物雜交實驗》論文，論文發表后30年內鮮有同行引用。奧地利數學家J.Radon在1917發表的關于“拉東變換”的論文，直到60年后“拉東變換”才引起世界許多數學家的廣泛關注和深入研究。由此可見成果被同行承認的時間是極其的漫長的。有些原創性成果常常不能及時被同行所認識和接受，既有同行科學家所在實驗室實驗條件的限制，也有科學家個人學術思想及認識水平的影響。社會承認時間更長。研究成果的社會確認過程一般需要更長的時間，而獲的科學獎勵是在科學社會中的一種最終確認。有學者通過對諾貝爾獲獎者的研究表明，上一世紀產出的重大成果，只有極少數是在很短的時間內獲獎的，大多數研究成果經過幾年、幾十年甚至更長時間才獲獎。也有研究者指出，從發表到獲獎時間間隔：物理是13.1年，化學是14.3年，生物和醫學是14.2年[30]。特別是上個世紀后期，成果確認的周期明顯滯后，確認最短的時間為5年，最長的時間為53年。這充分說明原始創新成果社會承認的滯后性。

4發揮作用的特點

4.1知識生產的牽引性

原始創新成果具有很強的牽引性，一旦在某方面取得重大的科學發現或者理論突破，就會引起許許多多研究人員對該理論的興趣，并不斷進行完善和發展，同時帶動一系列相關研究領域的發展，有形成新的重大發現或者理論突破，有研究者稱之為“發現之發現現象”[31]。在1901年倫琴發現X射線后，圍繞該研究就產生了16個重大成果獲得諾貝爾獲獎，其中化學領域有6項（10人獲獎），物理領域有7項（8人獲獎），生理學與醫學領域有3項成果獲獎（6人獲獎）[32]。圖1清楚表明倫琴的科學發現帶動相關科學研究發現的顯性關系。原始創新的這個特點告訴我們，人類探

索未知領域的進程是永無止境的，在一項重大發現之后，必然孕育另外一些新的發現，這些發現不僅建立在本學科領域的知識上，而且同時借鑒和應用其他學科領域的知識加以實現。在此研究的基礎之上，對已有知識的科學整理與挖掘，也會產生重大的發現和理論創新。

4.2高新技術產生的先導性

一些文獻指出，基礎研究原始創新是應用研究的先決條件和催化劑，是技術創新的根本驅動力和核心技術創新的源泉[33]。原始創新理論往往能引起科學技術領域的重大突破，產生一系列發現、發明，可能導致科學觀念的變革和科學方法論的飛躍，帶來重大技術革新和技術革命，開辟新的生產領域。正是由于分子生物學、生物化學和遺傳學的原始創新成果，使生物技術和生物工程蓬勃發展，并廣泛應用于工業、農業、醫藥和食品工業等方面。由于量子力學研究固體中電子的運動，導致半導體技術和電子技術的迅猛發展，開辟了全新的生產領域，有力地推動科技的發展與人類文明的進步。當前，我國把發展戰略性新興產業，作為實現產業轉型升級的主要內容，需要大量原創性成果作為支撐。解決人類的健康問題、食品安全、防災減災等問題，各種疾病、癌癥等重大疾病的致病機理，同樣需要技術的重大突破，也依賴于基礎研究的原始創新。研究表明，現代技術革命的成果大約有90%來源于基礎科學研究的原始創新[34]。

4.3產業發展的帶動性

原始創新理論除了對科技自身發展產生重大的影響，成為高技術產生的源泉外，還將帶動新興產業群的崛起[35]，對產業發展具有巨大的帶動作用。首先促進現有產業的升級改造，成為經濟持續發展的引擎。基礎研究原始創新對產業發展的貢獻有直接的和間接的，也有隱形的和顯性的，并且這種貢獻在不同的產業和不同的時期也是不同的[36]。美國學者在研究7個產業調查數據的實證分析，得出的結論是：如果沒有原始創新，約有15%的新產品和11%的新工藝無法被開發出來[37]，基礎研究到產業界應用的時間滯后周期越來越短。如IT技術高性能、網絡化、智能化的廣泛應用帶動經濟增長、推動產業升級。其次催生新的產業，極大促進經濟的發展。原子結構理論的發現，電磁感應定律的發現，無線電波的發現，都相繼催生了一大批新興產業。流體力學理論的突破，推動了大飛機、高速列車技術與制造業的新發展。信息技術的發現，發明和發展催生出了以半導體、絕緣體和導體為基礎的現代電子工業。愛因斯坦質能方程的確立，形成和發展了核技術，導致原子能和核能產業的發展。基礎研究的原始創新作為高技術的源泉，已成為經濟增長的重要因素[38]。一個在基礎科學領域依賴于他人的國家，將延緩他的工業發展速度，并在國際貿易競爭中處于劣勢[39]。原國務院總理溫家寶曾指出：“中國要搶占未來經濟科技發展的制高點，必須依靠自己的力量拿出（基礎研究的）原創成果。”

5創新者的特點

5.1有持續的興趣性

趨利性是很多科學家從事科學研究活動時的行為規范，也是一種游戲規則。換句話說，通過“科學”追求“利益”需要遵循一定的規則，其中重要的一條是不能要求產生的科學知識直接為生產者自身的“利益”服務。這是因為利益常常導致偏見和盲目。要想在基礎研究領域取得重大原創性成果，科研人員需要具有淡泊名利的人生境界，不為外在的名利、官位所束縛，也不為自己所做出的貢獻而居功自傲。必須志存高遠、虛懷若谷，敢于坐冷板凳，具有十年磨一劍的功力，才能在基礎研究過程中，取得重大原始創新成果。科學發現的最大報酬是“新發現帶來的激動”[40]。屠呦呦39歲時，開始研究青蒿素治療瘧疾課題，持續46年，一心撲在研究上，對科研攻關達到癡迷、忘我、犧牲的程度，付出常人難以想象的代價。她能獲得諾貝爾獎，是幾十年來持之以恒用點點滴滴的血汗換來的。青蒿素的研究歷史最大的啟示是“扎實做事”，發現青蒿素是平凡的人通過認真的工作，在條件有限的情況下做出的杰出成就。所以說，研究個體有非功利性，否則是難以從事基礎科學原創性研究。

5.2師徒的傳承性

中國有句至理名言“名師出高徒”，這句話在諾貝爾獎獲得者中，反映尤其顯著，是對名師指導作用的充分肯定和有力證明[41]。美國學者朱克曼對1972年以前美國92位諾貝爾獎獲得獎者統計表明，有師徒關系的獲獎人的比例都是非常高的，其中物理學領域是61.3%，化學領域是57.9%，生理學和醫學領域是42.9%[42]。圖2表明了師徒之間的傳承關系[43]。再如1909年獲得諾貝爾化學獎的奧斯特瓦爾德，培養出瓦爾特·能斯特（1920年獲獎），瓦爾特·能斯特又培養出美國的物理學家羅伯特·密立根（1923年獲獎），密立根指導了卡爾·安德森（1936年獲獎），安德森又培養了唐納德·格拉賽（1960年獲獎）。這師徒五代傳承了半個多世紀。名師通常依靠自己淵博的知識、高超的研究能力、魅力四射的人格，對學生施以更加優良的訓練，把最先進知識傳授給學生，使其置身于學術研究的最前沿，引導本身力量通常不可能達到的水平。

有學者對372位諾貝爾科學獎獲得者進行統計，研究發現從獲得博士學位開始從事科學研究，并做出重大發現，二者之間平均為13年，短則1年，長達48年。該研究還表明，從事研究工作6～15年是重大發現較為集中的時間[44]，隨著時間的推移，做出原創性成果的幾率隨之降低。而絕大多數學者獲得博士學位的年齡在22～29歲之間，由此推算35-42歲之間是做出原始創新成果的最佳年齡，這已經引起我國相關部門引起高度的關注。

5.3研究者的群體性

雖然創新思想是某一個或幾個主要人員提出來的，但要從實驗和理論的實現或者驗證，需要相關研究領域科研人員密切合作才能得以實現，涉及知識的領域多、使用的儀器設備多、消耗的資源多，尤其在當今科學發展的條件下，更需要具備各方面知識人員的積極配合，才能取得成功。現在“科學正朝著極大、極小和極復雜的方向發展”[45]。顯然，無論是“極大”、“極小”還是“極復雜”，都清楚地表明：科學探索的難度越來越大。如屠呦呦獲得諾貝爾生理和醫學獎，雖然是她“第一個發現青蒿素對瘧疾寄生蟲有出色療效的科學家”，但從問題的提出到研究、藥效、臨床等一系列工作的完成，還是有一個龐大的科學家研究群體共同完成的，他的貢獻絕對是最重要的。再如“人工合成具有生物活性的胰島素”的研究，涉及的單位有中國科學院上海生物化學研究所、上海有機化學研究所和北京大學生物系3個單位，以鈕經義為首，由龔岳亭、鄒承魯、邢其毅等科學家共同組成的研究小組，在前人對胰島素結構和肽鏈合成方法研究的基礎上，探索用化學法合成胰島素。經過幾年的研究，終于取得舉世公認的原創性成果。

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（責任編輯：許建禮）