科學(xué)家主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)：中國制造邁向高端的必由之路

朱亞宗

摘要：相對于由技術(shù)專家、工程師主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)①的模式，由處于科技創(chuàng)新鏈源頭高地的一流科學(xué)家來主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)，對國家科技創(chuàng)新能力的提升具有更為重要的影響，在很大程度上不僅決定一個國家和民族在激烈國際競爭中的榮衰，而且也將決定人類應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)的成敗。結(jié)合現(xiàn)當(dāng)代科技創(chuàng)新與新產(chǎn)品研發(fā)案例可以看出，科學(xué)家投身并主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)的方式呈現(xiàn)出極大的多樣性，或為產(chǎn)品研發(fā)指明戰(zhàn)略方向，或提供技術(shù)原理和具體的設(shè)計方案，或直接參與產(chǎn)品的研制開發(fā)。當(dāng)前，科學(xué)家主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)也是中國創(chuàng)新邁向高端的必由之路。要破解重大原創(chuàng)性成果稀少、影響世界產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局的重大新產(chǎn)品匱乏等發(fā)展瓶頸問題，必須下大氣力培養(yǎng)造就集科學(xué)家、技術(shù)專家、企業(yè)家于一身的復(fù)合型科學(xué)家，形成兼容并包的科學(xué)文化氛圍。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)科學(xué);產(chǎn)品研發(fā)模式;高端制造業(yè);產(chǎn)學(xué)研復(fù)合型科學(xué)家;原始創(chuàng)新

中圖分類號：F42? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1004-3160（2020）06-0106-09

當(dāng)前，中國能否在信息技術(shù)革命的高級階段——人工智能革命中脫穎而出，將直接關(guān)系中華民族偉大復(fù)興的進(jìn)程。為此中國必須使產(chǎn)品創(chuàng)新邁向高端。2020年3月23日，科技部正式印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)國家技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)的總體方案（暫行）》。《方案》指出，國家技術(shù)創(chuàng)新中心定位于實現(xiàn)從科學(xué)到技術(shù)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)重大基礎(chǔ)研究成果產(chǎn)業(yè)化;《方案》計劃，到2025年布局建設(shè)若干國家技術(shù)創(chuàng)新中心。[1]這一《方案》的頒布正當(dāng)其時，適應(yīng)了中國基礎(chǔ)研究成果快速發(fā)展并牢牢占據(jù)世界第二的科技發(fā)展現(xiàn)狀，同時也回應(yīng)了大量基礎(chǔ)研究成果亟待轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的現(xiàn)實需求。可以期待，這一《方案》的實施，將對我國科技創(chuàng)新突破原始創(chuàng)新這一薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生重大影響，極大推動我國基礎(chǔ)科學(xué)成果向技術(shù)層面及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的快速轉(zhuǎn)化，大大加速我國形成強大均衡的科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品一體化自主創(chuàng)新鏈的進(jìn)程，為實現(xiàn)“中國夢”注入更堅實的基礎(chǔ)。

我們也要清醒地看到，國家技術(shù)創(chuàng)新中心瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)研究成果到創(chuàng)新產(chǎn)品這一層次，是科技轉(zhuǎn)化的最高、最難層次，同時也是當(dāng)前制約我國制造業(yè)“由大向強”發(fā)展最為薄弱的層次。鑒于我國傳統(tǒng)科技布局中基礎(chǔ)科學(xué)研究與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的脫節(jié)，科學(xué)家的產(chǎn)品開發(fā)意識與企業(yè)家的基礎(chǔ)科學(xué)成果應(yīng)用意識均較為薄弱。本文結(jié)合現(xiàn)當(dāng)代科技創(chuàng)新與新產(chǎn)品研發(fā)案例，史論結(jié)合地闡明科學(xué)家在顛覆性重大產(chǎn)品研發(fā)中不可替代的關(guān)鍵作用，就如何推動中國制造邁向高端闡述一管之見，以呼應(yīng)我國建設(shè)最高層次國家技術(shù)創(chuàng)新中心的重大決策。

一、超越經(jīng)驗的理論先導(dǎo)性創(chuàng)新

概而言之，人類的產(chǎn)品開發(fā)分為兩種途徑，一是經(jīng)驗現(xiàn)象啟發(fā)式路徑，二是有科學(xué)理論指引的“經(jīng)驗理論”反饋式路徑，這兩條產(chǎn)品開發(fā)路徑將永遠(yuǎn)相輔相承地延續(xù)下去。

由工匠和工程師主導(dǎo)的經(jīng)驗現(xiàn)象啟發(fā)式產(chǎn)品開發(fā)，自人類文明濫觴起始，沿襲數(shù)千年來長盛不衰。即便是當(dāng)代，經(jīng)驗性的產(chǎn)品開發(fā)仍層出不窮，效果顯著。譬如，“1948年，喬治·德梅斯特拉爾在瑞士鄉(xiāng)間散步時，看到他褲子上粘了一些帶刺的種子，他發(fā)現(xiàn)這些刺的彎鉤牢牢地抓在織物的紋理上，于是受到啟發(fā)，發(fā)明了尼龍搭扣。”[2]醫(yī)療上偶然性經(jīng)驗啟發(fā)的一個例子是偉哥，“這種藥最初是開發(fā)用來治療心臟病的。后來發(fā)現(xiàn)參與臨床試驗的患者堅決拒絕交還那些尚未服用的藥片，即使這些藥物對他們的心臟問題沒有顯著的作用，于是研究人員開始懷疑這種藥物可能有積極的副作用。”[2]

由科學(xué)家主導(dǎo)的產(chǎn)品開發(fā)路徑，雖然自人類創(chuàng)立第一個嚴(yán)密的自然科學(xué)理論體系——牛頓力學(xué)以后才逐漸彰顯。但是，近代以來，三次工業(yè)革命和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明，一次比一次更多地依賴于科學(xué)理論的指導(dǎo)。在第一次工業(yè)革命中發(fā)明高效蒸汽機的瓦特，雖是工匠出身，卻得到格拉斯哥大學(xué)的教授朋友布萊克傾力幫助。布萊克發(fā)現(xiàn)了蒸汽機的潛熱現(xiàn)象，啟發(fā)瓦特發(fā)現(xiàn)了利用蒸汽潛熱是提高機器工作效率的關(guān)鍵。在這一熱學(xué)理論的指引下，瓦特作出了歷史性的發(fā)明：氣缸與冷凝器相分離的新式蒸汽機，為第一次工業(yè)革命奠定了動力基礎(chǔ)。[3]124-125第二次電力工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明和產(chǎn)品開發(fā)，也是1831年法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，主要由一些具有電磁理論修養(yǎng)的科學(xué)家兼技術(shù)專家完成的。對電機發(fā)明做出主要貢獻(xiàn)的西門子與懷爾德都是當(dāng)時站在電磁學(xué)理論前沿的科學(xué)家，他們分別向德國柏林科學(xué)院和英國皇家學(xué)會呈送過電機研究的論文，并在理論的指導(dǎo)下各自發(fā)明了電機。[3]126-127發(fā)明交流電的特斯拉與最早獲得電話發(fā)明專利的貝爾也都是電磁理論研究領(lǐng)域的科學(xué)家。支撐第三次工業(yè)革命及信息技術(shù)革命關(guān)鍵硬件和軟件的發(fā)明家，更是20世紀(jì)中葉世界頂尖的科學(xué)大師。發(fā)明晶體管的巴丁是著名的固體物理學(xué)家，因此而榮獲1956年的諾貝爾物理學(xué)獎;提出電子計算機原理的圖靈、馮·諾依曼等均是數(shù)學(xué)奇才;預(yù)示信息技術(shù)革命未來發(fā)展方向、并擊敗世界圍棋冠軍的“阿爾法狗”（AlphaGo），其研發(fā)者哈薩比斯是團隊的靈魂，也是高水平的人工智能科學(xué)家。三次工業(yè)革命的歷史經(jīng)驗，以及當(dāng)代人工智能新技術(shù)與新產(chǎn)品的研發(fā)，都雄辯地說明，作為時代標(biāo)志或發(fā)展方向的重大技術(shù)發(fā)明及產(chǎn)品，有賴于科學(xué)家的獨特敏感性和理論指導(dǎo)。

由科學(xué)家主導(dǎo)的產(chǎn)品開發(fā)路徑，在很大程度上決定著一個國家和民族在激烈國際競爭中的榮衰。如原子彈的研制過程，先是1905年愛因斯坦提出質(zhì)能方程E=mc2，也即原子彈研制的科學(xué)原理。再是1938年哈恩發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾核而放出巨大能量的裂變實驗，形成原子彈研制的技術(shù)原理，德國一直是推動原子能技術(shù)產(chǎn)品化的中心國家。然而，在二次世界大戰(zhàn)圍繞原子彈研制的激烈競賽中，美國設(shè)立曼哈頓工程項目，僅僅用了3年時間，就制造出原子彈這一創(chuàng)新產(chǎn)品，實現(xiàn)對德國原子彈研制工程的反超，其原因固然有戰(zhàn)爭的緊迫需求和美國政府、軍方的全力支持，但愛因斯坦、玻爾、費米、奧本海默、費曼、魏格納等大批頂尖科學(xué)家親自投身產(chǎn)品研發(fā)，領(lǐng)銜集體攻關(guān)，無疑是實現(xiàn)成功逆轉(zhuǎn)更為關(guān)鍵的因素。再如雜交水稻的創(chuàng)新開發(fā)。20世紀(jì)中葉以來，國際水稻研制的中心在菲律賓馬尼拉的國際水稻研究所。而在中國湖南安江農(nóng)校任教的袁隆平，從20世紀(jì)60年代初懷疑水稻無雜交優(yōu)勢的經(jīng)典理論并提出水稻雜交優(yōu)勢原理，到70年代初就發(fā)明雜交水稻栽培技術(shù)，僅用了短短10年左右的時間。這是因為袁隆平在形成水稻雜交優(yōu)勢理論后，不是停留在理論層面，消極等待條件成熟后依靠農(nóng)藝師來開發(fā)新產(chǎn)品，而是立即親自參與雜交水稻培育技術(shù)的研發(fā)，從而為中國用占世界7%的耕地養(yǎng)活世界上22%的人口創(chuàng)造了條件，也為成功提升世界糧食安全水平做出了重大貢獻(xiàn)。

由科學(xué)家主導(dǎo)的產(chǎn)品開發(fā)路徑，也將決定人類應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)的成敗。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已發(fā)展為科學(xué)、技術(shù)、工程一體化的龐大體系，科技人才也從科學(xué)家、技術(shù)專家、工程師到技師一應(yīng)俱全。經(jīng)濟、軍事、公共衛(wèi)生安全等領(lǐng)域許多重大問題需要各種科技人才協(xié)同攻關(guān)方能成功。解決問題的程序轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)驗與理論的反復(fù)循環(huán)和反饋，但是科學(xué)理論先行的路徑，即從科學(xué)原理和技術(shù)原理到工程設(shè)計，再到工藝制造的創(chuàng)新路徑，日益成為創(chuàng)新的主旋律。當(dāng)前，面對新型冠狀病毒引發(fā)的全球疫情，研制新冠肺炎疫苗成為各國政府殫精竭慮、急欲攻克的難題。而疫苗開發(fā)的難點并不在于制備手段、研發(fā)資金及設(shè)備等方面，而是在于認(rèn)知新冠病毒和疾病的復(fù)雜性、解析人類免疫系統(tǒng)對于新冠病毒的反應(yīng)方式及其機制等方面。因此可以預(yù)見，科學(xué)家主導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)的方式也將成為研制新冠肺炎疫苗的必由之路，決定了疫苗的研制速度和成功與否。

二、科學(xué)家主導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)的基本途徑

科學(xué)家是如何具體參與產(chǎn)品開發(fā)的呢？事實上，從科學(xué)原理經(jīng)技術(shù)原理到技術(shù)設(shè)計，再經(jīng)工程工藝開發(fā)到有先導(dǎo)性效能的新產(chǎn)品，是一個極其復(fù)雜漫長的研發(fā)過程。只有極少數(shù)新產(chǎn)品可由科學(xué)家個人獨立完成。如300多年前牛頓制造出第一架原理非凡而硬件簡單的反射望遠(yuǎn)鏡;20世紀(jì)下半葉中國著名數(shù)學(xué)家馮康以一人之力，獨創(chuàng)兩大領(lǐng)先于世界的軟件產(chǎn)品：有限元算法與哈密爾頓辛幾何算法。這樣的個人產(chǎn)品創(chuàng)新奇跡還會繼續(xù)，但總體說來，絕大多數(shù)科學(xué)家都是在產(chǎn)品開發(fā)項目中的某個環(huán)節(jié)中發(fā)揮主導(dǎo)作用。

（一）指明戰(zhàn)略方向

一部分身處象牙之塔的基礎(chǔ)科學(xué)家，具有強烈的社會責(zé)任感和對外在世界的熱切關(guān)注，加上居于科學(xué)、技術(shù)、工程體系源頭的高處，便如王安石登上飛來峰“不畏浮云遮望眼，只緣身在最高層”，有可能預(yù)見中下游新的技術(shù)原理與技術(shù)設(shè)計，甚至預(yù)測功能更為強大的新產(chǎn)品。與此同時，他們“居高聲自遠(yuǎn)”，有名望的基礎(chǔ)科學(xué)家提出新技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)建議，容易得到國家或企業(yè)的高度重視和支持，并適時轉(zhuǎn)化為研發(fā)項目。

二戰(zhàn)期間，流亡到美國的匈牙利物理學(xué)家西拉德敏感地意識到德國法西斯可能會運用核裂變原理制造原子彈，于是起草了旨在敦促美國總統(tǒng)羅斯福重視和研究的信，由愛因斯坦簽名后送到羅斯福手中，指出“在大量的鈾中建立起原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會成為可能，由此會產(chǎn)生大量的能量和大量像鐳一樣的新元素……這種新現(xiàn)象也可用來制造炸彈，并且能夠設(shè)想（盡管還很不確定）由此可以制造出極有威力的新型炸彈來。……鑒于這種情況，您也許會認(rèn)為，讓政府與那批來美國從事鏈?zhǔn)椒磻?yīng)工作的物理學(xué)家經(jīng)常進(jìn)行接觸是可取的”。[4]西拉德等人的信件為推動“曼哈頓工程”上馬提供了至關(guān)重要的咨詢建議。

中國科學(xué)家也多次提出戰(zhàn)略性建議，推動政府實施研發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品的重大項目。1956年，錢學(xué)森、錢偉長等人在制定第一個科學(xué)規(guī)劃時，就向國家提出先研發(fā)導(dǎo)彈后研發(fā)飛機的戰(zhàn)略性建議，為中國集中有限資源發(fā)展導(dǎo)彈火箭和衛(wèi)星研發(fā)指明方向。1983年3月，中國著名科學(xué)家王淦昌、陳芳允、楊嘉墀、王大珩鑒于美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家紛紛提出高技術(shù)發(fā)展計劃，敏銳地意識到新一輪科技革命可能來臨，聯(lián)名上書鄧小平，提出《關(guān)于跟蹤研究外國戰(zhàn)略性高技術(shù)發(fā)展的建議》。鄧小平高度重視四位科學(xué)家的建議，于3月5日作出批示：“這個建議十分重要……，此事宜速決斷，不可拖延。”[5]“863計劃”的制定和實施表明，曾經(jīng)參與中國軍事高技術(shù)研究的優(yōu)秀科學(xué)家的眼光，不僅局限于軍事，而且投向了未來影響綜合國力的新興高技術(shù)，為中國科技從跟蹤走向創(chuàng)新提供了戰(zhàn)略性建議。西拉德、愛因斯坦與錢學(xué)森、王大珩等科學(xué)家的戰(zhàn)略咨詢建議，雖然不等于高技術(shù)新產(chǎn)品的具體研發(fā)，卻為層出不窮的高技術(shù)產(chǎn)品的涌現(xiàn)指明方向，稱之為主導(dǎo)高技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)，應(yīng)無疑義。

（二）提供技術(shù)原理或設(shè)計方案

較之戰(zhàn)略咨詢，科學(xué)家在高技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)的長鏈中更深入一步的工作，是提供具體的技術(shù)原理或設(shè)計方案。技術(shù)原理和設(shè)計方案是高技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)的理論前提，一般情形下，這樣的理論構(gòu)思不可能由純粹的技術(shù)專家或工程師來完成，而是由相關(guān)的科學(xué)家或身兼科學(xué)家的技術(shù)專家提出。回顧20世紀(jì)的科技發(fā)展史，深刻影響當(dāng)代社會的核能技術(shù)與計算機技術(shù)的原創(chuàng)性新產(chǎn)品，皆由科學(xué)家出手提出技術(shù)原理及設(shè)計方案。

20世紀(jì)30年代，核物理的實驗研究在歐洲非常活躍，處于發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象的前夕，而裂變原理的確立將是后來一切核技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。費米、約里奧居里夫婦等物理學(xué)大師都曾做過用中子轟擊鈾元素的實驗，實驗結(jié)果紛繁復(fù)雜，他們囿于鈾核俘獲中子而產(chǎn)生超鈾元素的猜想，或?qū)︹櫤朔至熏F(xiàn)象視而不見，或?qū)︹櫤朔至殉謶岩蓱B(tài)度。1938年底，德國實驗物理學(xué)家哈恩做了同類的實驗，也對中子轟擊鈾核產(chǎn)生的“散片”疑惑不解，并在論文中仍然堅持舊說，認(rèn)為鈾核不是被中子分裂，而是俘獲中子成為超鈾元素，“我們對‘超鈾元素的信念仍保留如前”。[6]P234然而，哈恩的運氣是將自己的實驗結(jié)果如實寫信告訴了另一位物理學(xué)家梅特納，梅特納又讓兼通實驗與理論的年輕物理學(xué)家弗里施看了此信，弗里施聯(lián)想到玻爾的液滴核模型理論，提出鈾核因振動拉長時如被中子擊中，很可能分成兩半，與此同時，原子核釋放出巨大能量。這一猜想使梅特納深受啟發(fā)，二人各自計算出釋放的能量，都是200MeV，于是合作撰寫論文發(fā)表于1939年的《自然》雜志。在這篇論文中他們借用生物學(xué)中細(xì)胞分裂的概念，提出解釋核分裂現(xiàn)象的“裂變”理論，[6]P234-236釋放原子核能的技術(shù)原理由此確立。正是實驗物理學(xué)家與理論物理學(xué)家的密切合作，揭示了大自然的一個重大奧秘，開啟了人類利用核能的新時代，核技術(shù)的路徑一旦確定，核能新產(chǎn)品的開發(fā)也就指日可待。

20世紀(jì)另一項偉大的高技術(shù)新產(chǎn)品——電子計算機，其技術(shù)原理與設(shè)計方案也要歸功于科學(xué)家。英國天才數(shù)學(xué)家圖靈是20世紀(jì)最優(yōu)秀的數(shù)理邏輯學(xué)家之一，并且是能跨越最抽象的數(shù)學(xué)研究與最實際的應(yīng)用研究，以及民間與軍用不同領(lǐng)域的最卓越的科學(xué)家之一，提出可計算原理與破譯二戰(zhàn)時期德軍密電碼兩大成就使圖靈名垂青史。圖靈1931年進(jìn)入劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，受到馮·諾伊曼以抽象的數(shù)學(xué)方式研究物理學(xué)的啟發(fā)：“他從不同的角度研究薛定鍔和海森伯的量子論，然后通過很抽象的數(shù)學(xué)方式，來證明它們是等價的。馮·諾伊曼的工作，是基于理論的邏輯自洽性，而不是實驗結(jié)果。……這是一個漂亮的例子，表明了純數(shù)學(xué)的拓展如何在物理學(xué)上起到意想不到的作用。”[7]才華橫溢的年輕數(shù)學(xué)家圖靈，并沒有追隨數(shù)學(xué)物理研究的潮流，而是通過對大自然最樸素自然現(xiàn)象的思考與最抽象數(shù)理邏輯的結(jié)合找到了奇妙的思路。1936年5月28日，年僅24歲的圖靈向倫敦數(shù)學(xué)協(xié)會提交了一篇獨到的論文《論可計算數(shù)及其在判定問題上的應(yīng)用》，率先提出了機器計算的可行性原理，也即可計算原理。圖靈的論文是人類科技史上具有頭等光輝的豐碑，它不僅解決了數(shù)理邏輯的一個基礎(chǔ)理論問題，賦予“可計算性”這一概念以嚴(yán)密的數(shù)學(xué)定義，而且證明了制造通用數(shù)字計算機的可行性。圖靈成為集基礎(chǔ)科學(xué)家與技術(shù)原理設(shè)計師于一身的復(fù)合型科學(xué)大師，是人類以信息技術(shù)革命為標(biāo)志的第三次工業(yè)革命的先驅(qū)。然而，在相當(dāng)長的時間里，人們認(rèn)為存儲程序這一重要概念是馮·諾伊曼和“ENIAC”小組最先提出來的。但據(jù)馮諾意曼的一位同事富蘭克爾后來回憶：“馮·諾伊曼從來沒有說過‘存儲程序型計算機的概念是他最先提出來的，而且不止一次說過，圖靈是現(xiàn)代計算機設(shè)計思想的創(chuàng)始人。”[8]今天，人們已公認(rèn)，對現(xiàn)代計算機原理與設(shè)計作出原創(chuàng)性貢獻(xiàn)的不是馮諾意曼而是圖靈。基于此，人們將圖靈設(shè)想的計算機器稱為“圖靈機”，將當(dāng)代計算機科學(xué)技術(shù)的最高獎命名為“圖靈獎”，可謂實至名歸。耐人尋味的是，與公認(rèn)費米為曼哈頓工程第一功臣、于敏為中國氫彈第一功臣一樣，數(shù)學(xué)家圖靈享有現(xiàn)代計算機創(chuàng)新第一功臣的榮譽，而不是具體研制計算機的工程技術(shù)專家。這又一次揭示當(dāng)代科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品的一體化特征，同時也反映了在獲得當(dāng)代復(fù)雜龐大的重大工程研發(fā)成果時，人們習(xí)慣于將最高的敬意和榮譽給予開創(chuàng)研發(fā)之源的科學(xué)家。

（三）研發(fā)新產(chǎn)品

就類別而言，新產(chǎn)品可以有巨大的跨度，不僅有硬件與軟件之分，還有象牙之塔的樣品與中試產(chǎn)品、市場化產(chǎn)品之別。與此相應(yīng)，參與產(chǎn)品研發(fā)的科學(xué)家們開發(fā)出來的新產(chǎn)品也紛繁復(fù)雜。

2010年10月5日，全世界把目光投向了因發(fā)明神奇新材料石墨烯分享2010年度諾貝爾物理學(xué)獎的蓋姆和諾沃肖洛夫。而這次授獎與多年來的諾獎授獎頗為不同：第一，兩位獲獎?wù)呤菐熒P(guān)系，學(xué)生諾沃肖洛夫年僅36歲，不僅是近年最年輕的獲獎?wù)撸以谡麄€諾貝爾獎史上也是非常年輕的一位;第二，從2004年發(fā)明石墨烯到2010年獲獎，僅隔6年時間，也為近年諾貝爾授獎所未有;第三，發(fā)明的方法猶如“山寨”方法：用通常的透明膠帶層層粘揭石墨晶體，使之最終成為二維碳薄膜。這種新材料卻有出人意料的性能：有史以來最堅固的材料，是拉伸強度最好的晶體。后來三星公司編制的石墨烯產(chǎn)品開發(fā)路線圖上，竟列出了對應(yīng)其50個特殊性能的新產(chǎn)品。[9]關(guān)于二維結(jié)構(gòu)的碳材料，沒有人從理論上預(yù)言其有特殊的性能，甚至也從未有人設(shè)想如何制造這種一克材料就可以覆蓋幾個足球場面積的超薄材料。這樣遠(yuǎn)離現(xiàn)實需求與人類視野的東西不可能由技師、工程師甚至技術(shù)專家發(fā)明出來，而只能由象牙之塔中有奇思妙想的科學(xué)家制造出來。事實上，石墨烯的發(fā)明源于蓋姆研究石墨電學(xué)性質(zhì)的純粹科學(xué)興趣。在科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品一體化的背景下，科技創(chuàng)新的吊詭之處在于，高精尖的新產(chǎn)品，只能出于兼具理論素養(yǎng)與技術(shù)能力的科學(xué)家之手，而難以由僅僅掌握技能的技術(shù)人才發(fā)明出來。蓋姆與諾沃肖洛夫雖然只是發(fā)明了石墨烯的樣品，但這一神奇的材料對未來科技及生產(chǎn)生活將產(chǎn)生不可估量的影響。

與發(fā)明石墨烯這種基礎(chǔ)新材料不同，有的新產(chǎn)品研發(fā)結(jié)果是一套能直接投入應(yīng)用的設(shè)備，如王選發(fā)明的漢字激光照排系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代，當(dāng)王選接觸漢字信息處理研究時，中國的漢字印刷還停留在第一代照相排版的落后階段，而歐美發(fā)達(dá)國家的印刷技術(shù)已流行第二代光機照排、第三代陰極射線照排，并發(fā)展出第四代激光照排技術(shù)。王選清楚地意識到中外的巨大差距，冷靜地分析了自己的優(yōu)勢：既懂硬件又懂軟件，懂?dāng)?shù)學(xué)與英語。他決定越過第二代、第三代印刷技術(shù)，直接研發(fā)第四代漢字激光照排技術(shù)。英文的激光照排技術(shù)雖然已在1976年研發(fā)成功，但英文字母少，結(jié)構(gòu)簡單，而漢字常用字就有五、六千個，印刷用的漢字還分宋體、黑體、仿宋、楷體等十余種，還有十多種大小不同的字號。經(jīng)過研究，王選得出結(jié)論：“研制漢字照排系統(tǒng)，首先要解決漢字信息的存儲問題，模擬存儲的道路是走不通的，必須采用數(shù)字存儲的技術(shù)途徑。……漢字字形信息量大的問題成為主要難關(guān)。”[10]王選作為數(shù)學(xué)家擁有的知識背景，對攻克這一難關(guān)起到了意想不到的功效，他很快想到了用輪廓加參數(shù)的數(shù)學(xué)方法來壓縮漢字信息。1975年9月，王選獨創(chuàng)高倍率字形信息壓縮技術(shù)和字形高速還原技術(shù)，邁出了研發(fā)漢字激光照排系統(tǒng)關(guān)鍵的一步。隨后王選又通過學(xué)習(xí)研究研發(fā)出激光照排控制裝置——柵格圖像處理器。1981年7月，在來自多個單位的70余名人員的協(xié)助下，經(jīng)過整整6年奮斗，由王選主導(dǎo)研發(fā)的“中國第一臺計算機——激光漢字編輯排版系統(tǒng)原理性樣機”通過鑒定，成功申請了我國第一個歐洲專利。后來王選又當(dāng)選為北大方正企業(yè)的總裁，成為集科學(xué)家、技術(shù)專家和企業(yè)家于一身的杰出人才。

三、時代召喚復(fù)合型科學(xué)家

在科學(xué)史上，科學(xué)家參與產(chǎn)品研發(fā)的途徑和環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出巨大的多樣性，有些科學(xué)家提供前瞻性的咨詢建議，有些科學(xué)家參與理論探索或技術(shù)設(shè)計，僅有極少數(shù)具備復(fù)合素質(zhì)的科學(xué)家，可以全方位地參與并主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)。其中，科學(xué)家的能力素質(zhì)成為決定其參與方式的關(guān)鍵因素。現(xiàn)代高技術(shù)密集的產(chǎn)品開發(fā)項目，往往是復(fù)雜的系統(tǒng)工程。中國制造要邁向世界一流，最稀缺的也是集原創(chuàng)性科技成果及其轉(zhuǎn)化于一身，甚至集科學(xué)家、技術(shù)專家、企業(yè)家于一身的復(fù)合型科學(xué)家。這類高端創(chuàng)新人才對任何國家而言都是稀缺資源，在人類發(fā)展長河中也永遠(yuǎn)會是稀缺資源。但是，對一個要超越強國的發(fā)展中國家而言，必須在人才數(shù)量和質(zhì)量上占據(jù)優(yōu)勢，否則永遠(yuǎn)難于擺脫跟蹤模仿的格局。鑒于培養(yǎng)和造就復(fù)合型科學(xué)家已經(jīng)成為時代的召喚，筆者嘗試?yán)迩迤鋺?yīng)當(dāng)具備的能力素質(zhì)和精神品格，從而為高效引進(jìn)與培養(yǎng)復(fù)合型科學(xué)家，實行深層次科教改革、人才體制改革和文化環(huán)境重塑提供參考依據(jù)。

（一）愛國主義的精神動力

1918年，愛因斯坦在出席德國物理學(xué)家普朗克的六十歲生日慶祝會上發(fā)表演講，提出科學(xué)探索存在“智力上的快感”“純粹功利的目的”以及追求“寧靜和安定”的三種動機。[11]然而，無論是愛因斯坦贊賞或反對的探索動機，無不具有以個人為中心的局限性。究其原因，在“小科學(xué)”時代，科學(xué)家的職業(yè)環(huán)境和工作氛圍，容易自發(fā)形成“獻(xiàn)身科學(xué)”的氣質(zhì)精神，由此驅(qū)動的自由探索，有時可能指向產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，有時則停留在理論和實驗探索層面，因而科學(xué)家在產(chǎn)品研發(fā)中發(fā)揮的作用是不確定和難以預(yù)知的。有鑒于此，要引導(dǎo)高水平基礎(chǔ)科學(xué)家持續(xù)地、矢志不渝地投身關(guān)乎國計民生的關(guān)鍵產(chǎn)品研發(fā)和瓶頸技術(shù)攻關(guān)，就需要通過教育、實踐和環(huán)境的綜合作用，在精神層面激發(fā)科學(xué)家的家國情懷，實現(xiàn)“獻(xiàn)身祖國”的愛國精神與“獻(xiàn)身科學(xué)”的探索精神的有機統(tǒng)一，使科學(xué)家具備強烈的國家需求意識和產(chǎn)品應(yīng)用意識，這是實現(xiàn)復(fù)合型科學(xué)家大量涌現(xiàn)的理性戰(zhàn)略選擇，也是推動中國制造邁向中國創(chuàng)造必不可少的重要條件。

（二）面向產(chǎn)品的前瞻視野

在科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品的漫長流程中，發(fā)現(xiàn)或掌握科學(xué)原理的科學(xué)家，有可能看不清下游產(chǎn)品的潛影，也可能不關(guān)心潛在產(chǎn)品的開發(fā)。但是人類科技史上，不乏有牛頓、費米、西門子、王淦昌、于敏、袁隆平和王選等科學(xué)家，站在科技長河源頭高地，在看到下游遠(yuǎn)方可能的嶄新產(chǎn)品雛形后，直接投身于新產(chǎn)品的開發(fā)，獨立地或在各方力量支持下，成功研發(fā)出前所未有的新產(chǎn)品，甚至是顛覆性的新產(chǎn)品，成為身兼科學(xué)家、技術(shù)專家，乃至身兼工程師與企業(yè)家的復(fù)合型科學(xué)家。上述中外一流科學(xué)家之所以能實現(xiàn)向復(fù)合型科學(xué)家的躍升，一個共性特征就是具有面向產(chǎn)品的前瞻視野：一方面，他們具有令人驚嘆的敏銳感和洞察力，能夠洞若觀火地把握科學(xué)進(jìn)展與產(chǎn)品開發(fā)的潛在聯(lián)系，勾勒出理論成果走向應(yīng)用推廣的發(fā)展軌跡;另一方面，由于科學(xué)的前沿充滿著探索性和不可預(yù)見性，科學(xué)家面向產(chǎn)品的前瞻視野不能僅僅停留在構(gòu)想層面，而是具有明確的指向性，能夠撥開科技成果轉(zhuǎn)化的重重迷霧，洞見產(chǎn)品創(chuàng)新的明晰路徑。

（三）頂天立地的創(chuàng)新能力

科學(xué)理論體系即便發(fā)展得再完善，仍無法就產(chǎn)品創(chuàng)新的實際問題給出具體解答。對居于產(chǎn)品創(chuàng)新鏈源頭的科學(xué)家而言，僅僅具備面向產(chǎn)品的敏銳感，尚不足以主導(dǎo)面向整個科技轉(zhuǎn)化鏈條的產(chǎn)品創(chuàng)新。近年來，中國基礎(chǔ)科學(xué)研究成績可觀，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子反常霍爾效應(yīng)，新型中微子振蕩模式、干細(xì)胞、高溫鐵基超導(dǎo)等研究也取得了重大突破，量子通信研究已領(lǐng)先世界。然而，中國制造的重大原創(chuàng)性成果依然稀少，缺乏占據(jù)世界產(chǎn)業(yè)鏈條頂端、具備壟斷定價權(quán)的產(chǎn)品。其中一個重要的原因，是高度抽象的科學(xué)理論體系與紛繁復(fù)雜的產(chǎn)品研發(fā)問題之間并沒有簡易的邏輯通道。主導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新的復(fù)合型科學(xué)家必須具備“頂天立地”的創(chuàng)新能力，既善于運用抽象程度最高的基礎(chǔ)科學(xué)理論與方法，又善于研究解決相對具體的工程技術(shù)問題，能夠在科學(xué)發(fā)展的理論前沿和項目工程的現(xiàn)實需求之間搭建橋梁，獨立提出產(chǎn)品研發(fā)的整體技術(shù)方案，同時，針對項目運行過程中隨時出現(xiàn)的瓶頸問題，能夠嫻熟地運用科學(xué)原理，簡單、快速、高效地解決難題。

（四）原創(chuàng)至上的創(chuàng)新品味

中華民族的偉大復(fù)興經(jīng)100多年的奮斗，已卓有成效，然而行百里者半九十，追趕和超越強者總是愈到后來愈艱難。在跟蹤模仿階段，中國科技進(jìn)步的加速度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家。如西方的原子彈研發(fā)，從發(fā)現(xiàn)科學(xué)原理（1905年）到提出技術(shù)原理（1938年）再到制出原子彈（1945年），花費整整40年，而且有歐美大批頂尖科學(xué)家、技術(shù)專家合作以及美國強大經(jīng)濟實力的支持。中國在人才、經(jīng)濟均不占優(yōu)勢的條件下，跟蹤模仿的時間大大縮短。以1950年中國科學(xué)家楊承宗帶回約里奧建議中國發(fā)展核武器訊息算起，到1964年原子彈爆炸僅隔14年。若從1957年任命李覺擔(dān)任二機部九局局長算起，則僅用7年時間。而隨著中國科技、經(jīng)濟、軍事、社會從中低端向中高端邁進(jìn)，中國產(chǎn)品開發(fā)需要獨立探索、獨立創(chuàng)新的東西愈來愈多，研發(fā)的難度愈來愈大。如量子通信、量子計算機、光刻機、高端芯片、第六代戰(zhàn)斗機等重要前沿產(chǎn)品的競爭性研發(fā)，正在極大地考驗中國科學(xué)家的原創(chuàng)品味、原創(chuàng)能力與堅韌不拔的意志。要實現(xiàn)由“跟跑”“并跑”向“并跑”“領(lǐng)跑”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，就必須擺脫“追尾巴”“照鏡子”的跟蹤模仿路徑，優(yōu)先選拔富有原創(chuàng)精神和原創(chuàng)能力的科學(xué)家委以重任，防止核心關(guān)鍵技術(shù)被戰(zhàn)略對手鎖定，將產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“命門”掌握在自己手中。

最后，從文化的視角來看，中華文明的創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新性發(fā)展對于科技創(chuàng)新的影響是潛移默化的。中國高端產(chǎn)品創(chuàng)新的不足，主要表現(xiàn)為高水平復(fù)合型科學(xué)家的缺乏，其能力素質(zhì)上的短板固然需要重視，但不可忽視科學(xué)文化氛圍的作用影響。為使復(fù)合型科學(xué)家層出不窮地涌現(xiàn)出來，并使高端新產(chǎn)品研發(fā)成為中國創(chuàng)新的主旋律，中國需要形成包容性的科學(xué)文化氛圍：既要表彰財源滾滾的市場化科技公司，也要表彰并不賺錢的探索型研究團隊;既要尊重道技并行的袁隆平式科學(xué)家，也要尊重智商超群的圖靈式怪才;既要欣賞基礎(chǔ)與應(yīng)用兼通的華羅庚式科學(xué)家，也要欣賞象牙之塔的陳景潤式科學(xué)家;既要提倡任務(wù)導(dǎo)向的鄧稼先式科學(xué)家，也要提倡興趣至上的楊振寧式科學(xué)家;既要支持軍民兩棲的王淦昌式科學(xué)家，也要支持辟地自守的陸家羲式的科學(xué)家;既要重視跟蹤國際主流的錢學(xué)森式科學(xué)家，也要重視獨辟蹊徑的屠呦呦式科學(xué)家。總而言之，在法治前提下實現(xiàn)最大限度的文化包容，是中國科學(xué)家人才輩出和大量吸引國際杰出人才必備的科學(xué)文化品格。新的科學(xué)文化形成之時，即是中國高端創(chuàng)新人才和高端創(chuàng)新產(chǎn)品層出不窮之日，也是中華民族偉大復(fù)興重要基石奠定之日。

參考文獻(xiàn)：

[1]科技部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)國家技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)的總體方案（暫行）》的通知[EB/OL].（2020-03-26）[2020-07-15]http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-03/26/content_5495685.htm.

[2] [美]西蒙·辛格.大爆炸簡史[M].王文浩，譯.長沙：湖南科技出版社，2017：342-343.

[3][英]查爾斯·辛格，E·J·霍姆亞德，A·R·霍爾.技術(shù)史（第4卷）[M].上海：上海科技教育出版社，1990.

[4][美]沃爾斯·艾薩克森. 愛因斯坦傳[M]. 長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2014：418.

[5]中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部. 中國科技發(fā)展60年[M]. 北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社、科學(xué)出版社，2009：173.

[6]郭奕玲. 近代物理發(fā)展中的著名實驗[M]. 長沙：湖南教育出版社，1990.

[7][英]安德魯·霍奇斯·艾倫. 圖靈傳[M]. 長沙：湖南科技出版社，2012：85.

[8]陳原云，王行剛. 計算機發(fā)展簡史[M]. 北京：科學(xué)出版社，1985：37.

[9]方陵生. 神奇材料石墨烯[J]. 世界科學(xué)，2010（11）：11.

[10]從中笑. 王選的世界[M]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2002：94-95.

[11]愛因斯坦文集（第1卷）[M].許良英，等，譯.北京：商務(wù)印書館，1977：100-101.

責(zé)任編輯：王贊新