小科學，大科學，超大科學
——對科技發展三大模式及其增長規律的比較分析

沈 律

(1.皖南醫學院科研處，安徽 蕪湖 241002；2.中國管理科學研究院，北京 100036)

0 引言

隨著21世紀現代科技的發展和超大科學時代的到來，中華民族在世界全面崛起。聯合國世界知識產權組織發布的《2019年世界知識產權指標》顯示，中國大陸再次成為全球專利申請量最多的國家，并且推動亞洲專利申請量再創新高，現已占據全球專利申請總量的三分之二，超過美國、日本、歐洲之和；中國已成世界科技論文發表數量最多的國家；中國科技研發人員總數超美國成世界第一。國家統計局、科技部和財政部共同公布的《2018年全國科技經費投入統計公報》顯示，中國2018年R&D科研經費投入為1.96779萬億元，增長11.8%，居世界第二。根據國家商務部、科技部、財政部、國家統計局的權威報告，截至2018年，中國按照年均6%左右的增長速度，GDP總量將很快 (預計2030年前后)超越美國越居全世界第一，中國已成為全球貨物貿易第一大國。這一系列數據顯示，中國正在發生前所未有的巨大變化，這種變化將對世界科技、經濟和社會發展起著巨大推動作用，從而激發中華民族的創新精神和創造熱情，使中國在國際學術界的地位不斷提高。因此，現在已經到了中國為世界科技事業做出巨大貢獻的時期，也到了為世界提出新科技、新經濟和新社會發展理論和發展模式的時候。縱觀世界科技發展，世界科技發生了巨大變化，這種變化導致世界科技文明中心不斷轉移，而每次科技中心的轉移又與各國選擇的科技發展道路和發展模式直接相關，這是由科技增長規律不一樣所導致的。了解科技發展模式及其背后的動力學機制可以更好地發展國家科技事業，促進中華民族的偉大復興。

1 科技發展的三大基本模式

從科技發展史不難看出，世界科技發展已經歷和正在經歷著幾個重要時期，除了普賴斯提出的小科學時期和大科學時期[1]，還有現在提出的超大科學時期[2]，這幾個時期的科技發展模式完全不一樣。

1.1 小科學模式

從科技發展史上可以看到，科技經歷了16世紀意大利伽利略個體研究時期、17世紀英國牛頓松散的皇家學會時期、18世紀法國拉瓦錫實驗室小集體研究時期和19世紀美國愛迪生的實驗工廠大集體研究時期。這幾個時期的科技都可以看成是小科學發展時期。在小科學時代，科技發展表現出一定的非常規性。科學家和工程師們主要憑借個人的財力和興趣從事于科技創新。可以看出，小科學時代的科技發展是一種非常規的自由探索型科技發展模式。從投入模式上看是一種小規模 (個人或小集體)式的自主性投入。這種個人主導和小集體或大集體主導型的R&D活動是小科學時代的主要特點。在19世紀以前的歐洲小科學時代，科研活動是一種分散式的、個體的、小集體的隨機的組合。在19世紀中葉以前，科研活動的方式一直是以科學家個體勞動為主體。19世紀中葉以后，出現了集體的合作式的研究。在基礎理論研究方面，產生了麥克斯韋在劍橋大學創建的卡文迪什實驗室。在應用技術方面，產生了愛迪生創辦的門羅研究所。此后，集體研究機構不斷涌現。以美國為例，1920年美國工業實驗室有300個，1930年增至1600個，到第二次世界大戰前夕已達2200個。可見，小科學時代主要特征是其科技發展遵循指數規律增長。恩格斯在19世紀描述這個時代的特征時是這樣說的： “科學的發展從此便以巨人的步伐前進，這種發展可以說是與從其出發點起的時間的距離的平方成正比的”[3]。原因是小科學時期科技探索過程沒有約束。無論思想上，還是行動上都是自由探索型的。人們思想活躍，又不受外界的影響。因此科技成果出現加速增長的勢頭，并遵循指數曲線規律。此外，在這個歷史時期還伴隨著一系列社會革命爆發。像意大利文藝復興運動、英國資產階級革命、法國大革命、德國革命等。出現了像達爾文、牛頓、萊布尼茨、伽利略等一大批代表人物。這些人物對世界科技的發展做出了不可磨滅的貢獻，他們的名字將永載史冊。

1.2 大科學模式

20世紀，科技發展進入大科學時代。大科學時代是適應現代社會大工業生產的需要，滿足現代戰爭的要求而形成的科技組織觀念和組織形式。大科學模式起源于德國，法西斯德國為了發動侵略戰爭，以國家規模的科研活動方式于1936年在佩納明德村耗資5億馬克建立陸、空軍聯合試驗場。鼎盛時期有1.8萬人在這里工作，其中5000人是R&D研究人員，它稱得上是當時世界上最大的科研中心之一。佩納明德基地的技術領頭人就是人稱 “火箭之父”的馮·布勞恩。1942年為了戰勝法西斯，美國陸軍部組織實施曼哈頓計劃，該計劃動員了10多萬人參加，耗資20多億美元。戰后，這種組織形式更為常見，規模也越來越大。許多國家的重大尖端項目都是以大科學方式完成。第二次世界大戰以來，科研活動的社會化程度更加提高。一項大科學計劃的實施往往要耗資幾十億到幾百億美元，動用幾十萬科研人員，參加單位幾萬戶，歷時幾年到幾十年。R&D和社會生產密切結合并協調發展。科研機構和科研人員的快速增長導致大科學時代的到來，但科技增長不可能無限地持續下去，導致科技常規化，所以科技進入增長飽和時期是必然的。科技成為國家的一種事業，科技部門被納入國家建制，成為國家事業發展的一個重要組成部分。從此，小科技時代被大科學時代所取代。到20世紀末，大科學在美國發展到它的巔峰。同時，隨著科技事業的發展，政府過分干預，再加上過去建立在笛卡爾分析式思維上傳統的科技發展觀出現了全面危機，導致科技發展出現常規化，大科學時代因此走向飽和狀態，大科學發展也因此被西方各國削弱并跌入低谷。大科學時代的科技發展飽和現象是以美國等西方發達國家科技發展模式為代表衰退發生的根本原因。例如，美國基本粒子物理學研究項目被削減表現得尤其突出。隨著西方國家經濟不景氣，資助科研活動的經費越來越減少，更加導致了大科學衰退速度加快，大科學走向飽和狀態是必然的。因此，西方社會的一些學者由此不得不感到哀嘆：科技已經面臨著極大危機；科技末日已經來臨；科技已經走向終結；科技的黃昏期已經到來[4]等。他們對此感到無比沮喪和茫然，不知未來科技將走向何方？另一方面由于科技的發展帶來一系列負面效應，諸如環境問題、人口問題、糧食問題、生態問題、戰爭問題等，從而導致人們對發展科技事業的真正價值產生懷疑，因此出現各種反科技主義思潮。這些現象的出現，必然引起人們對科技發展的深刻反思。由于出現科技常規化發展，導致現代社會發展一系列問題的產生和不能解決，這又必然導致政府主導下大院、大所科研的大科學時代的結束。由此看來，大科學時代科技發展的主要特征是科技發展遵循S曲線規律。所以，普賴斯將大科學稱為飽和科學。大科學時代出現了一些代表性科研機構，如美國航空航天局、中國科學院、俄羅斯國家科學院等，這些機構的出現為大科學時代的科技發展做出過杰出貢獻。大科學時代主要搞的一些大項目，如美國的阿波羅登月計劃、蘇聯的衛星發射計劃、中國的兩彈一星計劃等，這些項目的完成對人類社會的進步發揮著積極作用。

1.3 超大科學模式

隨著21世紀的到來，科技開始從大科學時代向超大科學時代邁進。21世紀將是超常規科技大發展的世紀[5]。超常規科技也可以說是指孕育時期的科技，這些科技的一個最重要的特征就是更加強調它的原創性。與此同時也將堅決地與偽科學和反科學現象做斗爭。因為在超大科學時代，大量的偽科學現象泛濫，它們往往打著所謂超常規科技的旗幟，實際干著反科學的事情，它們魚目混珠，欺騙群眾，對社會發展造成極大的危害。所以，超大科學時代，人們與偽科學和反科學現象的斗爭應是堅決的、徹底的和毫不留情的。只有這樣，真正的超常規科技才能在孕育中健康成長。現在提出的超常規科技理念不是一種所謂超自然的或神秘的偽科技，而是建立在一定科學基礎上的與常規科技不一樣的非常規科技。超大科學包含著超常規科技、超大規模科技體系、超復雜結構科技體系、超國家創新體系等含義，主要是指大量交叉科技、邊緣科技、橫向科技、綜合科技，它代表著未來科技發展的大方向。超大科學時代也是一個科技與經濟、社會發展相結合的多元化時代。在R&D方面，它不同于小科學時代 (個人行為)、大科學時代 (政府行為)的一個最顯著特征，就在于其是政府行為、個人行為、私營行為、企業行為、社會行為、團體行為、跨國企業、科技基金會等多方面的有機結合，是一種綜合性行為。同時由于科技投入的超大規模和科技交流的擴大，科技活動已經不是一個國家主導或一個國家參與的行為活動，而是一種跨國家、跨政府、跨學科的R&D行為。在全球化時代，全世界的科技發展將是一個人類科技命運共同體，誰都離不開誰，大家只有走合作共享、互利共贏的發展之路，才能使各國科技事業不斷壯大。這個時代的科技發展既有別于個人主導下的小科技時代，也有別于政府主導下的大科學時代，而是一個以市場為導向、以企業科技創新為主體的多元化投入的科技發展時代。隨著現代科技革命在美國首先爆發并迅速波及全世界，尤其是傳播到中國，科技的發展又將呈現出一片新的曙光。這時期，由于科技投入方式的多元化結構的形成和企業科技創新主體地位的確立，R&D活動開始向更廣泛的方面發展。這種多元化的綜合性行為的出現，正標志著一個嶄新的超大科學時代的到來。這個時代，科技的發展將突破政府主導下的大科技發展的束縛，走出一條超常規發展的道路。本文認為，超大科學理念的建立將對未來中國乃至世界各國科技決策者制定國家科技、經濟與社會發展戰略、政策以及制定國家發展規劃和計劃均具有非常重要的現實指導意義。超大科學時代科技增長遵循雙S曲線規律。隨著對超常規科技發展時期的認識，對胚胎孕育時期科技發展過程的研究，發現科技的增長模式正在發生深刻變化。雙S曲線增長模式的產生得益于把生命科學理念引入到分析當今世界科技發展的過程。在這個時期，人們更加注重于原始性創新。這種對原始創新的高度重視是超大科學時代的重要特征，也是超常規科技作為主流科技發展的重要體現。對胚胎孕育時期科技發展的研究，可以看成是對傳統科技發展規律認識的一個重要突破和創新。科技的增長經歷兩個重要的時期：一個是科技革命時期，一個是穩定增長時期。科技革命時期，可以看成是新科技的胚胎孕育時期，而穩定增長時期則是規范科技的生長發育時期。一個是非常規科技的增長時期，另一個則是常規科技增長時期。這兩個時期的結合構成科技發展的全過程，就像人體生長發育過程一樣。人類生長發育過程包括在母親的肚子里孕育10個月左右的生長過程和出生后幾十年的生長發育成長過程，是這兩個過程的有機結合。前一個過程只有10個月左右時間，因此比較短，是小S曲線。后一個過程可以是幾十年，因此比較長，是大S曲線。這兩個曲線加在一起構成人體生長發育的全過程。對科技增長的雙飽和曲線的認識，將有助于更深刻地認識到科技發展的孕育性、潛在性和超常規性。這樣更有助于提高對科技創新過程的理解，尤其是對自主創新過程價值的確認。現代科技革命的爆發，導致現今世界正在走向一個全球化大融合的變革時代。東西方文化正在經歷一次大交鋒、大交流、大碰撞、大雜交、大互補、大沖突。這一歷史進程為超常規科技的形成與發展提供了一個非常適宜的土壤和環境。科技的高度分化與高度綜合也為超常規科技的產生和發展提供了前提。在這樣一個大環境下，科技必將擁有一次很大的突破。現代科技革命為超大科學時代的到來拉開了新的序幕，未來人類社會的一系列重大理論與實際問題，諸如人口爆炸問題、生態環境失調問題、可持續發展問題、人類生物工程問題、人工智能問題等，均需要超大科學來解決。因此，大力發展超常規科技，走超大科學自主創新之路，將成為新時代科技發展的歷史潮流。據此，超大科學時代是非常規科技大發展的時代，是大量超常規科技涌現的時代。這個時期產生的企業如中國的華為、格力、字節等；美國的蘋果、微軟等；韓國的三星、現代等；日本的索尼等，這些都是這個時期涌現的代表企業。這些企業在超大科學時代將會發揮更重要的科技創新作用，它們將推動世界科技、經濟和社會巨大進步。

2 科技增長的三大基本規律

科技是進化發展的，并且表現出一定的規律性。科技發展規律是描述科技隨時間變化的函數規律，描述科技增長的函數規律有指數曲線規律、邏輯斯蒂曲線規律、雙邏輯斯蒂曲線規律。

2.1 科技增長的指數曲線規律

(1)科技發展的加速現象。恩格斯最早發現科技按指數函數規律發展，1844年在馬爾薩斯理論的影響下他指出： “科學的發展至少也是和人口的增長一樣快，因此在最普通的情況下，科學也是按幾何級數發展的。”后來恩格斯在《自然辯證法》導言中又進一步闡述了這一思想，把加速發展作為科學發展的一條客觀規律提了出來。在以后的100多年時間里，人們對表征科學發展的各種計量指標，如重大科學發明、科學論文、科學刊物、科研機構等進行了大量統計，結果完全證實了恩格斯關于科學發展加速規律論斷的正確性。1944年美國美以美大學圖書館館員賴德先生也發現，美國大學圖書館藏書量平均每16年翻一番。他以耶魯大學圖書館為例來驗證這一推想。耶魯大學圖書館在18世紀初期藏書1000部，假如由此每16年增加1倍，那么1938年該圖書館藏書量應該是增加260萬部，而實際調查結果是耶魯大學圖書館1938年藏書量為274.8萬部，與理論預測值接近。20世紀50年代普賴斯獨立發現科學指數增長規律后，把賴德先生在圖書情報這一領域的發現推廣到科學知識的全部領域。他在1961年出版的《巴比倫以來的科學》一書中，以科學期刊和學術論文作為知識量的重要指標，描述了科學發展的加速規律。世界上第一份科學技術期刊是1665年首次刊發的《倫敦皇家學會哲學學報》，從此科技雜志數量不斷增長，1665年為1種，1750年為10種左右，1800年為100種左右，1865年為1000種左右，1900年為10000種左右，1965年為100000種以上。可以看出，從1750年開始，科技期刊平均每60年增長10倍，其倍增周期為18年。根據《化學文摘》《生物學文摘》《科學文摘》近幾十年的數據也可發現同樣的增長趨勢。如果以科學文獻累積量為縱軸，以歷史年代為橫軸，把各個不同年代的科學文獻量在坐標圖上逐點描繪出來，以一條光滑曲線連接各點，可以十分近似地表征科學文獻隨時間增長的規律，這就是著名的普賴斯曲線[6]。普賴斯以科技文獻為例導出了科技發展的指數增長規律。

(2)科技增長的指數曲線規律。美國科學學與科學史學家普賴斯根據約30組像上面這樣的統計數字發現了科學技術的各項指標是加速增長的，并且在一定時間內它們是常數。1962年普賴斯用計量方法把科技的這種加速增長規律描繪成指數增長曲線，1963年又在《小科學，大科學》一書中進一步對指數規律進行闡述，如圖1所示。

圖1 科技增長的加速規律 (指數曲線)

圖1中，各種科技指標以指數規律隨時間變化，形象地說就是它們的增長是從開始緩緩的漸變迅速地變為后來的爆發式激增。其數學計算公式為：

Ft=Aekt

式中，Ft表示隨時間t變化的科技指標，如科技人員、科研資料、經費等。A表示統計初始時刻 (t=0)的文獻量，e=2.718，k表示持續增長率。假定普賴斯指數增長規律成立，通過微分方程表示，它意味著在很短的時間dt內科技指標Ft的增量為：

dFt/dt=kFt

這就是說，在t時間內科技指標的增量與Ft本身的數量大小成正比。Ft為科學技術增量指標；t為時間；k為任意常量。

需要說明，恩格斯早在19世紀就已發現科學發展的加速現象,他在《自然辯證法》一書中指出： “科學的發展從此便以巨人的步伐前進，這種發展可以說是與從其出發點起的時間的距離的平方成正比的。”后來美國美以美大學圖書管理員賴德也在普賴斯之前發現了圖書文獻指數增長規律，但是他們都沒有經過嚴格的計量學處理，經過科學計量學處理的，大家一致公認的還是普賴斯。因此，科技增長的指數曲線又被稱為普賴斯曲線或普賴斯定律。

科技指數增長理論對了解科技發展的加速現象，尤其是在科技革命爆發時期，各種學術理論、學術思想、學術方法、學術設計等不斷涌現的背景下，對認識科技發展過程有很大幫助。但也不能忘記，它只是對科技發展階段性的一種認識。科技發展不同階段表現的狀況是不一樣的，只有到了科技革命爆發的中期 (B期)或者穩定增長的中期 (F期)才表現出來。科技增長的指數規律是小科學時代科技發展模式的理論基礎。小科學時代是二次世界大戰之前 (主要指19世紀)的科技發展模式。這種科技發展模式是以個體或小集體為主導的科技發展模式，這種模式起源于歐洲，在歐洲國家發展達到頂峰。它具有靈活性、自由性、探索性等特點，但規模較小，只適合于找科技礦藏，不適合大規模挖掘科技礦藏[7]。因此，它必然要被后來興起的大科學時代所取代。

2.2 科技增長的S曲線規律

(1)科技發展的飽和現象。普賴斯的指數方程和指數曲線正確地表達了在一定時間內科技增長的規律，但它還是局部的、有限的。例如，按照這個曲線來預見未來科學技術的發展狀況便會得出荒謬的結論。就科學家人數來講，每半個世紀增加一個數量級，到20世紀中葉將達百萬計，那么這種趨勢會一直保持下去嗎？也就是說，到20世紀末就會有數以千萬計的科學家，到21世紀中葉就會有成億的科學家。最后科學家將達到或超過總人口數。這可能嗎？不可能。普賴斯本人也十分清楚，他說： “我們不能讓科技在經歷了5個數量級的發展之后再躍到另兩個數量級上。假如這么做了，那么人口中的每一個男人、女人和狗就會有兩個科學家。而且，用于科技的支出將兩倍于現有的資金。這樣用不了1個世紀，科技的末日也就到來了。”其實，在過去和現代，都有違反指數規律的科技發展階段。以現代為例，進入20世紀70年代以來，世界主要科技先進國家的各項科技指標的增長速度已開始下降。科學家的數量、科研經費的投入數量、科技情報的增長數量、都保持在占國民經濟生產總值的1%～3%左右，從而導致科技發展的飽和現象的出現。

(2)科技增長的S曲線規律。通過對上述情況的分析，普賴斯對科技增長的指數函數曲線進行了修正，把它看作是科技發展過程中的某些高速發展階段的反映。而科技整個發展過程的規律用曲線來表示應該是邏輯斯蒂曲線。眾所周知，邏輯斯蒂曲線是1838年由比利時數學家威爾霍斯特及其同事凱特勒特所提出，他們是在增長阻抗理念的啟發下，改進了馬爾薩斯指數增長模型，克服了馬氏模型的一些缺陷，提出并將改進后的模型命名為邏輯斯蒂模型[8]。

普賴斯等在分析研究科技增長時看到，用指數增長規律描述科技增長的局限性，甚至會出現謬誤，同時通過對許多學科專業文獻增長情況的分析觀察，發現更多的結果為典型的S曲線，而非簡單的指數增長曲線。所以，普賴斯與費拉杜茨、納里莫夫等人在60年代開始研究用威爾霍斯特邏輯斯蒂曲線來描述科技增長過程。普賴斯等將S曲線模型應用到科技增長理論分析的研究，并提出科技增長的S曲線理論，如圖2所示。其數學計算公式為：

圖2 科技增長的飽和規律 (S曲線)

式中，Ft為科學知識增長量；t為時間變量 (單位為年)；k,α,b為大于零的常數；k為當t趨向于無窮大時的科學文獻量的最大值。用常微分方程可表示為：

dFt=KFt(B-Ft)dt

科技增長速度取決于對飽和極限的接近程度。B為科學技術增長的飽和極限；n0為科學技術增長曲線的拐點；Ft為科技增長指標；t為時間；K為任意常數。

邏輯曲線有一個極限值Ft，B稱為天花板，在邏輯曲線里，前一段是按指數規律增長但到了中點n0拐點處時，指數增長趨勢開始變緩，曲線開始向下彎曲，曲線逐漸接近天花板B，但不會達到或突破這個極限。該曲線形狀好像一個大S，因此又叫S形曲線，該規律又稱為S形曲線規律。毫無疑問，對科技的社會勞動規模的各項社會指標，如科技人員、科研經費的投入數量、科技論文的發表數量等指標的觀察，這種極限均是存在的。增長不可能永遠保持加速度，認識無限發展的規律不等于科學家數、科研經費數無限的加速增長的規律。科學文獻作為傳播科技情報這一復雜系統子系統，其增長規律受到許多因素的影響和制約，只有利用系統理論的觀點對其系統分析，才能得到比較符合實際的結果。這是科技發展在各種因素的制約下走向均衡的過程，從各種指標統計上看均是如此。

科技增長的飽和規律 (S曲線規律)是普賴斯提出大科學的理論基礎，普賴斯就將大科學稱為飽和科學。科技按照加速規律增長到一定時期，它不可能一直增長下去，如果一直增長下去的話，那么從科學家數量上看，全世界人人都可能成為科學家。從發表論文和書籍數量上看，世界上的論文和圖書會占據整個地球。這是不可能發生的現象。因此，增長到一定時期必然要出現拐點，使科技增長趨向飽和。科技增長的飽和曲線是大科學模式的理論基礎。大科學模式起源于德國，二戰后大科學模式在美國發展到典盛，這種發展模式是以國家政府主導，以大院、大所為主體的國家投入和組織的方式開展科技活動為主要形式。因此，從規模上看比小科學規模要大，從投入的科研經費上看也比小科學時代多。但這種大科學發展模式的計劃性比較強，政府的干預也比較強。因此，科技目標比較明確。創新性與小科學相比不是很強。例如，美國阿波羅登月計劃總指揮韋伯曾經說過： “阿波羅登月計劃中沒有一項新發明的技術，都是現成的技術，關鍵在于綜合。”大科學時代科技發展已進入常規時期。大科學模式的優勢是可以集中國家力量辦大事，適合于大規模采掘科技礦藏。

2.3 科技增長的雙S曲線規律

(1)科技發展的增殖現象。科學技術是人類社會文明的基因組圖譜[9]。人類社會之所以能夠按照嚴格的順序發育成今天這樣具有一定規模的社會體系，其根本原因就是人類社會體系中有一個完整的人類社會文明基因組 (科技信息系統)科技基因結構序列，人類社會文明的發育程序都已編碼于科學技術信息系統的科技基因結構序列之中。發育程序可與建造一個建筑物的藍圖相比擬。人類社會文明的發育過程是通過科技體系內部科技遺傳信息有秩序的結構復制與功能表達而使藍圖逐步實現的過程。人類社會大廈的一切物質文明與精神文明都可以看成是這個社會基因組復制與表達的結果。通過對人類社會進化過程中科技增長的觀察分析發現，人類社會的進化發展過程就是人類社會基因組內科技遺傳信息 (縱向科技遺傳信息、橫向科技遺傳信息)的復制與表達 (功能轉化)過程，這個過程遵循生命周期雙S曲線規律。前一個S曲線過程表達的主要是縱向科技遺傳信息，后一個S曲線過程表達的主要是橫向科技遺傳信息，并且這兩個過程正好構成一條雙S曲線規律。科技體系作為人類社會文明基因組，在人類社會發展的過程中發揮著決定性重要作用。人類社會文明史可以看成是一部科技遺傳信息復制與表達的過程史。科技體系的增殖現象表現出一定的周期性，這種周期性表現出兩個增長過程的衰退，即非常規增長期的衰退與常規期增長期的衰退。這兩個過程構成一個完整的生命周期。這個生命周期可稱之科技發展的增殖周期，這種現象可稱之科技發展的增殖現象。

(2)科技增長的雙S曲線規律。科技體系的增長過程與人類社會的發展過程密切相關。科技體系作為人類社會基因組對人類社會發展的影響是決定性的。人類社會在進化發展過程中伴隨著科技的復制與表達，復制與表達的過程就是科技增長過程，也是科技體系的增殖過程。人類社會文明的發展過程是一個科技體系由量變到質變的發展過程。這個過程中包括人類社會變革中孕育著新的社會 “胚胎” (新科技體系)。這個 “胚胎”中包含新科技基因。新科技體系中包含兩類基因：一類是縱向科技遺傳基因，另一類是橫向科技遺傳基因；前者來源于歷史上科技的長期進化發展，后者來源于一個國家的內、外科學技術的雜交。一旦人類社會新科技 “受精”成功，接著就是進行縱向科技遺傳信息與橫向科技遺傳信息的相繼復制與表達。首先是進行縱向科技遺傳信息的復制與表達，其次是進行橫向科技遺傳信息的復制與表達。前者導致科技以非常規方式進行增長，表現為科技革命變革狀態，即新舊科技相互轉變、相互斗爭的交替狀態。后者導致科技以常規方式進行規范式增長。科技增殖過程就是一個由生殖分化到生長發育、由潛伏狀態到顯現狀態、由非常規增長到常規增長的過程，是新舊科技體系矛盾斗爭統一的過程。在這個過程中，科技體系從產生 (被科技界所證實)到發展再到消亡 (被科技界所證偽)表現出兩個增長期的衰退，即一個是非常規增長期的衰退和另一個是常規增長期的衰退。兩次增長期的衰退正好構成一個科技體系增殖周期。各個時期科技體系的增殖周期的長短是不一樣的，表現出的空間形式和時間序列也不一樣。這主要是因為科技體系的增殖過程受到多方面因素的作用與制約。科技體系的進化發展是一個質變中包含量變、量變中包含質變的過程，在這個過程中，科技體系呈雙S曲線規律進化發展。這正好構成科技體系從產生 (相當于人類的受精卵子)到發展再到消亡 (相當于人類的終結衰亡)的全部過程，對科技體系增殖周期的分析研究，其表現出兩個階段和八個時期。前一個階段復制與表達的是縱向科技遺傳信息為主，后一個階段復制與表達的是橫向科技遺傳信息為主，兩者構成完整的生命周期，表現出一定的規律性，這一規律可以稱為科技發展的增殖周期規律[10]。

第一階段：革命變革階段，又稱為生殖分化階段、非常規科技增長階段、潛伏階段、縱向科技遺傳信息表達階段、受精胚胎孕育階段。其中，包括A期 (前期)、B期 (中期)、C期 (后期)、D期 (末期)，是非常規科技增長的S形曲線。此階段類似于人體胚胎細胞增長時期。不具有特異性，不具有排他性。

第二階段：穩定增長階段，又稱為生長發育階段、常規科技增長階段、顯現階段、橫向科技遺傳信息表達階段、生長發育衰老階段。其中，包括E期 (前期)、F期 (中期)、G期 (后期)、H期 (末期)，是為常規科技增長的S形曲線。此階段類似于人體體細胞增長時期。具有很強的特異性和排他性。

這兩個S曲線之和正好構成科技體系一個生命周期。所以，在人類社會生命發展過程中科技 (科技基因組)增長的過程表現為一條連續的雙S型曲線規律，如圖3所示。

圖3 科技增長的增殖規律 (雙S曲線)

分別對革命變革階段非常規科技的增量與穩定發展階段常規科技的增量進行積分，然后對其相加求和，得到數學表達式如下：

式中，Ft為科技增長總指標；Fta為非常規科技增長指標；Ftb為常規科技增長指標；t為科技增長總時間；非常規科技增長時間ta=t0-t1；常規科技增長時間tb=t1-t2；k1為非常規科技增長系數；k2為常規科技增長系數；M為非常規科技增長的飽和極限;N為常規科技增長的飽和極限；n0為非常規科技增長曲線的拐點；n1為常規科技增長曲線的拐點。

20世紀80年代，受系統科學的影響，筆者在研究生命科學 (人體發育生物學)中發現了人體生命周期雙S曲線規律[11]，這是筆者20世紀80年代在生命科學研究方面的重要發現，然后又將它全面移植到科技增長問題的研究上，并得出科技增長的雙S曲線規律。筆者首先將這個想法寫成論文《科技體系進化的增殖周期規律》，提交《科學學研究》雜志發表，這篇論文全面分析描述了科技增長的雙S曲線全過程。這是對恩格斯科技指數曲線增長和普賴斯S曲線增長理論創新的核心內容，也是建立超大科學理論的基礎。它是區別于恩格斯、普賴斯的小科學、大科學理論的主要觀點。由于科技與經濟、社會的關系密切。雙S曲線規律也可以用來分析經濟增長與社會發展過程。經濟增長與社會發展過程也應該遵循雙S曲線規律。同時，普賴斯等提出的科技增長的S曲線也存在一定的局限性。即只看到科技增長的顯在時期，而忽視了潛在時期；只看到常規時期的增長，而忽視非常規時期的增長；或者看到潛在時期與非常規時期，但并沒有看到潛在時期、非常規時期增長也遵循了一個S曲線，因此得出科技增長的S曲線規律。把科技增長的過程看成是潛在時期和顯在時期、非常規時期和常規時期結合，這兩個時期分別遵循S曲線規律，因此將兩個時期結合起來就是雙S曲線規律。科技增長的雙S曲線規律是對普賴斯的科技增長理論的突破和發展。為什么這么說呢？普賴斯的S曲線沒有把科技發展的非常規時期與常規時期分別進行考察，它的這種描述是不完整的，也是不準確的。他的曲線一是受馬爾薩斯指數增長曲線影響，二是受威爾霍斯特S型生長曲線的影響，準確地說是未擺脫馬爾薩斯和威爾霍斯特增長理論規范的束縛。本文認為，指數曲線和S曲線是很難準確描述整個科技增長的全部過程，而要準確描述整個科技增長全部過程必須用生命周期雙S曲線規律。

根據科技發展的增殖周期規律，同樣飽和現象也出現在科技發展的兩個時期：一是科技革命的D期。二是穩定增長的H期。這兩個時期的科技增長均出現飽和現象，但增長的內容是不一樣的，一個是非常規科技增長的飽和，另一個是常規科技增長的飽和。但兩個增長均在科技發展史上發揮著巨大作用。科技基因組內縱向科技遺傳信息與橫向科技遺傳信息復制與表達 (功能轉化)對人類社會的進化及科技增長的影響是深刻的。它直接控制了人類社會發展及科技增長的節奏和速度，導致人類社會也呈現雙S曲線發展。直接控制著人類社會發展過程中科技增長的類型和種類，使人們得以更好地揭示了人類社會發展過程中科技增長的基本規律。因此，從社會基因組 (科技信息體系)內科技遺傳信息的復制與表達 (功能轉化)上來理解人類社會科技增長過程，具有一定十分重要的理論與實踐意義。這是因為超常規科技就是孕育時期的科技，也是非常規科技，孕育時期的超常規科技增長過程也遵循一個S曲線。過去人們認為科技增長是呈顯現增長，忽略了潛在時期，或者知道潛在時期，但在描述上還是將它與顯在時期一同進行描述，因此得出科技增長的S曲線規律。從科技基因組增殖 (擴增)和學科增長的角度，對人類社會發育過程進行全面系統分析研究，發現科技呈現雙S曲線規律增長，所以得出與普賴斯等人不同的觀點。這個觀點是提出超大科學理念的理論基礎。超大科學時期是一個鼓勵和促進超常規科技大發展的時代，超大科學是21世紀科技發展模式。這種模式一方面關注科技發展的非常規時期，即超常規科技的發展；另一方面又關注科技發展的常規時期，成熟科技的發展。因此，他的優勢不僅在于小規模尋找科技礦藏，而且在于大規模挖掘科技礦藏。它是將小科學與大科學的優勢結合于一體，從而使自己的優勢最大化。超大科學發展模式是以企業科技創新為主體，以市場經濟為導向，以政府、企業、個人、基金會、跨國集團、跨政府的多元投入為主的科技發展模式。

3 科技發展模式及其增長規律的比較分析

超大科學理論是一種有別于恩格斯19世紀在歐洲建立的小科學理論和普賴斯20世紀60年代在美國提出的大科學理論。這個理論是建立在發現科技增長的雙S曲線規律基礎上的。而恩格斯小科學理論和普賴斯的大科學理論是分別建立在他們發現的科技增長的指數曲線規律和科技增長的S曲線規律之上。這是超大科學理論與小科學、大科學理論的本質區別。通過長期研究，筆者發現世界科技發展從規模、結構和功能等方面上看經歷了和正在經歷3個重要時期，即小科學時期、大科學時期和超大科學時期。小科學發展模式是以歐洲國家為代表；大科學發展模式是以美國為代表。現在超大科學發展模式則是以中國為代表。超大科學時期科技的發展正在經歷著一場偉大變革。這場變革導致現代科技體系無論在規模上，還是在結構上和功能上以及內容和形式上等方面都發生了根本性質的巨大變化。這種巨大變化正在從根本上動搖大科學時代科技發展舊模式的基礎，使得超大科學時代與大科學時代形成兩個根本不同的重要時期。這種變化隨著21世紀的到來已經變得越發明顯。小科學和大科學時代科技增長規律，恩格斯在《自然辯證法》和普賴斯在《小科學，大科學》中早有論述，而超大科學時代科技增長規律方面的論述，筆者在《科技體系進化的增殖周期規律》一文中有過描述，本文中提出的數學模型就是對科技增長的雙S曲線規律的進一步闡述。現在世界科技發展非常強調原始創新，所謂強調原始創新就是對科技發展的潛在期、胚胎期、超常規時期的高度重視。面對這時期的科學技術發展，再用恩格斯和普賴斯的指數曲線和S曲線理論是不好進一步加以解釋了，而用雙S曲線理論解釋則是一種必然選擇。因此，現代科技的發展所表現出來的重要特征與筆者的學術觀點是相一致的。其實重視科技創新，重視原始創新不僅在中國，乃至全世界各主要發達國家都已經充分認識到了。自主科技創新問題為什么在現時期得到全世界如此高度的重視，這與當今世界科技進入超大科學時代具有密切的關系。超常規科技將成為21世紀科技發展的主流。這預示著21世紀一種全新的科技發展模式正在形成。小科學、大科學、超大科學所表現的特征見表1。

表1 小科技、大科技與超大科技的區別和聯系

由表1可見，這三大模式重要特征的演變使得一種全新的科技時代即將或已經到來，這個時代就是超大科學時代。大科學時代在普賴斯大科學思想的指導下，世界科技，尤其是美國科技的發展達到了前所未有的高度。但大科學的發展所暴露出來的問題也越來越嚴重。對此，政府主導下的大科學時代必然導致科技發展的常規化。而這種常規化科技的發展必然要走向衰退。導致國家科技常規化發展主要原因與政府 “有形之手”的強烈干預是分不開的，以美國為代表的大科學模式是一種趨向保守的科技發展模式，而以中國為代表的超大科學模式是一種趨向開放的科技發展模式。保守意味著守舊，開放意味著創新。超大科學理論就是對恩格斯的小科學理論與美國著名科學學與科學計量學家普賴斯的大科學理論的突破與發展。沒有他們過去的小科學與大科學理論，也就不可能有現在的超大科學理論。走中國特色的超大科學自主創新之路，建設創新型國家，實現國家科技事業跨越式發展。中國要走出一條不同于美國等西方發達國家走過的小科學和大科學發展道路，并且是具有中國特色的超大科學自主創新之路。走中國特色的超大科學自主創新之路應成為中國科技實現跨越式發展第三條道路的戰略選擇[12]。建設創新型國家就是要建立以改革和開放為前提，以市場經濟為導向，以企業科技創新為主體，以國家大院、大所為補充，以多元化投入為依托，以 “產學研、技工貿”為一體，以國際合作為背景，以發展民生為根本，以構筑全球科技命運共同體為核心，以實現人類共同福祉為目的等多方面的世界一流科技、經濟強國[13]。因此，希望超大科學理論能夠對現在和未來的中國乃至世界各國科技發展戰略、政策、規劃和計劃的制定產生積極影響，并提供一定理論支撐以及做出應有貢獻。

4 結論

綜上所述，科技作為人類社會文明的基因組圖譜與人類社會的發展密切相關。小科學時代科技發展出現加速現象，因此遵循指數曲線規律。大科學時代科技發展出現飽和現象，因此遵循S曲線規律。超大科學時代科技發展出現增殖現象，因此遵循雙S曲線規律。它們是人類對科技發展規律認識的3個重要階段。因此只有把握好這3個基本規律，才能更好地認識科技和改造科技并最終駕馭科技，使科技發展與人類社會的發展相協調。21世紀世界正處于由工業化社會向信息化、智能化社會轉變的歷史時期。在這樣的大背景下，現代科技也在從大科學時代向超大科學時代轉變，超常規科技的發展將逐步取代常規科技成為未來科技發展的主流。在這樣一個歷史轉型時期，世界各國科技事業的發展正面臨著一次嚴峻的挑戰和一個非常良好的發展機遇。從現在開始，中國應該選擇超大科技發展模式，把科技發展的重點投入到超常規科技之上，大力發展超常規科技。確立企業科技創新的主體地位，加大科技多方投入的力度，形成國家產學研、技工貿創新體系，積極鼓勵人們進行跨學科研究，給科技人員提供充分的學術自由和創造空間，在科技政策上應該偏向于超常規原始創新性研究。鼓勵企業進行科技創新，加速科技成果向現實生產力轉化，只有這樣，科技事業才能迎來一次大飛躍、大發展、大突破。從小科學時代到大科學時代再到超大科學時代，世界科技發展模式正在發生根本性的變化。這種變化將會使人類對世界的認識和改造進入一個新階段，這種變化還將導致世界科技、經濟、社會等各個方面的巨大變革，這種變革是不隨人們意志為轉移的。