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刘亚东:我提出“卡脖子”问题三年了,许多人还不明白,除了那些核心技术,我们还缺什么

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尹烨 2021-09-18 09:23

本文转自公众号:报人刘亚东

当前,中国在诸多核心技术领域被卡住了脖子。但这只是表象,问题的实质是我们的基础科学大幅落后于美西方。

一些脑筋灵活的人又开始贡献“聪明才智”:中国只搞技术开发,而把科学研究这种“苦活累活”留给美国及其他西方发达国家;等他们出了成果,我们再做应用,发展经济。这样做行不行?答案是否定的!

一个现代化强国,不仅要有技术,而且要有科学,特别是基础科学;必须拥有一大批足以改变人类命运的伟大科学发现,以及众多能够领导世界潮流的科学大师。否则,那就不是真正意义上的现代化强国。

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来源:pixabay

从根本上推动人类文明发展的是科学,还是技术?技术的重要性毋庸置疑。首先,科学成果是通过技术发明来造福人类的;其次,技术进步又能极大地促进科学发现。然而,真正决定人类精神和物质世界的历史、现状和未来的是科学,而不是技术,科学对于技术的支撑和引领作用无以替代。在举国关注“卡脖子”问题的当下,搞清楚这个问题至关重要。

01

去功利化,超越对科学的肤浅理解

科学和技术是什么关系?考察最近三百年的人类历史,我们很容易看到这样的情形,即技术发明促进科学发现,或科学发现引领技术发明。一个典型的案例是,蒸汽机催生了热力学,而热力学又让蒸汽机得以改进。

世界科技史学家W. C. 丹皮尔在《科学史及其与哲学和宗教的关系》一书中说:“科学过去是躲在经验技术的隐蔽角落辛勤工作,当它走到前面传递而且高举火炬的时候,科学时代就可以说已经开始了。”丹皮尔所说的“科学时代”发端于十九世纪六七十年代的第二次工业革命。此前,发明家的成就一般要靠实际生活需求来推动。但从这时起,人们看到为了追求纯粹的知识而进行的科学研究,开始走到实际应用和发明的前面,并且启发和引领实际应用和发明。

当代科学和技术发展的一大趋势是融合。科学和技术之间的界限越来越模糊,呈现出科学技术化和技术科学化的特征。从形成一种新知识到把这种知识运用到产品和工艺,所用的时间也在不断缩短。甚至还有一部分科学正在变成技术,材料科学、基因科学、人工智能等很多领域的发展都提供了这方面的例证。技术越新,包含的科学知识越密集。另一方面,科学的进步也越来越依赖最新技术装备的支持。

凯文·凯利在《技术想要什么》一书中原创了一个英文单词“Technium”,台湾学者将其译为“科技体”,大陆学者很快也采用了“科技体”的译法。应该说,“科技体”的意义更准确地表达和延伸了原创者的意图,就是要把科学和技术看作是一个整体,进而阐述这个整体的演化规律。

有学者曾做过一个“橄榄”的比喻:“橄榄”的两端分别是科学和技术,而中间部位是科技体。而事实上,尽管相互融合是大趋势,但科学和技术的各自主体还远未合二为一。因此,“哑铃”或许比“橄榄”更为贴切。当然,哑铃的中间部位正不断壮大。即使将来有一天,“哑铃”真的变成了“橄榄”,橄榄两端也仍将是独立的客观存在,否则就不能称其为“橄榄”了。

需要强调的是,尽管科学与技术具有相互促进、相互融合的特点,但这并不足以打破科学引领技术的主流趋势和总体规律。牛顿运动定律和爱因斯坦相对论支撑着人类航天梦想,麦克斯韦电磁理论奠基了电力和电子工业,图灵原理和模型孕育了冯·诺依曼现代计算机构架,同位素的发现让原子弹成为可能,还有许多生物工程、新药、新材料无不是科学发现所派生的产物。更先进、更宏大、更精确的技术背后也必然地包含着更深刻的道理,而这些道理便是科学。

来源:pixabay

科学和技术是两个完全不同的概念。简单地说,规律的运用是技术,而技术背后的道理是科学。科学帮助我们认识和发现自然,而技术帮助我们征服和改造自然;科学解决“是什么”和“为什么”的问题,而技术解决“做什么”和“怎么做”的问题;科学一般与生产实践没有直接关系,而技术通常可以立竿见影地惠及大众,造福百姓;科学往往以知识形态存在于无形,而技术以物质形态存在于有形;科学属于上层建筑,而技术则是经济基础的一部分;科学有时能够颠覆人类对宇宙的根本认识,让世界观发生彻底改变,而技术却很难做到这一点。

科学是分学科的,还有应用科学和基础科学之分。一些科学有应用价值;一些现在没有,将来可能有;还有一些永远都没有。很多科学研究只是为了揭示自然规律,探索宇宙奥秘。就基础科学而言,我们尤其不能片面、机械、僵化地理解和强调“理论联系实际”基础科学对技术的巨大推动作用,往往都是“无心插柳柳成行”。

事实上,科学研究没有“没用”的。科学,探索的是自然规律。人们每掌握一条规律,都是一次自然认知的升华,从而在更高的精神境界中生产和生活,直至创造出新的文明。

来源:pixabay

兴趣是人类最好的老师,也是推动科学发展的最强大也最持久的动力。很多科学研究只是为了满足好奇心,是我们的天性使然。人类渴望了解这个世界,迫切地想要知道我是谁?我从哪里来?我到哪里去?所有的文化,包括宗教在内,都是在尝试回答这些问题时给出的不同答案。而科学的使命就是要不断地揭示宇宙的本质和真相,也只有科学探索才能找到正确的答案。在此过程中,科学促进了人类的全面发展,进而推动着整个人类文明的进步。我们应该超越对科学功利化的肤浅理解。

02

科学支撑着美国的世界霸主地位

在当今世界上,直观体现美国霸主地位的可能是其核动力航空母舰,或作为储备货币在全世界通行的美元。但这些表象背后的实质是,美国在科学,特别是基础科学领域对其他国家拥有碾压式优势

二十世纪二三十年代,世界数学的中心在德国的哥廷根,那里聚集着世界上最杰出和最庞大的数学家群体。这个时期,世界物理的中心也在德国。相对论的提出者爱因斯坦、量子力学的创始人之一普朗克以及矩阵力学的鼻祖海森堡等都是德国科学家。

被称作物理界最豪华聚会的第五届索尔维会议合影

那时候,美国的科学充其量只能算作二流。但希特勒上台后,情况开始发生变化。这位大独裁者把德国的科学精英源源不断地驱赶到其他国家,尤其是美国。欧洲最杰出的科学家几乎都定居美国,这大大促进了美国科学的兴起。可以肯定地说,如果没有这些人,美国后来在科学上无法与苏联竞争并获得冷战的胜利。据统计,现在70%以上的诺贝尔科学奖获奖者居住在美国。

2020年6月10日,2021年QS世界大学排名发布,排名前三的大学依然都来自美国,分别是麻省理工学院、斯坦福大学和哈佛大学。在排名前10的高校中,美国大学占据5所。

美国拥有许多举世闻名、全球最顶尖的实验室,包括劳伦斯伯克利实验室、劳伦斯利弗莫尔实验室、林肯实验室、加州理工学院喷气推进实验室、洛斯阿拉莫斯实验室、布鲁克海文实验室、橡树岭实验室、贝尔实验室、阿贡实验室 ……

科学的发展为技术的进步提供了不竭动力。在军工、航空航天、医学和医疗技术、信息技术等重要领域,美国都以无可匹敌的实力和压倒性的技术优势雄居世界之首。上世纪九十年代以来,全世界 90%以上的技术创新,都离不开硅谷的技术支持,背后都有硅谷的影子。

同时,在一个高度发达的市场经济环境中, 美国的产学研以及风险投资好像受到魔力的驱使,不约而同地聚集到一起。二战以后,美国的大学与工业企业互相联合的趋势不断发展,越来越多的企业科研机构甚至企业本身建立在那些顶尖级大学周围,进而形成五个庞大的区域性科学工业综合体,分别座落在波士顿-剑桥、纽约一新泽西、华盛顿-巴尔的摩、旧金山-帕洛阿尔托和洛杉矶-圣地亚哥。此外,美国还有许多以联邦研究机构为中心形成的科学工业综合体,这种科学工业综合体主要以国防部和国家航空航天局为代表。

麻省理工 来源:pixabay

美国的各种科学工业综合体以其强大的科研产出能力和成果转化能力,不断更新人类的生产生活方式,也不断强化美国在科技实力方面的霸主地位。

03

日本不吝投入,为百年科学发展布局

1985年9月22日,美国、日本、联邦德国、法国以及英国的财政部长和中央银行行长在纽约曼哈顿的广场饭店举行会议,签订了著名的广场协议。广场协议直接导致日本泡沫经济的破灭。日本从此陷入了长达十年的经济停滞,即“失落的十年”(The Lost Decade)。也有人说“失落的二十年”。我们的舆论经常乐此不疲地宣传和渲染这个话题。

的确,日本经济是出了些问题。与此同时,中国的经济规模已经大幅超越日本。于是,很多国人在历史恩怨和现实利益纠葛中,产生幸灾乐祸的心态,并且不时对日本投以鄙夷的目光。那么,日本真的没落了吗?

2019年,日本化学家吉野彰、美国固体物理学家古迪纳夫、美国化学家威廷汉共同获得诺贝尔化学奖,表彰他们在开发锂离子电池方面的杰出贡献。三位获奖者都被称为“锂电池之父”。吉野彰是继2018年本庶佑之后,日本第27名诺贝尔奖获得者,也是第8位获得诺贝尔化学奖的日本人。

日本人获得诺奖统计(截至2018年)

本世纪以来,这个只有1.26亿人口的岛国已有19人获诺贝尔奖。2001年,日本夸下海口,“50年拿下30个诺贝尔奖”。现在时间没有过半,完成的任务已经过半。事实证明,日本人没有吹牛。其实,包括已经加入了美国国籍的两位日本人在内,日本人总共已有近30人获得诺贝尔奖。本世纪获得诺贝尔奖的日本科学家人数仅次于美国。尽管很多科学研究并非以促进生产力为目的,但它对技术创新派生的溢出效应往往十分显著。获得诺贝尔奖的每位日本科学家背后,几乎都对应着一个高新技术产业。在半导体芯片、光学、超级计算机、超高精度机床、工业机器人、顶尖精密仪器、碳纤维、工程器械、燃气机轮等多个领域都能找到这种对应关系。

以大家现在最关注的半导体芯片技术为例,这个产业涉及的十大设备生产商中,美国企业4家,日本企业5家。半导体芯片有19种必需的材料,具备极高的技术壁垒。日本企业在其中硅晶圆、合成半导体晶圆、光刻胶、靶材料、封装材料等14种材料上均占50%及以上的市场份额。

来源:pixabay

2019年7月1日,日本宣布对韩国三类原材料进行出口管制,这三类原材料是用于半导体制造的化工品,分别是光刻胶、氟聚酰胺和高纯度氟化氢。这三种化工品,韩国都对日本依存赖度较高,氟聚酰胺甚至达到了93.7%,而用于半导体制造的高纯度氟化氢几乎100%由日本进口。禁令一出,韩国电子业就受到巨大的震动,很快服软。

日本半导体材料行业在全球范围内长期保持着绝对优势。在这个领域获得诺贝尔奖的日本科学家是:江崎玲于奈,因在半导体中发现电子的量子穿隧效应获得1973年诺贝尔物理学奖;白川英树,因首次合成出了高性能的膜状聚乙炔获得2000年诺贝尔化学奖。

全球专业信息服务提供商科睿唯安(Clarivate Analytics,原汤森路透知识产权与科技事业部)不久前发布了《2021年度全球百强创新机构》报告,该报告依据发明专利数量、质量、成果影响力、全球化保护等指标,遴选全球最具创新力机构。从上榜机构所在国家看,美国上榜的机构有42家,日本29家,这两个国家的上榜机构超过了总数的70%。大家所熟知的亚马逊、苹果、高通、索尼、日立、本田等国际巨头均在其中。中国大陆只有华为、腾讯、小米、电信科学技术研究院这四家机构入围。

来源:科睿唯安

联合国工业发展组织(UNIDO)发布的各国工业竞争力报告也充分证实了新世纪以来,日本在全球制造业领域始终名列前茅。特别是在全球产业链上游的材料、零部件、装备制造等核心技术、高附加价值产品制造方面,日本无可争议地处在领先地位。

近些年来,日本的创新布局也发生巨大变化。日本早就抛弃已经沦为低端制造业的家电之类产业,转而全力投入新能源、新材料、人工智能、机器人、生物医学、环境保护等新兴领域。其实,日本始终拥有世界一流的技术创新体系,并且牢牢占据着产业链的高端而其他大部分国家只是它的下游。

即使是在20世纪最后20年,在泡沫经济破灭后的一派萧条中,日本政府也依然不吝啬于科研投入。从2005年到2015年,日本这十年的科研经费平均达到国内生产总值的3%,居发达国家首位,而2016年美国为2.8%。日本比美国的投入比例还要高!此外,日本由企业主导的研发经费占总研发经费的比例世界第一;日本核心技术专利数量世界第二;日本的专利授权率高达80%。我们陶醉于中国位居世界第二大经济体的时候,千万不要忘了,日本人正在为未来一百年的科学发展布局。

04

中国的持久强盛有赖科学繁荣

当前,中国在诸多核心技术领域被卡了脖子。但这只是表象,问题的实质是我们的基础科学大幅落后于美西方。因此,“头痛医头,脚痛医脚”的办法解决不了根本问题。

来源:pixabay

科学是技术的源泉。而在科学中,基础科学又是应用科学的源泉。一般而言,科学发现比技术创新难得多,而技术创新又比开发应用难得多。科学研究的投入强度大、等待时间长。于是,一些脑筋灵活的人又开始贡献“聪明才智”:中国只搞技术开发,而把科学研究这种“苦活累活”留给美国及其他西方发达国家;等他们出了成果,我们再做应用,发展经济。这样做行不行?答案是否定的!即使短期内可以,但绝不是长久之计,除非我们想永远跟在别人屁股后面跑。

此外,科学是人类文化中一个最重要的组成部分。如果我们以及我们的后代学习科学时,教科书里永远都是外国人的名字,那么中国的文化自信从何而来?

事实上,在当今中国,对科学和技术发展规律的系统性认知,远比攻克若干核心技术重要。就此而言,我们尤其不应把科学与技术混为一谈。但迄今为止,很多中国人,甚至包括一些科研人员和科技管理工作者,都搞不清科学和技术的含义及其区别。

汉语里“科技”这个简称给我们带来很多困扰。它把中国人搞糊涂了,认为科学和技术差不多,没什么区别。比如,“高科技”在中国是一个很热的词。虽然对“高科技”的概念似懂非懂,但很多人张口闭口都是这三个字。这种既不准确也不科学的中文表达,把全社会带入了一个认识上的误区。他们不知道,科学只讲大小,不论高低;而技术只讲高低,不论大小。

“大科学”(Big Science)是国际科学界提出的概念。美国科学家普赖斯于1962年发表了题为《小科学、大科学》的著名演讲。他认为二战前的科学都属于小科学,从二战时期起,进入大科学时代。就其研究特点来看,主要表现为:研究目标宏大、多学科交叉、参与人数众多、投资强度大、需要昂贵且复杂的实验设备等。

来源:pixabay

“高技术”(High Technology)的提法也源于美国,是一个历史的、动态的、发展的概念。国际上对高技术比较权威的定义是:高技术是建立在现代自然科学理论和最新的工艺技术基础上,处于当代科学技术前沿,能够为当代社会带来巨大经济、社会和环境效益的知识密集、技术密集的技术。

所以,我们可以讲“大科学”,但不可以讲“高科学”,英文里压根儿就没有“High Science”之说。把中国人所说的“高科技”翻译成英文,只能译成“High Technology”,而不能译成“High Science and Technology”。

弘扬科学精神不是一句空话。各界人士讲话、文件起草以及媒体报道,在概念的表述上必须做到精准,而不能似是而非。人们至少应该明白,中国人耳熟能详的“高科技”,其实就是高技术,与“科”字并不相干。比如我们常说的“高科技企业”,其实是“高技术企业”。

由概念不清导致的行为偏差,已经、正在并且将会严重阻碍中国科学技术事业的发展。科学研究和技术开发,它们的目标任务不同,途径方法不同,因而管理和考评手段也不同。用管理科学研究的办法管理技术开发,或者用管理技术开发的办法管理科学研究,都是行不通的。

科学的去功利化在中国注定是艰难的,同时也是紧迫的。我们总是说,改革开放40多年来,中国科技事业取得了巨大的成就。准确地说,那是技术上的成就,而真正的科学成就并没有我们想像的那么大,甚至乏善可陈。

量子反常霍尔效应示意图

我们的目标是到2050年,把中国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国。应该清醒地认识到,社会主义现代化强国的内涵必须包括强大的基础科学。一个现代化强国,不仅要有技术,而且要有科学,特别是基础科学。一个真正的科学强国必须拥有一大批足以改变人类命运的伟大科学发现,以及众多能够领导世界潮流的科学大师。否则,那就不是真正意义上的现代化强国。

(本文作者系南开大学二级教授、新闻与传播学院院长,科技日报社原总编辑)

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