瞭望｜基础研究固本培元
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◆ 我国原创能力与科技强国的差距仍然很大，跟踪式的研究多，缺少有重大影响力的原创新理论成果
◆ 领跑更重要的是领路，我国科学家在别人走过的路上行走，走得不慢，但是在别人没走过的路上、开辟新的能走的路，这样的工作还很少
◆ 想要建立现代化经济体系，必须依赖从基础研究衍生出来的、拥有完全自主知识产权的科学突破，基础研究的源头作用愈加凸显
基础研究固本培元
文/《瞭望》新闻周刊记者扈永顺
近年来我国科技创新持续发力，天宫、蛟龙、墨子、天眼、克隆猴等一系列重大创新成果竞相涌现，中国正成为世界科技版图中的重要方阵。
但毋庸讳言，我国高端芯片、特殊材料、关键零部件等“卡脖子”问题仍然突出，反映出我国原始创新能力不足、重大理论突破和原创引领性成果不多的现实，亟需在基础研究方面下更大力气。
基础研究可以大致分为纯基础研究和应用基础研究，在此基础上产生核心前沿高技术。毫无疑问，基础研究是科学之本、技术之源，是提升原始创新能力的根本途径，也是建设世界科技强国的根基。正如十九大报告所要求的，“要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。”为建设世界科技创新强国打下坚实根基。
▲ 4月4日，华中科技大学引力实验中心周泽兵教授（中）与科研人员交流实验情况 熊琦摄
基础研究“底子薄”
现代基础研究中的重大发现和突破基本产生于欧美，拥有基础理论突破能力的国家，其利用该理论推动技术创新的能力也遥遥领先。例如17世纪的英国、18世纪的法国、19世纪的德国以及20世纪的美国等，都在基础研究突破的带动下，迅速提高了综合国力。
相比之下，新中国成立之初，我国基础研究底子非常薄，仅有30多个研究机构，科研人员不足500人，在国际科学界的地位无足轻重。百废待兴中，新中国通过了第一个中长期科技规划——《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》，对我国科技事业进行战略性布局，在极其艰苦的条件下取得了“两弹一星”、人工合成牛胰岛素、陆相成油理论、多复变函数论、哥德巴赫猜想等一批重大成果。
从一穷二白起步，从跟踪、模仿到创新，从数量的积累到质量上的提高、再到重大科技成果不断涌现，我国逐渐形成了推动基础研究发展的长效机制。
改革开放以来，我国成立了自然科学基金委员会，恢复和设立了院士制度、学位制度、国家科学技术奖励制度，启动了跟踪研究外国战略性高技术的“863”计划、国家重点基础研究“?973”计划，建成了正负电子对撞机等大科学装置和一批国家重点实验室。启动实施了“攀登计划”、知识创新工程、“985工程”和“211工程”。本世纪初颁布实施的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，也启动了多个基础科学问题和重大科学研究计划。
十八大以来，党中央把创新摆在国家发展全局的突出位置，创新离不开基础研究，为此有关部门加强宏观管理与协调，改善研究环境，加大投入，组织实施各类基础研究计划，凝聚了一支开拓创新的科研团队，建成了一批国际一流的科学实验平台，基础研究水平有了显著提高。
“80年代末我上大学的时候，看到国外仪器设备很先进，非常羡慕，现在国内外差别不大了。大科学装置多了，在某个研究方向才能突出，得到世界级的成果。”中科院高能物理所研究员徐玉朋说，我国大科学装置从无到有，发展比较快，比如大亚湾中微子实验非常成功，对粒子物理学有巨大贡献，获得了国家自然科学奖一等奖、2016年基础物理学突破奖。
大亚湾中微子振荡实验室是我国科技基础设施、世界级创新基础平台中的代表之一。近年来，我国相继建设了500米口径球面射电望远镜、上海光源、全超导托卡马克核聚变实验装置、科学号海洋科学综合考察船等重大科研基础设施；成功发射悟空、墨子、慧眼、碳卫星等系列科学实验卫星；启动国家实验室建设，支持北京怀柔、上海张江、安徽合肥建设综合性国家科学中心，为孕育重大原始创新奠定了重要物质技术基础。
▲ 8月21日，4米量级高精度碳化硅非球面反射镜在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所通过项目验收 许畅摄
重大成果产出进入“井喷期”
根据国际公认的衡量基础研究影响力的“自然指数”排行榜，中科院连续5年位列全球榜首。“作为国家战略科技力量，中科院近年来的重大成果产出进入了‘井喷期’，一大批重大原创性成果、战略性技术与产品相继问世，我们在一些重要领域已经跻身世界先进行列。”中科院院长白春礼介绍说。
我国在某些前沿方向开始进入并行、领跑阶段，例如在多光子纠缠、量子星地通讯等领域取得一系列原创性重大突破；研发了世界首台自驱动液态金属机器；首次构建小鼠—大鼠异源杂合二倍体胚胎干细胞，实现小分子化合物诱导体细胞重编程和转分化；首次观测到量子自旋反常霍尔效应；研发世界首台全自动干细胞诱导培养设备等。
“美国物理学会制作的《物理评论》系列期刊125周年纪念论文集，收录了自创刊以来所发表的49项具有里程碑意义的工作，其中36项工作获得了诺贝尔奖。‘固体中发现外尔费米子’成果文章是入选文章中唯一来自中国的工作。”中国科学院院士、中科院前沿科学与教育局局长高鸿钧告诉记者。
2018年，中科院接连取得重大创新成果——克隆猴“中中”“华华”先后诞生，意味着中国科学家成功突破了体细胞克隆灵长类动物的世界难题。国际权威学术期刊《细胞》以封面文章发表了这一重大成果。
在拓扑材料研究方面，中国科学院物理研究所丁洪领导的国际合作团队，首次在铁基超导中发现了超导拓扑表面态，为探索马约拉纳费米子提供了全新平台，其中最有利的证据发表在今年3月份的《科学》杂志上。8月16日，《科学》在线发表了又一重大成果，中科院物理所/中国科学院大学高鸿钧和丁洪领导的联合研究团队利用极低温—强磁场—扫描探针显微系统，首次在铁基超导体中观察到了马约拉纳任意子，该成果对构建稳定、高容错、可拓展的未来量子计算机的应用具有极其重要的意义。
从申请PCT专利（国际专利合作条约）、发表国际论文两项评价指标看，中国基础研究水平已经大幅提升。2016年以来，中国PCT专利申请量持续增长，2017年超过日本成为世界第二大国，“但三方专利（美、欧、日）的申请还有较大差距。”中科院生物物理所研究员、科技部基础研究司原司长张先恩介绍说。
科学论文是基础研究成果展示、知识记载和传播的主要形式。相比于40年前中国学者的论文很少被SCI（科学引文索引）期刊收录，现在我国已有很大改观：“同行引用次数反映论文受关注程度，中国学者论文总引用数持续增长，原来预测在2020年达到世界第5位，但在2017年就已经位列世界第二。”张先恩告诉《瞭望》新闻周刊记者，虽然中国学者论文的篇均引用仍然很低，但高影响论文数量或许更能反映中国的科学影响潜力——2017年，拥有万篇以上高影响论文的国家依次为：美国、英国、中国。
“面对数量急剧增长的中国学者的稿件，由于担心其中许多创新性一般、撰写表达方式不符合英文习惯，以及少数造假论文产生的负面效应，许多国外期刊对中国学者的审稿更趋严格，但我国在国际上发表的论文还是越来越多，这从另一个角度说明了中国科学的进步。”张先恩预测，三年后Web of knowledge核心数据库收录的中国学者论文数有可能与美国持平，不过原创性方面还有很大差距。
▲ “地壳一号”万米钻机整机系统 许畅摄
仍面临诸多挑战
发现新的高温超导体，是世界125个前沿科学问题之一。“铜氧化物超导体、铁基超导体材料并非由中国科学家发现，但我国铁基超导研究方面处在国际前列，跟欧美同处于第一研究方队，在国际上有很大影响力。”中国科学院院士、中科院物理所研究员向涛向《瞭望》新闻周刊记者表示。但他坦言：我国还不是该领域的领跑者。
“领跑更重要的是领路。”向涛认为，基础研究是带有原创性的工作，重要的不是跑的快慢，而是在没有路的地方有能力开辟出一条新路。我国科学家在别人走过的路上行走，走得不慢，但是在别人没走过的路上、开辟新的能走的路，这样的工作还很少。
在向涛看来，我国基础研究的平均水平进步很快，但还缺少爆发的“点”。而当基础研究有局部的爆发式突破，将会激发链式反应，带动全局变革。
“真正的学术领先应该是在某一学科有一批领先的人才和成果，从学术的单点技术突破发展到‘线’和‘面’，需要较长时间的积累。”中国工程院院士、中科院计算技术所原所长李国杰也认为，我国原创能力与科技强国的差距仍然很大，跟踪式的研究多，缺少有重大影响力的原创新理论成果，提出新科学思想和开创新科学领域能力亟待大幅提升。
受访专家普遍认为，我国基础研究还存在较多短板，其中之一是基础研究投入不足。相比应用研究，基础研究风险更大，主要靠科学家个人、科研小组的创新能力，但基础研究经费投入占R&D经费比重仍较低，而且偏重于投资实验设备、实验消耗品，不重视对科学家个人的投资。
评价考核方式不合理也影响了基础研究的健康发展，制约着我国原始创新能力的提高。当下，“杰青”“长江学者”等各种人才“帽子”满天飞，有的科研机构为吸引人才，对“帽子”明码标价，有无“帽子”在科研人员待遇水平、资源分配方面差异很大，导致急功近利的学术作风比较普遍，一些科研人员不愿意从事周期长、探索性强的研究，影响了基础研究的科研生态。
人才评价和激励机制也存在过度看重“经历”和“出身”的问题。例如一国家重要青年计划申报对象要求有3年以上的海外科研工作经历。评选不是按年轻人的潜力判断，而是按在国外研究的时间、按人才培养的地点做区分，这种评价方式忽略了科研水平和科研贡献的本质，导致博士生不愿意留在国内科研机构读博士后，而是为“海归”标签出国。
“20年前国外科研发达，国内博士毕业出国深造很有必要，但现在情况正在变化，国内一些领域的科技水平已经很发达。”向涛认为，制度设计上应对“海归”和本土培养学生“一碗水端平”，国内的优秀人才也应该有资格参与“青千”评审。
为“源头供给”提供制度保障
今年1月19日，国务院印发了《关于全面加强基础科学研究的若干意见》，目标是在本世纪中叶，把我国建设成为世界重要科学中心和创新高地，为建成社会主义现代化强国和世界科技强国提供科学支撑。这是党中央立足国家发展全局做出的重大战略部署。
中国科学院院士、国家自然科学基金委员会原主任杨卫认为，想要建立现代化经济体系，必须依赖从基础研究衍生出来的、拥有完全自主知识产权的科学突破，基础研究的源头作用愈加凸显。十九大报告强调加强应用基础研究，就是希望取得更多用于解决实际问题的应用性基础研究成果。因此，基础研究要从自由探索为主转向与国家重大需求相结合。在新一轮国际竞争中，基础研究要能够助力我国在航空发动机材料等需要常年攻坚的领域取得原创性突破。
接受《瞭望》新闻周刊采访的专家普遍认为，我国要在基础前沿领域跻身世界领先行列，需要国家进一步强化顶层设计，破除利益壁垒，着力解决制约重大原创性成果产出的深层次体制机制障碍，最大限度地激发科研人员的创新活力。
《关于全面加强基础科学研究的若干意见》特别提出了要对数学、物理等重点基础学科给予更多的倾斜。对此，中科院数学与系统科学研究院副院长巩馥洲表示，“数学是基础科学中的基础科学，是自然科学的基础，数学可以把问题量化，用数学的思维进行理论分析研究，用定量方式研究思考解决问题。想要发现科学中普遍适用的规律，数学的作用不可或缺。”他给记者举了个发动机的例子：高性能发动机面临极端使用环境，在实验室很难达到极高温极高压的环境，设计材料时就要设计理论模型、建成量化的模型，进行模拟计算，数学就是建模工具。
有专家甚至认为，中国与国外在高科技方面的差距，主要来自对数学的重视程度不同，在数学及其交叉研究领域存在短板，中国要成为一个科技强国，首先要成为一个数学强国。
李国杰认为，“科研工作是分层次的，部门和地方的研究所、大多数非重点高校可多做开发性质的科研，直接为行业和地方经济服务；但对国家级的科研院所和重点大学，不应鼓励做短平快的研发工作，而是要向高处走，做更前瞻、更基础的研究。”
“如果没有事业心，总是患得患失，物质条件再好，也难以做出重大原始创新成果。”中国科学院高能物理所研究员张新民认为，献身精神对科研非常重要。要切实增强广大科技工作者科技报国、创新为民的科学价值观。我国广大科技工作者要有强烈的创新信心和决心，既不妄自菲薄，也不妄自尊大，勇于攻坚克难、追求卓越、赢得胜利，积极抢占科技竞争和未来发展制高点。
“面对多元化社会的种种干扰和利益诱惑，科技工作者要不忘初心，把对科学的兴趣融入到国家的需要当中，找准自己的定位，把甘于奉献、科技报国作为科学家的最高情怀，将个人命运与国家前途紧密联系在一起。”中国科学院院士、中科院遗传与发育研究所研究员曹晓风说，新时代要求科技工作者要坚定科技自信，勇于攻坚克难，把攻克发动机、CPU、人工智能、基因编辑等前沿科学和颠覆性技术难题作为自己的使命。LW
刊于《瞭望》2018年第40-41期
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