中國科技發展實力及前景

大陸科技新聞放眼即是
中國大陸的科學已經這麼厲害了?我怎麼感覺不到?
 因為你沒有關心這方面的消息。如果你關心的話,就會看到很多。例如2015年3月,大陸理化所和清華大學製備了一種液態金屬機器人,含鎵的液態合金吸收一小片鋁以後,就可以在電解質液體中運動很長時間,能夠蜿蜒前進和變形,被比喻為終結者。
 2015年3月,軍事醫學科學院生物工程研究所和天津康希諾生物技術有限公司聯合研發出了2014基因型伊波拉疫苗,針對性強,穩定性好,並具備大規模生產技術條件,優於美國、加拿大需零下80度冷凍保存的1976基因型疫苗,已經治癒了一名英國女兵和一名義大利男護士。
 2015年4月,科大建成國際最先進的反場箍縮磁約束聚變實驗裝置「科大一環」,我為此寫了篇《科普核聚變》以及補遺。2015年5月,中國科學家研發的脫細胞角膜基質「艾欣瞳」上市,這是世界上第一個也是唯一一個完成臨床試驗的生物工程角膜,為全球6000萬角膜盲患者帶來復明的希望。2015年6月,南開大學製備了一種特殊的石墨烯材料,用光一照就可以運動,包括太陽光,這是世界上第一種這樣的材料,可望實現光驅動的飛行。

人云亦云與取樣錯誤
中國大陸的科學界不是黑幕重重嗎?中國大陸的科學體制不是僵化落後嗎?中國大陸的科學成果不都是造假的、花錢買的嗎?
 大陸這麼大,科技人員這麼多,自然難免有陰暗面。美國也是如此。但你如果以為全都很陰暗,那就大錯特錯了。向一流期刊投稿時,審稿人水平很高,而且卡得很嚴,一心想挑出你的毛病來把你拒掉,造假的有多大機率過關?至於說花錢買,不要說一流期刊,二流的你去買一篇看看?這都是不可能的事。
 當然,有些低級的期刊上會有低價值的以至造假的、花錢買的文章,不過學術界不會把上面的文章當成像樣的學術成果。向一流院校求職時,低級別期刊的文章不但沒有正面作用,而且有負面作用。
 至於說中國大陸的科學體制,當然有很多可以改進的地方。但這個體制畢竟實現了科技的快速發展,可見總體上還是成功的。巧婦難為無米之炊,體制再好,沒錢也幹不成事。用飛機來打比方,體制好比機身布局,人力物力的投入好比發動機。發動機推力不夠,再符合空氣動力學的機身也飛不起來。推力夠了,一塊磚頭都能飛上天。投入不足,對中國大陸科技的損害比體制問題大得多;許多被一般人歸結為體制問題的,其實是投入不足造成的。人云亦云地談論體制問題,是缺乏技術含量的行為。
中國大陸發了這麼多所謂高檔次論文,對生活有什麼影響?純粹是騙經費的!
 這也是一種很典型的觀點,它反映了很多人的淺薄和傲慢。
 首先,人類的追求不只有物質生活,好奇心與求知欲也是基本價值。
 其次,基礎研究決定了人類能夠達到的上限。
 再次,基礎研究的效果要通過應用研究、生產試驗、工業生產等多個環節,才能傳導到日常生活,確實不是立竿見影。但這絕不是輕視基礎研究的理由。正如1883年美國物理學會第一任會長亨利.奧古斯特.羅蘭(Henry Augustus Rowland,1848-1901)在其演講「為純科學呼籲」中所言:「難道我們總是匍匐在塵土中去撿富人餐桌上掉下來的麵包屑,並因為我們有更多的麵包屑而認為自己比他更富裕嗎?但我們忘記了這樣的事實:他擁有麵包,這是所有麵包屑的來源。」當然,中國大陸的傳導機制還不夠通暢,成果傳化率還不夠高,在這方面有很多需要改進的地方。
 然後,中國大陸的基礎研究已經對生活產生了重大影響。袁隆平的雜交水稻、李振聲的雜交小麥養活了全世界數以億計的人口,屠呦呦等人的青蒿素拯救了全世界數以百萬計的瘧疾患者,師昌緒的材料學研究大大提升了航空發動機的性能,徐光憲的稀土化學研究是中國稀土工業的基礎。看不到這些的人,是自己目光如豆。
 最後,騙經費的人有沒有?有,例如僞造「漢芯」的陳進。但合理的結論應是打擊假的,支持真的。

相較於美俄的發展前景
聽說過去幾年美國突破了許多關鍵性技術,中美實力差距再度拉開了?
 這種說法是典型的以偏概全。中美這樣的大國,都不斷有許多進步。只提美國的進步,假想中國停著不動,才會得出這種離譜的結論。我們固然可以舉出美國突破的許多關鍵技術,但同樣可以舉出中國大陸突破的更多關鍵技術。
 對於這麼大規模的問題,需要定量統計。前面列舉的各種數據就是統計。任何沒有預設結論的觀察者都會看出,中美差距是在縮小而不是拉大。相信這種奇談怪論的,說到底是對科技瞭解太少,對美國迷信太多。一聽到有人鼓吹美國不可戰勝,第一反應就是習慣性的相信,膝蓋立刻就軟了。敗軍之氣,累世而不復,說的就是這種心態。治療方案:多學習。
俄羅斯的國際論文發的少,是因為他們不屑於在英文雜誌上發文章;俄羅斯的科技比中國大陸強得多!大陸的高檔次論文超過俄羅斯,是恥辱而不是榮耀!
 這也是一種典型的錯誤論調,錯誤在於混淆增量和存量。中國大陸爆炸式發展的時間還比較短,某些領域科技的存量可能還不如其他一些國家,這其中最典型的就是俄羅斯。但是在各種增量指標上,大陸遠超俄羅斯。
 俄羅斯的優勢基本只剩軍工、航天和資源開採,這都是蘇聯時期的老本。在其它大多數領域,俄羅斯已經顯著落後於中國。一個非常有諷刺性的例子就是,中國一汽與俄高爾基汽車集團成立合資企業,在米亞斯烏拉爾汽車製造廠組裝解放牌卡車。一汽是當年蘇聯援建的,結果現在老師不會造汽車了,只好請學生幫忙。
 蘇聯解體後經濟崩潰,俄羅斯科學界遭受了一場大劫難,許多科學家不得不離開了科研,或離開了自己的國家。普京上臺後雖然有所改善,但投入仍然很不足。我認識的一位經常訪問俄羅斯的老師說,俄國的科研人員大都是50-70歲的,年輕人很少。因為科研的收入太低,年輕人大都在外面打兩三份甚至五六份工,編程序之類。這樣還願意搞科研的,只能說是真愛了。科研人員外流很嚴重。再過10-15年,老的退了,新的補不上來,就會顯得一付要完的節奏。
 中國的情况正相反,每年畢業的博士碩士是世界第一多,在學術圈內找工作成了一大難題。好的高校、研究所的位置基本都填滿了,以前名不見經傳的單位也在快速提高標準。
 有人說搞科研不需要很多錢,俄羅斯仍然有很多成就;譬如俄羅斯數學家格里戈里.佩雷爾曼,他證明了龐加萊猜想,卻是個避世隱居的怪人,從來不拿國家的研究經費,連數學界的最高榮譽菲爾茲獎都拒絕去領。但是這個例子很偏頗,因為數學和物理、化學、生物這些自然科學不一樣,數學命題無法用實驗來證明,只能靠數學家的頭腦。所以無論錢多錢少,所有的數學家都處於同一起跑線上。這也能解釋為什麼數學方面的民科特別多,宣稱自己證明了哥德巴赫猜想的不計其數。
 自然科學就不是這樣,實驗是對理論最終的判决,而現代的實驗是非常燒錢的。拿個試管在自己家裡就能做出重大發現的時代,早就過去了。粒子物理的加速器,花錢是以百億元人民幣計的。
 即使你只做理論,不做實驗,現代的理論研究也往往需要大量的計算;而這些計算不是拿紙筆能夠完成的,需要很多硬件軟件,這也是不菲的花費。
 俄羅斯由於缺人缺錢,科研每况愈下,是明擺著的事。
中國人口相當於俄國或日本的10倍,發表論文數達到他們的10倍了嗎?
 沒有。問題是,按照人口平均計算科技成就的意義很小。科技成就不是實物,而是知識。蘋果這樣的實物給別人就沒有了,知識卻是可以無限複製的。很多知識還必須配合在一起才有用,好比你只知道怎麼造返回艙,那麼還是造不出飛船。所以對於衡量國家實力而言,科技的總量比人均重要得多。
 當然,如果要論科研人員的效率,人均指標是重要的。我們的人均指標確實不如俄羅斯、日本以及很多其他國家,需要大力改進。不過這裡要強調一下,首當其衝的改進是質樸無華的增加投入,而不是人人都想指點兩句的體制問題。我們的人均科研投入比許多國家少很多,這是人均產出比他們低的最直接的原因。
現在已經有人在問:我們給大學投資了這麼多,為什麼還沒有產生世界一流大學?是不是體制問題?
 這個問題其實很滑稽。你覺得投資很多,那是跟自己以前比;橫向跟世界一流大學比一比,還是比人家少得多。

客觀評價毛澤東時代
中國重大的科技成就都是在毛澤東時代取得的,如兩彈一星、沙眼衣原體、牛胰島素、雜交水稻、青蒿素、哥德巴赫猜想的1+2。改革開放30多年,論文發了一大堆,有什麼比得上毛澤東時代的成果?
 這種觀點雖然錯誤,但比前面的幾種觀點還是要高明不少。因為它舉出了若干項真實的成果。
 毛澤東時代科學家們的愛國精神是一座永遠的豐碑,如我就讀的科大化學物理系的創始人郭永懷先生(1909-1968),飛機失事犧牲時,和警衛員緊緊擁抱在一起,用身體保護了導彈試驗數據。毛澤東時代的科研體制也有不少優點值得總結、繼承與發揚,如重點攻關,大協作,學術民主。
 然而是古非今是不對的,80年代固然是讓科研人員過了一段緊日子,但經費增加後的爆炸式發展也不能否認。高鐵、北斗、四代機、空間站、人工角膜、量子反常霍爾效應、量子信息、外爾費米子等都是重大的成果,不應該出於政治理念貶損它們。
 對毛澤東時代前輩們的豐功偉績我們非常崇敬,同時也應該做一些客觀分析。那時的科技成就可以分為兩類,一類是追趕型,一類是原創型。
 兩彈一星、核潛艇、造汽車飛機等是追趕型,就是已知別人造出了這個東西,我們想辦法也造出來。追趕的難度跟原創有本質區別。
 愛因斯坦說:「提出一個問題往往比解決一個問題更為重要,因為解決一個問題也許只是一個數學上或實驗上的技巧問題。而提出新的問題、新的可能性,從新的角度看舊問題,卻需要創造性的想像力,而且標誌著科學的真正進步。」愛因斯坦正是因為問出「如果光速在所有慣性參照系中都不變會怎樣」、「如果自然規律遵從的是洛倫茲變換而非伽利略變換會怎樣」,才得到了狹義相對論,為人類打開了一扇全新的真理之門,這是天才的思維方式。
 提出問題之後,又有一大難關,就是你不知道這個問題在當前的條件下是否可以解決,能判斷出這一點也需要很高的智慧。例如可控核聚變和量子計算,在物理原理上是可以實現的,但實驗路徑設計了好幾種,每一種都有嚴重的侷限性,將來是否能成功,需要發明新的路徑還是只需改進現有的路徑,都沒人知道。
 追趕相當於把提出問題和判斷可行性這最難的兩步都跳過去了。有人說原子彈最大的秘密就是它可以造出來,只要知道這一點,你就已經獲得了最關鍵的信息,這個說法完全正確。
 說這些,不是為了貶低兩彈一星元勛們的偉大成就。前輩們在「一窮二白」的條件下(我們窮則窮矣,其實不是那麼「白」的,後述)發揮了很強的創造力,做出了許多新的科學發現,如于敏的氫彈構型。兩彈一星能造出來這一點全世界都知道,但絕大部分國家還是造不了,正是因為他們解决不了這些問題。
 殲-20的總設計師楊偉說:「原來,我們曾經是有明確的追趕目標,別人在前面,我們奔著他去。現在,我們接近了,甚至在某些局部平行或超越了,這時我們所面臨的挑戰將更加嚴峻。在這種沒有明確跟踪目標的情况下,創新的難度同以前相比不是一個數量級的。」他認為,應對這樣的挑戰,核心就是要加強原始創新。如果說以前我們對基礎研究、基礎科學的關注與投入還很有限的話,未來我們需要更加關注這些領域,加大對基礎科學原理的深度理解與突破。楊偉的這些觀點十分中肯。
 此外,毛澤東時代的很多成就還不只是追趕,而且是仿製。當然模型跟飛機汽車的實物不可同日而語,而且蘇聯後來撤走了所有專家,拿走了所有資料。仿製也不是隨便哪個國家都能幹的;印度有好幾個國家的飛機,卻仿不出來。但無論如何,仿製總比沒有實物的追趕又容易一大截。中國的飛機設計,長期有一條原則:「吃透原準機」。那麼問題來了,沒有原準機的時候怎麼辦?美國、蘇聯設計新飛機的時候,又靠什麼原準機?中國直到殲-10才逐漸擺脫了仿製,殲-20是又一次驚艶亮相。在落後時仿製是必經之路,但把仿製的成就吹上天,同時又把現在原創的成就踩入地,那就不對了。
 再來看毛澤東時代的原創型成果。合成牛胰島素、提煉青蒿素等確實很了不起,但從更高的標準看來,美中不足在於這些大都是點狀的突破,沒有開創一大片新領域,引出一整套思想、方法、技術。達到這個程度的成就也有,如馮康的有限元方法,但可惜是跟外國科學家平行開創的,別的國家並沒有受到他的太多影響。在這一點上劉耀陽有類似之處,許多人說他的層子模型相當於蓋爾曼的誇克模型,但沒引起國外的注意。不過總體而言,毛澤東時代還是點狀的突破更多。

近代以來的大圖景
 基於前面的論述,對中國大陸近代以來的科技發展史可以描繪出這樣的圖景:
 中國大陸在「解放」前處於農業社會,科技水平比先進國家整整落後一個時代。民國時代開始引進西方的學術體系,搭起了框架,培養出了一批人才,但研究成果還是很稀少的。而且國家處於戰亂之中,即使有成果也難有應用的機會。
 毛澤東時代開始了大規模的和平建設,把已有的人才組織起來,並培養了大量的年輕人,通過接受援助和重點攻關,在一批戰略項目上取得了突破,實現了初步的工業化。
 文革時對許多科學家的不公正對待,是對我們有限的人才的巨大浪費。
 改革開放初期,舊的體制已經過時,新的體制由於投入不足而運轉不良,自主創新經歷了一段低潮期。不過由於技術引進,工業生產水平還是在不斷提高的。
 隨著中國經濟蓬勃發展,自主創新意識與研發支出從90年代後期開始顯著提高,人才的數量和質量迅速進步,近年來科研成果出現了爆發。增量的增幅毫無疑問是世界第一,各個領域的增量數一數二,差距主要在存量上。目前的基本態勢是全面追趕,重點突破,局部領先。外界已經在把中國作為現實的而非潛在的科技大國來重視了。這是歷史性的進步!
 如果我們把視線再往歷史和未來的深處延伸,自然就會詢問:在近代之前發生了什麼?我們為什麼會落到那時的悲慘境地?如何評價中國古代的科技發展?將來會怎麼樣?目前的上升勢頭會不會延續?世界和中國會變成什麼樣?

精選回顧.2016年10月號