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                    白春禮院士:大科學裝置就是國之重器

                    發布時間:2021-11-10     來源:學習時報

                    現代科學誕生以來,已經發生了五次科技革命。其中兩次是科學革命、三次是技術革命。科學革命是技術革命和產業革命的先導和源泉,而每次科學革命都是以基礎科學的重大突破為起點,不但催生出大量新理論、新技術,也重構著全球的發展格局和經濟版圖。

                    時至21世紀第三個十年開啟之際,人類再一次來到了新科技革命的前夜。這為中國科技發展提供了千載難逢的大機遇,也帶來了前所未有的大挑戰。下一輪新科技革命究竟會在哪些領域發生?基礎科學的重大突破還有多遠?應該在哪些領域進行前瞻性部署?對于這些問題,雖然今天還沒有統一的答案,但全世界科學家在一個問題上已經具有高度的共識,那就是:這一切都離不開功能強大的大科學裝置。如果說未來科技是一個充滿無限可能的魔盒,那么大科學裝置無疑就是一把用來開啟它的鑰匙。創造更高能量、更大密度、更短時間、更高強度等極限研究條件,能夠幫助我們不斷向科學技術廣度和深度進軍。

                    突破從探索未知開始

                    古人云:“工欲善其事,必先利其器。”科學研究作為高度復雜的專業性工作,它需要借助于比較先進的科學儀器設備,這就是大科學裝置,也叫作國之重器。打一個簡單的比方,可以說大科學裝置,就相當于是對人類眼睛、耳朵、手觀測能力的延伸。通過建造大科學裝置,大幅提升人類探索自然奧秘的能力,有力推動基礎前沿研究和綜合交叉探索,可以為我國高新技術研發和關鍵核心技術的突破提供重要的平臺和關鍵的手段。也因此,大科學裝置儼然成為我國搶占未來科技競爭制高點的國之重器。

                    大科學裝置是為科技創新,尤其是為我們探索自然的奧秘、發現新的自然規律、促進技術的變革,提供極限研究手段的大型的復雜的科學研究系統。從歷史上來看,在1950年之前,用大科學裝置獲得諾貝爾獎的只有1項;到了20世紀70年代,有40%的諾貝爾物理學獎得主是利用大科學裝置獲得諾貝爾獎;到了1990年以后,48%的諾貝爾物理學獎主要是應用大科學裝置來取得的。尤其是20世紀以來,有20多項諾貝爾物理學獎都來自于重大科技基礎設施相關的工作。現在應該說,重大科技基礎設施已經成為作出重大原創成果、實現關鍵核心技術突破、搶占科技競爭制高點的利器,也是全面體現國家綜合實力和科技創新能力的一個重要標志。

                    愛因斯坦說過:未來科學的發展無非是繼續向宏觀世界和微觀世界進軍。當前,宏觀研究前沿,我們叫“兩暗一黑三起源”。“兩暗”就是暗物質和暗能量,“一黑”就是黑洞,“三起源”就是指宇宙的起源、天體的起源和宇宙生命的起源。所謂暗物質就是它本身不發光,也不與光和電磁波發生作用。暗物質、暗能量要占宇宙物質的95%以上。光學望遠鏡、射電望遠鏡都不能直接地觀察到暗物質,但是它有一定的質量,可以通過其他間接實驗方法,證明有暗物質存在,但是它到底是什么,并不是很清楚。所以這暗物質、暗能量是當代宇宙學、物理學最前沿的研究方向,是認識宇宙起源和演化的最關鍵的一步。我們國家也在積極開展這個暗物質、暗能量的研究,2015年,中國科學院牽頭,發射一個衛星——悟空號暗物質粒子探測衛星。這個衛星搭載了目前國際上分辨率最高的一個空間高能粒子望遠鏡,在太空當中已經運行了5年多,采集了很多數據,有一些新的發現,這些發現非常重要。目前還在不斷地積累數據,一旦得到證實的話,可能對于暗物質的研究或者其他新粒子的研究,會有一個非常重要的影響。

                    人類在探索無盡宇宙的同時,也從未放棄對周邊物質世界微觀層面的探究。自從17世紀制造出第一臺顯微鏡,人類就不再為肉眼的局限所困。此后的數百年,被無限放大的微觀世界,為人類打開了另一扇認識自己和宇宙萬物的窗戶。隨著觀測工具的不斷進步,關于什么是構成物質的最小單位,人類一次次刷新著認知極限,也由此刷新著對物質和生命本質的理解。對無窮小的微觀世界的探究,也許只是人類好奇的天性使然,卻在20世紀引發了一系列的科技革命。如果沒有DNA的發現,就沒有今天人們已經習以為常的基因技術,更不會有20世紀下半葉興起的生物技術革命。

                    從宏觀層面宇宙探索到微觀層面基本粒子研究,大科學裝置幫助人類突破了認知極限。如何促進科技創新,從中觀層面來說,重大科學基礎設施能幫助人類不斷地認識和理解自身賴以生存的發展環境,而且重大科技基礎設施也是服務經濟社會發展的國之重器。

                    服務社會發展,解決重大需求

                    未來要解決好科技創新“做什么”的問題,答案就藏在“頂天立地”四個字之中。“頂天”就是要仰望星空,做好奇心驅動的探索性研究,為技術創新提供源源不斷的理論基礎;“立地”就是要堅持需求導向,解決我國經濟社會發展、民生改善、國家安全等面臨的現實問題。今天,許多大科學裝置都實實在在地服務于國家重大需求和經濟主戰場。也正是借助大科學裝置,中國人不斷向深空、深海、深地進發,抵達了不曾到過的遠方和深處,進行前人難以想象的試驗和探索,讓國家的科技競爭綜合實力躍上新的臺階。

                    重大科技基礎設施是支撐現代經濟社會發展和國家安全必不可少的重要的物質技術基礎。現代社會的運作高度依賴基礎數據和基礎信息,所以國家對自然資源、人力資源和已建立的各種硬件資源的利用效率,在很大程度上依賴于各種基礎數據和基礎信息。重大科技基礎設施在數據和各種信息的收集和利用方面,能發揮非常獨特的重要作用。

                    建造中國自己的重大科技基礎設施,需要多學科支撐,眾多高新技術集成。在很多重大科技基礎設施建設當中,有很多特殊材料和工藝被封鎖禁運,我們要努力突破關鍵核心技術,這樣也有助于提升我國工業和制造業的能力水平。這些新技術成果可以廣泛地應用到其他的重大工程和產業當中,來反哺國民經濟的發展。

                    大科學裝置在培養和凝聚人才、促進國際科技合作方面也能發揮獨特作用。科學家們能不能在世界科技前沿取得重大的原創科研成果,在很大程度上取決于是否擁有最先進的科學儀器設備和裝置。重大科技基礎設施,能夠為科技工作者提供最好的科研平臺,也能成為凝聚人才、吸引人才的高地。在重大科技基礎設施的設計、建造和后續運行當中,能培養一大批工程技術人才。所以我們“中國天眼”建成以后,向全世界科學家開放,征集觀測申請,吸引了全世界一流的天文學家前來合作,科學家報名非常踴躍。

                    重大科技基礎設施也是開展國際合作的重要平臺。我國很多重大科技基礎設施的建設運行當中,也引入了國際合作者,很多設施都面向國外開放,依托這些設施開展的聯合研究、人員交流、人才培養,對提升我國的國際科技合作水平,發揮了積極的作用。

                    中國“天眼”

                    突破“卡脖子”要先解決“卡腦子”

                    當前,我國發展面臨的國際環境發生了很大變化,同時,與我們提出的第二個百年奮斗目標相比,我國科技發展有不少亟待補齊的短板,許多產業的技術瓶頸源于原始創新比較薄弱。基礎研究無疑是推動原始創新、構筑科技和產業發展“高樓大廈”的基石。種種現實讓人們更加警醒起來——我國已到了必須大力加強基礎研究的關鍵時期。決不能錯過這個時機,一定要趕上新科技革命浪潮。

                    加強基礎研究是科技自立自強的必然要求,是我們從未知到已知、從不確定性到確定性的必然選擇。作為科技創新之源,基礎研究關乎我國源頭創新能力和國際科技競爭力的提升,決定著建設世界科技強國的歷史進程,對如期實現第二個百年奮斗目標具有至關重要的作用。我們的基礎研究不僅要勇于探索、突出原創,推進對宇宙演化、意識本質、物質結構、生命起源等的探索和發現,拓展認識自然的邊界,開辟新的認知疆域,而且更要應用牽引、突破瓶頸,從經濟社會發展和國家安全面臨的實際問題中凝練科學問題,弄通“卡脖子”技術的基礎理論和技術原理。

                    實事求是地看,當前我國面臨的一些“卡脖子”問題,表面上主要表現為技術領域的困難,但實質上,這些障礙往往與基礎研究領域的缺憾緊緊連在一起。要解決“卡脖子”問題,必須注重從基礎研究入手,加強原創性、引領性科技攻關,堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰。

                    比如說我們研究一個領域,這個領域我們想能夠更加聚焦前沿前瞻性的研究,應該追求不僅知其然,還要知其所以然。今天我們認為,很多技術上一些“卡脖子”的問題,比如說航空發動機,實際上可能“卡脖子”還是卡在基礎研究方面。

                    有統計數據顯示,高技術的發展,很多專利實際上是在基礎研究階段就已經申請到了,就已經保護了,它不僅僅是在后邊產業化那部分保護著。

                    要想真正解決這些“卡脖子”的問題,可能還需要我們在基礎研究方面加大力度來做。但是基礎研究也不是泛泛的,我一直堅持這樣一個觀點,就是同樣做基礎研究,別人畫一條曲線,那么你在這整個曲線上,再多加幾個新的點,使曲線更加平滑,這是別人沒做過的,是小的創新。如果你提出一條新的曲線,這個斜率、截距、曲線走勢都是你自己提的,這完全不一樣。所以要加強原始創新,就是這樣一個道理。

                    基礎研究實際上涵蓋面也很廣,有些積累性的研究,也屬于基礎研究。比如大量收集數據,這屬于一種積累式的創新。原始創新的能力不足,就是說01這方面比較欠缺。01是原始創新,或者說顛覆性的,就是無中生有,完全是打破原來的認知,是一個全新的東西。那么從110往后走,從12相對來說就容易點,所以1223,這就屬于一種積累式創新了。原始創新和積累式創新兩方面都很可貴。關鍵是我們盡可能地要走一些前人沒有走過的路,走出一條新路來,不要僅僅是跟在別人后面。

                    暗物質粒子探測衛星“悟空”

                    珍惜千載難逢的科研機遇

                    科技創新是關乎國家命運和核心競爭力的決定性力量,誰能成功把握科技革命的歷史機遇,就有可能實現科技創新能力和綜合國力的快速躍升,這為后發國家趕超和跨越發展提供了歷史性的戰略機遇。

                    新時代大科學裝置建設和運用的偉大實踐已經證明,我國自主創新事業大有可為,科技工作者們正在以與時俱進的精神、革故鼎新的勇氣、堅忍不拔的定力,面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,把握大勢、搶占先機,直面問題、迎難而上,肩負起時代賦予的重任,奮力實現高水平科技自立自強。

                    科研工作能夠做得好,需要一種奉獻精神,不能夠僅僅把它當成一個謀生的手段。完成這種職業上的任務,沒有一種無私的奉獻精神,恐怕還是很難取得成果。科研人員,也包括承擔科研任務的學生,基本上是沒有8小時之外,絕大部分科研人員壓力還是很大的。但現在是一個非常好的時期,國家對科技高度重視,對科技投入很多。目前中國的研發投入,在過去這20年有了快速增長,這一點在科技界我們體會特別深,我們能夠干很多以前想干而不能干的事情。每個人應該說有一個充分發揮自己聰明才智的很好的舞臺,跟30年前不可同日而語。

                    我是1987年學成回國的,那時候中國還沒有一個支持青年人或者支持留學人員回來的專項基金。所以我回國之前,想申請歸國人員支持基金,沒有申請到,沒有錢。我不知道回來能不能拿到錢,能不能給我什么職稱,給我什么房子,我根本不知道。而且我也知道國內好多東西買不到,所以當時我自己花錢從國外買了一些工作的元器件帶回來了。中關村有電子一條街,那時候想買一個什么電阻電容,都得自己上街一個一個商店跑,問有沒有這個,有沒有那個。現在你可以打電話請快遞給你送過來,那時候國內哪有什么快遞,而且企業連產品目錄都沒有。所以不可同日而語。我當時回來也沒有科研經費,跟現在是不一樣的。現在對留學人員,對青年人才的支持,要大得多了。目前中國有一個非常好的發展環境,年輕人應該抓住這個機遇發揮好聰明才智,為世界科技強國建設作出更大的貢獻。

                    當然我們說自主創新,自立自強,并不是說不去做國際合作。大科學裝置本身,像歐南天文臺的大科學望遠鏡,就不是一個國家做的,要好多國家一起來做。一個國家的能力,完不成一個這么大的科學裝置,需要多國一起來合作。所以國際合作是一個必然的趨勢。

                    當前我們國家正處在加快實現高水平科技自立自強、建設科技強國的關鍵時期。今年兩院院士大會上,習近平總書記發表了重要講話,他指出科學研究范式正在發生深刻變革,學科交叉融合不斷發展,科學技術和經濟社會發展加速滲透融合,從廣度顯著加大、深度顯著加深、速度顯著加快、精度顯著增強四個方面,深刻總結了新一輪科技革命和產業變革的特點和規律。所以說科學研究范式的轉變,科學創新的廣度、深度、速度、精度的拓展,離不開科研儀器設備,特別是重大科技基礎設施的有力支持。世界各主要發達國家紛紛將建設重大的科技基礎設施,作為提升國家科技競爭力的重要舉措,投入重金來支持設施建設。所以可以預見,未來圍繞重大科技基礎設施的競爭和博弈將更加激烈。習近平總書記還列舉了那么多科技成果,我看了以后、聽了以后,也確實覺得很振奮。這個時候國家提出了科技的自立自強,加強國家戰略科技力量,都是一個新的要求、新的機遇。

                    面向未來,只有前瞻性謀劃和系統性布局一些重大的科技基礎設施,來不斷地夯實我們國家科技創新的技術基礎,并且依托這些重大的科技基礎設施,來推動我國在基礎研究和原創性、引領性科技攻關方面取得更多的更大的突破,來打好關鍵核心技術的攻堅戰,才有可能把握新科技革命和產業變革的戰略機遇期,實現我們從跟跑到并行甚至領跑的這樣一個跨越發展,為全面建設社會主義現代化國家,為到2050年建成世界科技強國,奠定堅實的基礎。

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