朱亞宗

摘要：相對(duì)于由技術(shù)專家、工程師主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)①的模式，由處于科技創(chuàng)新鏈源頭高地的一流科學(xué)家來(lái)主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)，對(duì)國(guó)家科技創(chuàng)新能力的提升具有更為重要的影響，在很大程度上不僅決定一個(gè)國(guó)家和民族在激烈國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的榮衰，而且也將決定人類應(yīng)對(duì)全球性挑戰(zhàn)的成敗。結(jié)合現(xiàn)當(dāng)代科技創(chuàng)新與新產(chǎn)品研發(fā)案例可以看出，科學(xué)家投身并主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)的方式呈現(xiàn)出極大的多樣性，或?yàn)楫a(chǎn)品研發(fā)指明戰(zhàn)略方向，或提供技術(shù)原理和具體的設(shè)計(jì)方案，或直接參與產(chǎn)品的研制開發(fā)。當(dāng)前，科學(xué)家主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)也是中國(guó)創(chuàng)新邁向高端的必由之路。要破解重大原創(chuàng)性成果稀少、影響世界產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局的重大新產(chǎn)品匱乏等發(fā)展瓶頸問(wèn)題，必須下大氣力培養(yǎng)造就集科學(xué)家、技術(shù)專家、企業(yè)家于一身的復(fù)合型科學(xué)家，形成兼容并包的科學(xué)文化氛圍。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)科學(xué);產(chǎn)品研發(fā)模式;高端制造業(yè);產(chǎn)學(xué)研復(fù)合型科學(xué)家;原始創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：F42? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1004-3160（2020）06-0106-09

當(dāng)前，中國(guó)能否在信息技術(shù)革命的高級(jí)階段——人工智能革命中脫穎而出，將直接關(guān)系中華民族偉大復(fù)興的進(jìn)程。為此中國(guó)必須使產(chǎn)品創(chuàng)新邁向高端。2020年3月23日，科技部正式印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)的總體方案（暫行）》?！斗桨浮分赋?，國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心定位于實(shí)現(xiàn)從科學(xué)到技術(shù)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)重大基礎(chǔ)研究成果產(chǎn)業(yè)化;《方案》計(jì)劃，到2025年布局建設(shè)若干國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心。[1]這一《方案》的頒布正當(dāng)其時(shí)，適應(yīng)了中國(guó)基礎(chǔ)研究成果快速發(fā)展并牢牢占據(jù)世界第二的科技發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)也回應(yīng)了大量基礎(chǔ)研究成果亟待轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的現(xiàn)實(shí)需求?？梢云诖@一《方案》的實(shí)施，將對(duì)我國(guó)科技創(chuàng)新突破原始創(chuàng)新這一薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生重大影響，極大推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)成果向技術(shù)層面及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的快速轉(zhuǎn)化，大大加速我國(guó)形成強(qiáng)大均衡的科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品一體化自主創(chuàng)新鏈的進(jìn)程，為實(shí)現(xiàn)“中國(guó)夢(mèng)”注入更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

我們也要清醒地看到，國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)研究成果到創(chuàng)新產(chǎn)品這一層次，是科技轉(zhuǎn)化的最高、最難層次，同時(shí)也是當(dāng)前制約我國(guó)制造業(yè)“由大向強(qiáng)”發(fā)展最為薄弱的層次。鑒于我國(guó)傳統(tǒng)科技布局中基礎(chǔ)科學(xué)研究與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的脫節(jié)，科學(xué)家的產(chǎn)品開發(fā)意識(shí)與企業(yè)家的基礎(chǔ)科學(xué)成果應(yīng)用意識(shí)均較為薄弱。本文結(jié)合現(xiàn)當(dāng)代科技創(chuàng)新與新產(chǎn)品研發(fā)案例，史論結(jié)合地闡明科學(xué)家在顛覆性重大產(chǎn)品研發(fā)中不可替代的關(guān)鍵作用，就如何推動(dòng)中國(guó)制造邁向高端闡述一管之見，以呼應(yīng)我國(guó)建設(shè)最高層次國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心的重大決策。

一、超越經(jīng)驗(yàn)的理論先導(dǎo)性創(chuàng)新

概而言之，人類的產(chǎn)品開發(fā)分為兩種途徑，一是經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象啟發(fā)式路徑，二是有科學(xué)理論指引的“經(jīng)驗(yàn)理論”反饋式路徑，這兩條產(chǎn)品開發(fā)路徑將永遠(yuǎn)相輔相承地延續(xù)下去。

由工匠和工程師主導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象啟發(fā)式產(chǎn)品開發(fā)，自人類文明濫觴起始，沿襲數(shù)千年來(lái)長(zhǎng)盛不衰。即便是當(dāng)代，經(jīng)驗(yàn)性的產(chǎn)品開發(fā)仍層出不窮，效果顯著。譬如，“1948年，喬治·德梅斯特拉爾在瑞士鄉(xiāng)間散步時(shí)，看到他褲子上粘了一些帶刺的種子，他發(fā)現(xiàn)這些刺的彎鉤牢牢地抓在織物的紋理上，于是受到啟發(fā)，發(fā)明了尼龍搭扣。”[2]醫(yī)療上偶然性經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)的一個(gè)例子是偉哥，“這種藥最初是開發(fā)用來(lái)治療心臟病的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)參與臨床試驗(yàn)的患者堅(jiān)決拒絕交還那些尚未服用的藥片，即使這些藥物對(duì)他們的心臟問(wèn)題沒有顯著的作用，于是研究人員開始懷疑這種藥物可能有積極的副作用。”[2]

由科學(xué)家主導(dǎo)的產(chǎn)品開發(fā)路徑，雖然自人類創(chuàng)立第一個(gè)嚴(yán)密的自然科學(xué)理論體系——牛頓力學(xué)以后才逐漸彰顯。但是，近代以來(lái)，三次工業(yè)革命和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明，一次比一次更多地依賴于科學(xué)理論的指導(dǎo)。在第一次工業(yè)革命中發(fā)明高效蒸汽機(jī)的瓦特，雖是工匠出身，卻得到格拉斯哥大學(xué)的教授朋友布萊克傾力幫助。布萊克發(fā)現(xiàn)了蒸汽機(jī)的潛熱現(xiàn)象，啟發(fā)瓦特發(fā)現(xiàn)了利用蒸汽潛熱是提高機(jī)器工作效率的關(guān)鍵。在這一熱學(xué)理論的指引下，瓦特作出了歷史性的發(fā)明：氣缸與冷凝器相分離的新式蒸汽機(jī)，為第一次工業(yè)革命奠定了動(dòng)力基礎(chǔ)。[3]124-125第二次電力工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明和產(chǎn)品開發(fā)，也是1831年法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，主要由一些具有電磁理論修養(yǎng)的科學(xué)家兼技術(shù)專家完成的。對(duì)電機(jī)發(fā)明做出主要貢獻(xiàn)的西門子與懷爾德都是當(dāng)時(shí)站在電磁學(xué)理論前沿的科學(xué)家，他們分別向德國(guó)柏林科學(xué)院和英國(guó)皇家學(xué)會(huì)呈送過(guò)電機(jī)研究的論文，并在理論的指導(dǎo)下各自發(fā)明了電機(jī)。[3]126-127發(fā)明交流電的特斯拉與最早獲得電話發(fā)明專利的貝爾也都是電磁理論研究領(lǐng)域的科學(xué)家。支撐第三次工業(yè)革命及信息技術(shù)革命關(guān)鍵硬件和軟件的發(fā)明家，更是20世紀(jì)中葉世界頂尖的科學(xué)大師。發(fā)明晶體管的巴丁是著名的固體物理學(xué)家，因此而榮獲1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);提出電子計(jì)算機(jī)原理的圖靈、馮·諾依曼等均是數(shù)學(xué)奇才;預(yù)示信息技術(shù)革命未來(lái)發(fā)展方向、并擊敗世界圍棋冠軍的“阿爾法狗”（AlphaGo），其研發(fā)者哈薩比斯是團(tuán)隊(duì)的靈魂，也是高水平的人工智能科學(xué)家。三次工業(yè)革命的歷史經(jīng)驗(yàn)，以及當(dāng)代人工智能新技術(shù)與新產(chǎn)品的研發(fā)，都雄辯地說(shuō)明，作為時(shí)代標(biāo)志或發(fā)展方向的重大技術(shù)發(fā)明及產(chǎn)品，有賴于科學(xué)家的獨(dú)特敏感性和理論指導(dǎo)。

由科學(xué)家主導(dǎo)的產(chǎn)品開發(fā)路徑，在很大程度上決定著一個(gè)國(guó)家和民族在激烈國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的榮衰。如原子彈的研制過(guò)程，先是1905年愛因斯坦提出質(zhì)能方程E=mc2，也即原子彈研制的科學(xué)原理。再是1938年哈恩發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾核而放出巨大能量的裂變實(shí)驗(yàn)，形成原子彈研制的技術(shù)原理，德國(guó)一直是推動(dòng)原子能技術(shù)產(chǎn)品化的中心國(guó)家。然而，在二次世界大戰(zhàn)圍繞原子彈研制的激烈競(jìng)賽中，美國(guó)設(shè)立曼哈頓工程項(xiàng)目，僅僅用了3年時(shí)間，就制造出原子彈這一創(chuàng)新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)德國(guó)原子彈研制工程的反超，其原因固然有戰(zhàn)爭(zhēng)的緊迫需求和美國(guó)政府、軍方的全力支持，但愛因斯坦、玻爾、費(fèi)米、奧本海默、費(fèi)曼、魏格納等大批頂尖科學(xué)家親自投身產(chǎn)品研發(fā)，領(lǐng)銜集體攻關(guān)，無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)成功逆轉(zhuǎn)更為關(guān)鍵的因素。再如雜交水稻的創(chuàng)新開發(fā)。20世紀(jì)中葉以來(lái)，國(guó)際水稻研制的中心在菲律賓馬尼拉的國(guó)際水稻研究所。而在中國(guó)湖南安江農(nóng)校任教的袁隆平，從20世紀(jì)60年代初懷疑水稻無(wú)雜交優(yōu)勢(shì)的經(jīng)典理論并提出水稻雜交優(yōu)勢(shì)原理，到70年代初就發(fā)明雜交水稻栽培技術(shù)，僅用了短短10年左右的時(shí)間。這是因?yàn)樵∑皆谛纬伤倦s交優(yōu)勢(shì)理論后，不是停留在理論層面，消極等待條件成熟后依靠農(nóng)藝師來(lái)開發(fā)新產(chǎn)品，而是立即親自參與雜交水稻培育技術(shù)的研發(fā)，從而為中國(guó)用占世界7%的耕地養(yǎng)活世界上22%的人口創(chuàng)造了條件，也為成功提升世界糧食安全水平做出了重大貢獻(xiàn)。

由科學(xué)家主導(dǎo)的產(chǎn)品開發(fā)路徑，也將決定人類應(yīng)對(duì)全球性挑戰(zhàn)的成敗?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已發(fā)展為科學(xué)、技術(shù)、工程一體化的龐大體系，科技人才也從科學(xué)家、技術(shù)專家、工程師到技師一應(yīng)俱全。經(jīng)濟(jì)、軍事、公共衛(wèi)生安全等領(lǐng)域許多重大問(wèn)題需要各種科技人才協(xié)同攻關(guān)方能成功。解決問(wèn)題的程序轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)驗(yàn)與理論的反復(fù)循環(huán)和反饋，但是科學(xué)理論先行的路徑，即從科學(xué)原理和技術(shù)原理到工程設(shè)計(jì)，再到工藝制造的創(chuàng)新路徑，日益成為創(chuàng)新的主旋律。當(dāng)前，面對(duì)新型冠狀病毒引發(fā)的全球疫情，研制新冠肺炎疫苗成為各國(guó)政府殫精竭慮、急欲攻克的難題。而疫苗開發(fā)的難點(diǎn)并不在于制備手段、研發(fā)資金及設(shè)備等方面，而是在于認(rèn)知新冠病毒和疾病的復(fù)雜性、解析人類免疫系統(tǒng)對(duì)于新冠病毒的反應(yīng)方式及其機(jī)制等方面。因此可以預(yù)見，科學(xué)家主導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)的方式也將成為研制新冠肺炎疫苗的必由之路，決定了疫苗的研制速度和成功與否。

二、科學(xué)家主導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)的基本途徑

科學(xué)家是如何具體參與產(chǎn)品開發(fā)的呢？事實(shí)上，從科學(xué)原理經(jīng)技術(shù)原理到技術(shù)設(shè)計(jì)，再經(jīng)工程工藝開發(fā)到有先導(dǎo)性效能的新產(chǎn)品，是一個(gè)極其復(fù)雜漫長(zhǎng)的研發(fā)過(guò)程。只有極少數(shù)新產(chǎn)品可由科學(xué)家個(gè)人獨(dú)立完成。如300多年前牛頓制造出第一架原理非凡而硬件簡(jiǎn)單的反射望遠(yuǎn)鏡;20世紀(jì)下半葉中國(guó)著名數(shù)學(xué)家馮康以一人之力，獨(dú)創(chuàng)兩大領(lǐng)先于世界的軟件產(chǎn)品：有限元算法與哈密爾頓辛幾何算法。這樣的個(gè)人產(chǎn)品創(chuàng)新奇跡還會(huì)繼續(xù)，但總體說(shuō)來(lái)，絕大多數(shù)科學(xué)家都是在產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目中的某個(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)揮主導(dǎo)作用。

（一）指明戰(zhàn)略方向

一部分身處象牙之塔的基礎(chǔ)科學(xué)家，具有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和對(duì)外在世界的熱切關(guān)注，加上居于科學(xué)、技術(shù)、工程體系源頭的高處，便如王安石登上飛來(lái)峰“不畏浮云遮望眼，只緣身在最高層”，有可能預(yù)見中下游新的技術(shù)原理與技術(shù)設(shè)計(jì)，甚至預(yù)測(cè)功能更為強(qiáng)大的新產(chǎn)品。與此同時(shí)，他們“居高聲自遠(yuǎn)”，有名望的基礎(chǔ)科學(xué)家提出新技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)建議，容易得到國(guó)家或企業(yè)的高度重視和支持，并適時(shí)轉(zhuǎn)化為研發(fā)項(xiàng)目。

二戰(zhàn)期間，流亡到美國(guó)的匈牙利物理學(xué)家西拉德敏感地意識(shí)到德國(guó)法西斯可能會(huì)運(yùn)用核裂變?cè)碇圃煸訌棧谑瞧鸩萘酥荚诙卮倜绹?guó)總統(tǒng)羅斯福重視和研究的信，由愛因斯坦簽名后送到羅斯福手中，指出“在大量的鈾中建立起原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會(huì)成為可能，由此會(huì)產(chǎn)生大量的能量和大量像鐳一樣的新元素……這種新現(xiàn)象也可用來(lái)制造炸彈，并且能夠設(shè)想（盡管還很不確定）由此可以制造出極有威力的新型炸彈來(lái)。……鑒于這種情況，您也許會(huì)認(rèn)為，讓政府與那批來(lái)美國(guó)從事鏈?zhǔn)椒磻?yīng)工作的物理學(xué)家經(jīng)常進(jìn)行接觸是可取的”。[4]西拉德等人的信件為推動(dòng)“曼哈頓工程”上馬提供了至關(guān)重要的咨詢建議。

中國(guó)科學(xué)家也多次提出戰(zhàn)略性建議，推動(dòng)政府實(shí)施研發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品的重大項(xiàng)目。1956年，錢學(xué)森、錢偉長(zhǎng)等人在制定第一個(gè)科學(xué)規(guī)劃時(shí)，就向國(guó)家提出先研發(fā)導(dǎo)彈后研發(fā)飛機(jī)的戰(zhàn)略性建議，為中國(guó)集中有限資源發(fā)展導(dǎo)彈火箭和衛(wèi)星研發(fā)指明方向。1983年3月，中國(guó)著名科學(xué)家王淦昌、陳芳允、楊嘉墀、王大珩鑒于美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛提出高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，敏銳地意識(shí)到新一輪科技革命可能來(lái)臨，聯(lián)名上書鄧小平，提出《關(guān)于跟蹤研究外國(guó)戰(zhàn)略性高技術(shù)發(fā)展的建議》。鄧小平高度重視四位科學(xué)家的建議，于3月5日作出批示：“這個(gè)建議十分重要……，此事宜速?zèng)Q斷，不可拖延?！盵5]“863計(jì)劃”的制定和實(shí)施表明，曾經(jīng)參與中國(guó)軍事高技術(shù)研究的優(yōu)秀科學(xué)家的眼光，不僅局限于軍事，而且投向了未來(lái)影響綜合國(guó)力的新興高技術(shù)，為中國(guó)科技從跟蹤走向創(chuàng)新提供了戰(zhàn)略性建議。西拉德、愛因斯坦與錢學(xué)森、王大珩等科學(xué)家的戰(zhàn)略咨詢建議，雖然不等于高技術(shù)新產(chǎn)品的具體研發(fā)，卻為層出不窮的高技術(shù)產(chǎn)品的涌現(xiàn)指明方向，稱之為主導(dǎo)高技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)無(wú)疑義。

（二）提供技術(shù)原理或設(shè)計(jì)方案

較之戰(zhàn)略咨詢，科學(xué)家在高技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)的長(zhǎng)鏈中更深入一步的工作，是提供具體的技術(shù)原理或設(shè)計(jì)方案。技術(shù)原理和設(shè)計(jì)方案是高技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)的理論前提，一般情形下，這樣的理論構(gòu)思不可能由純粹的技術(shù)專家或工程師來(lái)完成，而是由相關(guān)的科學(xué)家或身兼科學(xué)家的技術(shù)專家提出?；仡?0世紀(jì)的科技發(fā)展史，深刻影響當(dāng)代社會(huì)的核能技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的原創(chuàng)性新產(chǎn)品，皆由科學(xué)家出手提出技術(shù)原理及設(shè)計(jì)方案。

20世紀(jì)30年代，核物理的實(shí)驗(yàn)研究在歐洲非?；钴S，處于發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象的前夕，而裂變?cè)淼拇_立將是后來(lái)一切核技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。費(fèi)米、約里奧居里夫婦等物理學(xué)大師都曾做過(guò)用中子轟擊鈾元素的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果紛繁復(fù)雜，他們囿于鈾核俘獲中子而產(chǎn)生超鈾元素的猜想，或?qū)︹櫤朔至熏F(xiàn)象視而不見，或?qū)︹櫤朔至殉謶岩蓱B(tài)度。1938年底，德國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家哈恩做了同類的實(shí)驗(yàn)，也對(duì)中子轟擊鈾核產(chǎn)生的“散片”疑惑不解，并在論文中仍然堅(jiān)持舊說(shuō)，認(rèn)為鈾核不是被中子分裂，而是俘獲中子成為超鈾元素，“我們對(duì)‘超鈾元素的信念仍保留如前”。[6]P234然而，哈恩的運(yùn)氣是將自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如實(shí)寫信告訴了另一位物理學(xué)家梅特納，梅特納又讓兼通實(shí)驗(yàn)與理論的年輕物理學(xué)家弗里施看了此信，弗里施聯(lián)想到玻爾的液滴核模型理論，提出鈾核因振動(dòng)拉長(zhǎng)時(shí)如被中子擊中，很可能分成兩半，與此同時(shí)，原子核釋放出巨大能量。這一猜想使梅特納深受啟發(fā)，二人各自計(jì)算出釋放的能量，都是200MeV，于是合作撰寫論文發(fā)表于1939年的《自然》雜志。在這篇論文中他們借用生物學(xué)中細(xì)胞分裂的概念，提出解釋核分裂現(xiàn)象的“裂變”理論，[6]P234-236釋放原子核能的技術(shù)原理由此確立。正是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家與理論物理學(xué)家的密切合作，揭示了大自然的一個(gè)重大奧秘，開啟了人類利用核能的新時(shí)代，核技術(shù)的路徑一旦確定，核能新產(chǎn)品的開發(fā)也就指日可待。

20世紀(jì)另一項(xiàng)偉大的高技術(shù)新產(chǎn)品——電子計(jì)算機(jī)，其技術(shù)原理與設(shè)計(jì)方案也要?dú)w功于科學(xué)家。英國(guó)天才數(shù)學(xué)家圖靈是20世紀(jì)最優(yōu)秀的數(shù)理邏輯學(xué)家之一，并且是能跨越最抽象的數(shù)學(xué)研究與最實(shí)際的應(yīng)用研究，以及民間與軍用不同領(lǐng)域的最卓越的科學(xué)家之一，提出可計(jì)算原理與破譯二戰(zhàn)時(shí)期德軍密電碼兩大成就使圖靈名垂青史。圖靈1931年進(jìn)入劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，受到馮·諾伊曼以抽象的數(shù)學(xué)方式研究物理學(xué)的啟發(fā)：“他從不同的角度研究薛定鍔和海森伯的量子論，然后通過(guò)很抽象的數(shù)學(xué)方式，來(lái)證明它們是等價(jià)的。馮·諾伊曼的工作，是基于理論的邏輯自洽性，而不是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。……這是一個(gè)漂亮的例子，表明了純數(shù)學(xué)的拓展如何在物理學(xué)上起到意想不到的作用?！盵7]才華橫溢的年輕數(shù)學(xué)家圖靈，并沒有追隨數(shù)學(xué)物理研究的潮流，而是通過(guò)對(duì)大自然最樸素自然現(xiàn)象的思考與最抽象數(shù)理邏輯的結(jié)合找到了奇妙的思路。1936年5月28日，年僅24歲的圖靈向倫敦?cái)?shù)學(xué)協(xié)會(huì)提交了一篇獨(dú)到的論文《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題上的應(yīng)用》，率先提出了機(jī)器計(jì)算的可行性原理，也即可計(jì)算原理。圖靈的論文是人類科技史上具有頭等光輝的豐碑，它不僅解決了數(shù)理邏輯的一個(gè)基礎(chǔ)理論問(wèn)題，賦予“可計(jì)算性”這一概念以嚴(yán)密的數(shù)學(xué)定義，而且證明了制造通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的可行性。圖靈成為集基礎(chǔ)科學(xué)家與技術(shù)原理設(shè)計(jì)師于一身的復(fù)合型科學(xué)大師，是人類以信息技術(shù)革命為標(biāo)志的第三次工業(yè)革命的先驅(qū)。然而，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，人們認(rèn)為存儲(chǔ)程序這一重要概念是馮·諾伊曼和“ENIAC”小組最先提出來(lái)的。但據(jù)馮諾意曼的一位同事富蘭克爾后來(lái)回憶：“馮·諾伊曼從來(lái)沒有說(shuō)過(guò)‘存儲(chǔ)程序型計(jì)算機(jī)的概念是他最先提出來(lái)的，而且不止一次說(shuō)過(guò)，圖靈是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)始人?！盵8]今天，人們已公認(rèn)，對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)作出原創(chuàng)性貢獻(xiàn)的不是馮諾意曼而是圖靈?；诖耍藗儗D靈設(shè)想的計(jì)算機(jī)器稱為“圖靈機(jī)”，將當(dāng)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的最高獎(jiǎng)命名為“圖靈獎(jiǎng)”，可謂實(shí)至名歸。耐人尋味的是，與公認(rèn)費(fèi)米為曼哈頓工程第一功臣、于敏為中國(guó)氫彈第一功臣一樣，數(shù)學(xué)家圖靈享有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)創(chuàng)新第一功臣的榮譽(yù)，而不是具體研制計(jì)算機(jī)的工程技術(shù)專家。這又一次揭示當(dāng)代科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品的一體化特征，同時(shí)也反映了在獲得當(dāng)代復(fù)雜龐大的重大工程研發(fā)成果時(shí)，人們習(xí)慣于將最高的敬意和榮譽(yù)給予開創(chuàng)研發(fā)之源的科學(xué)家。

（三）研發(fā)新產(chǎn)品

就類別而言，新產(chǎn)品可以有巨大的跨度，不僅有硬件與軟件之分，還有象牙之塔的樣品與中試產(chǎn)品、市場(chǎng)化產(chǎn)品之別。與此相應(yīng)，參與產(chǎn)品研發(fā)的科學(xué)家們開發(fā)出來(lái)的新產(chǎn)品也紛繁復(fù)雜。

2010年10月5日，全世界把目光投向了因發(fā)明神奇新材料石墨烯分享2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的蓋姆和諾沃肖洛夫。而這次授獎(jiǎng)與多年來(lái)的諾獎(jiǎng)授獎(jiǎng)?lì)H為不同：第一，兩位獲獎(jiǎng)?wù)呤菐熒P(guān)系，學(xué)生諾沃肖洛夫年僅36歲，不僅是近年最年輕的獲獎(jiǎng)?wù)撸以谡麄€(gè)諾貝爾獎(jiǎng)史上也是非常年輕的一位;第二，從2004年發(fā)明石墨烯到2010年獲獎(jiǎng)，僅隔6年時(shí)間，也為近年諾貝爾授獎(jiǎng)所未有;第三，發(fā)明的方法猶如“山寨”方法：用通常的透明膠帶層層粘揭石墨晶體，使之最終成為二維碳薄膜。這種新材料卻有出人意料的性能：有史以來(lái)最堅(jiān)固的材料，是拉伸強(qiáng)度最好的晶體。后來(lái)三星公司編制的石墨烯產(chǎn)品開發(fā)路線圖上，竟列出了對(duì)應(yīng)其50個(gè)特殊性能的新產(chǎn)品。[9]關(guān)于二維結(jié)構(gòu)的碳材料，沒有人從理論上預(yù)言其有特殊的性能，甚至也從未有人設(shè)想如何制造這種一克材料就可以覆蓋幾個(gè)足球場(chǎng)面積的超薄材料。這樣遠(yuǎn)離現(xiàn)實(shí)需求與人類視野的東西不可能由技師、工程師甚至技術(shù)專家發(fā)明出來(lái)，而只能由象牙之塔中有奇思妙想的科學(xué)家制造出來(lái)。事實(shí)上，石墨烯的發(fā)明源于蓋姆研究石墨電學(xué)性質(zhì)的純粹科學(xué)興趣。在科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品一體化的背景下，科技創(chuàng)新的吊詭之處在于，高精尖的新產(chǎn)品，只能出于兼具理論素養(yǎng)與技術(shù)能力的科學(xué)家之手，而難以由僅僅掌握技能的技術(shù)人才發(fā)明出來(lái)。蓋姆與諾沃肖洛夫雖然只是發(fā)明了石墨烯的樣品，但這一神奇的材料對(duì)未來(lái)科技及生產(chǎn)生活將產(chǎn)生不可估量的影響。

與發(fā)明石墨烯這種基礎(chǔ)新材料不同，有的新產(chǎn)品研發(fā)結(jié)果是一套能直接投入應(yīng)用的設(shè)備，如王選發(fā)明的漢字激光照排系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代，當(dāng)王選接觸漢字信息處理研究時(shí)，中國(guó)的漢字印刷還停留在第一代照相排版的落后階段，而歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的印刷技術(shù)已流行第二代光機(jī)照排、第三代陰極射線照排，并發(fā)展出第四代激光照排技術(shù)。王選清楚地意識(shí)到中外的巨大差距，冷靜地分析了自己的優(yōu)勢(shì)：既懂硬件又懂軟件，懂?dāng)?shù)學(xué)與英語(yǔ)。他決定越過(guò)第二代、第三代印刷技術(shù)，直接研發(fā)第四代漢字激光照排技術(shù)。英文的激光照排技術(shù)雖然已在1976年研發(fā)成功，但英文字母少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而漢字常用字就有五、六千個(gè)，印刷用的漢字還分宋體、黑體、仿宋、楷體等十余種，還有十多種大小不同的字號(hào)。經(jīng)過(guò)研究，王選得出結(jié)論：“研制漢字照排系統(tǒng)，首先要解決漢字信息的存儲(chǔ)問(wèn)題，模擬存儲(chǔ)的道路是走不通的，必須采用數(shù)字存儲(chǔ)的技術(shù)途徑?！瓭h字字形信息量大的問(wèn)題成為主要難關(guān)?！盵10]王選作為數(shù)學(xué)家擁有的知識(shí)背景，對(duì)攻克這一難關(guān)起到了意想不到的功效，他很快想到了用輪廓加參數(shù)的數(shù)學(xué)方法來(lái)壓縮漢字信息。1975年9月，王選獨(dú)創(chuàng)高倍率字形信息壓縮技術(shù)和字形高速還原技術(shù)，邁出了研發(fā)漢字激光照排系統(tǒng)關(guān)鍵的一步。隨后王選又通過(guò)學(xué)習(xí)研究研發(fā)出激光照排控制裝置——柵格圖像處理器。1981年7月，在來(lái)自多個(gè)單位的70余名人員的協(xié)助下，經(jīng)過(guò)整整6年奮斗，由王選主導(dǎo)研發(fā)的“中國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)——激光漢字編輯排版系統(tǒng)原理性樣機(jī)”通過(guò)鑒定，成功申請(qǐng)了我國(guó)第一個(gè)歐洲專利。后來(lái)王選又當(dāng)選為北大方正企業(yè)的總裁，成為集科學(xué)家、技術(shù)專家和企業(yè)家于一身的杰出人才。

三、時(shí)代召喚復(fù)合型科學(xué)家

在科學(xué)史上，科學(xué)家參與產(chǎn)品研發(fā)的途徑和環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出巨大的多樣性，有些科學(xué)家提供前瞻性的咨詢建議，有些科學(xué)家參與理論探索或技術(shù)設(shè)計(jì)，僅有極少數(shù)具備復(fù)合素質(zhì)的科學(xué)家，可以全方位地參與并主導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)。其中，科學(xué)家的能力素質(zhì)成為決定其參與方式的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)代高技術(shù)密集的產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，往往是復(fù)雜的系統(tǒng)工程。中國(guó)制造要邁向世界一流，最稀缺的也是集原創(chuàng)性科技成果及其轉(zhuǎn)化于一身，甚至集科學(xué)家、技術(shù)專家、企業(yè)家于一身的復(fù)合型科學(xué)家。這類高端創(chuàng)新人才對(duì)任何國(guó)家而言都是稀缺資源，在人類發(fā)展長(zhǎng)河中也永遠(yuǎn)會(huì)是稀缺資源。但是，對(duì)一個(gè)要超越強(qiáng)國(guó)的發(fā)展中國(guó)家而言，必須在人才數(shù)量和質(zhì)量上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，否則永遠(yuǎn)難于擺脫跟蹤模仿的格局。鑒于培養(yǎng)和造就復(fù)合型科學(xué)家已經(jīng)成為時(shí)代的召喚，筆者嘗試?yán)迩迤鋺?yīng)當(dāng)具備的能力素質(zhì)和精神品格，從而為高效引進(jìn)與培養(yǎng)復(fù)合型科學(xué)家，實(shí)行深層次科教改革、人才體制改革和文化環(huán)境重塑提供參考依據(jù)。

（一）愛國(guó)主義的精神動(dòng)力

1918年，愛因斯坦在出席德國(guó)物理學(xué)家普朗克的六十歲生日慶祝會(huì)上發(fā)表演講，提出科學(xué)探索存在“智力上的快感”“純粹功利的目的”以及追求“寧?kù)o和安定”的三種動(dòng)機(jī)。[11]然而，無(wú)論是愛因斯坦贊賞或反對(duì)的探索動(dòng)機(jī)，無(wú)不具有以個(gè)人為中心的局限性。究其原因，在“小科學(xué)”時(shí)代，科學(xué)家的職業(yè)環(huán)境和工作氛圍，容易自發(fā)形成“獻(xiàn)身科學(xué)”的氣質(zhì)精神，由此驅(qū)動(dòng)的自由探索，有時(shí)可能指向產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，有時(shí)則停留在理論和實(shí)驗(yàn)探索層面，因而科學(xué)家在產(chǎn)品研發(fā)中發(fā)揮的作用是不確定和難以預(yù)知的。有鑒于此，要引導(dǎo)高水平基礎(chǔ)科學(xué)家持續(xù)地、矢志不渝地投身關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的關(guān)鍵產(chǎn)品研發(fā)和瓶頸技術(shù)攻關(guān)，就需要通過(guò)教育、實(shí)踐和環(huán)境的綜合作用，在精神層面激發(fā)科學(xué)家的家國(guó)情懷，實(shí)現(xiàn)“獻(xiàn)身祖國(guó)”的愛國(guó)精神與“獻(xiàn)身科學(xué)”的探索精神的有機(jī)統(tǒng)一，使科學(xué)家具備強(qiáng)烈的國(guó)家需求意識(shí)和產(chǎn)品應(yīng)用意識(shí)，這是實(shí)現(xiàn)復(fù)合型科學(xué)家大量涌現(xiàn)的理性戰(zhàn)略選擇，也是推動(dòng)中國(guó)制造邁向中國(guó)創(chuàng)造必不可少的重要條件。

（二）面向產(chǎn)品的前瞻視野

在科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)品的漫長(zhǎng)流程中，發(fā)現(xiàn)或掌握科學(xué)原理的科學(xué)家，有可能看不清下游產(chǎn)品的潛影，也可能不關(guān)心潛在產(chǎn)品的開發(fā)。但是人類科技史上，不乏有牛頓、費(fèi)米、西門子、王淦昌、于敏、袁隆平和王選等科學(xué)家，站在科技長(zhǎng)河源頭高地，在看到下游遠(yuǎn)方可能的嶄新產(chǎn)品雛形后，直接投身于新產(chǎn)品的開發(fā)，獨(dú)立地或在各方力量支持下，成功研發(fā)出前所未有的新產(chǎn)品，甚至是顛覆性的新產(chǎn)品，成為身兼科學(xué)家、技術(shù)專家，乃至身兼工程師與企業(yè)家的復(fù)合型科學(xué)家。上述中外一流科學(xué)家之所以能實(shí)現(xiàn)向復(fù)合型科學(xué)家的躍升，一個(gè)共性特征就是具有面向產(chǎn)品的前瞻視野：一方面，他們具有令人驚嘆的敏銳感和洞察力，能夠洞若觀火地把握科學(xué)進(jìn)展與產(chǎn)品開發(fā)的潛在聯(lián)系，勾勒出理論成果走向應(yīng)用推廣的發(fā)展軌跡;另一方面，由于科學(xué)的前沿充滿著探索性和不可預(yù)見性，科學(xué)家面向產(chǎn)品的前瞻視野不能僅僅停留在構(gòu)想層面，而是具有明確的指向性，能夠撥開科技成果轉(zhuǎn)化的重重迷霧，洞見產(chǎn)品創(chuàng)新的明晰路徑。

（三）頂天立地的創(chuàng)新能力

科學(xué)理論體系即便發(fā)展得再完善，仍無(wú)法就產(chǎn)品創(chuàng)新的實(shí)際問(wèn)題給出具體解答。對(duì)居于產(chǎn)品創(chuàng)新鏈源頭的科學(xué)家而言，僅僅具備面向產(chǎn)品的敏銳感，尚不足以主導(dǎo)面向整個(gè)科技轉(zhuǎn)化鏈條的產(chǎn)品創(chuàng)新。近年來(lái)，中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究成績(jī)可觀，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng)，新型中微子振蕩模式、干細(xì)胞、高溫鐵基超導(dǎo)等研究也取得了重大突破，量子通信研究已領(lǐng)先世界。然而，中國(guó)制造的重大原創(chuàng)性成果依然稀少，缺乏占據(jù)世界產(chǎn)業(yè)鏈條頂端、具備壟斷定價(jià)權(quán)的產(chǎn)品。其中一個(gè)重要的原因，是高度抽象的科學(xué)理論體系與紛繁復(fù)雜的產(chǎn)品研發(fā)問(wèn)題之間并沒有簡(jiǎn)易的邏輯通道。主導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新的復(fù)合型科學(xué)家必須具備“頂天立地”的創(chuàng)新能力，既善于運(yùn)用抽象程度最高的基礎(chǔ)科學(xué)理論與方法，又善于研究解決相對(duì)具體的工程技術(shù)問(wèn)題，能夠在科學(xué)發(fā)展的理論前沿和項(xiàng)目工程的現(xiàn)實(shí)需求之間搭建橋梁，獨(dú)立提出產(chǎn)品研發(fā)的整體技術(shù)方案，同時(shí)，針對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)出現(xiàn)的瓶頸問(wèn)題，能夠嫻熟地運(yùn)用科學(xué)原理，簡(jiǎn)單、快速、高效地解決難題。

（四）原創(chuàng)至上的創(chuàng)新品味

中華民族的偉大復(fù)興經(jīng)100多年的奮斗，已卓有成效，然而行百里者半九十，追趕和超越強(qiáng)者總是愈到后來(lái)愈艱難。在跟蹤模仿階段，中國(guó)科技進(jìn)步的加速度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家。如西方的原子彈研發(fā)，從發(fā)現(xiàn)科學(xué)原理（1905年）到提出技術(shù)原理（1938年）再到制出原子彈（1945年），花費(fèi)整整40年，而且有歐美大批頂尖科學(xué)家、技術(shù)專家合作以及美國(guó)強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)實(shí)力的支持。中國(guó)在人才、經(jīng)濟(jì)均不占優(yōu)勢(shì)的條件下，跟蹤模仿的時(shí)間大大縮短。以1950年中國(guó)科學(xué)家楊承宗帶回約里奧建議中國(guó)發(fā)展核武器訊息算起，到1964年原子彈爆炸僅隔14年。若從1957年任命李覺擔(dān)任二機(jī)部九局局長(zhǎng)算起，則僅用7年時(shí)間。而隨著中國(guó)科技、經(jīng)濟(jì)、軍事、社會(huì)從中低端向中高端邁進(jìn)，中國(guó)產(chǎn)品開發(fā)需要獨(dú)立探索、獨(dú)立創(chuàng)新的東西愈來(lái)愈多，研發(fā)的難度愈來(lái)愈大。如量子通信、量子計(jì)算機(jī)、光刻機(jī)、高端芯片、第六代戰(zhàn)斗機(jī)等重要前沿產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)性研發(fā)，正在極大地考驗(yàn)中國(guó)科學(xué)家的原創(chuàng)品味、原創(chuàng)能力與堅(jiān)韌不拔的意志。要實(shí)現(xiàn)由“跟跑”“并跑”向“并跑”“領(lǐng)跑”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，就必須擺脫“追尾巴”“照鏡子”的跟蹤模仿路徑，優(yōu)先選拔富有原創(chuàng)精神和原創(chuàng)能力的科學(xué)家委以重任，防止核心關(guān)鍵技術(shù)被戰(zhàn)略對(duì)手鎖定，將產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“命門”掌握在自己手中。

最后，從文化的視角來(lái)看，中華文明的創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新性發(fā)展對(duì)于科技創(chuàng)新的影響是潛移默化的。中國(guó)高端產(chǎn)品創(chuàng)新的不足，主要表現(xiàn)為高水平復(fù)合型科學(xué)家的缺乏，其能力素質(zhì)上的短板固然需要重視，但不可忽視科學(xué)文化氛圍的作用影響。為使復(fù)合型科學(xué)家層出不窮地涌現(xiàn)出來(lái)，并使高端新產(chǎn)品研發(fā)成為中國(guó)創(chuàng)新的主旋律，中國(guó)需要形成包容性的科學(xué)文化氛圍：既要表彰財(cái)源滾滾的市場(chǎng)化科技公司，也要表彰并不賺錢的探索型研究團(tuán)隊(duì);既要尊重道技并行的袁隆平式科學(xué)家，也要尊重智商超群的圖靈式怪才;既要欣賞基礎(chǔ)與應(yīng)用兼通的華羅庚式科學(xué)家，也要欣賞象牙之塔的陳景潤(rùn)式科學(xué)家;既要提倡任務(wù)導(dǎo)向的鄧稼先式科學(xué)家，也要提倡興趣至上的楊振寧式科學(xué)家;既要支持軍民兩棲的王淦昌式科學(xué)家，也要支持辟地自守的陸家羲式的科學(xué)家;既要重視跟蹤國(guó)際主流的錢學(xué)森式科學(xué)家，也要重視獨(dú)辟蹊徑的屠呦呦式科學(xué)家?？偠灾?，在法治前提下實(shí)現(xiàn)最大限度的文化包容，是中國(guó)科學(xué)家人才輩出和大量吸引國(guó)際杰出人才必備的科學(xué)文化品格。新的科學(xué)文化形成之時(shí)，即是中國(guó)高端創(chuàng)新人才和高端創(chuàng)新產(chǎn)品層出不窮之日，也是中華民族偉大復(fù)興重要基石奠定之日。

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