杏鑫游戏在线注册科学大家 | 王贻芳:基础科学研究与企业发展

2021-11-30 22:28

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  出品:新浪科技《科学大家》 未来科学论坛

  作者:王贻芳

  作者简介:2019年未来科学大奖-物质科学奖获奖者、中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长。

  王贻芳:大家上午好,今天我给大家讲一讲基础科学研究和企业的发展。在座有很多青年科学家,也有很多青年企业家。大家对基础科学研究最近都谈的很多,特别是习主席最近在科学家座谈会上特别强调基础科学研究和卡脖子技术是我们目前面临的两个根本的重大问题,并提出基础科学研究首先需要国家加大财政投入,同时也需要企业、金融机构以及社会力量的支持。

  所以今天我们在这里讨论这个问题,我觉得特别贴切。首先我想谈一谈什么是基础科学研究,它研究的范式、作用和意义;另外想介绍一下基础科学研究对企业发展的作用和意义;我们也看一看国内外基础科学研究的状况,以及我们自己现在的差距;最后谈一谈企业和企业家对基础科学研究的社会责任,也是最近大家谈得很多的所谓第三次分配的内容。

  #01

  什么是基础科学研究

  大家谈论基础科学研究,有的时候这个名词还是有很多歧义。应该说基础科学研究是认识自然、揭示规律的研究活动,狭义来说就是我们所说的“数理化天地生”。我们现在经常把基础科学研究的内容做一些推广,它实际上也可以包括各个门类基础性的研究工作,甚至是机械、电子等领域,都可以说里面含有基础科学的内容。

  但是它有一个非常重要的特质,就是它不产生直接有用的价值,基础科学研究不会给大家提供产值,不会有GDP。同时它的研究成果是公开的,研究成果可以共享合作,它是一切规律、知识、方法和技术的总结。既然是公开的,那么大家就会说“咱们别做了,让外国人去做。咱们读读文献,学会了,咱们做那种有用的,能产生价值的研究”。还有一种说,“这个事情是中央政府做的,咱们地方政府,咱们企业不做这事,咱们只做能够产生价值的事情”。

  这样的认识实际上是有很大的误区,基础科学研究它指的是研究,不是学习,不是书本的学习,也不是课堂的学习。所以我们必须通过研究,自己动手来掌握人类已有的全部知识;我们必须通过研究才能掌握知识和先机;而且只有通过研究,你才能掌握创新方法。所以这不是通过书本文献的学习就可以掌握的,如果我们只是让别人(外国人)去做,我们自己就不可能掌握这个知识方法,也不可能做创新的工作。

  基础科学研究是关键技术的基础,它帮助我们深刻理解,掌握核心关键的规律、知识、方法;它也是一个最好的创新平台,因为大家都知道做基础科学研究只有第一,没有第二,所以我们必须用前人没有用过的方法和技术做前人没有做过的事情;基础科学研究也是最好的人才培养方式,因为我们的人才从基础科学研究的过程当中走过来,他就知道如何创新,也可以掌握最新的方法和技术,这也是我们所谓的通过创新实践来培养人才;同时,基础科学研究也会给我们提供最好的技术需求和技术发展基础。所以我们说欲速则不达,如果总是想要直接得到所谓的产出、价值或者是收获,那我们可能得不到我们真想得的东西,这也是目前中国面临的一个大的问题,“急功近利”在中国的国民性中有比较深的基础。

  总结来说,基础科学研究会带来重大的发现,可以提供革命性的技术突破;帮助我们解决关键的技术问题,使我们通过知其所以然来解决问题;会很好地推动技术的发展,给我们提供前所未有的技术需求;当然它也是国家软实力的标志之一,我们大家都知道基础科学研究的每一次重大突破都会令人兴奋,如果我们有很多这样的突破,大家也会感到非常骄傲;同时在各个方面它也体现了我们国家的核心竞争力。

  #02

  基础研究对企业发展的作用与意义

  对企业来说,它是不是有很多直接的意义呢?我给大家举几个例子,我们在做中微子研究,在研究过程当中,有大量的设备需要研发。我们曾经跟中国兵器北方夜视公司合作,研制出了大型的20吋光电倍增管(图1),这个领域过去一直被国外垄断。为了满足江门中微子实验“世界最高探测效率”的要求,我们经过六年的努力成功达到要求,实现了批量生产。为此,夜视南京分公司成立了研发中心,研制高速的光电器件。这一类的高速器件在国防、医疗、科研方面有广泛的应用,通过这个过程,使我们的光电器件研制技术一下子走到了国际的前列。

  第二个,为了做中微子研究,要研制一个35.4米直径、世界最大的有机玻璃球,我们与泰兴汤臣公司合作(图2a)。这个有机玻璃球的透明度要达到理论极限,灰尘杂质在600吨的有机玻璃里面只能少于0.02克,因此这也是一个世界上最晶莹剔透的有机玻璃球(图2b)。大家可能觉得无所谓,但是如果你们到中国的海洋馆,看到有机玻璃比别人的更加晶莹剔透,你是不是会感觉到愉悦?这也是我们为人民生活提供的一点帮助。

  我们还跟昆山的国立公司研制加速器用的速调管。速调管是大功率的微波器件,在广播、通信、雷达等方面有非常广泛的用处,目前国内的水平大概跟国际相差一个量级。为了发展环形正负电子对撞机,我们需要大大超过目前国际水平的速调管。我们一起成立了院士工作站,开发全新的速调管,已经完成了第一支样管(图3),达到了目前的国际水平,第二支样管实际上是朝着远超国际水平的目标在努力,企业也因此在真空微波器件方面走到国际前列。

  另外一个就是高温超导,我们都知道超导的使用成本很高。为了实现大规模的应用,提高性价比,我们提出了将高温超导线材的性价比提高100倍的目标。100倍的性价比提高可以使超导真正的走入民用,在输电电缆、电机、储能、磁铁等方面有巨大的应用价值。我们成立了“实用化高温超导材料产学研合作组”,发展实用化的超导磁铁,而且获得了中科院的支持。目前我们在国际上做出了第一个铁基超导线圈,在国际的学术界引起了很大的反响。在研究结果发表后(图4),美国国家高磁场实验室专家专门发表评论文章以配合我们文章的发表,文中强调了我们的研究目的:“铁基超导是各种应用的理想选择。。。价格比铌三锡低4-5倍”,这是未来发展一个非常重要的前沿。

  基础研究与企业的合作,我们的体会是:第一,国内工业界水平的提高帮助了我们的基础科学研究;第二,基础科学研究的需求带动了工业界水平的提高。如果我们不跟他提这个需求,企业也想不到做这件事情,技术水平也就不可能提高。所以基础科学研究对于世界第一的追求,使得我们工业界的水平得到了提高,而且基础科学研究跟工业界的合作,提高了工业界的创新研发能力,培养了创新型研发人才。因为他们开始跟我们一起做前人没有做过的事情,企业得到了发展壮大的机会,也进入国际市场,所以说科学家和工程师的合作是提高我们创新能力的绝佳途径。

  #03

  国内外基础科学研究的支持方式与力度

  先看我国的基础科学研究的支持力度,2020年中国的研发经费是GDP的2.4%,基本达到中等发达国家水平(图5)。国际上最高的以色列、瑞典达到4%。德国、美国基本上也都是2.5%~3%左右,差距不大。但是我们的基础研究经费占研发经费只到6%,跟发达国家15%到20%相比有比较大的差距。韩国、日本、美国、法国、英国等发达国家基本上在15%左右,我们差了三倍左右(图6)。

  图6。 2019年各国基础研究占R&D比重对比(%)(数据来源:OECD)

  大家说我们比较穷,所以应该少。但是在过去的20年,在我们比较穷的时候,1998年投入是5%,一直到现在才到6%(图7)。也就在过去的20年,我们中国对基础科学研究的支持没有随着经济的发展按比例的增长。所以这方面在过去的20年,我们的支持应该说是没有到位,这也是为什么现在中国的基础科学研究跟大家的期望相比可能差一点。巧妇难为无米之炊,基础科学研究没有经费,想要做得好是不可能的。

  中国现在的基础研究经费总量大约在1400多亿,是美国的五分之一,差了五倍,少在哪儿?我们可以看看各个国家基础研究经费的执行情况(图8)。韩国58%是由企业来支持的,政府只有18%,高校22%。美国也是企业支持了30%,中国是4%,法国、英国企业支持了百分之二十多。所以企业对基础科学研究的支持大约在30%左右是一个比较合适的比例,中国只有4%,远远落后于国际发达国家。这也是为什么我们差距很大的原因。大家可以看到过去这些年(图9),我们从2010年的1%涨到现在4%,好像是涨了很多,但是跟国际上其他国家相比,我们的差距实在是太大。

  我国现有企业对基础科学研究总投入严重不足,虽然企业的研发经费占了全国的76%,但结构失衡,基础研究和应用研究仅分别占4%和8%,发展和试验研究占88%,应该说这方面是有比较大的问题。这也是为什么我们的产业缺乏核心技术,偏重实用主义和解决短期问题,基础科学和基础技术供给不足、原创能力不足;企业的研究力量薄弱,没有足够的知识储备、能力积累和吸收能力,影响产学研合作和科技成果转化效果。因为企业根本没有能力去吸收,对基础科学的知识方法都没有掌握,也就无法做这些事情。我们经常说产学研合作问题很多,我觉得很大的一个原因问题就是企业没有接收的能力,不能跟这些先进的、原创的基础科学研究做很好的结合,当然企业自身也没有太多原创的能力。最近发布的《科学技术进步法修订草案》新增了“基础研究”、“区域科技创新”、“国际科学技术合作”三章,特别强调“建立基础研究稳定支持的投入机制,提高基础研究经费在全社会研究开发总额中的比例”。大家看企业基础研究投入占本国基础科学研究总投入比例(图10),中国的比例是4%,韩国是世界最高(58%),发达国家例如日本、美国、英国的比例如图所示。如果我们能够提高到20%甚至30%是我们努力的一个目标,4%太少,而且对我国家长远发展来说有比较大的问题。

  企业支持基础科学研究可以有各种模式,包括内部的基础研究机构;支持国内外大学研究所的联合研究;或者支持大学开展独立的专题研究;也可以成立公益基金会,奖励有贡献的研究人员。美国企业的超强竞争力,跟他一贯重视基础研究密不可分,而且美国的私人基金会在基础科学研究方面起着非常重要的作用。大家可以看美国基础研究经费来源分布(图11),联邦政府对于基础科学研究的支持只有43%。或者换一句话说,我国现在6%的基础科学研究经费,如果在其他方面能够增加的话,可以很容易达到我们期望的12%或者15%,所以我们基础研究经费能否加倍,在很大程度上依赖企业、非盈利机构和地方政府的支持。

  我们看一看日本,政府、企业这两大主体是日本基础研究投入的显著代表。他们从技术革命中的获利非常丰厚,企业对基础研究投入使日本拥有众多的世界上最顶尖的技术,包括半导体、加工设备与材料、超高精度机床等方面,我想大家都耳熟能详。韩国的企业在基础研究投入中处于主导地位,实际上他超过了本国基础研究经费总投入的50%。刚才的图上大家可以看到占额是58%。得益于基础研究,韩国许多产业世界领先,包括半导体、显示面板、钢铁等等。因此这些国家在技术创新等各方面领先,跟企业对基础科学投入密不可分。

  #04

  企业和企业家

  对基础科学研究的社会责任

  企业和企业家对基础科学研究除了自己投入之外,还有一个社会责任。美国的社会力量在基础科学研究当中起到非常重要的作用。二次大战前,基础科学研究的经费主要来源于慈善家和基金会的支持,比如说大家知道的洛克菲勒基金会和卡内基基金会,资助对象包括天文、化学、生物学等等。美国的天文望远镜,过去主要是由私人捐赠,实际上现在天文望远镜的经费也有50%左右仍然是由私人捐助。二次大战后还有很多基金会支持基础科学研究,以弥补政府和市场留下的一些空隙,资助那些对政府来说风险过高、争议过大的科研项目。比如说盖茨基金会、霍华德休斯医学研究所、西蒙斯基金会等(表1),大家可以看到一年的经费可以达到几十亿至上百亿美元。这是美国联邦资金和慈善资金对前50名研究型大学各学科的资助比较(表2)。比如说在生命科学,联邦资金支持了26%,慈善基金捐助了15%;物理科学联邦资金占14%,慈善基金占4%等等,大家可以看到私人捐助对基础科学研究起了极其重要的作用。

  表1。美国主要基金会列表(数据来源:theScientist)

  表2。 美国联邦资金和慈善资金对前50名研究型大学各学科的资助情况(数据来源:《全球科技经济瞭望》)

  我们可以看一看中国的现状。中国的慈善基金对科教事业做了大量的捐助,成绩非常丰硕。比如说我们的“未来科学奖”、“科学探索奖”等民间奖项,资助了一批科技工作者,获得了非常好的社会效益;“世界顶尖科学家论坛”、“临港科学家社区”等也对基础科学发展起了非常重要的作用;还有很多企业家为高校、中小学教育捐了大量的固定资产。但是我们目前基本没有社会资金支持基础科学“研究”本身,我们盖了房子、发了奖,这些都是显而易见,当然效益也是很明显的,但是我们没有资助未来的基础科学研究,没有支持“研究”本身。研究是未来,发奖是资助(奖励)了过去,所以我们应该有更多的资金资助未来。跟美国相比,我们还有很长的路要走。

  所以我们需要社会资金支持基础科学研究。首先是在共同富裕道路上,第三次分配将起重要作用,基础科学研究应该是第三次分配当中一个非常重要的部分,应该有更多对这方面的支持。2018年国务院印发文件《关于全面加强基础科学研究的若干意见》中也提出,要对基础科学研究有多元化的投入机制,科技部的文件(《新形势下加强基础研究若干重点举措》)也强调这一点。社会力量支持基础科学研究是未来发展的一条必经之路,一定会发生,看谁走在前面,它的支持方式、操作方法、政策支持等需要有人去开拓。

  这里我提几点具体的建议:第一,应该设立专注于基础科学研究的私人基金会,学习美国私人基金会的运作方式;第二,要引入更加国际化的规范的评审机制和操作方式,也许在某些方面有别于现有的政府经费支持方式,这是一个很好的补充。从科学发展来说,不同的方式都有它存在的必要,需要私人基金会这种更加灵活的方式来弥补政府支持的不足,填补空白。同时我们可以选择一些社会影响力大、成果比较突出,国内人力基础较强但设备基础薄弱领域,支持建设一些关键的设备和核心研究单位。

  比如说建设一台4米口径的光学天文望远镜。我们投入3亿建设了上海天文馆来吸引孩子喜爱天文,但是我国连一台3米以上的天文望远镜都没有。虽然天文馆可以吸引这些孩子喜爱天文,但是如果他们做了天文学家以后会发现没有望远镜来做自己想做的研究!我们还可以做些其他的事情,如在同步辐射光源和散裂中子源上建设1-2台用户线站,长期支持5-10个高等研究单位(类似于美国的Kavli研究所)。在高校和研究单位,也可以设立一些讲席位置,这些以前也有人做,比如长江学者,但是我觉得可以有更多。

  只有基础科学领先国际,才有科学和技术的真正领先和国家的富强,让我们大家一起努力。

  谢谢大家!

  本文内容来源2021未来青年论坛现场

  内容已经嘉宾确认

  文中PPT页面及内容未经授权禁止使用

  本文转自未来科学论坛

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