讀+:請問,什么叫“大科學裝置群”?
這個概念首先要從“大科學”(Big, Mega or Large Science)說起。1962年,美國學者普賴斯在布魯克海文實驗室發表了4次演講,匯編成《小科學 大科學》一書。他認為,在現代社會,當一個科學家行將結束學者職業而回首往事時,會發現在他之前所產生的科學成果只占他自己知識的10—20%,這一事實充分說明了科學活動的現時代性和新穎性。現代科學顯得如此宏偉,它完全可以與埃及的金字塔和中世紀歐洲的大教堂媲美。而更重要的是,國家在科學方面花費的人力和財力,很快使科學成為國民經濟發展的決定性力量。嶄新的、輝煌的和無比強大的現代科學,其大規模性質是如此引人注目,以致產生并使用“大科學”這一專門術語來描述之。大科學新穎而龐大,與過去小規模的、小成本的、零散的小科學研究形成了鮮明的對比。(普賴斯在這本書中預言了中國科學的崛起,他說“我們目前日復一日地翻譯中國的主要科學雜志,……或許在下一個十年或兩個十年內,中國就會與我們勢均力敵,中國的科學人力正以每3年就翻一番的速度發展著”——讀+注)
在伽利略時代、列文虎克時代,只需要一臺望遠鏡或者顯微鏡就可以展開研究取得成果。而二戰以后,我們迎來了大科學時代,“大”體現在(1)具有“文理工”三棲意義,(2)多個學科在大規模試驗設施支持下進行,(3)眾多科學家聯合體協同攻關,(4)研究懸而未決的歷史難題或者是時代挑戰性的重大問題,(5)是領先又具有未來收益等的專項和復雜科研活動及其累積成果的總和。美國研制原子彈的“曼哈頓工程”是“大科學”出現的標志,美國載人登月工程“阿波羅”計劃也是“大科學”的典型范例。
大科學裝置群(The Conglomeration of Mega-Science Laboratories,CMSL)是完成上述過程總和所需要的綜合性、復雜性和極限性試驗設施組合,它是技術發明、產品創新、新技術增長點以及對應產業鏈整合升級的始發性動力源泉;是衡量一個國家及地區創新能力最具顯示度的硬性觀察指標。
讀+:目前世界上有哪些大科學裝置群?
普賴斯發表演講的地點——布魯克海文實驗室就是其中之一,它成立于1948年,實驗室擁有3臺反應堆和同步輻射光源、回旋加速器等一大批大型儀器設備,培養過7位諾貝爾獎獲得者。此外美國還有勞倫斯伯克利國家實驗室(創建于1931年,建立起了第一批電子直線加速器,發現了一系列超重元素,開辟了放射性同位素、重離子科學等研究方向,共培養了9位諾貝爾獎得主)、加州大學洛斯阿拉莫斯國家實驗室(以研制出世界上第一顆原子彈而聞名。其研究工作主要分為武器研究和相關科技領域的實驗理論研究)、橡樹嶺國家實驗室(早期主要從事核能、物理及生命科學研究。現在主要從事中子科學、能源、高性能計算、復雜生物系統、先進材料和國家安全等領域研究)。
其他國家,英國、法國、德國、日本、瑞士、歐盟各有一個,俄羅斯有一個。研究方向主要包括新材料、新能源、高能物理、生命科學等等。
讀+:那么,中國的大科學裝置群又是如何布局?
我國主要集中在北京、上海、合肥,此前獲批的3個綜合性國家科學中心就在這三個地方。
北京是基礎科學,此外關注物質、空間、地球、生命、環境、信息與智能等領域;上海是生命科學、新材料、新能源、環境和物質等科學領域;合肥主要依托中國科學院和中國科學技術大學,在高能物理和量子技術方面有優勢,聚焦能源、信息、生命、環境四大領域。此次深圳獲批,將建設腦解析與腦模擬設施、合成生物研究設施、精準醫學影像大設施、材料基因組大科學裝置平臺、空間引力波探測地面模擬裝置、空間環境與物質作用研究設施。
讀+:能否說,從國際到國內,大科學裝置群都是國家主導的產物?
包括美國在內,都是這樣的。美國聲稱他們的科技積聚是市場配置的結果,但是美國政府政策力度最大的時期,也是美國基礎科學進步最大的時期,美國為了推廣它的主流經濟學理念,把自由市場的邊界拓展到無限,把所有的外部性因素都剔除了。
但是,深圳是個特例,它沒有依托某個大學,而是依托產業。舉例來說,去年在東莞建成了全球第四臺散裂中子源,此前只有美、英、日有這個。散裂中子源就像“超級顯微鏡”,是研究物質材料微觀結構的理想探針,利用散裂中子源可以研究大型金屬部件的殘余應力,對于提高高鐵關鍵部件和航空發動機部件的性能,以及核電站部件的服役性能十分重要。如果拿老百姓熟悉的東西來說,汽車用的高強鋼、鋰電池、開采海底可燃冰,都需要用到散裂中子源。這臺大科學裝置落戶廣東,與深圳比亞迪、欣旺達等產業的發展是分不開的,新能源產業發展到一定高度后,就需要粒子水平的科研作支撐。當然了,當地申請的時候,力度也很大。
深圳的高新產業集成度比北京要高,它是大灣區的新明星城市,以后會成為“全球明星城市”。
深圳結合了中原文化的“天人義理”和嶺南文化的“嚴慎細實”,深圳要繼續前進,就需要科技支撐,以大科學裝置群為基礎,結合自身優勢,深圳可能會成為全球創新經濟的沃土。
讀+:基礎科學研究看似要在較長的時間段起作用,那么在當下有何緊迫感?
未來3-7年將迎來以數字技術為基礎的互聯網經濟大增長,相應地會出現科技爆發,現在熱門的5G只是第一步。1G到4G解決的是通訊問題,5G解決的是社會行為問題,人們很多行為會被數字技術支持下的智能傳感單元和智慧場所(建筑、道路、廣場等)所替代,從而改變經濟的業態、人們的行為和社會的面貌。5G會面向產業互聯網和智慧城市服務,像移動互聯網、工業互聯網,將帶動我們進入一個智能社會。根據中國信息通信研究院發布的報告,中國的5G商用或將在2020-2025年間爆發,5G可帶動經濟總產出10.6萬億元的直接增長及24.8萬億元的間接增長,直接創造超過300萬個就業崗位。從近期看來,5G上游的基站、終端設備相關的產業將會迎來爆發,而5G+產業集群則會慢慢孕育。在消費端,互聯網、醫療、金融、出行方面的新供給和需求會被創造出來。在工業端,智能制造、無人駕駛、人工智能等運用將加速落地。
再比如,人類經濟活動范圍目前涉及,下至地底3000米,如鉆井平臺,勘探作業等;上至20000米左右。20000米以下的區間分為民航客機飛行區域,通用機飛行區域和自由飛行區域。而自由飛行區域在接下來的經濟發展階段中將扮演重要的角色,以無人機為代表的智能型商業飛行器,其背后的商業模式將成為未來智慧城市的主要經濟構成。而這一切,表面看起來風平浪靜,當其全面覆蓋社會的方方面面時,將是一場擋不住的經濟模式的革命。
各大國的大科學裝置群都在工作,誰能抓住“元技術”創新、形成理論突破,誰就可能抓住21世紀的戰略產業和戰略產品。到那時,可能出現“先進產業催生世界城市、世界城市托舉世紀大國”的現象,大國命運將由此確立。