关于中国自然科学基础研究的若干思考，本文主要内容关键词为：中国论文,自然科学论文,基础论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“基础研究很重要。人类近现代文明进步史已充分证明，基础研究的每一个重大突破，往往都会对人们认识世界和改造世界的能力的提高，对科学技术的创新、高技术产业的形成和经济文化的进步产生巨大的不可估量的推动作用。”
“必须从社会和经济的长远发展需要出发，统观全局，突出重点，实行‘有所为，有所不为’的方针，继续加强基础科学研究。”
“小平同志明确提出中国在世界高科技领域要占有一席之地，其意义极为深远。这个奋斗目标在我们这一代人手里一定要力争实现。”
这是江泽民总书记1997年7月对基础研究所作的批示。这三段话，指出了基础研究的重要性、方针和主要做法，以及奋斗目标。我国在高科技领域的“一席之地”是和基础研究紧密相关的。在国家关于科技发展布局的三个层次（基础研究、发展高新技术及其产业、面向经济建设主战场）中，基础研究是最基础和活跃的层次。在党中央、国务院号召下，科技部、教育部、中科院以及各省市都在抓基础研究。自然科学基金是支持基础研究的主渠道之一，也应不断地研究怎样能够加强这方面的工作，怎样适应新的形势。下面的介绍多以自然科学基金项目为例，但这是不能够概括全国的基础研究的，这也是在篇题中有“思考”一词的原因。
关于基础研究的重要性
基础研究的作用，有四个方面：人类文明进步的动力，科技与经济发展的源泉和后盾，新技术、新发明的先导，培养和造就高层次科技人才的摇篮。
历史上，基础研究一直是经济和技术发展的主要动力。牛顿力学开创了机械化的时代，法拉第－麦克斯韦的理论则奠定了电气化的基础。作为化学家，想说个化学发展史上的例子。1803年道尔顿提出的原子学说本是一个简陋的假说，但它却促使化学结束了在黑暗中的千年摸索，促成了19至20世纪经学工业的大发展。尽管在这一假说提出一百多年之后，才有了原子存在的实验证据，但是基础理论的威力并不只在于它的严格和优美，更在于它指导实践的作用。温习这段科学史是有益的。
在20世纪，量子力学更是促成了几乎所有高技术（不限于材料和信息技术）领域里的革命。同样，今天的基础研究必将成为21世纪高新技术的源泉。类似的话，李政道教授曾经多次谈过。
现在看来，基因组学、细胞生物学以及脑与神经科学等学科的基础研究，加上数理化等基础学科的积极参与，必将促进21世纪生命科学和生物技术的大发展，彻底改变农业和医学的面貌。
诺贝尔奖获奖者获奖时平均年龄的统计结果 从1901年到1998年，每十年进行平均。从30年代到90年代，物理学奖的平均获奖年龄从41岁增长到60岁，长了19岁；化学奖的平均获奖年龄从45岁长到64岁，长了19岁；生理学和医学奖的平均获奖年龄也长了。上涨的趋势都非常明显。
在表面科学和超分子化学上建立起来的纳米材料和纳米电子学，必将把材料、能源和信息革命推向一个新高峰。纳米太阳能电池研究最近就有较大进展，纳米材料有潜力应用于燃料电池、蓄电池，纳米元件已可嵌接到亚微米微电子器件中。从亚微米电子学到纳米电子学有可能是一个平滑的过渡，而并非截然分开的两部分。
数学正对信息科学和技术的进步施加越来越大的影响，对生命科学乃至社会科学亦复如此。纯数学仍然是科学皇冠上的明珠，而数学应用的扩展也是一个了不起的趋势。大约五六年前，自然科学基金支持山东大学彭实戈，把倒向随机微分方程的纯基础研究发展到期权定价理论等金融数学方面。1997年斯坦福大学的肖尔斯(M.S.Scholes)得了诺贝尔经济学奖，得奖成果就是期权定价理论。肖尔斯的理论是线性的，而彭实戈的理论是非线性的，可以概括线性理论。这并不是说彭实戈的工作超过了诺贝尔奖的获奖工作，而是说一经支持和提倡，近年来国内金融数学的研究很红火，可以说是风起云涌。
复杂科学有可能成为一门广泛增加人类预见力的带头学科。据基沃思(G.Keyworth)说，美国圣塔菲研究所有70人，其中22%，即15人是诺贝尔奖获得者。这样一个有强大研究阵容的研究所，其第一位的工作就是复杂性研究，同时还做一些其他应用数学的工作，比如自适应计算。
21世纪地球科学和其他学科的交叉，将大大提高人类对地球的科学认识，以及与其和谐共处的能力。我国地球科学家最近开了一个专业会议，讨论数字地球的概念，这是地球科学走向精确化的一个重要步骤。
对宇宙和基本粒子的深入研究，更可以使人类认识和改造自然的能力上升到崭新的高度。像哈勃望远镜这类大科学项目在这方面做了很多工作。最近，据欧洲核子中心(CERN)总主任史密斯(C.L.Smith)介绍，欧洲正在筹建的大型强子对撞机(LHC)有四个大探测器，其中一个就是针对体物理，针对中子星的。在我国大科学工程中，也有世界上最大的多通道光谱望远镜计划。
对于传统产业的革新或改造，基础研究应该而且可以从科学技术上提供重要依据。这方面已有不少尝试。当然，这种尝试有一定的风险，成功的概率并不非常之高，现举两个自然科学基金支持的成功的例子。
一是“中能离子注入”育种方法，这种方法使水稻增产约25%，并增强其抗涝能力。一般水稻如果被水淹没过顶，它就会因呼吸受阻而死亡，由“中能离子注入”法培育的水稻被水淹没过顶好几天还可以很好地存活。这项成果是合肥等离子体物理研究所余增亮教授的研究结晶，已经在几百万亩水稻田推广了。
二是石油开采中的“三维叠前深度偏移理论”。我国很多石油储藏油层只有二三米厚，称为薄互层。在由刘光鼎院士于“八五”期间主持的薄互层油储地球物理项目取得很大进展的基础上，“九五”期间，年轻的博士后杨长春发展了“三维叠前深度偏移”方法。该方法是由测量地震波或者其他声波在地层的反射波，反演得到石油储存状况的信息。由此原理设计形成的一套应用软件，用来预测油层的深度，误差小于千之二。利用这套软件多次找到了日产千吨级原油的丰产油井。
对于一些宏观的战略性课题，特别是科教兴国和可持续发展战略，基础研究也可以提出崭新的思路。这些课题包括全球变化、生物多样性、绿色生产和环境友好化学、复杂科学和生物复杂性、金融数学和金融管理等。有些环境友好化学已可在工业上运用，如采用低毒或者无毒的反应物来代替有毒的，有的行业已可不再用氰化钠、强酸，有的过程已可做到零排放。
不久前来访的美国国家科学基金会的新主任科尔韦尔(R.CoIwell)介绍了该会的三个优先资助领域，并希望就此和中国开展合作。这三个颇有参考意义的领域是：(1)生物复杂性研究，即从生命体的分子和细胞层次，以及社会层次出发，深入了解各种生命形式之间、生物和环境之间（特别是生物与水、食物之间）的复杂相互关系。为使这种关系定量化，要进行大规模科学计算。(2)学习过程的研究，其目标是强化科学教育和工程教育。近期欧美大学科学和工程系科的入学率一直在降低，所以他们想从认知科学和神经生物学入手，从根本上把这个问题弄清楚。(3)持续地发展信息科学，使其功能延伸到——提供解决生物复杂性所需的超大规模科学计算；强化学习和创造性思维的过程，藉以提高人们的创新能力；对知识社会的各阶层提供支撑，以确保他们有效地参与不断发展中的知识经济和知识社会的各项活动（这实际上是个不断完善和提高劳动者素质的问题）。
基础研究还有一个最重要的功能，它是培养、造就我国急需的高层次科技人才的主要途径。不是所有人才都要通过基础研究来培养的，但高层次人才则特别需要基础研究的培养，这是世界上的成功经验。
我国的基础研究缺少原始性创新，并常在几乎同时起步的情况下被其他国家拉开距离，这些问题常常可以从在科技人才成长过程中对基础研究的作用重视不够中找到原因。我国十分需要一个通过基础研究培育高层次科技人才的软硬环境。要摆脱模仿，实现原始创新，基础研究的锻炼必不可少。对高层次科技人员来说，这种基础研究的锻炼和提高始自其硕士生、博士生学习期间，继之以博士后和后续科研期间，直至终生。
通过基础研究，科研人员接受严格、严密、严肃的思维方式和工作式的训练，这种训练还往往是由言传身教而得到的，不能采用大规模生产的方式。我国的研究工作质量或者产品质量的些微差距，往往可以追溯到研究人员接受基础研究训练的好坏。此外，基础研究训练的质量往往影响人才成长速度和最终能达到的水平。当然，这不是绝对的。
我国对高层次人才的重视程度近20年来有了显著的提高，但是对即使是拔尖人才也还要通过竞争使他们不断前进这一点可能还认识不足。特别是一些边远地区，有的人认为当了院士，就不需要前进了。实际上不是这样，特别是年轻的院士，还有很大的前进的余地。例如，在物理化学方面，研究工作最出色的是加州大学伯克利分校化学系，李远哲就是从那里出来的，他们对获得诺贝尔奖的科学家也不惯纵，不断地引进新的人员来参与竞争。李远哲来后，引进了塞克利(R.J.Saykally)；塞克利来后，引进了纽马克(D.M.Neumark)；纽马克之后，又来了费莱明(G.R.FIeming)。在为其提供300万美元实验室建设费的前提下，才从芝加哥引进弗莱明的。这样，通过竞争促使拔尖人才也不断前进，这就是高水平的基础研究。
从完成获奖成果到获得诺贝尔奖的平均时间间隔的统计结果 从1901年到1980年，每十年进行平均。30年代以前，物理学奖的平均时间间隔是6年，从40年代起变长了，现在已经到14年。化学奖、生理学和医学奖也有类似的情况。
对我国基础研究发展思路的若干认识
邓小平理论对基础研究的发展具有重要指导意义
邓小平理论的精髓是“解放思想，实事求是”，这也正是发展基础研究的必然要求。四个世纪以前的文艺复兴运动把欧洲从长达千年的宗教统治、思想禁锢中解救出来，带来了艺术、文学、科学的全面繁荣。那时，实际上靠的也是“解放思想，实事求是”。几年前，我到佛罗伦萨的博物馆参观，以现在文艺复兴的变革年代，停滞了几百年的艺术风格在几十年之内发生了根本性的变化。画像中，圣母玛丽亚的目光原来是呆滞、忧伤的，很快就变成明亮、欢快的了。从此，布鲁诺、哥白尼、伽利略等前赴后继地站出来反对地心说，由此引起了一场真正意义上的革命，其中包括科技革命。
既然作为资本主义启蒙运动的欧洲文艺复兴都可以创造灿烂的文明，那么有邓小平理论的指引和中国共产党的领导，经过几代人的努力，我们必然能够创造出更加光辉灿烂的文明。
实际上，在邓小平理论指引下，党和政府着手采取了强有力的措施，使我国的基础研究出现了勃勃生机，新人辈出。中国被SCI、EI等收录和引证的论文数逐年上升。上海第二医科大学的陈竺、中国医学科学院的强伯勤等带领的小组，在世界上首先提出“疾病基因组学”的概念，并在此前沿领域作出重要成果。
我国研制的非线性光学晶体LBO、BBO在世界上独领风骚,一些世界级的先进设备,几经选择最后还是要用中国科学院福建物质结构研究所研制的这两种晶体。LBO被用在美国劳伦斯·利弗莫尔(Lawrence Livermore)的世界上唯一的大型激光点火装置上,BBO则被用在世界上唯一具有工业规模的激光分离铀同位素装置上。中国科学院上海硅酸盐研究所研制的闪烁晶体锗酸铋、钨酸铅等，也在世界上名列前茅。
诺贝尔奖在不同年龄段获奖人数的统计结果 从1901年到1998年，每十年进行平均。
人工合成牛胰岛素是我国60年代的代表性成果。我国90年代的科研成果中，值得一提的是碳纳米管，在这方面年轻的同志做得比较好。中国科学院物理研究所解思深已做出几毫米长的纳米管（直径是纳米级的），长度与直径相差几百万倍。清华大学范守善等制备出了纳米管限制的氮化镓量子线。中国科学技术大学钱逸泰等用低温溶剂热合成的方法，在低温、低压下合成出原来必须高温、高压下才能合成的金刚石、氮化镓、砷化铟等纳米材料。
更为可贵的是，这些成果是在资金不足、实验室装备简陋的情况下，由中青年小组取得的。这些研究小组获得的资金只相当于面上项目基金的强度；工作不是在有名的国家重点实验室中进行，装备也较简陋；成员也都是中青年，没有重量级、院士级的专家领导。但是，近年来这批年轻的研究人员却不断取得创新成果，接二连三地在NATURE、SCIENCE上发表论文。
本着“解放思想，实事求是”的思想，基础研究的运作要贯彻竞争、择优、交流、协作、开放的原则，大力提倡创新，鼓励前沿意识并正确对待跟踪。
基础研究的国家目标
关于基础研究的国家目标，有三个层次：应用基础研究一般应有明确的国家目标；纯基础研究开展到一定阶段，常常也可有明确的国家目标，应善于捕捉这些目标；广义地说，取得高水平成果、培养高层次科技人才也是一项重要的国家目标。这几种国家目标的工作可能也应适当安排，以达到一个恰当的比例。
国家重点基础研究规划提出的六个领域（农、能源、信息、资源和环境、人口和健康、材料），规范了近期的国家目标。这些是国家急需的，主要的，但不是全部的国家目标。在该规划1998年第一批启动的项目中，约有一半是以六个领域的需求为主、学科的积累为辅提出的，而另一半由于学科积累非常强，由基础学科出发面向国家需求而提出。
例如，吴文俊首创的数学机械化和自动推理平台，不但能解微分方程、代数几何问题，能解决诸如信息安全等许多信息科学领域的问题，还可解决像数控机床这样的应用性很强的问题。光合作用项目，原来认为理论性强，其实它具有提高作物产量20%～30%的看得见的前景。上海的“创新药物的先导结构的发现和优化”项目，理论和实际结合得很好，对国家目标的捕捉也很好，所以也入选了。
关于“统观全局，突出重点，有所为，有所不为”的方针
在国家重点基础研究规划中，任务驱动的基础研究约有85%，而暂不考虑应用目的的基础研究约占15%。在自然科学基金资助的项目中，1998年前者约占60%，后者约占40%，随着情况的发展，这个比例还会有所调整。这样可以为实现未来中长期国家目标增加储备和增强后盾。
应从两方面贯彻“有所为，有所不为”的方针，一是择需、择重，二是择优。择需择重指的是事关国家经济、社会重要需求的要为，事关显著提高国家科技实力（包括高层次科技人才的培养）的要为。择优指的是特别优秀的项目要为，有我国特色，能形成我国优势的要为。
在过去的五年中，自然科学基金面上项目每年由2万～2.1万项中择优资助3500项，成功率约为1/6。在国家重点基础研究规划中，1998年接受申请207项，首批批准启动15项，成功率小于8%，1999年也许会高一点。这类选择也是一种为与不为。
我国国力所不及的项目，我们不能为。比如，一些超大科学工程不能为，只能做超大科学工程中比较小的，太大的一个也做不了。但是，其中符合世界科学发展趋势，或成为世界热点的，可争取参加国际合作。CERN的大型强子对撞机(LHC)项目和丁肇中教授的阿尔法磁谱仪(AMS)项目，我国均以提供不到1%的经费，获得了参加实验工作和数据共享的权利。
基础研究的评估
基础研究需要努力提高质量和水平。对应用基础研究来说，要重视成果的质量及其成效或延伸可能性的统一。对纯基础研究来说，要重视论文质量和数量的统一。总的说来，公平竞争、公正评估是重要的环节。立项前要经过评审，立项后要经过中期和终结的评估。不但要进行项目评估，还要进行实验室评估。
我国已重视用SCI收录和引证数作为一种评估方法，但一般尚未使用影响因子加权的办法（就是每篇文章都要乘以期刊的影响因子再求和）。在评估纯基础和部分应用基础研究中，这种方法在当前各种评估办法中可能是相对较为准确的，值得推广。1998年，国家自然科学基金委员会拟试行以加权的做法来评价论文和研究成果。由于不同学科的影响因子不同，这个办法做起来并不简单。如生命科学，有些期刊的影响因子非常高（高达四十几），比NATURE、SCIENCE的还高，而数学期刊的影响因子就不那么高，地球科学期刊的也特别低。能不能在学科之间再搞一个加权，采取各学科归一化的为法，来弥补不同学科之间的差异。比如，数学占一个份额，数学项目可以在这个份额里自己来比，不一定需要和物理学项目比。
基础研究的环境
要在邓小平理论和社会主义精神文明建设方针的指引下，营造适宜于孕育高水平基础研究的软环境。同时，根据社会主义初级阶段的国情，探讨我国基础研究的适当规模以及优化的投入方式，营造适宜于孕育高水平基础研究的硬环境。这两个环境，对我们基础研究水平的提高极为重要。当然，营造这两个环境是一个巨大的工程，无法在这里全面论述，在此介绍营造这些环境的一种手段——科学基金制的情况。
首先在发达国家成长起来的，以“政府拨款、宏观引导、自由申请、民主评审”为主要内容的科学基金制，半个多世纪以来，卓有成效地在全世界推动了基础研究的发展，现在已成为发达国家以及一些重要的发展中国家开展基础研究的一种主要运作模式。我国的经验也肯定了这种模式。“公平竞争、激励创新和科学民主”是科学基金制的三个好机制。基金评审是一种积极的学术交流和竞争形式，它的作用远远超过基金项目本身。
我国国家自然科学基金在推动基础研究的发展中，发挥了很大的作用。1996年发表论文数居前20名的高校中，科学基金资助项目论文9896篇，占论文总数的73.3%；发表论文数居前20名的科研院所也都是基金资助的重点单位。
即将实施的国家重点基础研究规划通过终审的项目中，绝大多数在项目形成和发展过程中不同程度得到科学基金不同类型项目的资助，执行项目的骨干力量绝大多数为国家杰出青年基金获得者。1994年以来，国家杰出青年科学基金已资助了400多名优秀青年学者。1997年，国家自然科学奖获奖项目51项，其中41项得到不同类型的科学基金资助。科学基金采取了有效措施，为我国基础研究队伍提供了源源不断的新生力量。45岁以下的基金面上项目负责人的比例，从1986年的12.2%，上升到1998年的59.1%。
美国国家科学基金会(NSF)的全部投入由基金制运作；美国国立卫生研究院(NIH)的投入，2/3由基金制运作(extramural spending)，1/3由院内研究所使用(intramural spending)。这两笔基金约占美国政府基础研究拨款的70%以上。德国政府的基础研究投入中，以基金制运作的德意志研究联合会、从事纯基础研究的马普学会和从事应用基础研究的夫琅禾费学会，约各占1/3。依此类比，我国通过科学基金对基础研究的投入，宜不少于基础研究总投入的1/3。
基础研究的创新与诺贝尔奖
创新是人类进步的灵魂，也是一个民族进步的灵魂。就科技事业整体而言，我们欢迎一切创新，但基础研究的最重要标志还在于不可多得的原始性创新，这种创新常常能产生划时代的影响。
提到原始性创新，就不能回避诺贝尔奖。诺贝尔奖问世不到一个世纪，它在物理、化学、生理学和医学领域所代表的科学成就已推动社会生产和人类文明的巨大进步。在诺贝尔奖激励下产生的原始性创新成果，已经引发了20世纪的重大科学技术革命。整个20世纪，科技创新的大格局，如核能、半导体、合成物质和药物DNA、神经科学等，无不受到诺贝尔奖的引导。
可以预言，在将要到来的21世纪，我国科教兴国的大业将会与即将诞生的或已有的诺贝尔奖所衍生的成果息息相关。当然，外国人取得诺贝尔奖的成果，也会有助于我国的科教兴国大业。但是，中国人应该敢于向原始性创新的前沿阵地进军，敢于问鼎诺贝尔奖，这是进一步解放思想和扩大开放的标志。
对于这个问题，既不应老是甘居中游，也要冷静地考虑我们的实力。历经20年改革开放，我国的经济和科技实力都有了大幅度的提高，但就整体而言，我们还不应当贸然提出冲击诺贝尔奖的口号。这不仅因为现在我国的科技实力还相对较弱，而且就诺贝尔获奖者的年龄来看，近半个世纪以来逐步上升，从创新工作的完成到获得奖励的时间间隔也在不断拉大。这都说明，为了获取诺贝尔奖，需要越来越丰厚殷实的科学积累。此外，民族歧视的因素也会延缓我国实现诺贝尔奖“零”的突破的进程。
中国科学家曾经对诺贝尔奖作过很强的冲击。现代科学史上，吴有训、赵忠尧、王淦昌等杰出科学家的成就都非常接近诺贝尔奖；人工合成牛胰岛素等重大科学成果，也可以说是与诺贝尔奖擦肩而过。这当中，有民族歧视的因素，也有其他因素。
吴有训确实对康普顿效应作出过很大的贡献，但是在20年代将同一奖项颁给两个人还不普遍，再加上他是康普顿的学生，又是一个中国人，所以吃亏了。赵忠尧、王淦昌各有一个很好的建议没有被采纳，以致让别的研究组抢先了，如果听取了他们的意见，很可能做出获奖的成果。人工合成胰岛素没有获奖也不完全是因为民族歧视的缘故。
毋容讳言，民族歧视因素的影响还是比较厉害的。在20世纪初叶，对美国也存在过这种民族歧视。例如，耶鲁大学的吉布斯(W.Gibbs)发现了相律，写下了不朽的统计力学著作，他在物理化学方面的成就，超过了一些欧洲的获得诺贝尔奖的同行的。1901年获奖的范托夫(J.H.Van't Hoff)是研究渗透压和动力学的，1903年获奖的阿伦尼乌斯(S.A.Arrhenius)是研究电解质溶液的，1909年获奖的奥斯特瓦尔德(F.W.Ostwald)是研究化学平衡的，他们的成就都比不上吉布斯，但却都得了诺贝尔奖，而吉布斯没有得到。到了20年代，对美国的这种歧视仍然存在。例如，伯克利的路易斯(G.N.Lewis)在美国化学界非常有名，被称为“化学热力学的一代宗师”，可是他也没有得奖。所以，争取诺贝尔奖既要有出色的原始性创新工作，还要有充分的科学积累，这些都需要经过一段时间努力，对此我们应有足够的思想准备。
不管怎样，在中国大地上产生的对诺贝尔奖的追求，总是与“科教兴国”的目标紧紧相连的。应该高兴地看到：我国已经启动了令科技界极为振奋的几个大科技规划；营造孕育高水平基础研究软硬环境的伟大工程实际上已经或即将开始；我国已经开始以较高的速度培养出数量可观的优秀中青年科学家，其力度还会进一步加大。这些都将有力地促进科教兴国战略的全面实施。
只要沿着这个方向前进，一个争取在2030年左右实现诺贝尔奖“零”的突破的规划将是现实可行的。在争取诺贝尔奖的同时，我国总体科技实力将会大大增强，我国科技界将会对经济和社会的持续发展作出更加巨大的贡献。
（本文原为作者1998年11月18日在'98上海科技论坛上的报告，本刊发表时作了一些文字处理，并经作者审阅定稿）