基础科学前沿发展的可预测性研究，本文主要内容关键词为：基础科学论文，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。
预测是人们运用已有的知识、经验和手段，去推测事物未来状况的一种活动。它是人类思维认识能力的超前性、能动性、创造性的体现，也是人类主动适应未来，积极驾驭未来，从必然王国走向自由王国的重要举措。
60年代以来，随着未来学、预测学的诞生和发展，人们在社会经济、自然环境、科学技术、人民生活等等方面做了相当可观的预测研究，不仅向人们展示了短期、中期乃至长期未来的可能发展途径、状况和结果，而且创造了适用于不同领域的预测方法，至今已达三百多种。但是，适用于基础科学前沿发展预测的方法，人们的研究还相当的少。本研究以基础学科前沿发展预测方法为主攻目标，希望对此作出力所能及的贡献。
1 关于基础科学发展预测的可能性问题
基础科学发展的预测是科学发展预测的重要组成部分。由于基础学科在整个科学事业发展中具有基础性和指导性的重要作用。因此，在科学技术已成为重要生产力因素的今天，把握基础科学的发展趋势，已成为制订科技发展战略和规划不可缺少的依据。但时至今日，关于基础科学的发展是否可预测的问题，人们的看法尚不一致。一种观点认为“科学从来都是以相当难以预测的步伐前进的，并在前进的同时追寻自己的问题，在这种进程中所产生的实际利益具有相当的偶然性，所以更加难以预测和规划，任何将科学研究引向合乎社会需要的行为都将窒息创造力，并会带来有害于科学本身的结果。”〔（1）〕他强调基础学科的发展不能预测的。认为选择科学领域的优先因素是科学家个人的兴趣和智能。另一种观点认为，科学发展到当代，已经成为人类社会发展大系统中的一个重要的子系统，不仅科学自己不再是受科学家个人活动左右的小科学，而且成为以社会组织形式运行的大科学了，并且以极大的力量影响着人类社会的总进程。同时，科学的发展除了受到其自身的主观条件规定之外，还要受到社会、环境等外部条件的制约。即使是基础科学研究，也越来越明显地表现出社会的、经济的、技术的，乃至人民生活需求的导向作用。况且，作为基础科学发展的外部条件——国家的经济投入所体现的物力、财力、人力水准，可以直接影响到研究的规模、深度以及进展速度。恩格斯曾指出：“人的智力是按照人如何学会改变自然界而发展的”，还说：“我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们便认识到什么程度”〔（2）〕。这深刻地指出人的智力，包括实践能力、认识能力、预测能力都是随着社会经济技术条件、随着科学的发展而提高的。不可预测观点，是停留在小科学时代看问题，忽视了人们的预测能力有一个随时代发展而提高的问题，也没有看到科学自身发展的历史已经可以为科学发展预测提供大量经验和数据，没有重视现代大科学体系中，学科间的联系和作用，以及大规模社会性的科学实践，可能给预测活动提供的线索。我们认为，站在今天——人类即将跨入21世纪的信息时代条件下，基础科学发展的预测不但是可能的，而且是可行的。当然，无论是基础科学发展预测的理论方法，还是具体的预测研究，难度是较大的，并且都还处在探索阶段。但是，争夺世界科技领先地位的斗争，以及发展本国科技事业的需要，将促使该领域的研究迅速发展。
2 基础科学前沿发展预测因素分析
基础学科的前沿发展预测，同任何事物的预测一样，要以科学实践为基础，以客观规律为依据，以科学情报信息为前提。即在通晓过去，把握今天的基础上，按照科学发展的自身规律和可能性，去揭示将来的可能性。但是，基础科学研究又与其它预测对象不同，有其自己的特点和规律。这些特点和规律正是我们研究基础学科发展预测方法的入口。
（1） 自然科学基础学科（以下简称基础科学）研究的特点
基础科学研究的目的是揭示自然界种种事物的本质特性及其运动变化的规律。它的成果是以概念理论或知识体系的形式出现的，或称之为科学理论。
1）基础科学研究的动力
人类从事基础科学研究的第一动力，是认识客观世界的需要。了解自己生存的环境，适应它、把握它、改造它不断地为自己的生存和发展创造更美好的环境和条件，这是人类生存的天职。认识自然的成功，科学理论与实践的结合，实现改造自然后给人类带来的幸福，又使科学研究获得了第二推动力——实用目的，即为改造世界的需要提供理论基础。随着科技的进步，人类文明的提高，科学研究的目的已经不再局限于今天的需要，而要为人类今后的发展考虑，为子孙万代的繁荣昌盛去认识宇宙，这就使科学研究获得了第三级推动力——未来目的（备用目的）。
当今的基础科学研究领域是三种推动力同时起作用，三种选择同时存在的局面。但随着社会需求的增长，社会干预及支持强度的增长，科学家个人兴趣与选题的自由性逐渐融于实用目的及未来目的的社会需求选题之中，从对科学发展起主导作用的地位上退居下来，让位给现实的及未来的社会需求所决定的集团科研组织的有计划的实用选题和备用选题。这一切，也使当今基础科学研究的可预测性大大提高。
2）基础科学研究的突破性、创造性与继承性、连续性
任何基础理论成果，都必须是在向未知领域探索中所取得的、前人所未曾发现的客观事物的本质或规律。这就是基础科学研究的创造性、突破性。基础科学理论以概念、定理、知识体系等形式，揭示客观物质系统的本质特性及其运动变化的基本规律。它与社会物质生产活动之间的联系是以间接的形式出现的，其桥梁就是应用性基础研究。基础理论首先转化为与之相关的应用性基础理论，再通过应用研究物化为技术手段，然后才能在实际生产中应用，发挥其生产力效益。针对基础研究转化为生产力效益的过程，我们便可以从当今技术攻关的难点中，去寻找基础理论的突破口。
牛顿力学面对高速运动物体时空变化现象的无能为力，成为相对论思想诞生的根源。同样，宏观理论在解释黑体辐射、光电效应、原子光谱线系和固体在低温下的比热等实验现象时所遇到的困难，又成了量子力学诞生的沃土。量子理论的出现，使人们对自然界的认识从宏观领域推进到微观领域。在该理论指导下，人们成功地研究并揭示了分子、原子、核子以及各种凝聚态物质的微观机制和相应的运动规律。运用这些规律的指导，人们开发出各种新材料、新能源，创造出微电子技术、激光技术、超导技术、光子技术、计算机技术等等，而量子理论与化学、生物学等学科的交叉渗透，又形成了量子化学、量子生物学等理论体系，成为探索生命本质的理论基础，这一切告诉我们基础科学的生长点可能在新的实验事实中，即在旧理论无法解释的实验事实中，在新理论与传统学科的渗透中。
3）科学家及学术带头人的突出作用
基础学科研究另一个突出特点是科学家个人的创造精神和敏锐的理性思维的作用，它具体体现为学术带头人的远见卓识，和内行的科学组织家的能力。面对经典物理学危机，思想保守、死抱着已有成就固步自封的人，既使是象洛伦兹那样的著名科学家，也只能哀叹大难临头。而具有敏锐洞察力和清醒头脑的法国科学院院士J·H·彭加勒（Poincare,1854-1912）却深刻地指出，经典物理学的危机尽管是严重的，但它是吉兆而不是凶兆，它预示着物理学行将到来的变革，并且还指出，走出困难的办法不是完全否定旧理论，而是在旧理论的基础上，建立一个全新的力学。旧理论在新理论中应保持为一级近似，并且“是新理论之祖”。〔（3）〕彭加勒之所以能持这样清醒的态度，是他既承认科学发展的突破性与连续性，又坚信实验是真理的唯一源泉，坚信实验能给出新事物。而重视理性思维则是他正确对待物理学危机的又一重要思想基础。他指出，只有理性思维才能对实验事实有所选择，才能察觉出隐藏在未加工的事实中的精髓，才能把实验事实整理成科学。上述事实告诉我们，寻选基础科学发展的突破口，必须重视科学家和学术带头人在其中的作用，即科学研究主体的作用。
（2）基础科学研究的主客观条件
从系统科学的观点来看，基础科学系统由认识对象，认识主体及环境三大部分组成。从认识论的角度来看，认识主体和认识对象构成基础科学研究的主观条件，而外部环境提供客观条件。
1）基础科学的主观条件中，认识对象相对于认识主体而言又是一种客体，即客观自然界的种种事物，是人类认识的对象，基础科学研究的客观主体。相对而言，人可称为认识主体或主观主体。认识主体和认识对象构成基础科学发展的内因，社会环境条件则是外因。
纵观科学发展的历史，科学认识主体经历了由科学爱好者个体，到科学家集团，乃至科学社会组织这样一个发展过程。虽然，科学认识主体的组织规模在不断扩大，但是科学认识功能的基本承担者，仍是科学家，以及1+1＞2的科学家集团。科学认识功能则是主体认识能力，客观对象的复杂程度以及外部环境所提供的客观条件综合作用的结果。可见，影响基础科学发展的主客观因素既相互区别，又相互联系、依赖。基础科学由浅入深的发展历程，就是由这些主客观条件之间，以主观认识为龙头，以客观条件为依托，以认识对象为载体，相互联系，相互作用而筑起的座座里程碑。
2）随着科学的生产力功能的被重视，随着科技进步以越来越强大的推力作用于社会，社会发展对科技的需求、干预和重视、支持程度，已越来越成为科学发展特别是基础科学发展的决定性、制约性因素。这是因为基础科学发展的主客观条件在相互作用中存在着转化机制，外部条件的作用可以转化为主体认识能力的提高，即基础科学研究的内因和外因均是在相互作用中动态发展变化着的。外因通过内因而发挥作用，而内因的生长和提高又靠外因的滋养和支持。这就使基础科学发展的决定因素由科学家个人，发展到科学家集团与国家经济支持互动的现实阶段。比如，科学家的专业水平，研究能力，认识能力乃至健康水平，科学家人数的多少、协作能力、学术带头人的综合素质等等，这些认识主体的主观因素，虽然不排除有先天生理条件的影响，但更主要的是靠后天的培养、锻炼。这就取决于环境条件的作用了，其中国家对教育、科研的重视程度，投资水平则是关键因素。一个国家如能在重视全民文化素质提高的基础上，花大力气去培养高水平科学人才，为科学研究武装以精良的仪器设施，拟定激励进取的科技政策，选拔高明的组织管理者，创造宽松和谐的学术环境，那么科学的高速发展则是不言而喻的。回顾科学发展的历程中，世界科学中心的形成和几次转移，从意大利到英国、法国、德国，再到美国，无一不是社会经济发展导致科技投入加大，进而人才倍出，成果辉煌，出现科技事业蓬勃发展的大好局面。相反，一旦经济滑坡，科学中心的桂冠也便离它而去。近现代科学发展的这一鲜明特征，大大增强了科学发展预测的透明度。
此外，既受社会经济基础制约，又可以成为影响科学发展的相对独立的客观因素还很多，比如：社会政治的稳定与否；时代价值观、科学观；科学发展的社会控制与导向能力：（方针政策、法规、体制等）；社会的科学文化水准；传统的科学意识；科学思想与宗教精神之间的作用；战争与和平不同时期的科学需求；科研仪器的水平和精度；科研组织管理者的素质和能力；科技信息的提供质量及速度；科研集体的学术氛围；社会发展、技术进步乃至人民生活改善对科技的需求等等。
3）科学理论自身发展的规律性
从古至今，人类认识自然的理论成果，已构筑起一座光辉灿烂的科学大厦，形成了一个庞大而复杂的科学理论体系。科学理论随着人类认识的由近及远，由表及里，由浅入深，由低到高的发展，而形成自己相应的发展规律。科学理论以知识情报形式对科学研究是不可缺少的前提条件，而一旦被采纳为认识主体的思维对象（作为认识对象的过去情况），同认识对象的现在情况，及可能捕捉到的未来现象的萌芽一起，成为思维加工的原料，它便从客观条件转化成了主观条件，并成为科学发现和科学突破萌生的土壤和根据。所以，研究把握科学理论的发展规律，也是进行学科发展预测不可缺少的重要方面，特别是对基础学科的预测尤为重要。
（3）基础科学发展的预测因素分析
通过对基础科学研究的特点及其主客观条件的分析，我们便可以找到影响其发展的主要因素。而这些因素本身又是随着时代经济、技术、科学水平的发展，随着人类认识能力的提高而动态发展变化着的。为了便于把握，我们将这些因素划分为内部因素和外部因素，并分别剖析它们的可预测程度。
1）内部因素（N）
基础科学研究自身的主观条件所规定的因素，称其为内部因素。它可以分为认识主体因素（N[，1]）和认识对象因素（N[，2]）两部分。
①认识主体因素（N[，1]）是由科学家个体或群体的智能因素（Z）和情绪因素（Q）所构成。
智能因素反映认识主体的基本智力条件和素养，包括：
n[Z，11]：科学家的专业水平；
n[Z，12]：科学家的综合知识水平；
n[Z，13]：科学家的观察力和记忆力；
n[Z，14]：科学家的思维能力和洞察能力；
n[Z，15]：科学家的实践能力和认识能力；
n[Z，16]：科学家的世界观、价值观、科学观；
n[Z，17]：科学家的生理条件及健康状况；
…
n[Z，Im]：学术带头人的造诣及综合素质等等因素。
可表示为：
情绪因素反映在认识主体的品德、意志、协作精神等群体协同效应方面，其中包括：
n[Q，11]：科学家的品德和修养；
n[Q，12]：科学家的意志及攻关精神；
n[Q，13]：科学家的协作精神；
n[Q，14]：科学集体的组织构成合理性；
n[Q，15]：科学集体的人才结构互补性；
…
n[Q，Ik]：科学集体领导核心的综合素质等方面。
表示为：
②认识对象因素（N[，2]）是自然界客观存在的种种事物。
任何认识对象都不是孤立的，它作为客观世界的具体存在，都与其相关的它事物存在着联系与作用，并都具有自己发生发展的历史。
作为认识对象，它对科学研究突破的贡献，是以其自身本质特性和基本规律的信息显示程度表现出来的，它表现为：
n[，21]：认识对象的过去时信息——已被揭示的基本特性和规律（人类已有的科学成果）；
n[，22]：认识对象的现在时信息——现在观察实验所获得的科学事实；
n[，23]：认识对象已显示出来的未来发展可能性的信息苗头，即：
基础科学研究的过程，就是调动一切主观因素，在特定的环境条件支持下，尽可能地搜集认识对象的客观信息，并对其进行历史地、联系地、动态地、由表及里的思维加工，驱动悟性突现，达到在更深刻的层次上、更高的水平上把握认识对象的本质和规律，实现认识的突破。当运用概念、符号、定理、语言文字、图表乃至数学工具将这些特性和规律表达出来时，便是理论上的新发现，科学研究的新成果。
那么，综合起来，内部因素的作用可以表示为：
对于一个特定的认识主体（个人或群体），它的智能因素和情绪因素都是可估量的，甚至可在定性分析的基础上，取得定量指标。如智能熵，情绪熵等，尽管目前对其准确性的争论还很大，但对主体因素计量的研究一直在深化。
对于特定的认识对象，我们可以尽可能地把握它的过去时和现在时信息，找出它的运动变化规律，并从它已经显示出的未来可能性信息苗头中，寻找希望。这里，过去及现在的信息是已知的，而未来信息的苗头也是已经进入我们认识范围之内的信息，否则我们的认识对象就无从选取。因为探索未知并不是在渺茫无迹的宇宙中无目的的摸索，而是在人类已有认识的基础上，随着隐约可见的信息，去深究细研，从而不断向未知领域进军。可见，认识对象的复杂程度也是可以估量的，并且通过对过去现在信息量的统计分析，还可以推测出未来的发展趋势。
2）外部因素（W）
由基础科学研究的环境条件所规定的因素，称之为外部因素。它可以分为内部环境因素（W[，1]）和外部环境因素（W[，2]）。
①内部环境因素（W[，1]）是指特定的科研项目所具有的财力、物力条件，和相应的管理等微观条件。它包括：
W[，11]：项目经费提供情况；
W[，12]：仪器设备的配置及精度；
W[，13]：实验室条件（位置、质量、环境等）；
W[，14]：实验技术条件保障、辅助工作保障；
W[，15]：信息服务情况；
W[，16]：后勤生活保障情况；
…
W[，lL]：管理机构的合理性及运转效率等等。
表示为：
这些因素都是具体的，可估量的，其中大部分又是可量化的。
②外部环境因素（W[，2]）是指社会政治、经济、科技、文化等大环境所提供的宏观条件。它包括：
W[，21]：社会的政治经济状况；
W[，22]：社会的安定团结状况；
W[，23]：国家对科技、教育、文化事业重视程度及相应的政策；
W[，24]；全民的文化素质水平；
W[，25]：社会经济、技术发展对科学理论的需求；
W[，26]：国家内部及与国际信息交流手段及水平；
W[，27]：国家对科学发展的控制、导向能力；
…
W[，2S]：时代价值观、科学观等等。
表示为：
那么，
（这里的Π表示W[，1]与W[，2]诸因素间的综合作用）
这些宏观条件因素，除国家总体经济状况因素可量化外，其它诸因素都具有可分析、可估量性，但还没有达到可量化程度。
从以上的分析中不难看出，随着时代的发展，关系基础科学发展的因素越来越社会化、群体化，不再是以科学家个人兴趣那种自发的无规律可循的因素起主导作用了。影响基础科学发展的关键性因素已有相当大的比例可以估量或具体量化，这就使得我们预测的着眼点更加明确、具体了，为预测提供了有利条件。
但是，影响基础科学发展的诸因素对科学发展的贡献并不是相同的，其总体影响也并不是简单的加和关系。而且，种种因素之间又存在着复杂的联系与相互作用。这就要求我们必须运用系统的观点，从系统与环境，子系统与子系统之间多重的相互作用中，找出决定基础科学突破性发展的主要关联和次要关联，确定其不同的关联程度，再运用系统的非加和性原理，找出在特定时间内（二年、三年、五年、十年等）学科突破的可能性。
如果逐一找出了数理化天地生及力学各纯基础科学发展的突破点，再按时间序列整理，便可以得到在某一特定时间内，纯基础学科的总体发展趋势预测。同样，对应用性基础科学也可运用以上的思路去研究。