中華民族的偉大復興,離不開科技。而“兩個一百年”的宏偉目標,呼喚我 們的科學技術事業(yè)應有一個重大跨越。2013 年 7月17日,中共中央總書記、國家 主席、中央軍委主席習近平到中科院考察工作,并對中科院未來發(fā)展提出了“四 個率先”的更高要求。中科院為此提出了“率先行動”計劃,要建設世界一流的 科研機構,取得世界一流的科研成果。實現這些目標和要求,離不開基礎能力建 設。能力提高了,出成果是水到渠成的事。能力不強,即使偶爾能出一些重大成 果,也不能持久,更不能使我們長期處于領先地位。
1、大科學裝置建設是國家基礎能力建設的重要組成部分
基礎能力建設的一個重要方面是重大基礎科學設施,有時也稱大科學裝置。 一般而言大科學裝置可以分為三類:(1)基礎科學專用裝置。比如我國的正負 電子對撞機,聚變堆、專用空間科學衛(wèi)星、天文望遠鏡等。這類裝置具有特定的科學目標,是開展科學研究必不可少的手段。 (2)應用型公共平臺。比如同步輻射與自由電子激光裝置、散裂中子源等。這類裝置的技術大部分來源于基礎科學專用裝置,如用于高能物理中的加速器等,為凝聚態(tài)物理、材料、環(huán)境、地 質、生物等各方面的研究提供手段。(3)公益 性服務設施。比如授時臺、衛(wèi)星地面站等,為社會上的各方面需求提供保障。
大科學裝置的一個關鍵特點就是其主要設備應該是自行研制的。用買來的通用設備也可以堆 砌成一個大的科學裝置,但不是我們這里要討論 的范疇,也不是國家應該大力推進和發(fā)展的,以下討論對此忽略。
大科學裝置科學目標明確,應用范圍廣泛, 投入規(guī)模大,技術先進,可以產出重大成果,對學科發(fā)展具有重大的引領和帶動作用,還有一些溢出效應如重大技術的積累、突破和推廣應用, 國際合作與技術引進,關鍵技術人才的培養(yǎng),企 業(yè)技術水平與研發(fā)能力的提高等,因此在國家創(chuàng)新體系的建設中占有突出的位置。最近國家批準 建設的北京和上海兩個科創(chuàng)中心,大科學裝置均是其中的核心。黨的十八屆五中全會十分適時地提出了未來一段時期我國科技事業(yè)的三項重大任 務:“實施一批國家重大科技項目,在重大創(chuàng)新 領域組建一批國家實驗室,積極提出并牽頭組織 國際大科學計劃和大科學工程?!边@表明了國家 對這個問題的充分認識,實際上也指出了未來發(fā) 展的路徑。
2、國內外大科學裝置建設的現狀
從國際上來看,發(fā)達國家在“二戰(zhàn)”以后均投入巨資,建設各類大科學裝置,像大家熟 知的哈勃望遠鏡、歐洲核子中心的大型強子對 撞機、美國的引力波實驗裝置(LIGO)、日 本的超級神岡中微子探測器等。這些高達幾十 億美元的投資,帶來了科學上的豐碩回報,包 括近年來大家獲悉的希格斯粒子的發(fā)現、引力 波的發(fā)現等。同時這些裝置也引領了技術的發(fā) 展,一個最著名的例子是歐洲核子中心為解決 科學家之間的數據共享問題而發(fā)明的萬維網, 發(fā)明者蒂姆·伯納斯·李最近剛剛獲得圖靈獎。國 際上對大科學裝置的投入產出比有一些研究, 比如用于高能物理研究的大型加速器類裝置, 一般公認在大約 1: 3 左右[1-4],即投入 1 元,產 出 3 元。
在國內,自 20 世紀 80 年代末的北京正負電 子對撞機開始,我們建成了一系列大科學裝置, 獲得了一些具有重大國際影響的科學成果。這些 裝置的建設,使我們在科學與技術上大大縮小了 與國外的差距,從完全學習,到能夠自主研制, 并在某些方面能并駕齊驅,甚至一定程度的領 先。圍繞這些裝置,也建成了一些科學與技術中 心,發(fā)揮了輻射、示范、引領及推動作用,并且 成為極為重要的人才培養(yǎng)基地。但與發(fā)達國家相 比,整體上我國的大科學裝置還處于追趕階段, 技術上原創(chuàng)不多,規(guī)模上只有發(fā)達國家的十分之 一,重大科學成果還不是太多。
3、我國大科學裝置建設路向何方?
由于大科學裝置經費規(guī)模大,技術復雜, 國內外均有一些不太成功的先例,可以說是高風 險、高收益。這就使得一些大科學裝置常常成為大家關注的焦點,圍繞其立項、設計、建設也有 一些異議。特別是如果我們想要趕上世界先進水 平,達到甚至超過發(fā)達國家目前的投資水平和技術水平的時候,這種議論尤其激烈。特別是大科學裝置從規(guī)劃、設計、建設直到使用常常需要 二三十年,因此為了實現“兩個一百年”目標, 我們必須從現在開始研討:我國未來大科學裝置 的目標是什么?是否為國際領先?如何建設國際 領先的大科學裝置?過去都有哪些成功經驗、問 題與教訓?應該規(guī)劃建設哪些大科學裝置?能有 哪些重大成果和技術突破?能否達到國際領先的 目標?建成后在科學界的地位是什么?為更好地 規(guī)劃、設計、建設我國的大科學裝置,避免過去的一些問題,更好地實現“兩個一百年”的宏偉 目標,下面提一些粗淺建議,希望能拋磚引玉, 吸引更多的有識之士參加討論。
建設大型科學裝置,首要一條是項目的規(guī)劃 與選擇。首先應承認與國際先進水平的差距,無 論是在技術、經驗、人才、科學研究的整體水平 上,還是在投入和風險意識上。在此基礎上要尋 找突破口:從哪里突破?是要一步追求國際領先 還是先穩(wěn)妥地建設國內基礎?什么樣的投資規(guī)模 是合適的?純基礎科學的項目值得嗎?我們愿意承受多大的風險?怎樣尋找投資規(guī)模合適(不太 大)、技術上可行又有重大科學意義的項目?這樣的項目存在嗎(是否早被別人干完了)?應該說肯定沒有人能給出標準答案,每個領域、每個項目的基礎、條件、環(huán)境都不一樣,回答這些問題的側重點就不會一樣。因為我們是后來者,有 優(yōu)勢也有劣勢。優(yōu)勢是前面有榜樣,技術、失誤 可以借鑒,裝置本身的建設可以比較容易成功;劣勢是科學上不容易找到一個空白點去領先,很 容易沒有重大成果,只是技術、裝置上的少許改 進與提高。事實上我們已經看到這樣的現象在國 內存在。如果是平臺或公益型項目,還問題不 大,如果是純基礎研究型的項目就會引起大家議論。其實這類問題在立項之初,如果把投資、技術、科學的關系理清楚,并經過充分討論的話, 就不會引起歧義。問題是由于各種原因和利益糾葛,這往往會很難。世界各國其實都有類似的問 題。解決的辦法是國際合作,不同國家的人一般 沒有具體的利益糾葛。目前世界各國純基礎研究 的大科學裝置,比如天文、高能物理等方面都要求有國際投入。世界各國科學家的全力投入、不 同國家的評審程序、國際性的視野和評估使項目 的重要性、可行性及成功的可能性大大提高,所 有參與項目的人也會在國際平臺上得到鍛煉、檢 驗和提高。建議有關部門將國際投入作為一個基 本條件,來評估和實施基礎科學專用的大科學裝 置,至少要使評審國際化。目前我們中科院高能 物理所的基礎科學專用裝置,如高海拔宇宙線觀 測站(LHAASO)、江門中微子實驗(JUNO) 及未來的空間宇宙線探測裝置(HERD)、環(huán)形 正負電子對撞機(CEPC)等都要求有約 10%— 30% 的國際投入——不吸引人的項目是很難有國 際投入的。
總體來說,目前我國大科學項目在規(guī)模上與發(fā)達國家相比,還有 10 倍以上的差距,在有些研究領域還是空白,未來我們應該很好地規(guī)劃并實施以下措施:(1)填補空白。主要是通過參 加國外項目的方式,迅速達到國際前沿。(2) 尋找空擋,開展有國外參與的國內項目,爭取“點”的領先。(3)發(fā)起國際大科學工程,再接再厲,逐步實現全面領先。作為一個科技強 國,我們一定要在某些領域,能跟別人正面競爭,而不是總是尋找空擋。
為實現這些目標,建議:(1)加強對參與國外項目的支持;(2)加強國內項目的國際 化;(3)培育能全面領先國際的領域和項目。
在大科學工程項目的建設上,自北京正負電子對撞機以來,中科院的科學家、工程師和管理 人員積累了豐富的經驗和一整套管理體系,具有 很強的針對性和可操作性。與發(fā)達國家相比,我 們的體系更加實事求是,官僚主義更少,有更好的效率,更低的人員、設備和管理成本。我們不 應妄自菲薄,老覺得自己不如別人。雖然技術積累較少,有經驗的技術人員不足,但我們有世界 上最年輕、最有活力的一支隊伍,在有關項目的 鍛煉下,很快就會超過國際上的同齡人。當然我 們還存在很多不足,還需要繼續(xù)引進人才,填補 空白,培育國內企業(yè),發(fā)展和積累關鍵技術。相 信只要我們有足夠的投入,有正確的項目,我們 一定能走到世界最前列。