傳承與創(chuàng)新：科技支撐強國建設

張先恩

感謝論壇組委會的邀請和命題。我試圖從科學研究和科研管理經(jīng)歷的角度談談我的認識。

科學技術對經(jīng)濟發(fā)展的影響，可以長周期地考察。近500年至今，人類社會經(jīng)歷了3次科學革命、3次技術革命及其產(chǎn)業(yè)革命，世界經(jīng)濟也由此經(jīng)歷了農(nóng)耕經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟并正在鍛造信息經(jīng)濟。其間，隨著科學中心的轉(zhuǎn)移，世界強國也在發(fā)生更替。

中國有輝煌的科技歷史。四大發(fā)明，是中國對世界文明的歷史性貢獻。還有中醫(yī)，是數(shù)千年傳承下來具有代表性的傳統(tǒng)知識體系，不僅是對中國，也是對世界的貢獻。然而，盡管中國古代科技發(fā)展輝煌，但為什么科學和工業(yè)革命沒有在中國發(fā)生？這是著名的李約瑟難題。今天談傳承，就是要再現(xiàn)科技輝煌，實現(xiàn)強國夢。

研發(fā)投入，中國已經(jīng)成為世界第二

投入保障。20世紀80年代，處于改革開放初期，百廢待興，科技投入捉襟見肘。90年代，國家通過立法，促研發(fā)投入（R&D;）在20世紀末達到GDP的1%。21世紀以來，中國R&D;持續(xù)保持兩位數(shù)的高速增長，2013年超過日本達世界第二位，2016年R&D;支出為1.54萬億元，占GDP的比重約為2.1%。這當中，大約25%來自于公共財政資金，75%來自于企業(yè)的研發(fā)投入。

當然，與OECD經(jīng)濟體相比，中國的R&D;/GDP還低于OECD的平均水平（2.38%）。一些新興國家和經(jīng)濟體的R&D;/GDP高達4%，其中以色列為首。我問以色列人，一個自然資源匱乏的小片疆域，周邊都是敵對國家，為什么能長期自強而立。他們回答說，強有力的科技實力，是其中一個重要原因。

中國雖然科技投入巨大，但還有提升空間。這有3點理由：第一，大規(guī)?？萍纪度耄谥袊沁@10多年的事，而發(fā)達國家已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年、數(shù)百年，因此，積累還不夠；第二，中國全時當量研發(fā)人數(shù)高達400萬，遠超其他國家，人均R&D;就很低了，低于許多國家，因此還要提升科技投入強度；第三，如前所述，中國的R&D;/GDP還低于OECD平均水平，因此還有很大的提升空間。

科技投入的產(chǎn)出如何？這是許多人關心的問題。

下面我從3個方面談談科技投入產(chǎn)出，包括專利、國際論文和高技術產(chǎn)業(yè)。

PCT專利，中國兩年內(nèi)將成為第一申請大國

中國的專利體系在“文革”期間不幸遭摧毀，20世紀80年代后期開始恢復重建，到2013年，一躍成為頭號申請大國。有人說國內(nèi)專利的含金量不一樣，那看看PCT專利。2012年，中國PCT專利申請上升到全球第4位，幾乎追上德國，而我國增長率是13.4%，德國為零增長。據(jù)此我預計，2013年我國將超過德國成為第3位，此預言后來被印證。根據(jù)世界知識產(chǎn)權組織（WIPO）報告，2016年，中國申請的PCT專利數(shù)已經(jīng)接近日本，增長率為44.7%，而日本和美國同期的增長分別為2.7%和0.9%。據(jù)此，我可以再度預言，2018年和2019年，中國的PCT專利申請量將依次超過日本和美國，成為PCT專利申請第一大國。

中國的企業(yè)，過去絕大部分沒有專利，現(xiàn)在形勢已經(jīng)發(fā)生變化，發(fā)生專利井噴。在PCT專利申請的全球前8位企業(yè)中，中興和華為近些年交替排名第一。2016年，以顯示屏技術為主業(yè)的京東方集團（BOE）也跨入前8強，排名第6位，其增長率高達36%，照此速度發(fā)展，它很快就會與中興和華為并列前3位。

在五大類技術中，依次為數(shù)據(jù)技術、計算機信息技術、制造技術、醫(yī)療技術和測量技術。與其他發(fā)達經(jīng)濟體相比，中國的醫(yī)療技術專利比重比較小，所以我國醫(yī)院高端設備的絕大部分都是進口產(chǎn)品，這值得深思。

中國制造，正在邁向質(zhì)量和高端

中國制造曾經(jīng)是廉價的代名詞，這個帽子還沒有完全摘掉，但已經(jīng)悄然地向質(zhì)量制造、高端制造發(fā)展。自2000年以來，中國的高技術產(chǎn)品出口額就超過了進口額。2015年，中國高技術產(chǎn)業(yè)主營業(yè)務收入規(guī)模繼續(xù)擴大，突破了13萬億元，占制造業(yè)比重達到14.1%。中國的高鐵是制造業(yè)中高技術集成的經(jīng)典，外國人到中國來訪問和旅游，都愿意體驗一下高鐵，十分羨慕，其心情就像過去在日本和歐洲乘坐高鐵。超級計算機代表科技、氣候、軍事等復雜問題的解析能力，是美國20世紀80年代啟動的國家戰(zhàn)略。而中國從零開始，經(jīng)過30年發(fā)展，計算機的浮點運算速度連年位居榜首，這是了不起的進步！

知識產(chǎn)出，中國的高影響力科學論文數(shù)量居前列

中國的科學產(chǎn)出怎么樣？國際科學論文，國內(nèi)發(fā)表的就不說了，國際發(fā)表論文，中國在1998年的時候，還是一個小兄弟，排名很靠后，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，迅速變成世界第二。這和經(jīng)濟的關系怎樣？如果把GDP和國際論文的數(shù)量放在一起比，兩條曲線合成一條曲線，這個非常說明問題，中國的科技和經(jīng)濟是同步發(fā)展的。

通過的科學論文質(zhì)量怎么樣？衡量質(zhì)量有一個辦法，就是有多少人引用你的研究。在2003年以前，眾多的學科在世界上排位比較落后。到了現(xiàn)在，眾多的學科在世界上排名已經(jīng)非常靠中間。很多學科是排名前五、前二、前三，很多是排名第二的。什么是高影響力論文？如果論文出來之后引用非常多，就叫高影響力論文，現(xiàn)在中國排位是世界第二，最多的是美國，其次是中國，其他的國家，都和美國差距很大，我們和美國差距也很大，但是我們排在第二，這是現(xiàn)狀。

在最好的雜志上發(fā)表重要的科學論文，各個國家發(fā)表的量怎么樣，可以看得出來。各個學科是不同的，包括所有的領域，如化學、生命科學，中科院在全球是排名第一，化學也是排名第一，物資科學排名第一，環(huán)境地球科學排名第一；生命科學相對滯后，排名第五。2016年高影響力論文化學表現(xiàn)最好，北大、南大、中科大都進入前10名，這是我國在科學上的現(xiàn)狀。

事實上，中國和美國是最大的互為合作的伙伴，兩國的國際合作論文最多。

科技熱詞，顛覆性技術備受關注

通過百度搜索科技熱詞，大數(shù)據(jù)、合成生物學、量子、移動通信和人工智能名列前5位，它們都正在成為顛覆性技術。什么是顛覆性技術？網(wǎng)絡媒體說，是一種顛覆了某一行業(yè)主流產(chǎn)品和市場格局的技術。其實有很多熟知的例子。20世紀80年代中期我到加拿大，第一次見到微波爐，頃刻顛覆了我的廚房觀念。數(shù)碼相機取代了膠片相機，也是一個生活中的例子。

在五大科技熱詞中，大數(shù)據(jù)高居榜首。數(shù)據(jù)是一種不同于其他物質(zhì)的特殊財富。比如PPT遙控器，我有了這個遙控器，你就沒有了。而數(shù)據(jù)，你擁有，我也能擁有，它是一種共享形式的財富，而且它與移動通信、互聯(lián)網(wǎng)、計算機、人工智能技術廣泛結合，使其內(nèi)涵極其豐富、數(shù)據(jù)量增長無限。誰在大數(shù)據(jù)科學、大數(shù)據(jù)技術和大數(shù)據(jù)發(fā)掘方面成功，誰就執(zhí)未來之牛耳。

合成生物學也正在引起對生命屬性的討論。21世紀以來，通過人工合成基因組，科學家先后獲得能夠行使其原有生命功能的病毒、細菌和酵母?？茖W家正在試圖合成更高等級的生物基因組，這在原理上已經(jīng)不是問題?！敖ㄎ镏轮?，通過建造生物來了解生命，將是生命科學性的方向。同時，也將推動生物技術實現(xiàn)跨越，今后，所賴以生存的各種物資，如生物能源、生物材料、藥品、食品等都可能通過合成生物學規(guī)模化地生產(chǎn)出來。美國MIT搞了一個合成生物學的大學生大賽，叫iGEM，中國許多大學去參賽，獲得很好的成績，在100多枚金牌中，中國學生拿了1/3，這個記錄保持了幾年，這說明我國后生可畏、后繼有人。

中國科學家率先將極其高深的量子力學理論應用于保密通信，不僅實現(xiàn)了百公里級別的光纖載體通量子秘鑰傳輸，還發(fā)射了量子衛(wèi)星（墨子衛(wèi)星），實現(xiàn)了千公里級別的衛(wèi)星與地面的信息保密傳輸。當然，量子通信還要解決帶寬問題和中繼放大問題，但在保密通信方面，已經(jīng)證明其功能，中國人走在前面。

如同當年的計算機，無線移動通信正在改變工作方式和生活方式，對此我們感受頗深。中國在5G標準制定方面已經(jīng)擁有相當?shù)陌l(fā)言權。

至于智能制造，現(xiàn)在討論更是很多。

納米科學經(jīng)過20年發(fā)展，已經(jīng)從象牙塔上走下來，形成許多應用技術。我們有許多成功的例子，例如納米制版印刷。剛才說了中國古代的四大發(fā)明，其中包括活字印刷。千年后，北京大學的王選教授發(fā)明了激光照排，使傳統(tǒng)制版告別了“鉛與火”的污染時代。如今，中科院化學所專家用打印納米制板的技術，解決了化學顯影的污染問題。若產(chǎn)業(yè)化推廣，中國將在印刷技術方面對世界持續(xù)做出貢獻。

能源技術也備受關注。中國的一次性消費能源一直是以煤為主，這是霧霾的主要成因，而且熱效率也不夠高。按照國家能源規(guī)劃，到21世紀中葉，將形成能源多元化局面，其中一個就是核能。中國的核能發(fā)展空間很大，但目前的核能技術都是核裂變原理，核廢料的處置和核資源的有限性等都將是問題。另外一個途徑是核聚變。來自太陽的光和熱源自核聚變，人類已經(jīng)依據(jù)核聚變原理生產(chǎn)出最厲害的武器——氫彈?，F(xiàn)在要將這個原理用于能源發(fā)展，稱為聚變能。原理上，聚變能有3個優(yōu)勢，一是原料無限，來自海水（氘）；二是沒有核污染，產(chǎn)生的中子內(nèi)部循環(huán)；三是固有的安全，聚變反應條件是成千萬乃至上億度的高溫，一旦系統(tǒng)破壞，溫度會下降，聚變難以維持。目前，世界上主要國家正在一起努力，建造一個全超導托科馬克的核聚變裝置（ITER），希望在21世紀中葉闡明其作為能源的可能性，一旦成功，核聚變可能成為人類的終極能源。中國科學家團隊率先在合肥等離子體所實現(xiàn)了全超導托科馬克裝置中產(chǎn)生等離子體，為中國在ITER計劃中做出了示范性研究。

特殊的國情和世情，決定了中國科技要全面夯實發(fā)展

雖然中國進步顯著、世界矚目，但由于人口眾多，人均資源水平低，近幾百年發(fā)展滯后，因而有特殊的國情和國際環(huán)境。

差距表現(xiàn)在幾個方面。半個世紀以前，全球生態(tài)環(huán)境大部分是綠色的、可持續(xù)的，經(jīng)過短短幾十年，大部分地方已經(jīng)難以持續(xù)了，中國屬于主要的生態(tài)負責地區(qū)之一。人均醫(yī)療開支，美國是8000美元，我國還不到世界平均水平。聯(lián)合國人類發(fā)展報告（HDR）顯示，按照幾大指數(shù)（健康與壽命、受教育程度和富裕程度），中國還排在中等發(fā)展水平，在世界第80～90位。另根據(jù)《全球競爭力報告》（GCR），全球各經(jīng)濟體的發(fā)展水平可以分成3個發(fā)展階段：因子驅(qū)動、效率驅(qū)動和創(chuàng)新驅(qū)動。中國現(xiàn)在處在從效率驅(qū)動到創(chuàng)新驅(qū)動的轉(zhuǎn)型期。與美國相比，中國在宏觀經(jīng)濟環(huán)境比美國好，市場規(guī)模和美國差不多，這很了不起，但最大的差距還是創(chuàng)新、技術這兩個方面。

所以，在高速經(jīng)濟發(fā)展階段之后，要強調(diào)可持續(xù)。這條曲線是環(huán)境經(jīng)濟曲線，俄國人Kuznets的研究結果，曾獲得諾貝爾獎。它指出，在傳統(tǒng)工業(yè)化過程中，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境會惡化，大概到了人均5000～9000美元的時候，環(huán)境逐步改善，中國現(xiàn)在處在這個階段。

綜上，中國要解決的問題眾多，需要科技的全面支撐，科技自身必須全面夯實基礎。

傳承與創(chuàng)新，建設科技強國

中國輝煌的科技史，凝聚了中國人的智慧、勤奮和探索精神，需要傳承；中國近30年科技與經(jīng)濟的高速發(fā)展，已經(jīng)開始對世界產(chǎn)生重要影響，奠定了進一步發(fā)展的基礎。

中國科技高速發(fā)展，引起多方關注。2007年，英國DEMOS組織發(fā)布了關于中國、印度和韓國及亞洲的科技發(fā)展調(diào)研報告，并在倫敦主辦了一個高層科技論壇，在論壇上我介紹了中國的科技發(fā)展狀況。會場上，一位先生提問，你們中國古代科技文明程度很高，為什么科技革命沒有出現(xiàn)在中國？我說，據(jù)我所知，這是李約瑟難題，中文解釋起來很復雜，用英文解釋就更難了，建議下去后看看相關資料。沒想到他說，我就是現(xiàn)任李約瑟研究所的所長，引得會場大笑（學者們常常這樣善意地明知故問）。然后他提出第二個問題：你們現(xiàn)在發(fā)展很快，在下一輪科技革命中你們有沒有機會？我說你這個問題提得很好，我們可以做合作研究探討一下。于是，我將它解釋給中國科技發(fā)展戰(zhàn)略研究院。我自己寫了一篇小文章，叫《新李約瑟命題》，發(fā)表在2009年的《瞭望》雜志上。應該看到，中國的科技水平提升了，但積累還是不太夠?，F(xiàn)代科學理論體系主要是西方學者建立的，而今中國的科技水平提升了，但還需要大量積累，也需要跨越式發(fā)展。最近中科院發(fā)了4顆科學衛(wèi)星，一個是暗物資探測，大家知道暗物資是科學最前沿的，這個衛(wèi)星剛剛獲得了重要的成果。其他幾顆是微重力、量子科學和硬X射線望遠鏡，其中量子衛(wèi)星前面已經(jīng)提到。這些科學衛(wèi)星都具有特色，能產(chǎn)生領先科學成果，是彎道超車的實例。將科學精神與科學知識的積累、傳承與大量的原始性研究和彎道超車相結合，那么，中國在2020年進入創(chuàng)新性國家，2030年成為創(chuàng)新性強國，可以預期。

為此，近幾年，國家密集出臺各種鼓勵創(chuàng)新的新政策，如《大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)指導意見（2015）》《國家十三五科學技術創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》等，中共十九大更是提出“創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力”，中國的科技創(chuàng)新被賦予重任。

大約在2011年，我依據(jù)聯(lián)合國的人類發(fā)展報告數(shù)據(jù)，做了一個模型推演。依據(jù)各國過去30年的發(fā)展軌跡，衍生出中國與發(fā)達國家發(fā)展水平的交匯點，再加上時間軸，結果顯示，中國將在21世紀中葉之前進入非常高的人類發(fā)展水平行列，這說明中國的百年發(fā)展目標是有依據(jù)的、可信的。