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大科學(xué)時(shí)代推動(dòng)基礎研究高質(zhì)量發(fā)展的路徑探索

——以物理學(xué)為例

發(fā)布時(shí)間:2024-02-21 作者:任曉燕 郭慶 單崇新 來(lái)源:中國教育新聞網(wǎng)-《中國高等教育》

[摘  要]在大科學(xué)時(shí)代,制度驅動(dòng)對加速科學(xué)前沿的突破、基礎研究的轉化、信息技術(shù)的拓展具有重要作用。推動(dòng)基礎研究高質(zhì)量發(fā)展,要發(fā)揮高??蒲袃?yōu)勢,積極響應國家需求;推進(jìn)有組織、團隊化的科研創(chuàng )新,聚焦戰略性科學(xué)計劃或研究任務(wù);充分發(fā)揮我國制度優(yōu)勢,建立長(cháng)期、完善的基礎制度保障。

[關(guān)鍵詞]大科學(xué)時(shí)代;基礎研究高質(zhì)量發(fā)展;物理學(xué)

基礎研究是推動(dòng)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的源動(dòng)力,其研究模式和發(fā)展途徑具有與時(shí)俱進(jìn)的鮮明特征?,F代科學(xué)技術(shù)已進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代,物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、醫學(xué)等基礎學(xué)科交叉融合不斷深入。物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎,對于科技創(chuàng )新具有前瞻性、指導性的重要支撐和驅動(dòng)作用。探索大科學(xué)時(shí)代背景下探索如何推進(jìn)物理學(xué)高質(zhì)量發(fā)展,具有重要意義。

基礎研究是科技創(chuàng )新的源頭

習近平總書(shū)記指出:“基礎研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭?!笨v觀(guān)人類(lèi)文明發(fā)展進(jìn)程,科技革命和社會(huì )文明的飛速發(fā)展離不開(kāi)基礎研究的巨大突破。物理學(xué)、數學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等基礎學(xué)科的發(fā)展和革新,是人類(lèi)不斷探索宇宙奧秘、揭示物質(zhì)本質(zhì)、認知生命本源的動(dòng)力源泉。以物理學(xué)為例,物理學(xué)是自然科學(xué)中一門(mén)重要的基礎學(xué)科,為人類(lèi)物質(zhì)文明發(fā)展和社會(huì )進(jìn)步提供了強大動(dòng)力,伽利略和牛頓等人開(kāi)創(chuàng )的經(jīng)典力學(xué)、哥白尼和開(kāi)普勒等人推動(dòng)的天文學(xué)以及瓦特和焦耳等人發(fā)展的熱力學(xué),共同觸發(fā)了人類(lèi)歷史上第一次工業(yè)革命,人類(lèi)文明進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”。經(jīng)典電磁理論的不斷完善和發(fā)展促進(jìn)了第二次工業(yè)革命,發(fā)電機、電動(dòng)機等一系列電氣設備的出現和應用極大推動(dòng)了社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展,人類(lèi)進(jìn)入“電氣時(shí)代”。第三次工業(yè)革命在相對論和量子力學(xué)發(fā)展的基礎上產(chǎn)生,原子能、航天技術(shù)、計算機等系列信息技術(shù)的興起和發(fā)展促使人類(lèi)走進(jìn)“信息時(shí)代”。伴隨物理學(xué)的重大突破,技術(shù)革命轉化為直接生產(chǎn)力,極大推動(dòng)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展,大幅提升人們認識自然、利用自然、改造自然的能力,推動(dòng)人類(lèi)社會(huì )從農業(yè)社會(huì )步入工業(yè)社會(huì ),促進(jìn)人類(lèi)文明發(fā)展進(jìn)程;還把定量化、精確化、理論預言、實(shí)驗檢驗等科學(xué)方法作為一種研究范式引入自然科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域,是人類(lèi)文明從經(jīng)驗科學(xué)到精確科學(xué)跨出的關(guān)鍵一步。從古至今,基礎學(xué)科的突破和應用同社會(huì )發(fā)展的文明程度、人民生活福祉息息相關(guān),并深刻影響世界科學(xué)中心轉移和國際競爭格局。

從全球范圍看,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革日新月異,科學(xué)技術(shù)和社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展既有進(jìn)化式的量的積累、又有飛躍式的質(zhì)的突破,學(xué)科深度交叉融合,基礎研究成果轉化周期明顯縮短,科技競爭重心不斷前移至基礎研究前沿領(lǐng)域。近年來(lái),世界強國紛紛把加強基礎研究作為提升國家競爭力的戰略性舉措,著(zhù)力加強本國科技創(chuàng )新,推動(dòng)核心領(lǐng)域基礎研究。從中國國情看,新中國成立后,我國老一輩科技工作者篳路藍縷,突破重重困難,取得“兩彈一星”等關(guān)鍵基礎研究成果。改革開(kāi)放后,我國在航空航天、信息技術(shù)、新能源等領(lǐng)域深耕運籌,基礎研究整體實(shí)力持續提升。黨的十八大以來(lái),我國進(jìn)一步強化基礎研究原始創(chuàng )新能力,進(jìn)行戰略性、前瞻性、系統性布局,涌現出一批基礎前沿領(lǐng)域重大原創(chuàng )性研究成果?!澳犹枴绷孔有l星2016年發(fā)射升空、“中國天眼”2021年對全球開(kāi)放、“天問(wèn)一號”實(shí)現火星漫步、新一代人造太陽(yáng)“中國環(huán)流三號”科研成果不斷刷新世界紀錄?!翱缮暇盘鞌堅?,可下五洋捉鱉”成為現實(shí)。由此可見(jiàn),基礎研究尤其是物理學(xué)領(lǐng)域相關(guān)發(fā)展使我國基礎研究整體實(shí)力顯著(zhù)增強,國際影響力日益提升,我國基礎研究正逐步從“學(xué)習”向“引領(lǐng)”轉變。然而,橫向對比世界強國,對照黨的二十大報告擘畫(huà)的建設科技強國宏偉目標,我們也必須清醒地認識到我國在科技創(chuàng )新方面的短板,如基礎研究人力、財力各方面的投入對照世界經(jīng)濟強國仍有較大差距,重大原創(chuàng )性成果匱乏,人才培育機制亟須完善,“卡脖子”根源問(wèn)題亟需解決等問(wèn)題。知不足而后進(jìn),望山遠而力行,加強基礎研究仍然任重道遠。習近平總書(shū)記指出:“基礎研究處于從研究到應用、再到生產(chǎn)的科研鏈條起始端,地基打得牢,科技事業(yè)大廈才能建得高?!绷暯娇倳?shū)記明確闡述了當前我國基礎研究的戰略定位,要求我們必須打牢打深基礎研究這個(gè)地基,重視和加強基礎研究,從根源上把握大趨勢,下好先手棋,為科技創(chuàng )新發(fā)展提供基礎理論支撐和技術(shù)源頭供給。

基礎研究進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代

基礎研究在人類(lèi)認識自然、改造自然的進(jìn)程中具有與時(shí)俱進(jìn)的鮮明特征。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)和社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展快速滲透融合,科學(xué)研究發(fā)展模式也隨之革新?;A研究的內涵和特點(diǎn)不斷演變、豐富,從基于科學(xué)家的好奇心和科學(xué)興趣的自然演化模式,拓展為面向國家戰略需求、解決國家重大科技問(wèn)題的導向模式。

從物理學(xué)發(fā)展歷史看,從遠古時(shí)代到16世紀中葉是古代物理學(xué)時(shí)期,也是整個(gè)科學(xué)的萌芽期。自然科學(xué)融于哲學(xué),對自然現象的解釋主要依靠不充分的直觀(guān)觀(guān)察和思辨性猜測,通過(guò)形式邏輯演繹和簡(jiǎn)單推理,直覺(jué)地、籠統地理解物理現象的一般特性。例如成書(shū)于2400多年前的《墨經(jīng)》記錄了光的直線(xiàn)傳播、投影、成像、反射等幾何光學(xué)現象。德謨克利特提出萬(wàn)物皆由“原子”組成等樸素的哲學(xué)思想,亞里士多德等提出了物質(zhì)的四種元素(水、氣、火、土)和天體運動(dòng)的理論。古希臘數學(xué)家歐幾里得對光的傳播進(jìn)行了研究。16世紀中葉到19世紀末,是經(jīng)典物理學(xué)時(shí)期。這個(gè)階段社會(huì )生產(chǎn)力蓬勃發(fā)展,有力推動(dòng)了科學(xué)研究進(jìn)程。16世紀中葉,哥白尼在《天體運行論》中提出“日心說(shuō)”,實(shí)證科學(xué)創(chuàng )始人伽利略發(fā)現了自由落體的運動(dòng)規律。17世紀晚期,牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的建立,標志著(zhù)近代物理學(xué)的誕生。隨著(zhù)經(jīng)典熱力學(xué)、電磁學(xué)相繼建立,到19世紀末,形成了比較完整的經(jīng)典物理學(xué)體系。此階段觀(guān)察方法注重使用儀器,物理學(xué)顯現出實(shí)驗科學(xué)的特點(diǎn)??茖W(xué)實(shí)驗和數學(xué)方法的融合為物理學(xué)研究帶來(lái)了巨大推動(dòng)力。實(shí)驗提供了實(shí)際觀(guān)測數據和現象,而數學(xué)方法則能夠對這些數據進(jìn)行精確、定量的分析和解釋?zhuān)瑥亩苿?dòng)物理學(xué)快速發(fā)展。19世紀末至今,屬于現代物理學(xué)時(shí)期。19世紀末一系列實(shí)驗新事實(shí)的發(fā)現,如物理學(xué)大廈上空的“兩朵烏云”——邁克爾遜——莫雷實(shí)驗和黑體輻射實(shí)驗,使經(jīng)典物理學(xué)理論出現了難以克服的危機,催生了新的物理學(xué)革命。相對論、量子力學(xué)相繼建立,標志著(zhù)現代物理學(xué)的誕生。20世紀50年代以后,物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)相當龐大的學(xué)科群,包括高能物理、原子核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理、計算物理和理論物理等主體學(xué)科以及不勝枚舉的分支學(xué)科。物理學(xué)與各學(xué)科之間相互交叉、相互滲透,形成了眾多新興交叉科學(xué)。

進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代后,現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化特點(diǎn)愈發(fā)凸顯,科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)等各方面加速交互滲透,產(chǎn)學(xué)研一體化貫通,實(shí)現跨界、跨國合作。世界各國根據國際科學(xué)發(fā)展趨勢以及在經(jīng)濟發(fā)展過(guò)程中遇到的瓶頸問(wèn)題作出戰略部署,涌現出以契合國家戰略需求、解決重大科技問(wèn)題為導向的大科學(xué)裝置和大科學(xué)計劃。大科學(xué)時(shí)代是多學(xué)科交叉的時(shí)代,其顯著(zhù)特征是“大”:科學(xué)研究活動(dòng)規模大、跨學(xué)科參與研究人員多、科學(xué)問(wèn)題復雜程度高、研究結果對于人類(lèi)認知世界和國際經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展影響深遠。此類(lèi)科研活動(dòng)需要我們在學(xué)科上有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎和科技攻關(guān)能力,通過(guò)布局大科學(xué)工程、大科學(xué)計劃等組織模式來(lái)統籌謀劃、分工協(xié)作、整體推進(jìn)。2012年,歐洲核子研究組織在大型強子對撞機上第一次觀(guān)測到被稱(chēng)為“上帝粒子”的希格斯玻色子,于2013年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。2015年,激光干涉引力波天文臺利用大科學(xué)裝置探測到黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號,證實(shí)了愛(ài)因斯坦廣義相對論對引力波的理論預測,于2017年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。這些舉世矚目的科學(xué)成果具有鮮明的大科學(xué)時(shí)代特征,也預示著(zhù)重大科研成果的取得越來(lái)越依賴(lài)大科學(xué)裝置上的集體智慧。2018年國務(wù)院出臺的《積極牽頭組織國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程方案》指出,“國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程是人類(lèi)開(kāi)拓知識前沿、探索未知世界和解決重大全球性問(wèn)題的重要手段,是一個(gè)國家綜合實(shí)力和科技創(chuàng )新競爭力的重要體現”。這表明我國從有選擇地參與,進(jìn)入到牽頭組織國際大科學(xué)計劃、著(zhù)力打造“大國重器”、提升國家在科技創(chuàng )新領(lǐng)域的競爭力和影響力的大科學(xué)時(shí)代。結合我國實(shí)際國情,大科學(xué)時(shí)代要求我們集中力量辦大事,發(fā)揮制度優(yōu)勢制定戰略規劃,為基礎研究的高質(zhì)量發(fā)展提供制度保障和政策引導。

大科學(xué)時(shí)代推動(dòng)基礎研究高質(zhì)量發(fā)展的路徑探索

習近平總書(shū)記指出:“世界已經(jīng)進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代,基礎研究組織化程度越來(lái)越高,制度保障和政策引導對基礎研究產(chǎn)出的影響越來(lái)越大?!庇纱丝梢?jiàn),在大科學(xué)時(shí)代,制度驅動(dòng)對加速科學(xué)前沿突破、基礎研究轉化、信息技術(shù)拓展具有重要作用。

一是發(fā)揮高??蒲袃?yōu)勢,積極響應國家需求。作為科技創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新的重要橋梁與戰略力量,高校應堅持圍繞“四個(gè)面向”,積極響應國家戰略需求,瞄準重大前沿科學(xué)問(wèn)題,致力于探索和實(shí)踐推動(dòng)物理學(xué)高質(zhì)量發(fā)展的有效途徑,為服務(wù)國家科技重大需求和區域經(jīng)濟發(fā)展提供判定性和支撐性的科學(xué)依據。高校作為基礎研究主力軍,要把握時(shí)代發(fā)展趨勢,抓住歷史機遇,加快基礎研究領(lǐng)域的突破,有組織推進(jìn)符合國家戰略導向的原創(chuàng )性、探索性、應用性基礎研究。充分發(fā)揮高校學(xué)科知識、信息資源、智力儲備及人才密集優(yōu)勢,勇于牽頭組織并積極參與國際大科學(xué)計劃和大科學(xué)工程。鄭州大學(xué)物理學(xué)院以服務(wù)國家戰略需求和區域經(jīng)濟發(fā)展為導向,立足國際物理學(xué)研究前沿重大科學(xué)問(wèn)題,積極加入大科學(xué)裝置和國際合作組織,通過(guò)選派物理學(xué)科優(yōu)秀青年教師和博士參與大科學(xué)項目相關(guān)工作,在國家重大科研領(lǐng)域中貢獻力量。

二是聚焦戰略性科學(xué)計劃和研究任務(wù),推進(jìn)有組織、團隊化的科研創(chuàng )新。習近平總書(shū)記指出,“要強化國家戰略科技力量,有組織推進(jìn)戰略導向的體系化基礎研究、前沿導向的探索性基礎研究、市場(chǎng)導向的應用性基礎研究”。大科學(xué)時(shí)代基礎研究往往要求多人協(xié)作、跨專(zhuān)業(yè)合作,協(xié)同攻關(guān)“卡脖子”問(wèn)題背后的原理性問(wèn)題。有組織、團隊化科研是建制化服務(wù)國家戰略性科學(xué)計劃的重要形式。高校應將各個(gè)相關(guān)學(xué)科組織起來(lái),形成合力,達成顛覆性、突破性效果。為在大科學(xué)時(shí)代加強基礎研究、推進(jìn)有組織科研,鄭州大學(xué)物理學(xué)院做了有效嘗試:整合專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢,優(yōu)化資源組合,依托國家超級計算鄭州中心和材料物理教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,籌建了理論物理研究所、材料物理研究所、光電信息技術(shù)研究所、核物理研究所等二級機構。采取開(kāi)放研究、有限突破的戰略策略,培育產(chǎn)出了一批具有標志性的原始創(chuàng )新成果。學(xué)院以提出新問(wèn)題、認識新規律、獲得新知識、建立新理論為長(cháng)遠目標和使命,聚焦孕育重大突破的基本科學(xué)問(wèn)題,著(zhù)力加強“從0到1”的基礎研究,力爭在超出粒子物理標準模型的新物理理論等領(lǐng)域取得重大開(kāi)創(chuàng )性的原始創(chuàng )新成果,催生新的重大科學(xué)思想和科學(xué)理論。

三是充分發(fā)揮我國集中力量辦大事的制度優(yōu)勢,建立長(cháng)期、完善的基礎制度保障。面對大科學(xué)時(shí)代的新挑戰,為推動(dòng)基礎研究穩健發(fā)展、取得更大突破,應進(jìn)一步完善基礎制度保障,積極發(fā)揮制度的驅動(dòng)作用,建立統籌協(xié)調機制,為科研人員營(yíng)造潛心研究的良好環(huán)境。要從國家整體需求出發(fā),進(jìn)一步完善基礎研究財政投入制度,加大穩定支持力度,為基礎研究提供充足的資金保障。如國務(wù)院出臺《關(guān)于深化中央財政科技計劃(專(zhuān)項、基金等)管理改革的方案》,著(zhù)力激發(fā)科研人員創(chuàng )新熱情,合理配置科技資源,充分發(fā)揮科技計劃對科技創(chuàng )新的戰略保障作用。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳出臺《關(guān)于進(jìn)一步完善中央財政科研項目資金管理等政策的若干意見(jiàn)》,堅持以人為本,細化政策規定,強化激勵機制,激發(fā)研究人員創(chuàng )新活力。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳出臺《關(guān)于實(shí)行以增加知識價(jià)值為導向分配政策的若干意見(jiàn)》,實(shí)施創(chuàng )新驅動(dòng)、以知識價(jià)值為導向落實(shí)科技成果轉化激勵,推動(dòng)科技成果轉化為生產(chǎn)力;健全符合基礎研究特點(diǎn)和規律的科學(xué)評價(jià)制度,關(guān)注研究成果的質(zhì)量與實(shí)際價(jià)值,致力于將科研人員的創(chuàng )造性從不合理的評價(jià)制度中解放出來(lái)。鄭州大學(xué)物理學(xué)院近年來(lái)通過(guò)設立物理學(xué)科提升計劃、青年人才拔尖計劃、基礎研究培育項目等多種途徑,建立健全人才選拔培養機制、激勵和薪酬機制、考核與評價(jià)機制,營(yíng)造有利于“引才”“育才”的環(huán)境和土壤。

總之,隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,物理學(xué)特別是實(shí)驗物理學(xué)的研究范式逐漸從個(gè)人科研過(guò)渡到有組織科研階段。當前,集中多個(gè)國家智慧與力量,以解決重大科技問(wèn)題為導向的大科學(xué)裝置和大科學(xué)計劃越來(lái)越重要。利用這些大科學(xué)裝置開(kāi)展物理學(xué)前沿研究也愈發(fā)關(guān)鍵。我們要未雨綢繆抓住機遇、主動(dòng)求變,不斷開(kāi)創(chuàng )我國基礎研究高質(zhì)量發(fā)展的新局面。

[本文為全國教育科學(xué)規劃2023年度教育部重點(diǎn)課題“需求導向下高校有組織科研的現實(shí)困境、影響因素與對策研究”(DIA230425)的階段性成果]

【作者單位:任曉燕、單崇新,鄭州大學(xué);郭慶,吉林大學(xué)】

原載2023年第22期《中國高等教育》

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