大科學時代推動基礎研究高質量發(fā)展的路徑探索

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

[關鍵詞]大科學時代；基礎研究高質量發(fā)展；物理學

基礎研究是推動科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的源動力，其研究模式和發(fā)展途徑具有與時俱進的鮮明特征?，F(xiàn)代科學技術已進入大科學時代，物理學、生物學、化學、醫(yī)學等基礎學科交叉融合不斷深入。物理學是自然科學的基礎，對于科技創(chuàng)新具有前瞻性、指導性的重要支撐和驅動作用。探索大科學時代背景下探索如何推進物理學高質量發(fā)展，具有重要意義。

基礎研究是科技創(chuàng)新的源頭

習近平總書記指出：“基礎研究是整個科學體系的源頭?！笨v觀人類文明發(fā)展進程，科技革命和社會文明的飛速發(fā)展離不開基礎研究的巨大突破。物理學、數(shù)學、化學、生物學等基礎學科的發(fā)展和革新，是人類不斷探索宇宙奧秘、揭示物質本質、認知生命本源的動力源泉。以物理學為例，物理學是自然科學中一門重要的基礎學科，為人類物質文明發(fā)展和社會進步提供了強大動力，伽利略和牛頓等人開創(chuàng)的經(jīng)典力學、哥白尼和開普勒等人推動的天文學以及瓦特和焦耳等人發(fā)展的熱力學，共同觸發(fā)了人類歷史上第一次工業(yè)革命，人類文明進入“蒸汽時代”。經(jīng)典電磁理論的不斷完善和發(fā)展促進了第二次工業(yè)革命，發(fā)電機、電動機等一系列電氣設備的出現(xiàn)和應用極大推動了社會經(jīng)濟發(fā)展，人類進入“電氣時代”。第三次工業(yè)革命在相對論和量子力學發(fā)展的基礎上產(chǎn)生，原子能、航天技術、計算機等系列信息技術的興起和發(fā)展促使人類走進“信息時代”。伴隨物理學的重大突破，技術革命轉化為直接生產(chǎn)力，極大推動社會經(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，推動人類社會從農(nóng)業(yè)社會步入工業(yè)社會，促進人類文明發(fā)展進程；還把定量化、精確化、理論預言、實驗檢驗等科學方法作為一種研究范式引入自然科學各個領域，是人類文明從經(jīng)驗科學到精確科學跨出的關鍵一步。從古至今，基礎學科的突破和應用同社會發(fā)展的文明程度、人民生活福祉息息相關，并深刻影響世界科學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，科學技術和社會經(jīng)濟發(fā)展既有進化式的量的積累、又有飛躍式的質的突破，學科深度交叉融合，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域。近年來，世界強國紛紛把加強基礎研究作為提升國家競爭力的戰(zhàn)略性舉措，著力加強本國科技創(chuàng)新，推動核心領域基礎研究。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”等關鍵基礎研究成果。改革開放后，我國在航空航天、信息技術、新能源等領域深耕運籌，基礎研究整體實力持續(xù)提升。黨的十八大以來，我國進一步強化基礎研究原始創(chuàng)新能力，進行戰(zhàn)略性、前瞻性、系統(tǒng)性布局，涌現(xiàn)出一批基礎前沿領域重大原創(chuàng)性研究成果?！澳犹枴绷孔有l(wèi)星2016年發(fā)射升空、“中國天眼”2021年對全球開放、“天問一號”實現(xiàn)火星漫步、新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”科研成果不斷刷新世界紀錄。“可上九天攬月，可下五洋捉鱉”成為現(xiàn)實。由此可見，基礎研究尤其是物理學領域相關發(fā)展使我國基礎研究整體實力顯著增強，國際影響力日益提升，我國基礎研究正逐步從“學習”向“引領”轉變。然而，橫向對比世界強國，對照黨的二十大報告擘畫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”根源問題亟需解決等問題。知不足而后進，望山遠而力行，加強基礎研究仍然任重道遠。習近平總書記指出：“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浢鞔_闡述了當前我國基礎研究的戰(zhàn)略定位，要求我們必須打牢打深基礎研究這個地基，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源頭供給。

基礎研究進入大科學時代

基礎研究在人類認識自然、改造自然的進程中具有與時俱進的鮮明特征。隨著科學技術和社會經(jīng)濟發(fā)展快速滲透融合，科學研究發(fā)展模式也隨之革新?；A研究的內(nèi)涵和特點不斷演變、豐富，從基于科學家的好奇心和科學興趣的自然演化模式，拓展為面向國家戰(zhàn)略需求、解決國家重大科技問題的導向模式。

從物理學發(fā)展歷史看，從遠古時代到16世紀中葉是古代物理學時期，也是整個科學的萌芽期。自然科學融于哲學，對自然現(xiàn)象的解釋主要依靠不充分的直觀觀察和思辨性猜測，通過形式邏輯演繹和簡單推理，直覺地、籠統(tǒng)地理解物理現(xiàn)象的一般特性。例如成書于2400多年前的《墨經(jīng)》記錄了光的直線傳播、投影、成像、反射等幾何光學現(xiàn)象。德謨克利特提出萬物皆由“原子”組成等樸素的哲學思想，亞里士多德等提出了物質的四種元素（水、氣、火、土）和天體運動的理論。古希臘數(shù)學家歐幾里得對光的傳播進行了研究。16世紀中葉到19世紀末，是經(jīng)典物理學時期。這個階段社會生產(chǎn)力蓬勃發(fā)展，有力推動了科學研究進程。16世紀中葉，哥白尼在《天體運行論》中提出“日心說”，實證科學創(chuàng)始人伽利略發(fā)現(xiàn)了自由落體的運動規(guī)律。17世紀晚期，牛頓經(jīng)典力學體系的建立，標志著近代物理學的誕生。隨著經(jīng)典熱力學、電磁學相繼建立，到19世紀末，形成了比較完整的經(jīng)典物理學體系。此階段觀察方法注重使用儀器，物理學顯現(xiàn)出實驗科學的特點?？茖W實驗和數(shù)學方法的融合為物理學研究帶來了巨大推動力。實驗提供了實際觀測數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，而數(shù)學方法則能夠對這些數(shù)據(jù)進行精確、定量的分析和解釋，從而推動物理學快速發(fā)展。19世紀末至今，屬于現(xiàn)代物理學時期。19世紀末一系列實驗新事實的發(fā)現(xiàn)，如物理學大廈上空的“兩朵烏云”——邁克爾遜——莫雷實驗和黑體輻射實驗，使經(jīng)典物理學理論出現(xiàn)了難以克服的危機，催生了新的物理學革命。相對論、量子力學相繼建立，標志著現(xiàn)代物理學的誕生。20世紀50年代以后，物理學已經(jīng)發(fā)展成為一個相當龐大的學科群，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科以及不勝枚舉的分支學科。物理學與各學科之間相互交叉、相互滲透，形成了眾多新興交叉科學。

進入大科學時代后，現(xiàn)代科學技術發(fā)展數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化特點愈發(fā)凸顯，科學、技術、產(chǎn)業(yè)等各方面加速交互滲透，產(chǎn)學研一體化貫通，實現(xiàn)跨界、跨國合作。世界各國根據(jù)國際科學發(fā)展趨勢以及在經(jīng)濟發(fā)展過程中遇到的瓶頸問題作出戰(zhàn)略部署，涌現(xiàn)出以契合國家戰(zhàn)略需求、解決重大科技問題為導向的大科學裝置和大科學計劃。大科學時代是多學科交叉的時代，其顯著特征是“大”：科學研究活動規(guī)模大、跨學科參與研究人員多、科學問題復雜程度高、研究結果對于人類認知世界和國際經(jīng)濟社會發(fā)展影響深遠。此類科研活動需要我們在學科上有扎實的專業(yè)基礎和科技攻關能力，通過布局大科學工程、大科學計劃等組織模式來統(tǒng)籌謀劃、分工協(xié)作、整體推進。2012年，歐洲核子研究組織在大型強子對撞機上第一次觀測到被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子，于2013年獲得諾貝爾物理學獎。2015年，激光干涉引力波天文臺利用大科學裝置探測到黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號，證實了愛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獎。這些舉世矚目的科學成果具有鮮明的大科學時代特征，也預示著重大科研成果的取得越來越依賴大科學裝置上的集體智慧。2018年國務院出臺的《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》指出，“國際大科學計劃和大科學工程是人類開拓知識前沿、探索未知世界和解決重大全球性問題的重要手段，是一個國家綜合實力和科技創(chuàng)新競爭力的重要體現(xiàn)”。這表明我國從有選擇地參與，進入到牽頭組織國際大科學計劃、著力打造“大國重器”、提升國家在科技創(chuàng)新領域的競爭力和影響力的大科學時代。結合我國實際國情，大科學時代要求我們集中力量辦大事，發(fā)揮制度優(yōu)勢制定戰(zhàn)略規(guī)劃，為基礎研究的高質量發(fā)展提供制度保障和政策引導。

大科學時代推動基礎研究高質量發(fā)展的路徑探索

習近平總書記指出：“世界已經(jīng)進入大科學時代，基礎研究組織化程度越來越高，制度保障和政策引導對基礎研究產(chǎn)出的影響越來越大?！庇纱丝梢姡诖罂茖W時代，制度驅動對加速科學前沿突破、基礎研究轉化、信息技術拓展具有重要作用。

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(zhàn)略力量，高校應堅持圍繞“四個面向”，積極響應國家戰(zhàn)略需求，瞄準重大前沿科學問題，致力于探索和實踐推動物理學高質量發(fā)展的有效途徑，為服務國家科技重大需求和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供判定性和支撐性的科學依據(jù)。高校作為基礎研究主力軍，要把握時代發(fā)展趨勢，抓住歷史機遇，加快基礎研究領域的突破，有組織推進符合國家戰(zhàn)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計劃和大科學工程。鄭州大學物理學院以服務國家戰(zhàn)略需求和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展為導向，立足國際物理學研究前沿重大科學問題，積極加入大科學裝置和國際合作組織，通過選派物理學科優(yōu)秀青年教師和博士參與大科學項目相關工作，在國家重大科研領域中貢獻力量。

二是聚焦戰(zhàn)略性科學計劃和研究任務，推進有組織、團隊化的科研創(chuàng)新。習近平總書記指出，“要強化國家戰(zhàn)略科技力量，有組織推進戰(zhàn)略導向的體系化基礎研究、前沿導向的探索性基礎研究、市場導向的應用性基礎研究”。大科學時代基礎研究往往要求多人協(xié)作、跨專業(yè)合作，協(xié)同攻關“卡脖子”問題背后的原理性問題。有組織、團隊化科研是建制化服務國家戰(zhàn)略性科學計劃的重要形式。高校應將各個相關學科組織起來，形成合力，達成顛覆性、突破性效果。為在大科學時代加強基礎研究、推進有組織科研，鄭州大學物理學院做了有效嘗試：整合專業(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實驗室，籌建了理論物理研究所、材料物理研究所、光電信息技術研究所、核物理研究所等二級機構。采取開放研究、有限突破的戰(zhàn)略策略，培育產(chǎn)出了一批具有標志性的原始創(chuàng)新成果。學院以提出新問題、認識新規(guī)律、獲得新知識、建立新理論為長遠目標和使命，聚焦孕育重大突破的基本科學問題，著力加強“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域取得重大開創(chuàng)性的原始創(chuàng)新成果，催生新的重大科學思想和科學理論。

三是充分發(fā)揮我國集中力量辦大事的制度優(yōu)勢，建立長期、完善的基礎制度保障。面對大科學時代的新挑戰(zhàn)，為推動基礎研究穩(wěn)健發(fā)展、取得更大突破，應進一步完善基礎制度保障，積極發(fā)揮制度的驅動作用，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機制，為科研人員營造潛心研究的良好環(huán)境。要從國家整體需求出發(fā)，進一步完善基礎研究財政投入制度，加大穩(wěn)定支持力度，為基礎研究提供充足的資金保障。如國務院出臺《關于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革的方案》，著力激發(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(zhàn)略保障作用。中共中央辦公廳、國務院辦公廳出臺《關于進一步完善中央財政科研項目資金管理等政策的若干意見》，堅持以人為本，細化政策規(guī)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、國務院辦公廳出臺《關于實行以增加知識價值為導向分配政策的若干意見》，實施創(chuàng)新驅動、以知識價值為導向落實科技成果轉化激勵，推動科技成果轉化為生產(chǎn)力；健全符合基礎研究特點和規(guī)律的科學評價制度，關注研究成果的質量與實際價值，致力于將科研人員的創(chuàng)造性從不合理的評價制度中解放出來。鄭州大學物理學院近年來通過設立物理學科提升計劃、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(yǎng)機制、激勵和薪酬機制、考核與評價機制，營造有利于“引才”“育才”的環(huán)境和土壤。

總之，隨著科學技術的不斷發(fā)展，物理學特別是實驗物理學的研究范式逐漸從個人科研過渡到有組織科研階段。當前，集中多個國家智慧與力量，以解決重大科技問題為導向的大科學裝置和大科學計劃越來越重要。利用這些大科學裝置開展物理學前沿研究也愈發(fā)關鍵。我們要未雨綢繆抓住機遇、主動求變，不斷開創(chuàng)我國基礎研究高質量發(fā)展的新局面。

[本文為全國教育科學規(guī)劃2023年度教育部重點課題“需求導向下高校有組織科研的現(xiàn)實困境、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；郭慶，吉林大學】

原載2023年第22期《中國高等教育》