传承与创新：科技支撑强国建设

张先恩

感谢论坛组委会的邀请和命题。我试图从科学研究和科研管理经历的角度谈谈我的认识。

科学技术对经济发展的影响，可以长周期地考察。近500年至今，人类社会经历了3次科学革命、3次技术革命及其产业革命，世界经济也由此经历了农耕经济、工业经济并正在锻造信息经济。其间，随着科学中心的转移，世界强国也在发生更替。

中国有辉煌的科技历史。四大发明，是中国对世界文明的历史性贡献。还有中医，是数千年传承下来具有代表性的传统知识体系，不仅是对中国，也是对世界的贡献。然而，尽管中国古代科技发展辉煌，但为什么科学和工业革命没有在中国发生？这是著名的李约瑟难题。今天谈传承，就是要再现科技辉煌，实现强国梦。

研发投入，中国已经成为世界第二

投入保障。20世纪80年代，处于改革开放初期，百废待兴，科技投入捉襟见肘。90年代，国家通过立法，促研发投入（R&D;）在20世纪末达到GDP的1%。21世纪以来，中国R&D;持续保持两位数的高速增长，2013年超过日本达世界第二位，2016年R&D;支出为1.54万亿元，占GDP的比重约为2.1%。这当中，大约25%来自于公共财政资金，75%来自于企业的研发投入。

当然，与OECD经济体相比，中国的R&D;/GDP还低于OECD的平均水平（2.38%）。一些新兴国家和经济体的R&D;/GDP高达4%，其中以色列为首。我问以色列人，一个自然资源匮乏的小片疆域，周边都是敌对国家，为什么能长期自强而立。他们回答说，强有力的科技实力，是其中一个重要原因。

中国虽然科技投入巨大，但还有提升空间。这有3点理由：第一，大规模科技投入，在中国是这10多年的事，而发达国家已经经历了数十年、数百年，因此，积累还不够；第二，中国全时当量研发人数高达400万，远超其他国家，人均R&D;就很低了，低于许多国家，因此还要提升科技投入强度；第三，如前所述，中国的R&D;/GDP还低于OECD平均水平，因此还有很大的提升空间。

科技投入的产出如何？这是许多人关心的问题。

下面我从3个方面谈谈科技投入产出，包括专利、国际论文和高技术产业。

PCT专利，中国两年内将成为第一申请大国

中国的专利体系在“文革”期间不幸遭摧毁，20世纪80年代后期开始恢复重建，到2013年，一跃成为头号申请大国。有人说国内专利的含金量不一样，那看看PCT专利。2012年，中国PCT专利申请上升到全球第4位，几乎追上德国，而我国增长率是13.4%，德国为零增长。据此我预计，2013年我国将超过德国成为第3位，此预言后来被印证。根据世界知识产权组织（WIPO）报告，2016年，中国申请的PCT专利数已经接近日本，增长率为44.7%，而日本和美国同期的增长分别为2.7%和0.9%。据此，我可以再度预言，2018年和2019年，中国的PCT专利申请量将依次超过日本和美国，成为PCT专利申请第一大国。

中国的企业，过去绝大部分没有专利，现在形势已经发生变化，发生专利井喷。在PCT专利申请的全球前8位企业中，中兴和华为近些年交替排名第一。2016年，以显示屏技术为主业的京东方集团（BOE）也跨入前8强，排名第6位，其增长率高达36%，照此速度发展，它很快就会与中兴和华为并列前3位。

在五大类技术中，依次为数据技术、计算机信息技术、制造技术、医疗技术和测量技术。与其他发达经济体相比，中国的医疗技术专利比重比较小，所以我国医院高端设备的绝大部分都是进口产品，这值得深思。

中国制造，正在迈向质量和高端

中国制造曾经是廉价的代名词，这个帽子还没有完全摘掉，但已经悄然地向质量制造、高端制造发展。自2000年以来，中国的高技术产品出口额就超过了进口额。2015年，中国高技术产业主营业务收入规模继续扩大，突破了13万亿元，占制造业比重达到14.1%。中国的高铁是制造业中高技术集成的经典，外国人到中国来访问和旅游，都愿意体验一下高铁，十分羡慕，其心情就像过去在日本和欧洲乘坐高铁。超级计算机代表科技、气候、军事等复杂问题的解析能力，是美国20世纪80年代启动的国家战略。而中国从零开始，经过30年发展，计算机的浮点运算速度连年位居榜首，这是了不起的进步！

知识产出，中国的高影响力科学论文数量居前列

中国的科学产出怎么样？国际科学论文，国内发表的就不说了，国际发表论文，中国在1998年的时候，还是一个小兄弟，排名很靠后，经过十几年的发展，迅速变成世界第二。这和经济的关系怎样？如果把GDP和国际论文的数量放在一起比，两条曲线合成一条曲线，这个非常说明问题，中国的科技和经济是同步发展的。

通过的科学论文质量怎么样？衡量质量有一个办法，就是有多少人引用你的研究。在2003年以前，众多的学科在世界上排位比较落后。到了现在，众多的学科在世界上排名已经非常靠中间。很多学科是排名前五、前二、前三，很多是排名第二的。什么是高影响力论文？如果论文出来之后引用非常多，就叫高影响力论文，现在中国排位是世界第二，最多的是美国，其次是中国，其他的国家，都和美国差距很大，我们和美国差距也很大，但是我们排在第二，这是现状。

在最好的杂志上发表重要的科学论文，各个国家发表的量怎么样，可以看得出来。各个学科是不同的，包括所有的领域，如化学、生命科学，中科院在全球是排名第一，化学也是排名第一，物资科学排名第一，环境地球科学排名第一；生命科学相对滞后，排名第五。2016年高影响力论文化学表现最好，北大、南大、中科大都进入前10名，这是我国在科学上的现状。

事实上，中国和美国是最大的互为合作的伙伴，两国的国际合作论文最多。

科技热词，颠覆性技术备受关注

通过百度搜索科技热词，大数据、合成生物学、量子、移动通信和人工智能名列前5位，它们都正在成为颠覆性技术。什么是颠覆性技术？网络媒体说，是一种颠覆了某一行业主流产品和市场格局的技术。其实有很多熟知的例子。20世纪80年代中期我到加拿大，第一次见到微波炉，顷刻颠覆了我的厨房观念。数码相机取代了胶片相机，也是一个生活中的例子。

在五大科技热词中，大数据高居榜首。数据是一种不同于其他物质的特殊财富。比如PPT遥控器，我有了这个遥控器，你就没有了。而数据，你拥有，我也能拥有，它是一种共享形式的财富，而且它与移动通信、互联网、计算机、人工智能技术广泛结合，使其内涵极其丰富、数据量增长无限。谁在大数据科学、大数据技术和大数据发掘方面成功，谁就执未来之牛耳。

合成生物学也正在引起对生命属性的讨论。21世纪以来，通过人工合成基因组，科学家先后获得能够行使其原有生命功能的病毒、细菌和酵母。科学家正在试图合成更高等级的生物基因组，这在原理上已经不是问题。“建物致知”，通过建造生物来了解生命，将是生命科学性的方向。同时，也将推动生物技术实现跨越，今后，所赖以生存的各种物资，如生物能源、生物材料、药品、食品等都可能通过合成生物学规模化地生产出来。美国MIT搞了一个合成生物学的大学生大赛，叫iGEM，中国许多大学去参赛，获得很好的成绩，在100多枚金牌中，中国学生拿了1/3，这个记录保持了几年，这说明我国后生可畏、后继有人。

中国科学家率先将极其高深的量子力学理论应用于保密通信，不仅实现了百公里级别的光纤载体通量子秘钥传输，还发射了量子卫星（墨子卫星），实现了千公里级别的卫星与地面的信息保密传输。当然，量子通信还要解决带宽问题和中继放大问题，但在保密通信方面，已经证明其功能，中国人走在前面。

如同当年的计算机，无线移动通信正在改变工作方式和生活方式，对此我们感受颇深。中国在5G标准制定方面已经拥有相当的发言权。

至于智能制造，现在讨论更是很多。

纳米科学经过20年发展，已经从象牙塔上走下来，形成许多应用技术。我们有许多成功的例子，例如纳米制版印刷。刚才说了中国古代的四大发明，其中包括活字印刷。千年后，北京大学的王选教授发明了激光照排，使传统制版告别了“铅与火”的污染时代。如今，中科院化学所专家用打印纳米制板的技术，解决了化学显影的污染问题。若产业化推广，中国将在印刷技术方面对世界持续做出贡献。

能源技术也备受关注。中國的一次性消费能源一直是以煤为主，这是雾霾的主要成因，而且热效率也不够高。按照国家能源规划，到21世纪中叶，将形成能源多元化局面，其中一个就是核能。中国的核能发展空间很大，但目前的核能技术都是核裂变原理，核废料的处置和核资源的有限性等都将是问题。另外一个途径是核聚变。来自太阳的光和热源自核聚变，人类已经依据核聚变原理生产出最厉害的武器——氢弹。现在要将这个原理用于能源发展，称为聚变能。原理上，聚变能有3个优势，一是原料无限，来自海水（氘）；二是没有核污染，产生的中子内部循环；三是固有的安全，聚变反应条件是成千万乃至上亿度的高温，一旦系统破坏，温度会下降，聚变难以维持。目前，世界上主要国家正在一起努力，建造一个全超导托科马克的核聚变装置（ITER），希望在21世纪中叶阐明其作为能源的可能性，一旦成功，核聚变可能成为人类的终极能源。中国科学家团队率先在合肥等离子体所实现了全超导托科马克装置中产生等离子体，为中国在ITER计划中做出了示范性研究。

特殊的国情和世情，决定了中国科技要全面夯实发展

虽然中国进步显著、世界瞩目，但由于人口众多，人均资源水平低，近几百年发展滞后，因而有特殊的国情和国际环境。

差距表现在几个方面。半个世纪以前，全球生态环境大部分是绿色的、可持续的，经过短短几十年，大部分地方已经难以持续了，中国属于主要的生态负责地区之一。人均医疗开支，美国是8000美元，我国还不到世界平均水平。联合国人类发展报告（HDR）显示，按照几大指数（健康与寿命、受教育程度和富裕程度），中国还排在中等发展水平，在世界第80～90位。另根据《全球竞争力报告》（GCR），全球各经济体的发展水平可以分成3个发展阶段：因子驱动、效率驱动和创新驱动。中国现在处在从效率驱动到创新驱动的转型期。与美国相比，中国在宏观经济环境比美国好，市场规模和美国差不多，这很了不起，但最大的差距还是创新、技术这两个方面。

所以，在高速经济发展阶段之后，要强调可持续。这条曲线是环境经济曲线，俄国人Kuznets的研究结果，曾获得诺贝尔奖。它指出，在传统工业化过程中，随着经济的发展，环境会恶化，大概到了人均5000～9000美元的时候，环境逐步改善，中国现在处在这个阶段。

综上，中国要解决的问题众多，需要科技的全面支撑，科技自身必须全面夯实基础。

传承与创新，建设科技强国

中国辉煌的科技史，凝聚了中国人的智慧、勤奋和探索精神，需要传承；中国近30年科技与经济的高速发展，已经开始对世界产生重要影响，奠定了进一步发展的基础。

中国科技高速发展，引起多方关注。2007年，英国DEMOS组织发布了关于中国、印度和韩国及亚洲的科技发展调研报告，并在伦敦主办了一个高层科技论坛，在论坛上我介绍了中国的科技发展状况。会场上，一位先生提问，你们中国古代科技文明程度很高，为什么科技革命没有出现在中国？我说，据我所知，这是李约瑟难题，中文解释起来很复杂，用英文解释就更难了，建议下去后看看相关资料。没想到他说，我就是现任李约瑟研究所的所长，引得会场大笑（学者们常常这样善意地明知故问）。然后他提出第二个问题：你们现在发展很快，在下一轮科技革命中你们有没有机会？我说你这个问题提得很好，我们可以做合作研究探讨一下。于是，我将它解释给中国科技发展战略研究院。我自己写了一篇小文章，叫《新李约瑟命题》，发表在2009年的《瞭望》杂志上。应该看到，中国的科技水平提升了，但积累还是不太够。现代科学理论体系主要是西方学者建立的，而今中国的科技水平提升了，但还需要大量积累，也需要跨越式发展。最近中科院发了4颗科学卫星，一个是暗物资探测，大家知道暗物资是科学最前沿的，这个卫星刚刚获得了重要的成果。其他几颗是微重力、量子科学和硬X射线望远镜，其中量子卫星前面已经提到。这些科学卫星都具有特色，能产生领先科学成果，是弯道超车的实例。将科学精神与科学知识的积累、传承与大量的原始性研究和弯道超车相结合，那么，中国在2020年进入创新性国家，2030年成为创新性强国，可以预期。

为此，近几年，国家密集出台各种鼓励创新的新政策，如《大众创新、万众创业指导意见（2015）》《国家十三五科学技术创新发展规划（2016-2020）》《国家创新驱动发展战略纲要》等，中共十九大更是提出“创新是引领发展的第一动力”，中国的科技创新被赋予重任。

大约在2011年，我依据联合国的人类发展报告数据，做了一个模型推演。依据各国过去30年的发展轨迹，衍生出中国与发达国家发展水平的交汇点，再加上时间轴，结果显示，中国将在21世纪中叶之前进入非常高的人类发展水平行列，这说明中国的百年发展目标是有依据的、可信的。