论基础研究原始创新的特点

于绥生

摘要：基础研究原始创新是科学之本、技术之源，对经济社会发展起着支撑和前瞻引领作用，关系科技发展的后劲和经济社会发展的未来。主要包括：创新思想具有独创性、非共识性和转化性；创新过程具有探索性、不确定性、长期性；创新结果具有首创性、超前性和承认的滞后性；发挥作用具有研究牵引性、高技术先导性和产业发展带动性；研究者具有群体性、传承性和非功利性。深入研究原始创新的特点，对于指导和管理基础研究具有重要意义。

关键词：基础研究；原始创新；特点；

中图分类号：G 311 文献标识码：A 文章编号：1672—7312（2017）04—0354—07

0引言

“原始创新”一词最早出现在董晋曦的论文中，是2000年以前唯一能查到的文献。而2000年共检索到8篇论文，其中5篇是路甬祥院士撰写的，此后关于原始创新的论文大量产生，目前学术界关于原始创新的内涵并没有统一的认识和规范，研究者分别从不同的角度对原始创新的内涵进行了研究，原科技部长徐冠华、清华大学沈德忠、中国社会科学院哲学所金吾伦、复旦大学的吴海江、国家自然科学基金委员会的叶鑫生等都分别从不同的侧面给出了原始创新的含义和解释。从说文解字的角度看，原：最初的、开始的；始：最初、起头、开始；创：创始、首创；新：初次出现的，与“旧”相对。原始：最初的。这些字或者词都有最初的、开头的、首创的等意义，无论是原始创新、源头创新都体现在最初的和开始的。基礎研究是探索未知领域的，其目的是通过科学实验和理论揭示事物的结构、运动既相互作用规律，发现新现象，提出新概念、新原理，深化人们对自然界的认识，丰富完善科学知识体系。基础研究原始创新就是某一创新行为的发生将引发一系列与之相关的或以此为基础的新知识，或导致新的知识创造方法的出现，在世界范围内是突破性的，以此为起点，吸引一大批研究人员做扩展性或跟踪性研究，从而推动学科的变革，开辟新的研究方向、新的研究领域或开创新学科，它突破了特定研究方向或研究领域知识创新的“瓶颈”，更可能开创新的研究方向和研究领域，开辟新的创新周期，掀起新的创新高潮，从而形成知识生产的“连锁反应”，导致大量高新技术的产生，促进经济的发展。这已发展成为国家利益的一项重要战略投资，清楚地认识基础研究原始创新的特点，对于提高管理水平、加强基础研究规划，具有重要的指导作用。

1创新思想的特点

1.1独创性

科学研究往往是某个人首先形成新思想，在特定的地点、特定的时间提出来，是研究者个人独特的创意（idea）。英国科学家霍金曾指出：“推动科学前进的是个人的创见”。换句话说“最初就来自一个人头脑中的一个念头”。研究发现，任何一项原始创新，不管参与的人员有多少，提出原始创新思想的人，才是科学最主要的贡献者。如2015年获得诺贝尔生理和医学奖的中国科学家屠呦呦，虽然整个青蒿素项目是一个很大的科学家群体共同研究完成，但她是第一个“把青蒿素带人了国家公关项目、并提取出了具有100%活性的青蒿素、同时将青蒿素运用到临床并证实它有效等研究工作”，由于这3方面研究工作的“第一”而获奖。因此，个人的独到的创新思想，也就是个人的原始创意，是源于一个或者一组原始创意（Original Idea），通过科研人员在一定条件下实现它，经过实验或者理论验证并为同行普遍接受的过程。重视研究人员原始创新思想在于放弃传统观念，打破惯性思维，鼓励“奇思异想”、“标新立异”具有变革性创新的学术思想，鼓励敢为人先的创意创造，逐步实现由“跟踪研究”转向“原创研究”，尽可能促进更多的原始创意发展成为原始创新。科研的选题就是把捕捉到的新现象、提出的全新问题、以及提出新的观点和思路，通过科学语言转化为能够实现的计划书。通常说“做学问的最高境界不是博大精深，而是原创”，强调原始创意就是强调科学发现的优先权。基金项目的评审强调“原创性”，其意义也就在于此。

1.2非共识性

由于超前的研究思想只是极少数科研人员提出来的，大多数研究者不一定立即认识或者接受它，原因是提出者的思想已经远远超出同代人的认识水平，所以得不到多数同行的认同而成为少数，由于这种思想往往与当时社会上公认的“理论”不符，甚至是矛盾的，往往遭到多数同行的反对或者压抑。这种非共识性在科学史上比比皆是，如19世纪俄国化学家门捷列夫开始元素周期率探索时，就受到权威齐宁的一再劝告，由于门捷列夫的坚持，最终发现了元素周期律。由此说明基础研究原创思想的提出，开始人们很难做出“预见”也不易达成“共识”，通常只有研究者个人或者少数同行获得认可，即缺乏共识性。一旦获得成功，往往开辟新的研究方向和研究领域，甚至创建新的学科。如《天体运行论》的出现、红外线的发现、孟德尔的《植物杂交实验》、《光频率介质纤维表面波导》等研究，都经历过从“非共识”到共识的漫长过程。在科学研究的资助上，必须高度重视对原始创新思想的支持，以免因得不到支持而失去科学重大发现的机会。

1.3可转化性

研究思想无论多么超前，必须转化为科学问题，才可进行研究。这本身就要求具有超前思想的人，具有极高的学术水平，才能洞察学科前沿领域的问题，判别其难易，以及对本学科发挥作用的大小。同时还要有深厚的文学功底，具有极强的概括能力，提出的问题言简意赅，又不失清晰性。提出具有重大科学意义的问题也是原始创新。提出的问题具备3大特征：①易懂性和清晰性。原因在于容易理解的问题吸引研究者的兴趣，复杂的问题却使研究者望而止步；②虽然难度很大，但给研究者以希望，在通向科学高峰的崎岖道路上，它是研究者前进的一盏明灯，最终成功的喜悦作为研究者的报偿；③科学意义深远，能使人发现新方法和新观点，达到更为广阔和自由的境界。正如1900年希尔伯特在巴黎召开的世界数学家大会上，提出了上世纪数学家应努力解决的23个问题，即著名的“希尔伯特问题”。这些问题既包括大名鼎鼎的“哥德巴赫猜想”，也包括“开普勒猜想”。人们只要成功地解决其中的一个问题，都可使自己成为著名的科学家。诺贝尔物理学奖获得者李政道提出了21世纪物理学的4个重大问题，为什么我们要相信“对称”？为什么夸克不能单独存在？暗物质存在有什么依据？类星体的巨大能量来自哪里？这些很可能是本世纪物理学的研究目标。总之，超前的研究思想只有高度概括转化为研究同行易懂的科学问题，才能引起科学家研究的兴趣。

2创新过程的特点

2.1探索性

基础研究原始创新是探索未知的自然规律、自然现象，是从已知领域向未知领域的延伸，是探索未知的过程。探索和形成研究课题的假设、理论、模型等；发展可用于更为周密研究的方法；探讨开展更为周密研究的可能性。在探索过程中，往往不能被精确地遇见，有很大的偶然性，甚至超出预定的研究目标，呈现出新的苗头或方向，应该及时抓住，如x射线及中子的发现等，这都是原始创新的正常现象。通常地说，科学研究的每一项成功往往是无数次失败的结果，在失败的过程中能够遇到许多偶然出现的现象，这些现象其中也包含许多新思想的萌芽。只有那些敢于面对失败、善于观察的研究者，才能在反复的实验中发现新现象或新火花的产生，并为之继续研究探索下去。许多原始创新重大发现的线索，都是来源于研究人员能够抓住这些现象，才能够产生重要的成果。

2.2不确定性

“不确定性是高质量研究项目的固有特性”，主要表现在研究思路的不确定性，研究方法的不确定性，试驗技术路线的不确定性，导致研究结果的不确定性。对某一项具体的研究内容，可能得到预期肯定的结果，也可能得到否定的结果，甚至可能得到与此无关的结果，这种现象有人形象地比喻为“种瓜得豆”。这就要求在研究过程中对相应的研究方法、研究方案、研究目的进行适当修正完善，有可能做出根本性的调整或者抛弃原有的计划。预见性越差的研究，重要发现的机会就越大，溴的发现、青霉素的发现等都是对偶然实验现象深入研究的结果。科学研究工作允许失败，发展过程中原始创新的发生更具有不确定性、无法预测。“但如果等到完全明确了，就已经失去先机了，这就是前沿科学的特点。”相关研究数据表明：纯基础研究的成功率是3%，应用研究的成功率一般为15%。基础研究原始创新的成功率会更低。

2.3长期性

基础研究原始创新是以前没有被发现的理论、知识、方法，没有前人的研究可以借鉴，这就决定了需要长期的探索。

从科学思想到形成科学问题需要时间。任何重大发现都是建立在千千万万研究者奠定的科学成就基础上，由科学家千辛万苦的劳动取得的，就像元素周期律的发现者门捷列夫在回答他人提出的如何研究时说的：“这个问题我大约考虑了20年！”任何一项原始创新研究，从分析了解同行的前沿性工作，到研究出有价值的切入点，甚至研究思路都需要花费大量的时间。

理论的论证或者实验的实施需要大量时问。任何一项重大理论的发现或发明，可能需要研究人员几年甚至几十年的努力，有时甚至要几代人的努力，需要付艰辛的劳动，才能取得成功。爱因斯坦提出相对论，思考了10多年，安德鲁·怀尔斯证明费马大定理用了7年多的时间，丁肇中确定电子半径小到不能测量，花了近20年的时间。达尔文研究的《进化论》、李时珍编研的《本草纲目》等，都经历过漫长的研究岁月，才得以呈现在世人面前。

结论检验同样需要时间。就研究者本身，从得到发现、规律、原理等到自己满意，再经过反复实验论证，有一个补充、修改、完善和提高的过程，更需要实验和理论验证其正确性。从研究思想的形成，到项目的设计、论证到获的必要的经费支持，从实验验证到发表科学论文，这一系列的环节，构成了基础研究原始创新的研究周期。在对342项诺贝尔奖的成果统计中，50.3%的成果的研究时间是5～14年，仅有少量成果是在较多的时间内完成的。

2.4长期积累性

科学研究是一个“厚积薄发”的过程，既需要研究者学术思想和个人研究经历的积累，也需要科学自身的积累和社会发展条件的积累，这个过程绝不是一朝一夕形成的，而是经过长期积累与沉淀，才能产生原始创新成果。这种积累的本质是科学传统和学术思想的积累，还有研究人员超常的意志和毅力，以及深邃的对科学问题的鉴赏力。在科学上，从来没有人怀疑牛顿力学研究成果的原创性，但牛顿本人却谦虚地说，我是站在巨人的肩膀上，在浩瀚的海滩上捡到一个小小的贝壳而已。说明具有革命性原始创新是以大量的常规研究为基础，是继承与发展的辩证统一的结果。爱因斯坦的相对论是继承数学家庞加莱（Henri Poincare，1854—1912）在1904年的一次演讲中提出“相对论”这个名词，同时又结合当时物理学家洛伦兹（Hendrik A.Lorentz，1853—1928）早已提出来的一组极为重要的变换公式（洛伦兹变换），完成相对论的理论体系，正是这个概念导致了物理学的革命。英国剑桥大学卡文迪什实验室是产生原始创新成果的摇篮，多项成果获得诺贝尔自然科学奖，这与学术思想的积累和传承有必然的联系。

3创新结果的特点

3.1首创性

基础研究原始创新是开辟新的创新周期，而不是延长一个创新周期，其结果必须具备2个基本性质：原始性和唯一性。这2个性质是原始创新的十分重要的属性，是检验研究结论是否是首创性的基本标准。原始性是科学研究的思想、研究方法，是研究者在世界上首次提出，根本没有现成的思路、方法或者成果可以借鉴，但他又遵循自然科学研究的规律，同时又经过实验或者理论验证是正确的东西。唯一性是指研究者得到的结果，在此之前从未有第二个人提出或者预见过，也就是“从0到1”的过程，用王绶琯院士的话说：“基础研究只有金牌，没有银牌和铜牌。”否则就不是原始创新，而是跟踪创新或者模仿创新。

3.2极度超前性

基础研究原始创新产生的结果是获得新知识，其表现形式是新概念、新原理、新定律、新学说、新模型等，或者是新实验效应、实验现象、实验方法、新物质（基本粒子、新元素、新材料等）等知识产出，由于这些研究成果是极少数科学家在超越当时同行的认识水平，超越了流行的理论，超越当时科学发展的历史阶段完成的，大多数科研人员还不能够认识其意义和作用。在当时历史条件下，其应用价值研究者自己也常常难以知道，却能推动科学的发展。因而具有非常的超前性。

3.3同行承认的滞后性

由于基础研究原始创新成果的首创性和超前性特点，决定了其成果被同行承认存在滞后性。主要表现在以下几个方面：

成果的公开（发表）需要时间。基础研究原始创新成果大多数以论文的形式发表出来，而发表论文就必须经过同行评议，也就是审稿人认可才能够发表，这是同行承认的第一步，直接决定该成果是否可以发表，一旦发表论文就取得科学发现的优先权，是小范围（仅几个评议人）、“小同行”的评议和确认。

实践的检验需要时间。想要准确估计原始创新的效果需要具有较大的时间跨度。许多原始创新成果往往当時无法评价其价值，更无法得到学术界的承认，只有在漫长的科学研究和实际生产生活中，得到验证并予以接受，才承认其科学价值。

同行承认也需要时间。论文发表以后，被同行的引用视为对成果认同与否的分水岭，是在相对较大范围的同行评议，是不受时间限制的、持续性的检验。这段时问短则几年，长则几十年甚至上百年。孟德尔发表的《植物杂交实验》论文，论文发表后30年内鲜有同行引用。奥地利数学家J.Radon在1917发表的关于“拉东变换”的论文，直到60年后“拉东变换”才引起世界许多数学家的广泛关注和深入研究。由此可见成果被同行承认的时间是极其的漫长的。有些原创性成果常常不能及时被同行所认识和接受，既有同行科学家所在实验室实验条件的限制，也有科学家个人学术思想及认识水平的影响。

社会承认时间更长。研究成果的社会确认过程一般需要更长的时间，而获的科学奖励是在科学社会中的一种最终确认。有学者通过对诺贝尔获奖者的研究表明，上一世纪产出的重大成果，只有极少数是在很短的时间内获奖的，大多数研究成果经过几年、几十年甚至更长时间才获奖。也有研究者指出，从发表到获奖时间间隔：物理是13.1年，化学是14.3年，生物和医学是14.2年。特别是上个世纪后期，成果确认的周期明显滞后，确认最短的时间为5年，最长的时间为53年。这充分说明原始创新成果社会承认的滞后性。

4发挥作用的特点

4.1知识生产的牵引性

原始创新成果具有很强的牵引性，一旦在某方面取得重大的科学发现或者理论突破，就会引起许许多多研究人员对该理论的兴趣，并不断进行完善和发展，同时带动一系列相关研究领域的发展，有形成新的重大发现或者理论突破，有研究者称之为“发现之发现现象”。在1901年伦琴发现X射线后，围绕该研究就产生了16个重大成果获得诺贝尔获奖，其中化学领域有6项（10人获奖），物理领域有7项（8人获奖），生理学与医学领域有3项成果获奖（6人获奖）。图1清楚表明伦琴的科学发现带动相关科学研究发现的显性关系。原始创新的这个特点告诉我们，人类探索未知领域的进程是永无止境的，在一项重大发现之后，必然孕育另外一些新的发现，这些发现不仅建立在本学科领域的知识上，而且同时借鉴和应用其他学科领域的知识加以实现。在此研究的基础之上，对已有知识的科学整理与挖掘，也会产生重大的发现和理论创新。

4.2高新技术产生的先导性

一些文献指出，基础研究原始创新是应用研究的先决条件和催化剂，是技术创新的根本驱动力和核心技术创新的源泉。原始创新理论往往能引起科学技术领域的重大突破，产生一系列发现、发明，可能导致科学观念的变革和科学方法论的飞跃，带来重大技术革新和技术革命，开辟新的生产领域。正是由于分子生物学、生物化学和遗传学的原始创新成果，使生物技术和生物工程蓬勃发展，并广泛应用于工业、农业、医药和食品工业等方面。由于量子力学研究固体中电子的运动，导致半导体技术和电子技术的迅猛发展，开辟了全新的生产领域，有力地推动科技的发展与人类文明的进步。当前，我国把发展战略性新兴产业，作为实现产业转型升级的主要内容，需要大量原创性成果作为支撑。解决人类的健康问题、食品安全、防灾减灾等问题，各种疾病、癌症等重大疾病的致病机理，同样需要技术的重大突破，也依赖于基础研究的原始创新。研究表明，现代技术革命的成果大约有90%来源于基础科学研究的原始创新。

4.3产业发展的带动性

原始创新理论除了对科技自身发展产生重大的影响，成为高技术产生的源泉外，还将带动新兴产业群的崛起，对产业发展具有巨大的带动作用。首先促进现有产业的升级改造，成为经济持续发展的引擎。基础研究原始创新对产业发展的贡献有直接的和间接的，也有隐形的和显性的，并且这种贡献在不同的产业和不同的时期也是不同的。美国学者在研究7个产业调查数据的实证分析，得出的结论是：如果没有原始创新，约有15%的新产品和11%的新工艺无法被开发出来，基础研究到产业界应用的时间滞后周期越来越短。如IT技术高性能、网络化、智能化的广泛应用带动经济增长、推动产业升级。其次催生新的产业，极大促进经济的发展。原子结构理论的发现，电磁感应定律的发现，无线电波的发现，都相继催生了一大批新兴产业。流体力学理论的突破，推动了大飞机、高速列车技术与制造业的新发展。信息技术的发现，发明和发展催生出了以半导体、绝缘体和导体为基础的现代电子工业。爱因斯坦质能方程的确立，形成和发展了核技术，导致原子能和核能产业的发展。基础研究的原始创新作为高技术的源泉，已成为经济增长的重要因素。一个在基础科学领域依赖于他人的国家，将延缓他的工业发展速度，并在国际贸易竞争中处于劣势。原国务院总理温家宝曾指出：“中国要抢占未来经济科技发展的制高点，必须依靠自己的力量拿出（基础研究的）原创成果。”

5创新者的特点

5.1有持续的兴趣性

趋利性是很多科学家从事科学研究活动时的行为规范，也是一种游戏规则。换句话说，通过“科学”追求“利益”需要遵循一定的规则，其中重要的一条是不能要求产生的科学知识直接为生产者自身的“利益”服务。这是因为利益常常导致偏见和盲目。要想在基础研究领域取得重大原创性成果，科研人员需要具有淡泊名利的人生境界，不为外在的名利、官位所束缚，也不为自己所做出的贡献而居功自傲。必须志存高远、虚怀若谷，敢于坐冷板凳，具有十年磨一剑的功力，才能在基础研究过程中，取得重大原始创新成果。科学发现的最大报酬是“新发现带来的激动”。屠呦呦39岁时，开始研究青蒿素治疗疟疾课题，持续46年，一心扑在研究上，对科研攻关达到痴迷、忘我、牺牲的程度，付出常人难以想象的代价。她能获得诺贝尔奖，是几十年来持之以恒用点点滴滴的血汗换来的。青蒿素的研究历史最大的启示是“扎实做事”，发现青蒿素是平凡的人通过认真的工作，在条件有限的情况下做出的杰出成就。所以说，研究个体有非功利性，否则是难以从事基础科学原创性研究。

5.2师徒的传承性

中国有句至理名言“名师出高徒”，这句话在诺贝尔奖获得者中，反映尤其显著，是对名师指导作用的充分肯定和有力证明。美国学者朱克曼对1972年以前美国92位诺贝尔奖获得奖者统计表明，有师徒关系的获奖人的比例都是非常高的，其中物理学领域是61.3%，化学领域是57.9%，生理学和医学领域是42.9%。图2表明了师徒之间的传承关系。再如1909年获得诺贝尔化学奖的奥斯特瓦尔德，培养出瓦尔特·能斯特（1920年获奖），瓦尔特·能斯特又培养出美国的物理学家罗伯特·密立根（1923年获奖），密立根指导了卡尔·安德森（1936年获奖），安德森又培养了唐纳德·格拉赛（1960年获奖）。这师徒五代传承了半个多世纪。名师通常依靠自己渊博的知识、高超的研究能力、魅力四射的人格，对学生施以更加优良的训练，把最先进知识传授给学生，使其置身于学术研究的最前沿，引导本身力量通常不可能达到的水平。

有学者对372位诺贝尔科学奖获得者進行统计，研究发现从获得博士学位开始从事科学研究，并做出重大发现，二者之间平均为13年，短则1年，长达48年。该研究还表明，从事研究工作6～15年是重大发现较为集中的时间，随着时问的推移，做出原创性成果的几率随之降低。而绝大多数学者获得博士学位的年龄在22～29岁之间，由此推算35—42岁之间是做出原始创新成果的最佳年龄，这已经引起我国相关部门引起高度的关注。

5.3研究者的群体性

虽然创新思想是某一个或几个主要人员提出来的，但要从实验和理论的实现或者验证，需要相关研究领域科研人员密切合作才能得以实现，涉及知识的领域多、使用的仪器设备多、消耗的资源多，尤其在当今科学发展的条件下，更需要具备各方面知识人员的积极配合，才能取得成功。现在“科学正朝着极大、极小和极复杂的方向发展”。显然，无论是“极大”、“极小”还是“极复杂”，都清楚地表明：科学探索的难度越来越大。如屠呦呦获得诺贝尔生理和医学奖，虽然是她“第一个发现青蒿素对疟疾寄生虫有出色疗效的科学家”，但从问题的提出到研究、药效、临床等一系列工作的完成，还是有一个庞大的科学家研究群体共同完成的，他的贡献绝对是最重要的。再如“人工合成具有生物活性的胰岛素”的研究，涉及的单位有中国科学院上海生物化学研究所、上海有机化学研究所和北京大学生物系3个单位，以钮经义为首，由龚岳亭、邹承鲁、邢其毅等科学家共同组成的研究小组，在前人对胰岛素结构和肽链合成方法研究的基础上，探索用化学法合成胰岛素。经过几年的研究，终于取得举世公认的原创性成果。