欧洲经济发展与科技关系研究与启示——基于公元1—1913年数据定量分析

王高峰，胡韦唯，徐 飞

(中国科学技术大学科技哲学系，安徽 合肥 230026)

1 问题的提出

科技与经济的相互促进关系已经是科技界、经济学界的广泛共识，当代西方科技的进步为经济的发展注入了源源不断的动力。西方学者指出，知识和人力资本是经济增长的助推器，进一步把经济增长建立在内生技术进步上，科学地建立技术进步内生的增长模型[1]。纵观欧洲两千年的科技与经济发展历史，科技的发展既有中世纪的低谷期，又有近代文艺复兴和工业革命后的高潮期。科技以什么方式融入经济系统，来发挥其经济功能？欧洲每个时代的科学家群体又是如何影响同时代甚至未来的科技与经济发展，并逐步形成当代发达的西方科技与经济？目前，这些问题还没有学者进行研究和厘定。

英国著名经济学家Angus Maddison经过长期研究，建立了世界各国主要宏观经济指标的长时间序列数据库[2-3]。本文依据麦迪逊数据库，将欧洲近两千年来的历史进程划分为十个时间段，截止时间是1913年，与麦迪逊数据库欧洲古代的统计时间保持一致。以十个时间段的GDP总量、人均GDP、科学发现总量、科学家人数为样本，应用SPSS社会科学统计软件，定量分析了欧洲从古代到近代科技发现和科学家数量对同一时间段经济和下一个时间段经济的影响，以期从西方科技与经济的影响中探究模式，为现代科技与经济发展政策的制定提供借鉴。

2 古代欧洲经济与科技的数据分析

2.1 数据来源

本文的欧洲GDP数据来自麦迪逊数据库，人均GDP数据由数据库中西欧国家和7个东欧国家GDP总和除以相关国家总人口得到，折算成1990年固定价格数。近期有学者对麦迪逊数据进行了修正，但并不影响麦迪逊数据的权威性[4]。文中科学家人数来源于 《科学家大辞典》[5]及 《世界科学家大辞典》[6]，自然科学和人文科学按照 《世界科学家大辞典》的分类[6]，包括数学、物理、化学、天文、地理、生物、医学、农业和工程技术这九类有代表性学科，人文科学包括相关人文与社会学科分支，涵盖哲学、社会学、心理学、历史、科学思想等学科，在其中筛选了欧洲各个时期有代表性的自然科学家和人文科学家。科技发现数据来源于 《人类科学发现发明词典》[7]，该书收录了几千年来中外的主要科技发现，文中筛选了其中欧洲的重要科学发现，比较客观地反映了古代欧洲的科学技术成就 (见表1)，有些学科人数极少，如历算、气象、水利等学科，就未在表1中列举。在数据选取时，如果科学家横跨两个学科领域，则两个学科都分别累计，跨越两个不同时间段的以主要贡献在哪个时间段计算，力求统计数据可靠有效。

表1 各阶段GDP与科学家人数及科学发现关系分布 单位：个

2.2 数据整合处理

为了更方便研究科技与经济的定量关系，我们将各个学科整合成自然科学、基础科学和人文科学三大类，这样可以更加直观地观察科技与经济的作用模式。文中的基础科学是指为其他学科发展提供一种理论工具和手段的学科，如数学、历算、数理逻辑等学科。自然科学包括物理、化学、天文、地理、生物、医学、农业和工程八个学科，对以上数据进行分析并概括为表2。这样，用GDP总量和人均GDP代表各个时间段欧洲的经济发展水平，用科技发明总量代表科技发展的水平，用科学家总人数、人文科学家、基础科学家和自然科学家作为经济与科技发展程度的影响因子，通过分析不同学科科学家人数跟科技和经济的关联性，发现科技与经济的作用模式。

表2 各阶段GDP总量、科技发明总量与各类科学家人数分布 单位：个

2.3 古代欧洲科技与经济的相关性分析

将表1和表2的数据通过SPSS软件进行相关性分析，发现欧洲近两千年的自然科学家数量和各学科发明与经济发展都具有高度相关性。从表2可以看出，欧洲的经济总量和人均GDP与科学家数量和发明总数都呈正相关，科学家数量和发明总数增长，经济也相应增长，并没有出现反复甚至下降的情况，再次证明了欧洲古代的科技发展与经济具有内在的关联性和规律性。然而，古代欧洲的科技与经济发展的速度和水平并不均衡，比如公元1世纪欧洲的GDP总量是130亿美元，但是到了公元1000年欧洲的GDP总量仅有128亿美元，主要原因是公元1到500年，欧洲战乱频繁；公元500年后，教皇国出现，中世纪封建和神权制度对经济和科学发展的压制导致这段时期经济和科学发展缓慢。

欧洲的科技与经济也有突飞猛进的两个发展阶段，第一个突飞猛进的发展阶段是中世纪结束后的文艺复兴时期，思想的解放极大促进了人文学科的发展。文艺复兴期间，人文科学家的数量增长率是168%，而文艺复兴运动后，从1500到1913年，每百年人文科学家的数量增长率分别是-45.9%、7.5%、185%和-65%，远远低于文艺复兴运动期间的增长率。文艺复兴期间，人文学科的发展促进了科学家人数和科学发现总数的增长，分别增长了240%和121%，也推动了整个欧洲的GDP和人均GDP增长，分别增长了295%和78.8%。可见，人文学科的蓬勃发展，必将为科技和经济的增长提供内在的源源不断的精神动力。第二个突飞猛进的阶段是发生在第一次工业革命和第二次工业革命期间，时间从18世纪60年代横跨到20世纪初，欧洲资本主义大生产代替了农业的手工作坊生产，催生了工业革命，科学家人数和科学发现总数分别增长了203%和313.4%。同时，整个欧洲的GDP数值和人均GDP数值分别增长了445%和173%，工业革命的百年GDP数是上一个百年GDP数值的4倍，人均GDP数值是上一个百年的将近2倍。可见，工业革命对科技水平和经济增长的促进作用非常明显。

20世纪以后科技发展对经济的促进作用愈发明显，已经是科学界的共识。20世纪50年代中期，美国著名经济学家索洛发现经济的实际增长远大于资本与劳动贡献所带来的增长，而这一差额，也就是索洛余值是由 “技术进步”带来的[8]。之后，丹尼森提出将能提高生产效率的因素称为 “全要素生产率”，用来扩充索洛提出的 “技术进步”概念，因而 “全要素生产率”被称为 “广义的技术进步”，或者直接称为科技进步[9]，这些都印证了科技发展对经济的促进作用。欧洲古代的科技对经济影响的规律与20世纪以后的情况既有一定的内在联系，又有一定的区别，具体情况目前学术界尚未有明确的结论。

从东西方的视角来看，欧洲古代科技与经济的相关性并不具有世界普遍性，中国古代科技与经济的发展并没有呈现这么明显的正相关性，中国在隋朝期间，科技发明和科学家人数比南北朝时分别下降50%和67.1%，但是GDP数值却上升了61.1%。欧洲文艺复兴和工业革命前后，已经开始进入资本主义革命时期，极大地解放了生产力，促进了科技的飞速发展。而同时期的中国还处在小农经济为主的封建制度下，抑制了科技与经济的发展。所以，欧洲这一时间段科技对经济的作用在同一时间段的中国并未得到体现。

在近代，民国的科技发明总量比清朝增长了135%，GDP数值却基本没变，只上升了不到5%，科技发明数量和科学家数量对经济的促进作用具有明显天花板效应[8]，这也与中国当时并没有打破封建的小农经济制度有关。从根本上来说，生产方式的落后是中国古代科技对经济的作用与欧洲不同的原因。

3 古代欧洲科技与经济影响模式分析

3.1 科技对经济的加速促进作用

为了更直观地体现欧洲古代两千年的科技对经济的作用，我们用SPSS软件分析GDP指标与科学家总数量、科技发明数量的相关关系，如图1和图2所示，图中圆点表示实际数据，曲线为二次曲线拟合。可以看出，一是科学家总数与科学发现总数对经济促进作用的曲线高度一致，也就是说，无论是科学家总数增加还是科学发现总数增加，他们对经济的促进效应是非常相似的，并不会存在较大差异；二是随着科学家总数与科学发现总数的增加，这种推动力是持续作用的，并不会出现促进作用减慢或者达到一定界限就不会促进的 “天花板”效应，而且从曲线的状况看，一开始的促进作用是缓慢的，随着科学家总数和科学发现总数积累到一定程度，曲线向上的斜率迅速增加，表明对经济的促进效应具有加速度效应，不是一成不变的，而且总数越大，加速度越大。

从相关性的角度来看，科学家总数和科学发现总数都与GDP总量呈高度相关性，为了进一步厘定科技影响因子对经济影响的因果关系，我们将

图1 科学家总人数与GDP关系

图2 科学发明总数与GDP关系

科学家总人数和科学发明总数与GDP总量做线性回归分析，结果见表3。通过表3，我们发现相对于科学家总数，科学发现总数是促进经济增长的原因，p<0.01，两者的因果关系具有很强的显著性。通过线性回归分析，发现科学家总数增加引起科学发现增加，两者之间也有明显的因果关系，p<0.01，结果见表4。本文中的科学家总数由自然科学家、基础科学家和人文科学家组成，为了进一步分析这三类科学家对科学发现影响的不同，我们将这三类科学家人数作为自变量，与科学发现总数进行线性回归分析，发现只有自然科学家总数对科学发现有显著促进作用，p<0.1；基础科学家总数和人文科学家总数对科学发现的总数影响都不显著，p>0.1，结果见表5。

表3 科学发现总数与GDP总量线性回归检验

表4 科学家总数与科学家发现总数线性回归检验

表5 三类科学家人数与科学发现总数线性回归检验

通过上述分析，可以看出欧洲近两千年的科技对经济的作用模式，也就是自然科学家总数增长显著促进了科学发现总数增长，而科学发现总数增长又是不断推动经济增长的原因。这一结论并不难理解，从欧洲的科学家人数的统计来看，自然科学家总数占了科学家总人数的68.74%，是科学发现的主力军。同时，自然科学的发现很多是应用学科领域，可以直接促进经济增长，而人文科学和基础科学领域的成果在古代往往很难转化为直接的生产要素，来带动经济增长。

3.2 人文科学对经济发展的间接作用

将表1和表2的数据通过SPSS软件分析，发现自然科学、基础科学以及科学发现数量与欧洲经济发展呈现高度正相关，相关系数都大于0.9，甚至接近1；而人文科学与经济发展的指标GDP和人均GDP的相关系数只有0.603和0.640，要远远低于自然科学、基础科学以及科学发现总量与经济的相关系数。GDP与科学发现和科学家人数的相关性分析见表6，由表6还可以看出，在欧洲古代，人文科学的发展不是直接作用于经济，直

表6 GDP与科学发现和科学家人数的相关性分析

接推动经济发展，而是通过推动社会群体对自然界的认识，以及打破落后制度对生产力发展的桎梏，创造科技发展的环境和社会氛围，推动社会群体对未知领域的探索和科技的不断进步来带动经济发展。文艺复兴运动解放了欧洲社会思想，打破了神学对科学发展的桎梏；近代资本主义制度的建立催生了工业革命，打破了封建小农经济对科学发展的限制。

人文科学与经济的相关系数，欧洲古代与中国古代非常类似，中国古代的人文社会科学发展与GDP的相关系数只有0.536[10]，反映了人文科学对经济的作用在东西方古代的一致性。中国人文科学比较发达的时期，经济发展水平也非常高。欧洲文艺复兴时期，人文科学与自然科学比翼同飞，社会制度、人文环境等潜在因素对科技创新显著的正向影响一直持续到当代[10]。同样，中国在汉代、唐宋时期，人文科学大繁荣，这一期间自然科学和科学发现一样璀璨，GDP的总量也遥遥领先于世界[11]。欧洲的人文科学对自然科学的影响也并不均衡，通过SPSS软件分析，可以看出，人文科学家数量对自然科学家数量相关性最高的是天文学、数学和地理科学家的数量，相关系数分别是0.743、0.677、0.651，这是第一层次；第二层次是物理和化学，分别是0.612和0.614；第三层次是生物、医学、农业和工程科学家，都在0.6以下，其中生物和工程科学比较接近，医学和农业也比较接近，见图3。

图3 人文科学家与自然科学家人数的相关性分析

出现这样的相关性也契合了欧洲的科学发展历程，欧洲文艺复兴运动期间，人文科学家对天主教会和神学进行了猛烈批判。哥白尼的 “日心说”向封建神学的 “地心说”发起挑战；哥伦布、麦哲伦等探险家开辟了新航路的同时也论证了 “地圆说”，推动了地理大发现，促进了新的宇宙观形成，带动了天文和地理学科的发展，并进一步推动人们直接观察和研究大自然，推翻封建神学对世界的错误认识，这也必然会带动研究自然的科学工具如数学学科这样的基础学科发展。

从上述相关性三个层次来看，人文科学的发展可能首先影响的是涉及人们世界观的学科发展，中世纪天文学的发展就是一个很好的例证。同时，人文科学更加偏向于推动基础学科的发展，而不是应用科学。农业、工程、医学这三个学科在欧洲古代与社会生活息息相关，应用性最强的学科反而与人文科学的相关性系数最低。可见，人文科学往往不直接作用于生产要素，而是间接影响生产要素的发展，再推动经济发展。到了近代，科技政策上升到国家层面，如万尼瓦尔·布什 (Vannevar Bush)的 《科学：没有止境的边疆》，对美国的科技发展产生了深远影响，世界各国根据自身发展的需要直接通过政策调整科研资源分配，体现了人文科学对生产要素的影响可能会从间接影响转变为直接影响[11]。

3.3 科学家比重对经济发展的作用

为了解欧洲人口数量变迁对科学家比重的影响，以及可能对经济发展产生的不同效果，我们将欧洲古代每百万人口拥有的科学家数量、自然科学家数量、人文科学家数量、基础科学家数量和GDP总量指标进行SPSS分析，圆点表示实际数据，曲线由三次方程曲线拟合，得出它们之间的关系，如图4～7所示。

图4 人均科学家与经济的关系

图5 人均自然科学家与经济的关系

图6 人均人文科学家与经济的关系

图7 人均基础科学家与经济的关系

从图4和图5可以看出，科学家和自然科学家在人口中的占比水平对经济的作用模式比较一致，无论是科学家总数还是自然科学家总数，当其在总人口中占比低于一定水平时，都无法对促进社会经济的发展带来直接影响，只有占比超过一定水平才会不断促进经济发展，而且这种促进随着占比的提升会产生加速促进效应。这一结果也提示国家对人才的培养要有规模效应，要扩大大学本科和研究生的教育规模，来提升整个社会的科学素质。国家既要培养科学精英以实现科学的重大突破，也要培养大量的普通科研工作者，通过人才的规模效应来提高科学家在人口中的占比，将科研成果迅速转化到生产要素中，以推动经济增长。

由图6可见，人文科学家数量在社会人口中的占比对经济的影响效应比较复杂，有个先下后上的效应，同时，当占比达到一定程度时，对经济的影响会产生 “天花板”效应。这种情况再次验证了人文科学不是直接作用于经济发展，当人文科学家在社会总人口中低于一定比例时，甚至都无法影响生产力各个要素，只有占比达到一个较高的水平时，才会对生产力要素产生渗透，推动经济发展。当这种间接的影响产生出来，其达到的占比率要远远高于自然科学家的占比率。图6还反映出人文科学家数量在社会人口的占比过高时，超过一定的度，对经济的促进作用反而并不明显，这可能是由于过多的人才选择从事人文科学，会影响从事自然科学和基础科学的人数，甚至会导致自然科学家和基础科学家在人口中的占比数量下降，从而影响科技发展速度，也会影响经济的增长。

由图7可见，基础科学家在社会人口中的占比与人文科学家具有同样的 “天花板”效应，基础科学研究与人文学科类似，它作为应用科学研究的手段和工具并不直接作用于经济，而是通过提供方法和手段推进应用科学发展，从而推进经济发展。所以，基础科学家也需要一定的规模效应，才能推动基础研究领域的突破，进而使应用科学的发展也产生相应的质变。因此，要重视基础科学家的培养和占比，当然，过犹不及，如果过多的科研人员从事基础研究而忽视应用研究，那么应用科学家的数量必然会受到影响，从而影响科研资源的分配。应用科学科研资源的减少也会影响基础科学的研究成果迅速在应用科学中得到运用，必然造成科研成果束之高阁，无法转化为现实生产力，对经济的增长作用也会下降。

3.4 科学家数量对下一时间段经济发展的作用

通过SPSS软件分析，发现对下一阶段的影响与对同时代经济影响的相关性具有高度的一致性。自然科学家数量和基础科学家数量与下一阶段的GDP总量相关系数均大于0.9，都是高度相关；人文科学家数量与下一阶段的GDP总量相关系数是0.591，与对同一时间段GDP总量影响的相关系数0.603非常接近。

为了进一步研究科学家数量对下一阶段经济发展影响的内部规律，我们将数据进行三次方程的分析拟合，得出关系图8～10。从图中可以看出，自然科学家数量和基础科学家数量对下一阶段的经济发展影响曲线图比较相似，也就是说，无论是从事自然科学研究还是基础科学研究，以及他们科学发现的成果，对未来经济都有持续的加速促进作用，区别是基础科学家数量对未来经济发展

图8 自然科学家总数与下一阶段的经济关系

图9 基础科学家总数与下一阶段的经济关系

图10 人文科学家总数与下一阶段的经济关系

的加速促进作用明显大于自然科学家数量和科学发现的总量，提示我们基础科学家数量对未来经济发展的重要性。在此基础上，我们分析自然科学家、基础科学家和人文科学家之间的数量关系对下一阶段经济的作用，将人文科学家、基础科学家和自然科学家在科学家总数的占比与下一阶段的GDP进行格兰杰因果关系检验，显示人文科学家和基础科学家在科学家总量中的占比是引起下一阶段GDP变动的原因，而自然科学家的占比对下一阶段GDP的变动没有影响。由于人文科学家和基础科学家的占比与下一阶段GDP呈正向相关关系，可以认为人文科学家的占比和基础科学家的占比分别是下一期GDP增长的原因，具体结果见表7。

通过上述分析可以看出，基础科学家人数对当代经济的影响与未来经济的影响不同，基础科学家人数和研究成果可能对同一时代的应用科学

表7 各类科学家占比与下一阶段GDP格兰杰因果关系

起到极大促进作用，如牛顿-莱布尼茨的微积分迅速在物理学当中得到广泛运用。但通过格兰杰因果关系得出的结论，可以提示我们基础科学主要是做基础研究的，更多的是原始创新、理论创新，而这种基础创新的成果需要一定时间转变为技术创新、应用创新的成果，才能给经济发展产生直接推动力。所以，基础科学与未来经济发展相关性更大。这一点也能在科技发展史中得以验证，有很多基础科学家的研究成果在一段时间内并没有得到科学界认可和应用，甚至招来一些权威们的极力反对，被长期搁置和争论，如被后人称为集合论的创始人格奥尔格·康托尔提出的集合论，一直等到他去世多年才被证明是正确的。这样的情况在基础科学的研究中并非个例，这些案例也佐证了基础科学的成果不一定会在同一时代得到认可和运用。

人文学家总数对未来的经济发展作用也是复杂的，人文学家的数量对当代的经济影响并不显著，一个时期人文学家的占比会对未来的经济影响具有格兰杰因果关系。从图10可以看出，人文学家对未来经济的作用产生要有一个前提条件，就是在当代人文学家必须达到一定规模，产生规模效应，才会对未来的经济产生显著关联性。也就是说人文学家数量达到一定规模后，其人文成果对生产力要素的渗透也需要一定的时间，才能转化为现实生产力。

4 欧洲古代科技与经济发展模式的几点启示

4.1 注重科技创新的积累

从总体来说，科技发现的总量对同一时间段和下个时间段的经济发展都有明显促进作用，而且随着科学发现数量的累积，会对经济发展有加速促进作用。从国家的层面来看，中国目前注重创新，建设创新型国家的政策无疑带动了科学发现的增长，给经济发展注入了源源不断的动力，为经济的高速发展奠定了基础[12]。因此，国家科技创新政策一定要不断完善，要优化对科技创新的投入，确保有限的投入产生最大的科技创新效应，来持续推动科技创新数量的增长。

科学家做出重大原始创新的阶段都是在年轻阶段，百年诺贝尔医学奖获奖者做出获奖成果的平均年龄是41岁[13]，虽然现在国家在科研政策上加大对年轻科研工作者的投入，强调原始创新，我们也不否认原始创新对推动社会经济的作用，但是通过欧洲近两千年的科技发现对经济的作用可以看到，要推动经济的加速发展，还是要依靠科技发现数量的不断积累。因此，我们在制定科技发展政策时，不能过于关注原始创新的数量或者重大创新数量，也要关注一般创新，甚至是在别人创新基础上的二次创新数量。现在科研机构和大学往往强调原始创新，但是这种引导抑制了一般创新，反而对整个经济发展产生不利影响。

4.2 注重自然科学家数量的提升

从文中分析可见，欧洲古代自然科学家数量的提升推动了科技发现增长，科技发现增长又是经济增长的原因，因此，不断提高自然科学家的数量，无疑是确保经济长期增长的稳定剂。从提高整个国家公众科学素养的角度来看，自然科学家的数量也至关重要。20世纪70年代末恢复高考时，社会对学生选择专业方向的口号就是 “学好数理化，走遍全天下”，这句口号体现了社会对自然科学的重视，到现在也不过时。改革开放在政策上推动了中国科技与世界的交流，大量引进国外先进的科学技术和成果，也是促进中国经济这么多年来长足发展的主要动力。

当然，科技不能完全依靠引进，对于中国这个人口大国，自然科学家数量的提升更为重要，自然科学家在人口中的占比只有达到一定数量，才会对经济产生持续加速作用。要提升自然科学家的数量，一方面要加大自然科学家人才的培养，让更多的人投身于自然科学研究领域；另一方面也要发挥老年学者的作用，尽量延长其科研工作时间，确保自然科学家在人口总数中的占比。从近十年诺贝尔奖获得者分析来看，自然科学奖获奖者 (不包括经济、和平和文学奖)做出获奖成果的平均年龄有延后趋势，某种意义上看，此前认为的 40岁和50岁两个创造力高峰时段也有合二为一的趋势[14]。因此，继续在政策上引导年老的自然科学家发挥丰富的科研经验，在科研人才培养上做出贡献，也至关重要。

4.3 科学与应用科学的发展

基础科学研究对经济长远发展是十分有利的，但是，基础科学的成果不可能像应用学科那样对经济的刺激那么明显，基础科学研究往往并不体现在社会直接需求上，所以社会和企业资本的直接投入寥寥无几，以数学科学为代表的基础科学又是应用科学发展突破的工具，基础研究的落后必然影响未来国家整体的科技实力，进而在未来会影响国家经济新的增长。

基础科学研究的重大突破可能来自科学天才，如牛顿、爱因斯坦、薛定谔等，但是没有大量基础科学研究者们默默的支撑，天才也很难脱颖而出，牛顿也很难成为 “拾到美丽贝壳”的幸运儿。基础科学研究也应该得到国家科技发展政策的倾斜，确保一定的研究规模。目前世界各国开始从国家层面重视制定和实施促进应用科学的发展政策，但各国却没有制定促进基础科学尤其是数学科学发展的国家政策。因此，要想争夺未来科学发展的高地，保持未来经济持续增长力，促进包括数学科学在内的基础科学发展的国家战略政策，已经是科学发展战略环节中的重中之重。

4.4 科学的长远规划

从欧洲的发展历程来看，人文学科极大地推动了科技发展，为资本主义经济在欧洲的确立打下了基础。人文科学的繁荣不只体现在整个社会精神文明的层面上，也会成为经济发展的支柱。从国家的战略发展角度看，文化的繁荣一方面可以形成新时代民族的精神追求，防止外来文化的侵蚀造成社会思想混乱，对社会发展的稳定性起到重要作用，并给经济发展提供一个稳定的社会环境；另一方面，21世纪以来，人文科学的发展已经越来越直接渗透到文化产业中，从过去的间接刺激逐渐到现在开始直接刺激经济的增长。从当今的社会发展趋势来看，文化产业在经济中的比重越来越大，当人文科学家数量达到一定程度时，对未来经济的促进曲线的斜率已经大于自然科学。但是，中国在文化产业领域高质量的文化服务和产品出口还远远低于文化产业大国美国[16]。因此，国家要及时制定人文科学的长远发展规划，培养更多的人文学者，加大对文化产业的投入，扩大文化产业在社会经济生活中的比重，要有百年的规划，来不得半点急躁。