基础科学研究是科技创新的源头

张钦徽

（中国科学院大学人文学院，北京100049）

人类历史上的三次工业革命都极大地促进了生产力的发展。第四次工业革命已经到来，它以信息通讯技术、网络空间虚拟系统、信息物理系统、生物技术等新兴技术集群优势，推动制造业的智能化转型，实现数字空间、物理空间和生物空间的深度融合。抓住第四次工业革命的历史机遇对中国未来的科技发展至关重要。习近平总书记指出，与前三次工业革命相比，第四次工业革命是指数级而非线性速度展开的，创新是引领发展的第一动力，必须在创新中寻找出路。在第二次工业革命之后，几乎所有重要的科技创新和发明创造都依赖于基础科学研究的重大发现。在2021-03-05的政府工作报告上，总理李克强指出，基础研究是科技创新的源头，要健全稳定支持机制，大幅增加投入，中央本级基础研究支出增长10.6%，坚持创新在中国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。

基础科学研究是科技创新的源头，因此，大力支持基础科学研究已成为国家科技政策的重要战略，并被写入国家发展规划纲要。在2021-03-12新华社公布的《国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要》的第四章第三节“持之以恒加强基础研究”中，就有加大基础研究财政投入力度、优化支出结构，将基础研究经费投入占研发经费投入比例提高到8%以上等具体目标。然而，基础科学研究经费的投入增加，并不等于科研水平的大幅提高。早在2010年，英国每日电讯就刊出题为《中国科研将在2020年领导世界》的文章，当时就有中国学者担忧10年后领先的恐怕是论文数量而非科研能力。10年过去了，中国科研依然量胜于质，学术论文的数量与科研的能力并不成正比。本文将分析中国的科研经费开支结构、科技人力资源状况，以及SCI发表的中国论文数量、高引用指数等方面，探究中国科研为何量胜于质的原因，并对以下几个问题进行初步探讨：科研经费投入大幅增加，是否等同于科研水平大幅增加？影响科研水平的重要因素是什么？基础科学研究对科技创新的重要性如何？科学发展如何才能可持续增长？

1 基础科学研究经费稳步增长但占比低

在“大科学”时代，科学研究需要大规模的投资，以及多名科学家合作才能得以完成，因此，绝大多数国家的科研工作主要以任务驱动，在中国更是如此，加大科研任务而随之加大对科研经费的总投入。2019年，中国研究与试验发展（以下简称“R&D”）经费总投入为22 143.6亿元，比2018年增加2 465.7亿元，R&D经费投入强度（与国内生产总值之比）为2.23%，比2018年提高0.09个百分点。在科研经费投入规模以及投入强度方面，中国仅次于美国，位居全世界第二，但在R&D经费总投入的增长速度方面，中国远远超过了美国。2015—2019年，中国R&D经费总投入与上年相比分别增长8.9%、10.6%、12.3%、11.8%、12.5%，可以看到，近4年来中国R&D经费总投入已实现两位数的稳步增长，而美国2010—2015年间的R&D支出的年平均增速仅为2.3%。

然而，分析科研经费的结构时发现，在以任务驱动为主的科研背景下，中国对基础科学研究的重视程度还远远不够。2019年的R&D经费总投入中的基础研究部分，占比仅为6%，而应用研究和实验发展的经费占比则为11.3%和82.7%。2017年的美国这3个数据分别为17%、20%、63%。2007年以来，中国基础研究经费占比一直为4.7%左右，到2015年才首次突破了5%。尽管R&D经费总投入逐年大幅增长，增长速度远超美国，其中，基础科学研究的经费支出也稳步增长，但与发达国家的基础研究经费占比（15%左右）相比，仍然有很大的差距。

衡量一个国家的科技活动规模、科技投入水平和科技创新能力高低的重要指标为R&D经费投入强度（与国内生产总值之比）。中国的R&D经费投入强度自1995年（0.57%）以来逐年增加，2002年达到1.06%，2014年首次突破2%（2.02%）。2015年，R&D经费投入强度为2.07%，比2014年增长了0.05%，该数据比“十二五”规划确定的发展目标2.2%低0.13个百分点。随着中国的GDP持续增长，R&D经费投入强度逐年增加并保持着稳步增长的势头，但仍然不及美国、日本等国家。中国的“十三五”规划提出了R&D经费投入强度2.5%的发展目标，至2019年中国R&D经费投入强度为2.23%，与“十三五”规划确定的目标低了0.27个百分点。

中国政府为推进科技进步和创新，采取了一系列措施。其中，除了不断加大科研经费总投入及投入强度，逐步完善科技奖励制度，建立产学研相结合的创新体系，鼓励科研人员大胆创新，还实施了一系列人才工程和科技人才计划，建设“人才特区”，引进海外高层次人才。这些措施使中国成为第一科技人力资源大国。2018年，中国R&D人员总数为438.1万人年（万名就业人员中R&D人员为56.5人年/万人），比2017年增加34.8万人年，增长8.6%，比2017年提升了4.6个百分点，其中，R&D研究人员为186.6万人年（万名就业人员中R&D研究人员为24.1人年/万人），而美国这一数据仅为143.4万人年（万名就业人员中R&D研究人员为92.3人年/万人）。虽然R&D研究人员总数中国位居第一，但每万名就业人员中，美国R&D研究人员的数量是中国的3.8倍。

中国对科研经费总投入和投入强度的增加以及科技人才总量的增加，并不等同于中国的科研水平也在等幅提高。对一个国家科研水平的衡量，还涉及论文发表数量、可引用文献量、自引量、被引频次、高引用指数（H-index）等要素。2018年，被SCI收录中国的科技论文为41.82万篇，在数量上，中国已连续十年排在世界第二位，占SCI收录的世界科技论文总数的20.2%，所占比例提升了1.6%。2018年，美国被SCI收录的科技论文为55.2万篇，占总数的26.7%，是中国的1.3倍，排名第一。2018年，排名前五的国家分别为美国、中国、英国、德国、日本。

2009—2019年（截至2019-10）中国科技人员共发表国际科技论文260.64万篇，稳居世界第二位，但每篇文章被引频次在2019年仅为10.92次（2018年为10次），低于世界科技论文平均每篇的被引频次——12.68次。2019年，中国的高引用指数（H-index）仅为884，排在第十三位，约为美国的1/3（美国为2 386，排名第一）。据2019年的《英国科研表现之国际比较》报告，中国的科技论文在2018年的域加权引用影响因子（Field-weighted citation impact）约为1.03，近五年时间增长了30%（2013年为0.79），增速排在世界第一位。该指数的世界平均水平为1，大多数发达国家的该指数在1.2～1.6之间。2018年，英国为1.56，排名第一，美国为1.4，排名第二。由此可见，中国学术论文的数量一直位居世界前列，在影响因子方面暂时偏低，仅仅达到世界平均水平，但是影响因子的增速较快。

2 中国以任务为导向的科研政策

目前中国R&D人员总数居世界第一位，科研经费总投入的规模以及全球占比居第二位，收录在SCI的中国的科技论文总数量连续多年排名第二，然而，2019年中国的基础科学研究占R&D经费总投入的比例仅为6%，R&D经费投入强度为2.23%，和发达国家相比仍有很大的差距。2019年中国的论文高引用指数（H-index）仅排第十三位，域加权引用影响因子（Field-weighted citation impact）仅为1.03左右，约为世界平均水平。可以看出，中国的科研经费规模虽然居世界第二位，但产出效率却不高。被SCI收录的中国的科技论文总量也居世界第二位，但论文在质上和影响力上则有待提高。

中国的科研水平与多数发达国家相比，仍然有很大的差距，原因之一是以任务导向为主的科研政策。建国初期，百废待兴，个人与国家的命运紧密相连，知识分子们将自己的个人兴趣融入到国家需要中，国家的需要就是个人梦想，国家的需要就是研究方向。科研人员将国家需要和国家任务放在第一位进行科学研究，在他们心中，科研任务永远是第一位，个人兴趣永远是第二位。1956-01，周恩来总理在政治报告中提出“向现代科学技术大进军”的号召。在这样的号召之下，老一辈科研人员潜心研究，才有了1964年第一颗原子弹、1967年第一颗氢弹和1970年第一颗人造卫星的试验成功。

20世纪60年代中期，党中央在政府工作报告中提出，要把中国建设成为一个具有现代农业、现代工业、现代国防和现代科学技术的社会主义强国，实现“四个现代化”。在1978年之前，国家参照的是苏联的科研政策，因此，实行的是自上而下的计划式的科研体制，采用科研院所、高校和企业相互独立的结构，用计划来推动科研项目和科研任务。改革开放之后，中国政府响应党中央“科技是第一生产力”的号召，鼓励科学技术与经济相结合，使得科学技术成果尽快转化为经济效益和社会效益，发展国民经济，提高人民的生活水平。

邓小平“92南巡”之后，对中国的科研政策进行了比较大的调整，科技工作开始大举面向经济建设的主战场，大力发展高科技产业，同时加强基础科学的研究。1995年，党中央发布了《关于加速科学技术进步的决定》，在这份决定中，再次强调“科教兴国”战略，“全面落实科学技术是第一生产力的思想，坚持教育为本，把科技和教育摆在经济、社会发展的重要位置”。1977-10召开全国自然科学学科规划会议，提出要在八年内“建成学科门类齐全，拥有一批现代化实验室的基础学科研究体系”。中国政府在科技政策上一直重视基础科学的研究，但仍然要求基础研究要把国家目标放在重要位置，瞄准国家目标和世界科学前沿。由于中国的科研政策改革与经济建设紧密联系，并以在市场中的生存能力为判断标准，所以，尽管中国的技术发展水平取得了前所未有的进展，而一些以基础科学研究为主的科研机构，因其不能立刻产生直接的市场效益，则不免受到冲击。

中国的科研政策是从国家需要为主到以经济建设为主，从以国家任务为导向到以经济任务为导向。因此，随着中国在“实用”技术上的飞速进步，社会经济发展也日新月异，而不那么“实用”的基础科学的发展则相对滞后。虽然中国政府始终强调要加强基础科学的研究，对基础研究的科研经费投入也在逐年增加，但是其经费投入强度还远远不够，而同时，由于受中国文化的影响，科研人员缺乏求真的精神，对自然科学学科的基础研究没有引起足够重视。既然中国的基础研究相对滞后，也能保持社会经济高速增长，那么，基础科学研究对国家的经济社会发展重要吗？

3 基础科学研究是科技创新的发动机

基础研究指为了获得关于现象和可观察事实的基本原理的新知识（揭示客观事物的本质、运动规律，获得新发展、新学说）而进行的实验性或理论性研究，它不以任何专门或特定的应用或使用为目的。回顾人类的文明史可看到，基础科学的发展在整个自然科学的发展中起着重要的奠基性作用。基础科学的研究及其基本理论是技术发展的先导，也是科技和经济发展的源泉和后盾，对整个人类的经济社会发展都起着至关重要的作用。如果忽视基础科学的研究，社会经济发展将成为无源之水、无本之木。

为了国家的经济发展，很多国家政府在初期都会实行以国家利益为先、以任务为导向的科研政策。19世纪的英国曾经发生过一场科学改革运动，其中一个议题就是探讨科学研究和国家利益的关系。赞成方认为政府应该大力支持科学研究，科学研究也是国家利益中的一项关键投资；反对方则出于学术自由的考虑，反对国家权力对科学研究进行干预，认为国家干预科学研究将使其失去自主性，而国家除了保护公民之外，无权做任务事。

两方的观点都太极端，国家的繁荣发展在一定程度上表现为科技实力和经济实力的提升，在当今科学研究与国家利益之间的关系愈来愈密切的情况下，学术研究完全自由或国家权力对其绝对干预，对科学的发展来说都是弊大于利的。科学研究首先应该以整个人类的长远利益为出发点，对社会的长远目标作出贡献。因此，科学共同体应该自我管理，有一定的学术自主性，与此同时，又要兼顾国家利益，为国家的经济发展作出贡献。

科学（基础科学）是认识世界的学问，技术是改造世界的学问。技术方面的研究因其有“看得见”的立竿见影的经济效益，国家和科研机构不自觉地会倾向于大力投入经费去发展应用科学；基础科学的研究在短期内无法拉动经济增长，无法沿着市场化的路径发展，因此没有引起足够的重视。然而，要改造世界必须得先认识世界，基础科学研究是技术创新的源头，是使人类社会经济长久地可持续发展的保证。中国政府目前大力提倡科技创新，但是，大多数科技工作者都在从事技术创新，而对社会发展最重要的基础理论的创新则很少有人在研究。基础理论的创新短期内没有经济回报，而且，基础科学研究像“摸着石头过河”，存在很大的不确定性。但是，基础研究非常重要，如果没有法拉第的电池感应原理，后人就不可能发明发电机；如果没有海森伯和薛定谔等科学家建立的量子力学和爱因斯坦的相对论，就不可能有后来的核物理学，更不会有原子弹和核能发电。

基础研究的目的是求真，是为了认识世界、探索自然界的基本原理。基础研究“不以任何专门或特定的应用或使用为目的”，在探索之初不知道今后将会有什么实际的作用。因此，政府应该成为基础科研的投资主体，让科研工作者从人类的长远利益出发，沿着自己的兴趣往前走。在这个“大科学”时代，任何大科学项目都需要合作完成，这将对科学研究的自主性产生一定的限制，但这并不能说明在大科学项目中科学家就不能自由地探索。在大科学时代的科学研究中，一样可以发挥科学工作者的自由和自主的研究精神，怀着好奇心对未知领域进行探索。

基础科学研究是无功利的。萨顿认为，需要是技术之母，好奇心是科学之母，好奇心比人类本身还要古老，它也许是古代科学知识的主要起因，就像它在今天仍然是科学知识的主要起因一样。好奇心驱使着人们去求知，去探索自然界。在科学史上，因为好奇心而产生的科学发现比比皆是，如哥白尼的“日心说”、牛顿的万有引力定律、伏打的电池原理、达尔文的进化论。因此，从一个国家的长远利益来看，基础研究十分重要。

4 再议李约瑟之问

李约瑟在其编著的《中国科学技术史》中提出的问题为：尽管中国古代对人类科技发展作出了很多重要贡献，但为什么近代科学和工业革命没有在中国发生？李约瑟提出，公元前1世纪—公元16世纪，中国科学和技术方面的发达程度远远超过当时的欧洲，而近代科学却产生于17世纪的西方。美国著名科学史家席文（NATHAN）认为“李约瑟难题”等同于问“你的名字为什么没有出现在今天报纸的第三版”。笔者认为，李约瑟之问并非没有可取之处。已有多名学者从不同的角度对李约瑟提出的问题给出了解答。在此，笔者想从基础科学研究的角度尝试给出自己的想法。

首先，应该区分科学和技术。科学是探索自然界，是因对大自然惊奇而求知，无任何功利的目的。技术，是对科学理论、定律等的应用，使之能造福人类、改造世界。李约瑟认为，公元前1世纪—公元16世纪，中国科学和技术方面的发达程度远远超过当时的欧洲。这个提法值得商榷，从其书中所举的科技事例来看，古代中国远超过当时欧洲的仅仅只是技术，并非科学。在中国古代，经验技术和应用研究在很长一段的时间里领先于西方，但基础科学的研究始终处于落后的状态。李约瑟的《中国科学技术史》实际上应该为中国古代技术史，在书中他对中国古代的大量技术成果进行了详细考证和描述。

其次，中国文化里历来缺乏求真的科学精神，对偏向纯粹逻辑的物理、化学、几何学兴趣不大。儒家传统中的实用主义使得人们善于解决生活中遇到的各种具体问题，而在解决问题的过程中产生了各项技术发明。虽然由此曾引起一些科学式的观察和思考，但这些仅限于现象表层。在应用技术满足了中国人的便利之后，很少有人会深入这些现象背后，去思考其基本原理。比如《墨经》中有丰富的几何光学知识，记载了世界上最早的针孔成像实验，并给出了解释，但是缺乏对光的本质的思考，而牛顿的《光学》建立了光学理论，对光的性质做了深层次的探讨；《梦溪笔谈》中记载了中国古人对磁石的了解和应用以及提出了地磁有偏角存在的现象，但这和吉尔伯特在《论磁》里对磁石的研究相比是完全不同的。

基础科学的研究在社会经济的发展中起着重要的奠基性作用，而中国古代的基础科学研究一直落后于西方。早在1883年，美国著名物理学家HENRY（1848—1901）在一次演讲（《A Plea for Pure Science》）中就呼吁“为了应用科学，科学本身必须存在”，他认为中国人只满足于科学的应用，却从来没有追问过他们所做事情中的原理。这些原理就构成了纯科学。中国人知道火药的应用已经若干世纪，如果他们用正确的方法探索其特殊应用的原理，他们就会在获得众多应用的同时发展出化学，甚至物理学。因为只满足于火药能爆炸的事实，而没有寻根问底，中国人已经远远落后于世界的进步。

纯科学（基础科学）是无功利的学问，对这种知识的获取是为了知识本身。科学探索的目标是求知，就像在一个没有边界的空间里探索，可能什么也看不见，但还是继续在那里探索。这种探索代表求知的欲望被称之为纯科学。自西方科学文化的摇篮时期——古希腊开始，西方学者对自然界的探索就通常以理论的形式出现，很多古希腊学者甚至认为知识只能源于思辨。重视形式逻辑是近代科学产生的重要条件之一。近几百年来西方应用技术的蓬勃发展，正是依靠从牛顿时代起所创立的基础科学所支撑起来的。

不妨来考察另一个相似的问题：近代科学为什么能产生于西方？爱因斯坦认为西方近代科学的发展是以两个成就为基础的：形式逻辑体系和通过系统的实验找出因果关系。古希腊时，欧式几何展示了形式逻辑体系的强大力量。从文艺复兴时期开始，对实验方法的重视使得科学理论能和经验事实相联系起来，“学者传统”与“工匠传统”得以融合。学者们动脑寻找上帝赋予自然的法则，工匠们动手发展技术为了人类的福祉，而到了伽利略，他将两者相结合，成为近代科学的开创者。伽利略是世界科学史上的转折点，他将人类对自然界的研究，尤其是天文、物理学的研究推上了正确的轨道。

最后，中国古代的工匠地位历来很低，需要依附统治者生存，在物质上没有独立性，而大部分古代的学者由于受科举制度的束缚，又只对经史子集感兴趣。因此虽然中国古代的经验技术十分发达，但从未出现过形式逻辑体系，也从未有学者通过系统的实验去寻找因果关系。“四大发明”等众多古代技术成就只是经验科学的偶然发明，并不是靠着严谨的形式逻辑体系或系统的实验所得到的。

由此可以看出，在历史上，中国和西方在基础科学上的差距，不只是水平高或低所能概括的，中国古代科学的发展仿佛是一些离散的点，而西方科学技术的发展已系统化，形成了线、面、体。而中国文化自古以来也缺少科学成长的土壤，即使当前中国经济高速发展，科技水平也在不断提高，但如果对基础科学研究及其经费投入力度不加以重视，以及不大力宣扬“遗世而独立”的科学精神，恐怕会缺少后劲，一鼓作气，再而衰，三而竭。

5 结论

国家经济发展和人类生活水平的进步都依赖于知识的积累和科技的创新，当前由基础科学研究向应用研究再转化为生产力的周期已大为缩短。因此，国家之间综合国力竞争的核心就是科技水平的竞争，其中科技创新是关键。而科技创新的源头是基础科学研究。基础科学研究及其基本理论是技术发展的先导，也是经济发展的源泉和后盾，在研究的初期很难预测将来能有什么具体的作用。如果穿越到300多年前去问牛顿他对力学的研究有什么用，他或许也无法回答。但是，今天人们知道，牛顿经典力学在生活中的运用无处不在，大厦的建造、桥梁的设计、地铁的开凿等都用到了牛顿力学。因此，基础科学是无用之用，短期内看似无用的基础科学研究，从人类的长远利益出发是大用。统筹兼顾是科学发展观的根本方法。科学要可持续发展，应统筹兼顾短期利益和长远利益，在促进科研成果转化的同时，应重视科学发展的长远利益，加大基础科学研究经费投入力度并提高其有效性，使得中国的科技论文在质和量上能齐头并进。

1993年，杨振宁在一次演讲中预言，21世纪是中国的世纪，至2050年，中国将在世界科技领域再度处于领先地位。尽管中国在科研经费总投入和论文发表数量上名列前茅，在某些技术突破也位居世界前列，但是由于中国以任务为导向的科研政策和中国的文化传统等因素影响，中国的基础科学研究还很薄弱，整体科研水平和一些发达国家相比差距还很大，任重道远。然而，随着中国对基础科学研究持续加大投入，以及教育体制和科研体制不断完善，至2050年，中国的科研水平依然有望跻身世界先进国家行列。世界舞台上科学的中心曾发生了多次转移：意大利（1540—1610年）、英国（1660—1730年）、法国（1770—1830年）、德国（1840—1920年）、美国（20世纪）。在21世纪，中国依然有希望成为下一个科学的中心。