⭐大科学时代推动基础研究高质量发展的路径探索

[摘 要]在大科学时代，制度驱动对加速科学前沿的突破、基础研究的转化、信息技术的拓展具有重要作用。推动基础研究高质量发展，要发挥高校科研优势，积极响应国家需求；推进有组织、团队化的科研创新，聚焦战略性科学计划或研究任务；充分发挥我国制度优势，建立长期、完善的基础制度保障。

[关键词]大科学时代；基础研究高质量发展；物理学

基础研究是推动科技革命和产业变革的源动力，其研究模式和发展途径具有与时俱进的鲜明特征。现代科学技术已进入大科学时代，物理学、生物学、化学、医学等基础学科交叉融合不断深入。物理学是自然科学的基础，对于科技创新具有前瞻性、指导性的重要支撑和驱动作用。探索大科学时代背景下探索如何推进物理学高质量发展，具有重要意义。

基础研究是科技创新的源头

总书记指出：“基础研究是整个科学体系的源头。”纵观人类文明发展进程，科技革命和社会文明的飞速发展离不开基础研究的巨大突破。物理学、数学、化学、生物学等基础学科的发展和革新，是人类不断探索宇宙奥秘、揭示物质本质、认知生命本源的动力源泉。以物理学为例，物理学是自然科学中一门重要的基础学科，为人类物质文明发展和社会进步提供了强大动力，伽利略和牛顿等人开创的经典力学、哥白尼和开普勒等人推动的天文学以及瓦特和焦耳等人发展的热力学，共同触发了人类历史上第一次工业革命，人类文明进入“蒸汽时代”。经典电磁理论的不断完善和发展促进了第二次工业革命，发电机、电动机等一系列电气设备的出现和应用极大推动了社会经济发展，人类进入“电气时代”。第三次工业革命在相对论和量子力学发展的基础上产生，原子能、航天技术、计算机等系列信息技术的兴起和发展促使人类走进“信息时代”。伴随物理学的重大突破，技术革命转化为直接生产力，极大推动社会经济发展，大幅提升人们认识自然、利用自然、改造自然的能力，推动人类社会从农业社会步入工业社会，促进人类文明发展进程；还把定量化、精确化、理论预言、实验检验等科学方法作为一种研究范式引入自然科学各个领域，是人类文明从经验科学到精确科学跨出的关键一步。从古至今，基础学科的突破和应用同社会发展的文明程度、人民生活福祉息息相关，并深刻影响世界科学中心转移和国际竞争格局。

从全球范围看，新一轮科技革命和产业变革日新月异，科学技术和社会经济发展既有进化式的量的积累、又有飞跃式的质的突破，学科深度交叉融合，基础研究成果转化周期明显缩短，科技竞争重心不断前移至基础研究前沿领域。近年来，世界强国纷纷把加强基础研究作为提升国家竞争力的战略性举措，着力加强本国科技创新，推动核心领域基础研究。从中国国情看，新中国成立后，我国老一辈科技工作者筚路蓝缕，突破重重困难，取得“两弹一星”等关键基础研究成果。改革开放后，我国在航空航天、信息技术、新能源等领域深耕运筹，基础研究整体实力持续提升。党的十八大以来，我国进一步强化基础研究原始创新能力，进行战略性、前瞻性、系统性布局，涌现出一批基础前沿领域重大原创性研究成果。“墨子号”量子卫星2016年发射升空、“中国天眼”2021年对全球开放、“天问一号”实现火星漫步、新一代人造太阳“中国环流三号”科研成果不断刷新世界纪录。“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”成为现实。由此可见，基础研究尤其是物理学领域相关发展使我国基础研究整体实力显著增强，国际影响力日益提升，我国基础研究正逐步从“学习”向“引领”转变。然而，横向对比世界强国，对照党的二十大报告擘画的建设科技强国宏伟目标，我们也必须清醒地认识到我国在科技创新方面的短板，如基础研究人力、财力各方面的投入对照世界经济强国仍有较大差距，重大原创性成果匮乏，人才培育机制亟须完善，“卡脖子”根源问题亟需解决等问题。知不足而后进，望山远而力行，加强基础研究仍然任重道远。总书记指出：“基础研究处于从研究到应用、再到生产的科研链条起始端，地基打得牢，科技事业大厦才能建得高。”总书记明确阐述了当前我国基础研究的战略定位，要求我们必须打牢打深基础研究这个地基，重视和加强基础研究，从根源上把握大趋势，下好先手棋，为科技创新发展提供基础理论支撑和技术源头供给。

基础研究进入大科学时代

基础研究在人类认识自然、改造自然的进程中具有与时俱进的鲜明特征。随着科学技术和社会经济发展快速渗透融合，科学研究发展模式也随之革新。基础研究的内涵和特点不断演变、丰富，从基于科学家的好奇心和科学兴趣的自然演化模式，拓展为面向国家战略需求、解决国家重大科技问题的导向模式。

从物理学发展历史看，从远古时代到16世纪中叶是古代物理学时期，也是整个科学的萌芽期。自然科学融于哲学，对自然现象的解释主要依靠不充分的直观观察和思辨性猜测，通过形式逻辑演绎和简单推理，直觉地、笼统地理解物理现象的一般特性。例如成书于2400多年前的《墨经》记录了光的直线传播、投影、成像、反射等几何光学现象。德谟克利特提出万物皆由“原子”组成等朴素的哲学思想，亚里士多德等提出了物质的四种元素（水、气、火、土）和天体运动的理论。古希腊数学家欧几里得对光的传播进行了研究。16世纪中叶到19世纪末，是经典物理学时期。这个阶段社会生产力蓬勃发展，有力推动了科学研究进程。16世纪中叶，哥白尼在《天体运行论》中提出“日心说”，实证科学创始人伽利略发现了自由落体的运动规律。17世纪晚期，牛顿经典力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。随着经典热力学、电磁学相继建立，到19世纪末，形成了比较完整的经典物理学体系。此阶段观察方法注重使用仪器，物理学显现出实验科学的特点。科学实验和数学方法的融合为物理学研究带来了巨大推动力。实验提供了实际观测数据和现象，而数学方法则能够对这些数据进行精确、定量的分析和解释，从而推动物理学快速发展。19世纪末至今，属于现代物理学时期。19世纪末一系列实验新事实的发现，如物理学大厦上空的“两朵乌云”——迈克尔逊——莫雷实验和黑体辐射实验，使经典物理学理论出现了难以克服的危机，催生了新的物理学革命。相对论、量子力学相继建立，标志着现代物理学的诞生。20世纪50年代以后，物理学已经发展成为一个相当庞大的学科群，包括高能物理、原子核物理、等离子体物理、凝聚态物理、计算物理和理论物理等主体学科以及不胜枚举的分支学科。物理学与各学科之间相互交叉、相互渗透，形成了众多新兴交叉科学。

进入大科学时代后，现代科学技术发展数字化、智能化、网络化特点愈发凸显，科学、技术、产业等各方面加速交互渗透，产学研一体化贯通，实现跨界、跨国合作。世界各国根据国际科学发展趋势以及在经济发展过程中遇到的瓶颈问题作出战略部署，涌现出以契合国家战略需求、解决重大科技问题为导向的大科学装置和大科学计划。大科学时代是多学科交叉的时代，其显著特征是“大”：科学研究活动规模大、跨学科参与研究人员多、科学问题复杂程度高、研究结果对于人类认知世界和国际经济社会发展影响深远。此类科研活动需要我们在学科上有扎实的专业基础和科技攻关能力，通过布局大科学工程、大科学计划等组织模式来统筹谋划、分工协作、整体推进。2012年，欧洲核子研究组织在大型强子对撞机上第一次观测到被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，于2013年获得诺贝尔物理学奖。2015年，激光干涉引力波天文台利用大科学装置探测到黑洞合并产生的引力波信号，证实了爱因斯坦广义相对论对引力波的理论预测，于2017年获得诺贝尔物理学奖。这些举世瞩目的科学成果具有鲜明的大科学时代特征，也预示着重大科研成果的取得越来越依赖大科学装置上的集体智慧。2018年国务院出台的《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》指出，“国际大科学计划和大科学工程是人类开拓知识前沿、探索未知世界和解决重大全球性问题的重要手段，是一个国家综合实力和科技创新竞争力的重要体现”。这表明我国从有选择地参与，进入到牵头组织国际大科学计划、着力打造“大国重器”、提升国家在科技创新领域的竞争力和影响力的大科学时代。结合我国实际国情，大科学时代要求我们集中力量办大事，发挥制度优势制定战略规划，为基础研究的高质量发展提供制度保障和政策引导。

大科学时代推动基础研究高质量发展的路径探索

总书记指出：“世界已经进入大科学时代，基础研究组织化程度越来越高，制度保障和政策引导对基础研究产出的影响越来越大。”由此可见，在大科学时代，制度驱动对加速科学前沿突破、基础研究转化、信息技术拓展具有重要作用。

一是发挥高校科研优势，积极响应国家需求。作为科技创新和产业创新的重要桥梁与战略力量，高校应坚持围绕“四个面向”，积极响应国家战略需求，瞄准重大前沿科学问题，致力于探索和实践推动物理学高质量发展的有效途径，为服务国家科技重大需求和区域经济发展提供判定性和支撑性的科学依据。高校作为基础研究主力军，要把握时代发展趋势，抓住历史机遇，加快基础研究领域的突破，有组织推进符合国家战略导向的原创性、探索性、应用性基础研究。充分发挥高校学科知识、信息资源、智力储备及人才密集优势，勇于牵头组织并积极参与国际大科学计划和大科学工程。郑州大学物理学院以服务国家战略需求和区域经济发展为导向，立足国际物理学研究前沿重大科学问题，积极加入大科学装置和国际合作组织，通过选派物理学科优秀青年教师和博士参与大科学项目相关工作，在国家重大科研领域中贡献力量。

二是聚焦战略性科学计划和研究任务，推进有组织、团队化的科研创新。总书记指出，“要强化国家战略科技力量，有组织推进战略导向的体系化基础研究、前沿导向的探索性基础研究、市场导向的应用性基础研究”。大科学时代基础研究往往要求多人协作、跨专业合作，协同攻关“卡脖子”问题背后的原理性问题。有组织、团队化科研是建制化服务国家战略性科学计划的重要形式。高校应将各个相关学科组织起来，形成合力，达成颠覆性、突破性效果。为在大科学时代加强基础研究、推进有组织科研，郑州大学物理学院做了有效尝试：整合专业优势，优化资源组合，依托国家超级计算郑州中心和材料物理教育部重点实验室，筹建了理论物理研究所、材料物理研究所、光电信息技术研究所、核物理研究所等二级机构。采取开放研究、有限突破的战略策略，培育产出了一批具有标志性的原始创新成果。学院以提出新问题、认识新规律、获得新知识、建立新理论为长远目标和使命，聚焦孕育重大突破的基本科学问题，着力加强“从0到1”的基础研究，力争在超出粒子物理标准模型的新物理理论等领域取得重大开创性的原始创新成果，催生新的重大科学思想和科学理论。

三是充分发挥我国集中力量办大事的制度优势，建立长期、完善的基础制度保障。面对大科学时代的新挑战，为推动基础研究稳健发展、取得更大突破，应进一步完善基础制度保障，积极发挥制度的驱动作用，建立统筹协调机制，为科研人员营造潜心研究的良好环境。要从国家整体需求出发，进一步完善基础研究财政投入制度，加大稳定支持力度，为基础研究提供充足的资金保障。如国务院出台《关于深化中央财政科技计划（专项、基金等）管理改革的方案》，着力激发科研人员创新热情，合理配置科技资源，充分发挥科技计划对科技创新的战略保障作用。中共中央办公厅、国务院办公厅出台《关于进一步完善中央财政科研项目资金管理等政策的若干意见》，坚持以人为本，细化政策规定，强化激励机制，激发研究人员创新活力。中共中央办公厅、国务院办公厅出台《关于实行以增加知识价值为导向分配政策的若干意见》，实施创新驱动、以知识价值为导向落实科技成果转化激励，推动科技成果转化为生产力；健全符合基础研究特点和规律的科学评价制度，关注研究成果的质量与实际价值，致力于将科研人员的创造性从不合理的评价制度中解放出来。郑州大学物理学院近年来通过设立物理学科提升计划、青年人才拔尖计划、基础研究培育项目等多种途径，建立健全人才选拔培养机制、激励和薪酬机制、考核与评价机制，营造有利于“引才”“育才”的环境和土壤。

总之，随着科学技术的不断发展，物理学特别是实验物理学的研究范式逐渐从个人科研过渡到有组织科研阶段。当前，集中多个国家智慧与力量，以解决重大科技问题为导向的大科学装置和大科学计划越来越重要。利用这些大科学装置开展物理学前沿研究也愈发关键。我们要未雨绸缪抓住机遇、主动求变，不断开创我国基础研究高质量发展的新局面。

[本文为全国教育科学规划2023年度教育部重点课题“需求导向下高校有组织科研的现实困境、影响因素与对策研究”（DIA230425）的阶段性成果]

【作者单位：任晓燕、单崇新，郑州大学；郭庆，吉林大学】

原载2023年第22期《中国高等教育》

发布时间：2024-02-22 16:03