1、基础研究导致技术创新的规律探讨姓名：朱洁刚学号：21014120电子邮件：zjg_摘 要：随着现代科技的发展，科学与技术的联系日趋紧密，这使得基础研究的重要性愈益受到重视。通过对两个基础研究导致的重大技术创新的案例进行分析后发现，它们体现出一定的内在规律。关键词：基础研究； 重大技术创新；规律探讨正 文 一 案例基础研究的特点之一，是其理论的超前性。在科技史上，理论研究上的进展往往揭示出客观事物的特殊规律，从而形成全新技术原理，经开发研究最终导致重大技术创新的产生。值得注意的是，这种类型的重大技术创新，往往难度很大， 耗时较长。（1）原子弹。原子弹的技术原理是重核放射性元素如铀依据动质量、 钚
2、等发生持续裂变（链式反应），当达到临界体积时就产生剧烈爆炸。在此过程中，质量发生亏损，亏损部分的质量转化成了能量。原子弹爆炸的原理源于爱因斯坦狭义相对论。1905 年，爱因斯坦在论动体的电动力学 中提出了狭义相对论理论。他由牛顿力学中动能的定义，依据其新时空观和运动质量增大等结论，推出了这一著名质能方程。该公式表明，所有能量均来自质量，质量与能量是可以相互转化的。爱氏预言，质能互变现象最有可能在重核原子蜕变为轻核原子过程中观察到。1939 年，德国物理家家哈恩在做中子轰击铀的实验中，发现了铀核裂变反应，从而验证了爱氏的预言。哈恩的实验结果公布后，一些物理学家马上想到可用该原理制造威力巨大的原子
3、弹。由于担心希特勒正在研制原子弹，因此， 物理学家西拉德、威格纳和特勒请爱因斯坦给罗斯福总统写信，敦促美国立即开展研制原子弹工作。1945 年 7 月，美国成功试爆了原子弹。并于同年 8 月 6 日和 9 日分别投向广岛和长崎，造成大量人员伤亡 1。（2）晶体管。电子技术中最重要的发明之一晶体管是在量子力学理论揭示出固体中电子的运动规律基础上发明的。1931 年，美籍英国物理学家威尔逊用量子力学原理提出了半导体能带模型理论。随后，前苏联物理学家费朗克尔提出半导体的“激子”概念，并于 1935 年建立了固体中光致电的理论。至此，晶体管的理论基础确立了。运用上述理论揭示的原理，科学家得出，通过直接
4、控制固体（如硅单晶或锗单晶）中电子的运动，实现信号的放大、整流和振荡，从而制出晶体管，则其性能要比电子管优越得多。因为电子管工作时要先消耗一部分能量用于从固体打出电子流，然后再控制，因而能耗较大。同时，电子管重量大，怕震动。1947 年，美国贝尔实验室主任巴丁、肖克莱和布拉坦在上述理论成果基础上开始进行晶体管的实验与研制工作。同年 12 月 23 日，他们试验成功 “点接触型”晶体管，功率可放大 18 倍 2。以上述方式产生的重大技术创新有许多，如激光器、电子计算机、CT（计算机断层图像仪）、电子显微镜、全息照相技术、夜视仪、隐形飞机等等。二 结论二十世纪以来，科学技术化、技术科学化的趋势日益
5、明显。科学与技术作为一个有机整体，互相促进、 互相推动，大大加快了科技发展的速度。从基础研究导致重大技术创新的类型分析中，我们可以总结出如下若干规律。 （1） 基础研究初始虽无明确应用目的，或看不出有何应用前景，但其重要发现（不少是偶然做出的）却可能形成重大技术创新或成为解决其它技术创新中难关的关键。因此，必须对科技前沿领域保持足够和持续的人、财、物投入，这样才有可能在科技前沿领域实现突破。正是考虑到上述规律的作用，当前美、日、欧盟等均高度重视基础研究工作。美国政府在年公布的政策文件科学与国家利益中明确指出，今后将增加对基础研究的投资预算。同时，为鼓励产业界对基础研究进行投入，美国政府还拟将“
6、研究和实验减免税计划”永久化。美国加强基础研究工作的目的，是想保持其在所有基础科学、数学和工程学领域的世界领先地位。该文件还通过实例来说明基础研究的重要性，以寻求美国国会和公众对基础研究工作的支持（美国拟将 R&D 经费占 GDP 的比例由 2.6%提高到 3%） 3。我国是发展中国家，还无足够的经济实力对所有领域的基础研究进行全方位支持，只能采取“有所为，有所不为”的策略。但必须对带头学科的前沿科学领域保持足够的投入， 以求有所发现、有所创新，或能对别国做出的关键性发现有力量进行更深入的探索与应用研究， 最终实现技术创新。（2）许多重大科学发现往往是偶然产生的，这要求基础研究的科研管理工作有
7、较高的宽松度和灵活性。从科研实践中看，不少重大发现都超出了课题的初始研究目标，具有偶然获得的特点。因此，对基础研究课题的管理应允许有一定的弹性和自由度，而不应完全按照预定的计划、 程序等死板执行。在课题评价、 研究目标、 经费控制等方面应给予科学家一定自主权， 以便依据科研具体情况酌情调整 4。（3）现当代多数重大的技术创新，都是在科学理论形成全新技术原理后，经过反复研发产生的，有些周期较长，耗资十分巨大。对这类原理突破型技术创新，发展中国家在确定具体科研项目时，应依据本国经济、军事等领域的实际需要有所侧重、有所选择，在计划安排上也要分出轻重缓急。因为只有这样，才能保证用有限的资源在较短时间内
8、在某些重点领域取得突破。我国 年制定科技发展“十二年规划”时，将导弹研制放在优先地位，而将短期内难以突破的飞机研制往后推，就体现了上述规律。当前，我国优先研发信息技术、新材料技术、生物工程技术、新能源技术等高技术，对载人航天技术则采取量力而行的方针，也是考虑了上述规律的原因 5 。（4）技术集成在当代重大技术创新中的作用越来越大，和科学研究相比，技术的综合性要高得多。一项重大技术创新往往是集成了多个专业技术后才实现的。我们前面提过的 GPS 卫星定位系统与核磁共振成像技术等就分别利用了实验技术中的专业仪器原子钟与核磁共振仪。因此，重大技术创新应该考虑更多的集成因素，这样才能有效地促进技术的进步
9、。技术集成度的提高，是技术体系自身发展的内在需要。一般认为，技术可分为实验技术、 专业技术、工程技术、生产技术、社会技术五大类 6 。在技术发展的初期，其中的每一类技术都有较大的独立性。但随着技术的发展，各类技术间的相互影响、相互促进和相互交叉日益明显。在当代，各国大型工业企业的技术中心或研究中心，其技术范围就不只是生产技术，而是各类技术的综合与集成。就某一具体技术开发项目来说，其研制过程和设计蓝图往往涉及多种技术类别，最终才能实现技术目标。有鉴于此，重大技术创新活动更应该采取 “协同作战”和“大兵团作战”方式，以充分发挥不同专业技术人员的优势。（5）现当代重大技术创新活动中，数学工具和数学技
10、巧的运用和改进发挥了独特的作用， 应该引起人们高度重视。20 世纪中叶以来，纯数学成果在科研领域应用的周期越来越短，其对技术创新的推动作用也越来越大。对有些类型的重大技术创新，数学上的突破起了决定性作用。美国政府在 科学与国家利益这一文件中，将数学与基础科学、工程学并列作为其未来保持世界领先水平的三大重要领域之一，足见数学的地位和作用何等重要。随着计算机技术特别是计算机仿真技术的飞速发展和广泛应用， 数学工具（数学模型、 算法、 程序、 逻辑、 知识表达与推理等）的使用将对技术创新产生更大的影响。（6）在基础研究导致重大技术创新的六种类型中，都存在跨越式发展的成功案例，这表明科技的跨越式发展是
11、一个普遍规律，发展中国家只要措施得力，就一定能在科技上赶超发达国家。在第一种类型中，射线与光照相原理虽然由德国物理学家伦琴发现和提出，但利用 X 光实现计算机断层图像创新研制的却是英国科学家。在第二种类型中，水稻高产研究始于日本，但我国科学家袁隆平通过野外雄性不育株的发现，最先成功实现了杂交稻的培育，从而大大提高水稻单产，这一成果水平远远高于国外同类研究。在第三种类型中，原子核裂变最初由德国科学家发现，原子弹爆炸原理由匈牙利物理学家西拉德等人首次提出，但却由美国最先研制成功。在第四种类型中，核磁共振技术中的主要技术高分辨率核磁共振分光法首先由瑞士科学家恩斯特发明，但核磁共振成像技术却由美国人实
12、现。在第五种类型中，火箭技术最初由德国研制，但前苏联却加以改进，从而实现人造卫星的发射。在第六种类型中， 大型工程计算中的算法问题国外最先提出并进行了探索，但一直未获突破，我国科学家冯康通过全新的基于变分原理的差分方法，创造性地解决了这一问题。基础研究导致重大技术创新的六种类型划分及其内在规律探讨，无论对宏观层面的科研战略与管理，还是对微观层次的具体科研工作均有一定价值。参考文献:1 郑积源.科学技术简史M.上海:上海人民出版社,1986.283,261.2 李少白.科学技术史 M.武汉:华中工学院出版社,1984.486-541.3 艾素珍.新中国科学技术重大成就J.中国科技史料,1999,(4).4 威廉2克林顿,小阿尔伯特戈尔.科学与国家利益 R.科学技术文献出版社,1992.52-64.5 民盟中央,民盟北京市委科技委员会 .现代科学知识讲座M.北京: 中国青年出版社,1984.149-171.6 陈士俊,等 .科学技术论与方法论纲要M.天津:天津大学出版社,1994.141.
