对我国基础研究布局的几点思考*
周光召
全国人大常委会 北京 100805
我一生之中，在学校待了一段时间，后又在国外做基础研究，加起来大概是六七年；在核工业相关部门工作十七八年，在中国科学院工作十几年，然后在中国科协和科技部“973 计划”专家顾问组（以下简称“顾问组”）做了十多年。所以，“973”是我人生中很重要的经历。
“973”是指国家重点基础研究发展计划，新一届顾问组里集中了国家在基础研究方面最主要的科学家。能够再次在这里见到很多老朋友我感到非常高兴；这个担子交给新一届（第五届）顾问组，我觉得非常放心。相信你们能把这个计划继续做好！
在管理部门和科学家的共同努力下，“973”已经取得了非常多成绩，在科技界产生了广泛影响。但是这些成绩是不是真的满足了社会需求，国家是不是足够满意？今天我着重谈一谈那些做得还不够的地方，以及一些需要改进的地方。
本文提出了一种大坝变形分析中因子抽取和转换的方法。首先，基于3σ准则和归一法对因子进行降噪和去量纲处理；其次，基于指定的有效时间间隔进行各个因子的测次对齐；再次，基于变形效应量和因子的主成分的互信息最大原则，依次抽取因子的主成分向量；最后，按照主成分贡献率从大到小的规则对主成分向量排序，并按照98%的主成分贡献率总和标准抽取并组合得到最终的因子转换矩阵。通过算例验证表明，本方法提取后的因子空间对于后续大坝安全监测的成因分析和回归预测，提供了更为全面和精密的基础。
1 科技要发展，必须得到政府和社会的支持
根据这些年我对全世界的观察，一个国家在经济发展比较顺利的时候，一般是愿意支持科技发展的。邓小平同志深刻认识到科技的重要性，一直非常支持科技。在相当长的一段时间里，很多科技相关的事务都是小平同志亲自“拍板”。比如，“863 计划”就是由几位专家提出来，直接送小平同志批复。小平同志是有远见的政治家，能在那个时候非常明确地支持科技。但在国家经济有问题的时候通常会有人提出来削减科研经费。不仅在中国是这样，在美国也是如此。20 世纪 80 年代，我到中国科学院工作不久，就去美国访问。那时正好是日本发展比较快的时候，日本的产品占领了美国市场，就像现在（2011 年）我国资本购买了美国的很多大楼、资产等一样。那段时间，由于经济乏力，美国对基础研究的看法就有所不同。
这些问题说明科学要得到长远和长久的支持，就必须为社会发展和经济发展作出贡献。这也是为什么我国在 1997 年的时候能够形成“973 计划”，其中一个重要原因就是国家希望基础研究能够为国民经济服务。
2 认识到科技与社会之间存在的问题并尝试解决
我是 1984 年到中国科学院工作的，那时候就知道政府有一个提法，叫作“科技要促进经济，经济要依靠科技”。但是，彼时中国科学院的很多老院士并不赞成这一提法，而是希望安安静静地在实验室里做研究。我担任中国科学院院长的时候，也面临这个问题。
为了解决群众吃饭问题，中国科学院在黄淮海调研后，提出黄淮海地区要年增产 500 亿斤粮食，也就是 2 500 万吨。“每年增产 2 500 万吨”，这在现在（2011 年）看起来也是相当大的数目！我国粮食年产量在 1998 年达到最高峰时是 5.12 亿吨。后来随着市场经济发展，按照经济学家的说法，农业不用再列入最紧要的问题中。因为“只要有钱，市场价格就上来了；上来了以后就会有人把钱投进去，价格就又下来”，所以有人认为不用再担心粮食产量，由价格调控就可以了。但结果粮食产量就慢慢地掉下来。
当前（2011 年），科技和社会的关系仍存在较多的问题。2011 年 5 月 28 日，时任国务院总理温家宝在中国科协第八次全国代表大会上指出，“经济和科技仍然是两张皮”。而这一说法与我 1984 年初到中国科学院时听到的话基本上相似。
顾问组是领导“973 计划”的组织，要规划“973 计划”的发展方向、采取的战略，这是非常重要的工作。因此，顾问组一定要提高站位和视角。绝不能仅仅从一个一个课题和项目的角度来看问题，而是要首先考虑上文已谈到的问题：既要符合科技本身发展的规律，又要适应社会发展的需要。
2.1 理论层面
（1）尊重科学自身规律。 科学有自身发展的规律，尤其是基础研究不能像“上山下乡”那样，但是科学又不能完全脱离社会。在二战以前，世界上的大学可以“脱离社会”做科研，那是因为彼时的大学是以培养学生为主，做研究反而是业余的。到了二战期间，人们发现科学研究产生的成果，与战争有极大关系。例如，最明显的一个是雷达，一个是核弹，还有喷气式飞机等。美国政府以及当时的德国政府，都清楚地认识到了科技对国家和国防力量的重要性。在这样的情势下，参加有关工作的科学家才开始在社会上产生影响。美国国家科学基金会就是在二战后（1950 年）成立的，同时美国也成立了若干个大科学研究中心。与此同时，世界范围内科学研究也开始从小科学的模式发展到需要更多的资金、更多的投入去开展。
（2）尊重经济社会发展的规律。 二战之后，特别是1947年半导体发现以后，研发半导体的科学家开始成立公司，如英特尔公司。这些公司经过多年曲折最终发展起来，并对促进美国经济发展产生了重大影响。从半导体，再到后来的集成电路，新科技对美国的国防也产生巨大作用。所以在美国形成了一个企业大量支持科技发展的新格局，从而企业逐渐成为科技发展的主力。
这就充分说明了科学发展的两方面动力源：一是得到科学基金的支持而发展，科学基金以支持基础研究为主，这是受到科学前沿的推动；二是企业受到市场的推动而支持科技发展，而新科技的成功应用又反过来促进企业获得更多收益。
2.2 实践层面
1987 年，中国科学院在受到很大压力的情况下，组织了 3 项具体工作，从而初步改变了社会对于科技不能有效支持经济发展的印象。
2.2.1 提高粮食产量
影响高速公路施工的因素主要有四个方面：施工材料的储备、拌和、运输和摊铺。施工材料在施工过程中是对施工质量影响最大的因素，而材料的储备和拌和更是直接影响着施工材料的质量以及效果。尽管施工材料的问题影响非常大，然而目前还没有关于施工材料的储备、运输的安全标准，因此实际施工中较容易出现安全问题。材料的管理与统筹需要更加标准化的方式。
高空作业，是桥梁工程施工特点重要组成部分，高空坠落事故发生率较高。施工者在高空中工作坠落、施工平台行走过程中掉落与上升时掉落，都成为了桥梁工程的安全风险。除此之外，桥梁工程施工过程中也极易发生火灾，人为原因、不合理用电、机械故障都是导致火灾发生的原因。施工现场的仓库起火爆炸、人员触电身亡的事故时有发生。这些不为人重视的风险，往往会造成巨大的损失。
为什么呢？因为，这个事情从理论上讲是可以自圆其说的；可是，中国分成两部分人，一部分是比较有钱的人，有钱的人根本不在乎价格上涨，但大部分是穷人，恩格尔系数① 恩格尔系数（Engel's Coeきcient）是食品支出总额占个人消费支出总额的比重。19世纪德国统计学家恩格尔根据统计资料，对消费结构的变化得出一个规律：一个家庭收入越少，家庭收入中（或总支出中）用来购买食物的支出所占的比例就越大，随着家庭收入的增加，家庭收入中（或总支出中）用来购买食物的支出比例则会下降。推而广之，一个国家越穷，每个国民的平均收入中（或平均支出中）用于购买食物的支出所占比例就越大，随着国家的富裕，这个比例呈下降趋势。 超过 50% 的人都要拿出钱解决吃饭问题。有钱的人把钱投到市场利润最大的地方，而不会投向农业。市场是按照经济利益最大化的方向走，因此到了 20 世纪 90 年代粮食产量开始下降。
20 世纪 80 年代，中央领导也非常关注中国科学院解决了国家当时急需的问题。这是因为中国科学院恰好有相关技术准备，所以就去完成了这个“当务之急”。
3) 仪表空气属于可压缩的介质，活塞推力在达到能克服阀芯阻力矩之前，仪表空气有一个压缩过程，因而阀门响应慢。另外在仪表压缩过程中气缸内压力不稳定，导致执行机构输出的力矩不稳定，尤其在阀门即将开启或者即将关闭的瞬间，阀门上下游的差压变化巨大，不稳定的力矩易造成阀门运行的不稳定，造成管线震动。
2.2.2 冶炼黄金
关于物候期的变化、产量的提高、品质的提升，也与今年葡萄管理和今年的气候条件有关，试验的葡萄园今年无论是施用本然的还是施用化肥的，产量都提高了，同时，检测手段还不先进，所以在研究本然土壤调理剂的作用的时候要充分考虑这些因素[4]。
1987 年，中国外汇非常缺乏，黄金储备也非常少，外汇主要靠产品换。而中国当时能够换取外汇的产品又很少，于是国家希望能够增产黄金。黄金冶炼造成的污染非常大，但中国科学院有相关技术储备，于是在黄金冶炼方面开展了很多工作，确实为我国增产了不少的黄金。
为进一步研究新疆忍冬适应性，开展了不同地区区域栽培示范。在大通县福园路和桥头镇毛家寨村、湟源县沙加林苗圃、湟中县蚂蚁沟林场进行了区域示范栽培，共栽植示范新疆忍冬6400株。
到 2003 年的时候全国粮食年产量下降到 4.3 亿吨，这较 1998 年的峰值（5.12 亿吨）已经下降的相当多了，以至于发生了很严重的粮食危机，引起社会不稳定。因此，粮食安全重新引起了政府的注意，国家开始采取措施使粮食产量慢慢回升。回升到现在（2011 年），据说 2010 年是 5.4 亿吨左右，2011 年 5.5 亿吨，但这与 1998 年最高值比也就增加了 4 000 万吨。所以，中国科学院 1987 年提出能够每年增产 2 500 万吨，实际上是相当大的数目，并得到了中央的认可。
2.2.3 培育中国的科技型产业
培育中国的科技型产业这个过程很长，也非常复杂。因为，科技人员中同时具备企业家素质的人才相对较少，科技转化中的问题也非常之多。但是，中国科学院还是挤出了一部分经费去支持一些科研人员发展相关科技产业。现在（2011 年），最成功的企业有联想公司；还有一些做得不错的领域，如钕铁硼磁铁等。
2.2.4 小结
不管怎么样，20 世纪 80 年代深刻感觉到科学和社会应有的互动关系，并付诸实践。虽然中央领导对科学有感情，但也受到了来自于整个社会的压力。如果科技不能有效地服务经济社会发展，压力会一直很大。
3 把握科技与经济社会发展规律进行基础研究布局
尽管现在（2011 年）中国经济发展速度是世界上最快的，但是中国经济大体上 1/3 的动力靠出口。而出口完全靠劳动力，不是靠知识产权。但是现在这一情况已经有所改变，因此这几年国家很明确地提出要调整经济结构。而过去盲目发展造成的问题非常多，如资源、环境、污染等，这是“交了学费”的，因为在那个时候根本没有力量去支持相关方面的基础研究。比如，目前（2011 年）中国的汽车数量产量是世界第一，而这要消耗多少汽油、污染多少空气？所以，根本是不可持续的。中国科学家很早就提出这个问题，但没有用。现在这个问题逐渐凸显出来：一方面，能源供给发生很严重的问题，50% 以上能源依靠进口；另一方面，很多依靠资源发展起来的企业由于创新不够，开始面临非常多的问题。
现在国家对于科技的需求和迫切性正在逐渐增加，因而开始强调科技体制改革。科技界必须认识到这一点，必须想办法采取措施自己解决。科技界不仅要掌握科技的规律，还要掌握社会发展的规律，使科技的发展能够与社会的发展适应、协调，从而才能促进科技自身的发展。
当前的科技发展没有经费是不行的，而且经费需要的越来越多，这就越来越依赖社会。而社会能不能、愿不愿意支持科技发展呢？如果社会愿意支持，就必须有社会可看得见的成绩才行。但是科学家又不能像不懂科学规律的一部分人那样，不顾科技本身的发展规律，不搞清楚就急于求成。
那么 20 世纪 80 年代中国科学院如何去面对、去解决这些问题呢？从理论上来讲，一方面要尊重科学自身的规律，另一方面要尊重经济社会发展的规律。从实践上来讲，从解决农业、黄金、产业这 3 个社会亟待解决的问题入手，展现科技对于社会的重大作用。
我爸从屋里出来，说，好啊，你小子！明年就要高考，这事儿可不是玩的。只要考个名牌，老爸砸锅卖铁也给你买房买车，到时候咱要挑挑拣拣。高考之后再谈吧，你谈个啥样的，老爸都支持。高考结束之后，咱就去旅游，全国的城市随你挑。
虽然教改进行多年，“学生是课堂的主体”喊得山响，但我们的课堂还是在教师的主导下向着既定方向发展，对学生看似多余的提问、质疑往往是忽视，甚至当教师无法解决问题时，送给学生的是当头断喝“就你事多”。学生质疑精神正是这样被教师消灭的。因此，教师要善于重新为师生关系定位，教师不是万能的神，不可能解决所有问题，学生也不是教师的附属，他们可以有自己的感受和思想。教学中的师生思维冲突是一种不可避免的必然，不存在对教师形象尊严的影响，教师要等闲视之。
4 走前瞻擘画、创新超越的科技发展之路
战略问题属于全局性问题，因此一定要有前瞻性。“973 计划”是基础研究的重点计划，所以不是针对今年或明年的问题，而要针对稍微长远一点的。当然，也不能长远到无期限。希望“973 计划”能够经过 5—10 年，在社会上看到一些可观的影响。当然并不是要求每一个“973 计划”的支持项目都这样，因为有一些研究领域支持 10 年依然不够，依然还需要持续的稳定支持。但是，另一些项目就需要重新审视，至少是那些在稳定支持了 10 年还看不出任何效果的项目，就不能再维持下去。我们提到的前瞻性，并不针对某些专家或领域，因为我自己的思考也还不够。以下关于前瞻性，举 2 个信息领域研究的例子。
（1）芯片。 此前我们讨论信息的时候，提了 3 个方面的内容，其中之一就是中国要有一个“芯”，也就是 CPU（中央处理器）。现在这个目标基本上没有达到，几乎所有的“芯”还是外国的。虽然也有中国的，但先进的、关键的技术还是掌握在别人手里，我们只是“用”而已。同时，我们要看到这么多年来，这个“芯”发生了很大的变化，跟我们原来想像的完全不一样了。我们此前规划的“芯”还是一种跟踪性质的：比如说英特尔有什么样的“芯”，我们就希望我国也有什么样的“芯”，然后逐渐接近它，并最终超越它。但是，现在来看，我们这种跟踪、接近和超越的思路对这种快速发展的技术是行不通的。因为最近几年，国外反倒有一些不是很大的企业，发展新的技术以占据未来的芯片领域。例如，芯片制造的 ARM 结构，很可能是将来的主流技术。ARM 结构是英国一个小公司研发出来的，它完全脱离了原来英特尔的一套，最近几年在手机领域有很大的发展，现在看起来有可能会替代原来英特尔的芯片结构。所以，信息领域不是没有可能后来居上的。
为满足现阶段人类社会生存与发展的重大需求，科技创新发展优先领域的选取既要与时俱进，考虑经济的可持续增长，又要结合实际，应对当下科技创新挑战。对比2009年和2011年美国创新战略，可以发现医疗保健、清洁能源、教育技术和空间探索一直是美国全力推动的优先发展领域。随着全球信息技术的快速发展，2015年美国创新战略进一步将智慧城市和计算机前沿技术纳入优先发展领域[5]，见图2。下面详细介绍2015年美国创新战略的优先发展领域及取得的成效。
（2）操作系统。 我们提出来的另一项信息领域的研究，是要超越国外的计算机操作系统。操作系统过去提出要想办法超越微软，其实现在很难说以后到底是微软还是新的操作系统站住脚。比如像由 Google 倡导的操作系统，是否将占据市场最主要的位置还不一定。
任何职业劳动和职业教育都是以职业的形式进行的。高等职业教育属于职业教育，自然“职业性”应是其培养目标定位的基本内涵。项目式教学以学生将要从事的工作岗位对职业能力、知识结构的要求，以岗位的知识、能力、素质为出发点，作为设计项目教学内容的主要依据。学生学完一个项目，就能掌握一种技能；学完若干个项目，就能掌握职业岗位工作所要求的一项综合技能[6]。
在信息领域我不是专家，我只是有一种感觉，我们在创新问题上确实做得还不够，我们被国外的一些大公司挡住了视野，不能从里面跳出来找到全新的路。现在（2011 年）Google 的操作系统已经快要和微软的并驾齐驱了，在芯片结构上ARM将来可能也会走到前面。
科学发展走追踪或跟踪的路子会越走越窄。如果没有最基本的创新能力，把精力都放在追踪上面，就会越追踪离核心问题越远。而且，追踪会限制我们自己的手脚。这样说我并没有很大的把握，因为这并不是我的专业领域，我对 ARM、Google 并不是非常清楚地掌握或者了解，我只是观察。但是我觉得无论在什么时候，都要把新的东西紧紧抓住。像 ARM 结构现在成型了没有，还不太清楚，因为它还在不断地发展中。但是，至少我们不能仅仅停留在原来一些想跟踪却还没跟上的芯片上，比如英特尔的芯片。
我们在“973 计划”中追求的，必须是真正的创新。至少要有人敢去创新，哪怕是失败或者什么，而不是在跟踪中越来越落后。信息是发展最快的产业，我们确实很不容易掌握住它，或者超越它。但是我们一定要下定决心走一条超越的路，不然我们费了很大的力气，却对快速发展的技术没有什么贡献。
5 带着危机感创新基础研究的布局
对“973 计划”来讲，有一些现在看起来越来越重要的事情，牵扯到环境、生态、农业等。与信息领域研究不一样，这些领域需要很厚重的积累，需要坚持不懈地、逐步地往前发展。尽管如此，这些方面的创新也变得越来越重要。比如农业，农业本身对中国的经济非常重要，没有饭吃带来的后果是不能想像的。怎样才能发展出一个高效、优质的粮食品种，能够支撑中国将来达到养活 14 亿人口的能力，这是一个非常大的课题。如果做不到这一点，中国将面临极度的危险。有些经济学家认为经济发展了，花钱去买粮食就可以了；但实际的问题是，即使花了很多钱，又能不能彻底解决中国人的吃饭问题呢？我想这仍然要打一个问号。
中国的农业现在已经超负荷运转，每年可以生产出多少粮食暂且不论，仅多生产粮食所造成的一些其他后果恐怕也是很难负担的。比如，现在粮食增产主要是靠增加肥料等，这对环境和生态本身所造成的副作用越来越大。这在一定的时间就会到达临界点，届时用再多的肥料也不会增产而只会造成更严重的后果。因而，农业是绝对不能忽视的，如果超过了它的负荷范围，不知道会发生什么后果，而且这个负荷一定同时又跟生态联系在一起。
诸如此类的问题需要更多地进行仔细分析和研究。中国农业的承载力到底怎么样，粮食产量是不是会无限制增加，能增加到什么程度，什么时候会到达极限？我认为这个极限总会一步一步地接近。如果不能承载这个极限，又当以什么方式应对？不知道生态危机会不会发生，如果要发生，什么时候发生？发生的后果会怎么样？任何事情都有一个极限，不能无限制加大投入。比如，化肥、农药的极限是什么？我自己的一种感觉是已经快到极限了，这是一种感觉，而一旦到达这种极限就会产生严重后果。
当然，我们面临的种种问题，一定会找到合理的解决办法；但是，过程中不能掉以轻心，以避免造成不必要的负担。我们在很多问题上要有一定的危机感，要认识到什么样的事情都会有极限，而事物发展到某种程度就会出现无法想象的某种结果，要有防止某些事情发生的敏锐性。
今天就讲到这里，一方面“973 计划”确实已经取得了很大的成绩，有很多值得骄傲的地方；另一方面，我们现在必须要保持警惕，要有危机感。
周光召 中国科学院院士，“两弹一星”功勋奖章获得者。理论物理、粒子物理学家，主要从事高能物理、核武器理论等方面的研究并取得突出成就。在中国第一颗原子弹、第一颗氢弹和战略核武器的研究设计方面做了大量重要工作，为中国物理学研究、国防科技和科学事业的发展作出了突出贡献。先后当选为美国等 12 个国家和地区的科学院外籍院士。曾任中国科学院理论物理研究所所长，中国科学院副院长、院长、学部主席团执行主席，中国科学技术协会主席，全国人大常委会副委员长等。E-mail: daimh@x263.net
* 根据2011年11月15日在第五届“973计划”专家顾问组第二次会议上的讲话录音整理。第五届“973计划”专家顾问组由47位中国大陆和中国香港的科学家组成，其中周光召任荣誉组长，徐冠华任组长，陈佳洱、林泉、朱道本任副组长。2019年5月15日时值周光召先生90周岁华诞，刊发此文以表对周先生的敬贺！本文经徐冠华院士审定。
修改稿收到日期：2019年4月24日
责任编辑：文彦杰
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