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曹和平:大科学装置群关系大国命运 | 访谈

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  长江日报记者李煦


  曹和平
  8月18日那天,曹和平看到了新华社发布的那个重磅消息。
  其实对他来说,这消息中的某些内容已经不算太意外,毕竟,他已经为此忙了好久——
  “……以深圳为主阵地建设综合性国家科学中心,……支持深圳建设5G、人工智能、网络空间科学与技术、生命信息与生物医药实验室等重大创新载体,探索建设国际科技信息中心和全新机制的医学科学院。”
  曹和平,北京大学经济学教授,博士生导师、环境资源与发展经济学系创系主任。北京、云南、广州、西安、哈尔滨、厦门、青岛等多地经济顾问,深圳数字经济与科技研究院理事长。 1986-1991年间,他先后在中共中央书记处农研室、国务院农村发展研究中心、农业部工作,2002年初至2004年底任北京大学经济学院副院长。
  近年来,他主持参与的重大项目之一,就是《深圳大科学装置群与科学城建设方案》。
  何谓“大科学装置群”?对于国民经济、国民福祉和国家命运,“大科学装置群”又有何种意义?读+记者专访了曹和平教授。
  中国大科学装置不完全名单
  “萌芽期”:我国大科学装置的建设起于新中国成立初期,主要项目包括“两弹一星”、1.5米回旋加速器、海洋综合调查船、高能加速器的预先研究、2.16米光学天文望远镜预研、短波授时“326工程”、受控热核聚变研究。
  “成长期”:北京正负电子对撞机、2.16米望远镜、兰州重离子加速器、托卡马克装置、神光装置、串列静电加速器、合肥同步辐射装置、长短波授时系统、遥感飞机、遥感卫星地面站。
  “发展期”:神光装置升级改造、中国环流器新一号、中国环流器二号A、超导托卡马克、全超导非圆截面托卡马克、长短波授时系统改造、遥感飞机改造、遥感卫星地面站升级改造、合肥同步辐射装置升级、兰州重离子加速器冷却储存环工程、北京正负电子对撞机重大改造工程、HI-13串列静电加速器升级工程、陆地观测卫星数据全国接收站网、大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜、上海光源、中国西南野生生物种质资源库。
  “快速发展期”:散裂中子源、强磁场实验装置、大型天文望远镜、海洋科学综合考察船、航空遥感系统、结冰风洞、大陆构造环境监测网络、重大工程材料服役安全研究评价设施、蛋白质科学研究设施、子午工程、地下资源与地震预测极低频电磁探测网、农业生物安全研究设施等。
  “十三五”时期:空间环境地基监测网(子午工程二期),大型光学红外望远镜,极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施,大型地震工程模拟研究设施,聚变堆主机关键系统综合研究设施,高能同步辐射光源,硬X射线自由电子激光装置,多模态跨尺度生物医学成像设施,超重力离心模拟与实验装置,高精度地基授时系统。
  【访谈】先进产业催生世界城市 世界城市托举世纪大国
  二战后迎来“大科学时代”
  读+:请问,什么叫“大科学装置群”?
  曹和平:这个概念首先要从“大科学”(Big, Mega or Large Science)说起。1962年,美国学者普赖斯在布鲁克海文实验室发表了4次演讲,汇编成《小科学 大科学》一书。他认为,在现代社会,当一个科学家行将结束学者职业而回首往事时,会发现在他之前所产生的科学成果只占他自己知识的10—20%,这一事实充分说明了科学活动的现时代性和新颖性。现代科学显得如此宏伟,它完全可以与埃及的金字塔和中世纪欧洲的大教堂媲美。而更重要的是,国家在科学方面花费的人力和财力,很快使科学成为国民经济发展的决定性力量。崭新的、辉煌的和无比强大的现代科学,其大规模性质是如此引人注目,以致产生并使用“大科学”这一专门术语来描述之。大科学新颖而庞大,与过去小规模的、小成本的、零散的小科学研究形成了鲜明的对比。(普赖斯在这本书中预言了中国科学的崛起,他说“我们目前日复一日地翻译中国的主要科学杂志,……或许在下一个十年或两个十年内,中国就会与我们势均力敌,中国的科学人力正以每3年就翻一番的速度发展着”——读+注)
  在伽利略时代、列文虎克时代,只需要一台望远镜或者显微镜就可以展开研究取得成果。而二战以后,我们迎来了大科学时代,“大”体现在(1)具有“文理工”三栖意义,(2)多个学科在大规模试验设施支持下进行,(3)众多科学家联合体协同攻关,(4)研究悬而未决的历史难题或者是时代挑战性的重大问题,(5)是领先又具有未来收益等的专项和复杂科研活动及其累积成果的总和。美国研制原子弹的“曼哈顿工程”是“大科学”出现的标志,美国载人登月工程“阿波罗”汁划也是“大科学”的典型范例。
  大科学装置群(The ConglomerationofMega-ScienceLaboratories,CMSL)是完成上述过程总和所需要的综合性、复杂性和极限性试验设施组合,它是技术发明、产品创新、新技术增长点以及对应产业链整合升级的始发性动力源泉; 是衡量一个国家及地区创新能力最具显示度的硬性观察指标。
  读+: 目前世界上有哪些大科学装置群?
  曹和平:普赖斯发表演讲的地点——布鲁克海文实验室就是其中之一,它成立于1948年,实验室拥有3台反应堆和同步辐射光源、回旋加速器等一大批大型仪器设备,培养过7位诺贝尔奖获得者。此外美国还有劳伦斯伯克利国家实验室(创建于1931年,建立起了第一批电子直线加速器,发现了一系列超重元素,开辟了放射性同位素、重离子科学等研究方向,共培养了9位诺贝尔奖得主)、加州大学洛斯阿拉莫斯国家实验室(以研制出世界上第一颗原子弹而闻名。其研究工作主要分为武器研究和相关科技领域的实验理论研究)、橡树岭国家实验室(早期主要从事核能、物理及生命科学研究。现在主要从事中子科学、能源、高性能计算、复杂生物系统、先进材料和国家安全等领域研究)。
  其他国家,英国、法国、德国、日本、瑞士、欧盟各有一个,俄罗斯有一个。研究方向主要包括新材料、新能源、高能物理、生命科学等等。
  深圳将成“全球明星城市”
  读+:那么,中国的大科学装置群又是如何布局?
  曹和平:我国主要集中在北京、上海、合肥,此前获批的3个综合性国家科学中心就在这三个地方。
  北京是基础科学,此外关注物质、空间、地球、生命、环境、信息与智能等领域;上海是生命科学、新材料、新能源、环境和物质等科学领域;合肥主要依托中国科学院和中国科学技术大学,在高能物理和量子技术方面有优势,聚焦能源、信息、生命、环境四大领域。此次深圳获批,将建设脑解析与脑模拟设施、合成生物研究设施、精准医学影像大设施、材料基因组大科学装置平台、空间引力波探测地面模拟装置、空间环境与物质作用研究设施。
  读+:能否说,从国际到国内,大科学装置群都是国家主导的产物?
  曹和平:包括美国在内,都是这样的。美国声称他们的科技积聚是市场配置的结果,但是美国政府政策力度最大的时期,也是美国基础科学进步最大的时期。美国为了推广它的主流经济学理念,把自由市场的边界拓展到无限,把所有的外部性因素都剔除了。
  但是,深圳是个特例,它没有依托某个大学,而是依托产业。举例来说,去年在东莞建成了全球第四台散裂中子源,此前只有美、英、日有这个。散裂中子源就像“超级显微镜”,是研究物质材料微观结构的理想探针,利用散裂中子源可以研究大型金属部件的残余应力,对于提高高铁关键部件和航空发动机部件的性能,以及核电站部件的服役性能十分重要。如果拿老百姓熟悉的东西来说,汽车用的高强钢、锂电池、开采海底可燃冰,都需要用到散裂中子源。这台大科学装置落户广东,与深圳比亚迪、欣旺达等产业的发展是分不开的,新能源产业发展到一定高度后,就需要粒子水平的科研作支撑。当然了,当地申请的时候,力度也很大。
  深圳的高新产业集成度比北京要高,它是大湾区的新明星城市,以后会成为“全球明星城市”。过去40年,它是吸取国际先进理念的窗口,今后,它应该会把中国的新理念、新模式回馈给世界。
  深圳结合了中原文化的“天人义理”和岭南文化的“严慎细实”;深圳要继续前进,就需要科技支撑,以大科学装置群为基础,结合自身优势,深圳可能会成为全球创新经济的沃土。
  未来3-7年科技爆发与大国命运
  读+:基础科学研究看似要在较长的时间段起作用,那么在当下有何紧迫感?
  曹和平:未来3-7年将迎来以数字技术为基础的互联网经济大增长,相应地会出现科技爆发,现在热门的5G只是第一步。1G到4G解决的是通讯问题,5G解决的是社会行为问题,人们很多行为会被数字技术支持下的智能传感单元和智慧场所(建筑、道路、广场等)所替代,从而改变经济的业态、人们的行为和社会的面貌。5G会面向产业互联网和智慧城市服务,像移动互联网、工业互联网,将带动我们进入一个智能社会。根据中国信息通信研究院发布的报告,中国的5G商用或将在2020-2025年间爆发,5G可带动经济总产出10.6万亿元的直接增长及24.8万亿元的间接增长,直接创造超过300万个就业岗位。从近期看来,5G上游的基站、终端设备相关的产业将会迎来爆发,而5G+产业集群则会慢慢孕育。在消费端,互联网、医疗、金融、出行方面的新供给和需求会被创造出来。在工业端,智能制造、无人驾驶、人工智能等运用将加速落地。
  再比如,人类经济活动范围目前涉及,下至地底3000米,如钻井平台,勘探作业等;上至20000米左右。20000米以下的区间分为民航客机飞行区域,通用机飞行区域和自由飞行区域。而自由飞行区域在接下来的经济发展阶段中将扮演重要的角色,以无人机为代表的智能型商业飞行器,其背后的商业模式将成为未来智慧城市的主要经济构成。而这一切,表面看起来风平浪静,当其全面覆盖社会的方方面面时,将是一场挡不住的经济模式的革命。
  各大国的大科学装置群都在工作,谁能抓住“元技术”创新、形成理论突破,谁就可能抓住21世纪的战略产业和战略产品。到那时,可能出现“先进产业催生世界城市、世界城市托举世纪大国”的现象,大国命运将由此确立。
  【编辑:周劼】
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