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【网易新闻】王贻芳:想做科学领先国家,必须有专用大科学装置
2018-12-07|文章来源:网易新闻 史文慧 |【
 

  改革开放40年来,中国经济社会发展取得了巨大进步。作为“第一生产力”,科学技术的价值日益受到重视。网易《改革亲历者》策划独家专访10位科技领域的顶级专家,请他们分享各自在科学研究、科技探索中的经历与见解。

  第十期:专访中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳。

  (一)在高能物理领域,中国的专用科研设备基本都是自己研制 

  网易新闻:有没有可能用简单的语言来解释一下中微子振荡?

  王贻芳:中微子振荡,直接的解释就是中微子在飞行的过程当中,从一种变成了另外一种,当然它还可以再变回来。这个在自然界当中应该说没有直接的比拟,(因为)如果从一个东西变成另一个东西的话,一般不可逆、回不来。

  这是一个量子世界的特殊现象,也是基本粒子的一个非常特殊的性质。这跟整个宇宙的演化发展,甚至是我们银河系、地球的存在都有非常密切的关系。这里面反映了深刻的物理规律。

  网易新闻:您负责的中微子振荡实验,曾被《科学》杂志评为2012年度世界十大科学突破,同时获得了2016年的“基础物理学突破奖”。当时大亚湾中微子实验刚刚运行三个月,能取得这样的成绩,您觉得最重要的原因是什么?

  王贻芳:原因应该说是很多的,大概很难说某一个原因是最重要的。

  其实有某一个因素缺失的话,这个项目就做不成,所以人家说做成一件事要每件事情都对,做错一件事情只要有一件事情错了,就可以把它给弄失败了。应该说,在大亚湾实验的过程当中,无论是各方面的支持,包括政府,包括中广核,包括我们方案的设计,包括方案的执行,包括最终数据的科学分析等等,所有的这些方面都必须做对了,不能有任何一个地方有错误。

  我们的(大亚湾中微子实验)灵敏度是人家的好多倍,我运行一个月是人家的四五个月,甚至半年,所以我们运行三个月,相当于人家运行了好几年。

  最终这样一个结果是很自然的,这反映了我们一方面在开始的方案设计上面有一个正确的决策,另外在技术上有很多特别的地方,使得最终这个实验能够非常令人满意地完成最初的科学目标。实际上我们已经远超过最初的设计目标,比预想的还要好。

  网易新闻:现在中国高能物理研究在世界上是一个什么样的水平?

  王贻芳:北京正负电子对撞机,包括大亚湾中微子实验、江门中微子实验这些成绩,无论是科学还是技术的,使得我们基本上站在国际的平均水平。

  我们可能有个别的地方、个别的成果是别人没有的,当然别人只要没有,你就是领先的。但是在整体上来说,应该说我们还是有很大的差距的。

  网易新闻:许多科学领域用到的仪器设备主要靠进口,高能物理这块情况如何?

  王贻芳:在我们高能物理的领域,进口的大设备、整体设备是很少的,基本上都是自己研制,我们只买一些像示波器这种所谓通用的设备。专用的设备,都是自己研制的。

  网易新闻:您刚才说咱们国家高能物理这块的仪器装置绝大多数都是自己研制的,这个比例大概能占到多少,99%?

  王贻芳:99%做不到,因为我们这里通用的仪器设备,(例如)示波器、频谱分析仪等等,另外还有很多芯片,包括FPGA芯片、ADC芯片都是进口的。我们可以研制自己的专用芯片,但是通用芯片只能买,我们不可能真的从种麦子做起,所有的事情都自己做,那是做不到的。

  (二)要想有国际领先的技术突破,科学装置本身必须先进 

  网易新闻:许多大科学装置国际上已有类似的,为什么中国还要花几百亿上千亿自己建?

  王贻芳:大科学装置分两类,一类是所谓通用的装置,有很多人来用。

  实际上在设计建设(这类大科学装置)的时候,并没有一个特别具体明确的目的,只是为了某一个领域,比如说凝聚态物理、材料、化学,至于真的是哪个课题来用,是没有办法预先知道的。所以这一类所谓的通用装置,实际上也是每个国家科研实力的一个基础,没有这个基础的话,你这个国家的科研,应该说实力是大打折扣的。

  也不是说绝对不可以到国外去用,但是如果我们从事物理、化学、生物、材料的人都到国外用这类的装置的话,一个是不方便,使用时间受限制,(另外)有一些也无法出国的,因为一些样品的、各种各样的原因,出不去,所以没法儿在外面做实验。

  这些装置应该说是国家的基础能力的表现,所以必须要有。

  第二大类是所谓的专用装置。理论上专用装置可以自己不建,专门去跟别人合作,用别人的专用装置。

  但是实际上你可以想象,这样的一个合作的专用装置,无论是提出的设想、科学目标、技术方案,还是最终的实施和基础设备的研制等等,都是受很多限制的。你只是做其中的一部分,很难在这里面起到所谓的领导作用,你的科学思想也很难让别人给你体现出来。所以如果我们真的想做世界一流的、科学领先的国家,那必须要有自己的专用的大科学装置。

  当然你不可能把所有可能的专用大科学装置都做了,(而是)只能做其中的一部分,所以这里有个选择,有些我们自己做,有些我们跟别人合作。

  在能够领先的地方,在技术上极其重要的领域、方面,在我们有优势的地方,我们希望自己建设;在我们基础有点薄弱,人力资源不够,技术扩展能力有限,重要性不足的方面,我们少投一点人,跟别人合作就可以了。

  所以这里面有一个优化的问题,也有一个选择、决策的问题,应该说(这)还是一个非常复杂的科学问题。要把它做好不是特别容易的,需要科学界非常仔细地思考和论证。

  你去看科学发展的历史,在美国,它的这些大型的通用仪器设备都是很多公司研制出来的,在研制的过程当中需要两个条件,一个是需求,一个是人才。我们现在应该说这方面都有不足的地方,特别是人才。人才不可能凭空而来,必须是在科学仪器设备的研制过程当中培养出来。所以大科学装置的建设,实际上就是培养设备研制人才的一个最好的途径。

  美国从五十年代开始,搞了五六十年大科学装置的研制,在这个过程当中孵化出了很多仪器设备的企业、厂商,比如说最著名的LeCroy做的示波器,就是一位从事高能物理的工程师把这个技术发展出来,然后去做了示波器的这样一家企业。所以没有环境条件,没有基础是很难发展起来的,急功近利、跳过某些发展阶段也是不现实的。所以我觉得我们中国现在应该大力发展像大科学装置这样一种自己动手研制设备的研究方向。

  简单地说把这个阶段跳过,就去抓最后的成果,那自然你就只有去买人家现成的设备,所以我们还是应该看到科学发展的一个基本的规律,有这样一个过程。美国现在的大科学装置建设遇到很多困难,不代表我们中国就应该跳过这个阶段,跳过这个阶段的最终结果就是我们的基础是非常不扎实的,这就有很多的问题,那自然就会产生刚才说的,大家的仪器都是买来的。

  网易新闻:中国这些年也建了许多大科学装置,如果想取得像欧洲发现希格斯粒子这样的重大成就,您觉得大概还需要多久?

  王贻芳:如果没有新的大科学装置那是不可能的,目前我们所有的这些已有的装置,无论是在科学还是在技术上,都谈不上领先。它的投入跟国际上已有的这些领先的装置相比,至少还差了十倍以上,所以我们还有很大的一个距离。

  如果要想有重大的科学成果,类似于希格斯粒子的发现,或者是比如说引力波的发现等等,这些都还需要几十亿美元,也就是说几百亿人民币以上的投入,否则不可能。

  网易新闻:美国的许多科研项目往往能带动社会几百乃至上千项新技术的发展,中国的大科学装置建设会给社会带来什么样的影响?

  王贻芳:美国的大科学装置总体来说是从五十年代开始建设,高峰到2000年左右,这五十年对大科学装置的投入、建设、运行等等,给他们带来了巨大的收益,也有很多非常重要的技术成果在社会上得到广泛的应用。

  跟他们相比,我们的北京正负电子对撞机起步是相当晚的,(而且)技术上不是国际领先的,我们基本上是采用国际上已有的成熟技术,所以你可以想象,一个科学上、技术上不是最领先的装置,自然在技术的辐射能力方面会有一定的限制。

  所以它的最重要的成果应该是填补了很多国内的技术空白,过去国内没有能力研制的设备、我们不掌握的一些技术,通过北京正负电子对撞机的建设,我们能力提高了,水平提高了,(技术)也掌握了。这里面包括磁铁的研制、高精密的机械、真空微波电子等等,这方面的水平有大大的提高。

  但是它显然不是世界第一的,也不可能说是国外都没有,只有我们有。所以如果要想有所谓的国际领先的、重大的技术突破,能够辐射到社会上,对国民经济有作用的话,科学装置本身必须是先进的。

  从来没有过的装置、从来没有过的科学的重大成果,自然需要从来没有过的技术,这样的技术才有一个所谓的领先性,才能够有可能有一个新的重大的突破。如果只是采用成熟技术,国外已有的,科学上不领先,那么技术上大概也很难领先。

  科学的事情都得一步一步来,从零就到世界领先,那是不可能的。所以我们首先第一步,从零到世界平均水平,达到世界平均水平以后,我们再说世界领先。

  经过三十年的努力,应该说我们已经做到了在世界的高科技领域占有一席之地,达到了世界的平均水平。我们有了这个基础,就要规划设计一些世界领先的科学装置。科学领先,那自然就会有技术领先,自然你所希望的技术的辐射、带动作用,就慢慢会显现出来。

  (三)得诺贝尔奖有很多偶然因素,并不能直接反映实际情况 

  网易新闻:如何看待中国和日本在诺贝尔奖获奖数量上的差距?

  王贻芳:这个差距确实是存在的。

  我觉得我们中国现在的研究,无论是在数量上还是质量上,跟日本还是有很大的差距。(这)一方面反映了我们现在仍然存在着差距,其实更反映了我们在过去的一个巨大的差距。

  它的这些获奖成果都是在上世纪七十年代到九十年代的成果,如果要真讲基础的话,应该是反映了我们六十年代到九十年代对科学投入的一个巨大的差距。所以这个应该说不奇怪,也没有什么可吃惊的地方。

  得诺贝尔奖有很多的偶然因素在里面,从统计上来说反映了国家的科学实力,具体到个人或者具体的研究内容方向、项目,我觉得它不直接反映很多实际的情况。

  网易新闻:对于您来说,做科研最大的动力是什么?

  王贻芳:每一个真正从事科学的人,其实心里都有一个对科学的追求,就是我们希望知道自然界的这些规律,希望知道我们看到的一些现象背后到底有什么。

  在科学研究这个道路上,我们会遇到各种各样的困难,如果没有这样一个兴趣支撑着你的话,你是很难走下去的。

  网易新闻:国内长期有这样一种声音,科研投入那么大,为什么不把这个钱用在民生,您怎么看这个问题?

  王贻芳:任何一个国家的经费的投入都应该有一个合适的分配方案和比例。民生跟科研是完全不搭界的两件事情,就像说一个人是要吃饭还是要睡觉,两个到底要哪一个,这是没有办法去选择的一个问题。

  一个国家如果对科研没有一个合适的投入,这个国家的未来就会有很大的问题。实际上长期以来,我们中国对基础科学的投入一直是有一种所谓急功近利的思想,觉得你这个东西又不能吃又不能喝,也不能对民生做出贡献,为什么要投入?所以长期以来我们对基础科学的投入实际上是比例严重偏低的。

  你去看国际上的这个比例,发达国家一般基础科学投入跟R&D(全社会研究与试验发展经费)比的话,都在15%,我们只有5%,是人家的三分之一。这个恶果实际上现在已经非常明显地体现出来。

  这表现在几个方面,第一我们社会上人才严重不足。你去问企业研发为什么做得不好,都说缺人,大学也说缺人,研究所也说缺人,到处都说缺人。为什么?因为我们基础研究的水平、能力不够。

  任何一个大学,你都可以去想一想,(说)这个大学好,好在哪里?都说数学、物理、化学,基础科学好,没有说这个学校好就是基建好,别的什么都不好,不会的。所以基础科学是培养高水平人才的唯一的地方。如果我们对基础科学没有足够的投入,自然就没有足够的人才,自然这个问题就会体现在所有的地方。

  第二方面就是其实刚才也说过了,像仪器等等,我们所有的这些所谓创新的仪器,不可能说专门教仪器的人才,教的仪器人才都是(只懂)教出来的、现成的仪器。如果要有创新的思维、要有新的发展,其实都是从基础科学里面来。

  你去看一看美国的这些仪器设备厂家,有多少人是真的学仪器出身的,有多少人是学比如说物理(出身)?所以这方面也体现出来我们对基础科学投入严重不足,体现在仪器研究方面,现在情况也是这样。

  当然也包括现在大家说的,诺贝尔奖数量很少。那不投入怎么会有呢?所有我们现在看到的,无论是基础科学研究的重大成果的缺失,还是社会上经济技术发展的瓶颈,都是由于在前面的二三十年基础科学研究比例偏低。

  不是说要不做别的,只做基础研究,只是说要有合适的比例,这个合适的比例,应该是随着经济的发展而逐渐增加和提高的,而且当然也要用在合适的地方。但是不管怎么样,把民生跟科研对立起来,这是完全错误的思想。


 
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