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创业指南

    从诺贝尔科学奖看颠覆性技术人才储备
    发布时间:2016-12-11 作者:admin 来源:千人计划网 阅读次数:

    2016年度诺贝尔科学奖已于10月上旬陆续揭晓,世人瞩目的颁奖典礼即将拉开大幕。毫无疑问,诺贝尔科学奖代表人类科学与技术研究最高成就,而其中产生的颠覆性技术也早已在工业革命的进程中显现。在我国十三五开局之年——今年5月19日,中共中央、国务院印发《国家创新驱动发展战略纲要》,其十大战略任务之一,即是发展引领产业变革的颠覆性技术。回望诺贝尔科学奖116年的历史,人们可从中得到什么样的启示,又如何从诺贝尔科学奖看颠覆性技术人才储备?为此,记者特别邀请科学家、科学技术史专家、战略与政策研究领域专家、预测未来技术专家学者等发表见解。

    一、诺贝尔科学奖唯原始创新是举

    怎样看待今年的诺贝尔科学奖,历史上的诺贝尔科学奖又带给人们哪些启示?本刊记者邀请中国科学院的3位院士:中科院北京生命科学研究院副院长高福、清华大学物理学院教授朱邦芬和北京大学化学院教授刘忠范就此发表见解,还特别邀请科学哲学学者张田堪对诺贝尔科学奖116年历史进行系统梳理(见本刊“前沿”栏目)。

    1. 诺奖得主的学科交叉融合视角

    “将数学概念应用于物理学,可以产生原始性创新,今年获奖的3位任教于美国大学的英国科学家在凝聚态物理理论研究中应用拓扑的概念,预言了奇异的物质态及其相变,以及新奇的物理性质。”

    朱邦芬说,索利斯与科斯特利茨一起提出了一个简单的模型,指出其中存在拓扑相变,由此提出二维材料系统可以存在超导和超流。拓扑量子态与空间的整体拓扑性质有关,不受局部结构改变的扰动。这使得拓扑相变不能被传统的描述凝聚态相变的朗道理论描写,因而第一次超越了朗道理论框架;索利斯另一项拓扑方面的重要工作是对量子霍尔效应的拓扑理解。这一工作将数学中拓扑不变量——陈数(以华人著名数学家陈省身命名)和物理上可测的台阶状整数量子霍尔电导联系起来。这个联系可谓物理中量子力学和规范不变性基本原理共同作用的结晶。

    张田堪认为,更能体现物理学与医学结合的范例,当属2003年度诺贝尔生理学或医学奖:美国的保罗·C·劳特伯和英国的皮特·曼斯菲尔德,发明了磁共振成像技术(MRI)。它不仅能让医生看清人体内不同组织结构,而且发展了当代磁共振成像技术。

    “有关磁场的研究,早已获得过诺贝尔物理学奖。”张田堪说,磁场和无线电波频率之间的简单关系控制着共振现象,对于带有不配对的质子和/或中子的每种原子核,存在一种数学常数。这就有可能确定磁场的波长,以作为磁场强度的函数。早在1946年,美国的费利克斯·布洛克和爱德华·米尔斯·珀塞尔在对质子(所有原子的最小物质)研究时,就证明了上述现象。为此他们共同获得1952年度诺贝尔物理学奖。

    张田堪解释说,磁共振成像技术的原理是:一个强磁场中的原子核,会以一定频率转动,而这个频率取决于该磁场的强度。如果该磁场吸收了相同频率的无线电波,它们的能量就会大大增强。当原子核返回到以前的能量水平时,无线电波就会发射出来。在随后的几十年中,磁共振主要应用于研究物质的化学结构,再后来导致了磁共振成像技术在医学上的应用。他说,水,构成了人体体重大约2/3,在人体不同组织和器官中,水分是不一样的。许多疾病的病理过程会导致水分的变化,这种变化恰好能在磁共振图像中反映出来。通过先进的计算机程序,可创建一个反映组织化学结构,包括不同水含量和水分子运动的三维图像。如此一来,就可能在被观察身体部位产生非常清晰的组织和器官图像。用这种方法可知疾病的病理变化。

    张田堪说,磁共振现象研究所取得的成果远不止于此,与这个内容相关的研究,还获得了另外两次诺贝尔化学奖。1991年,瑞士的理查德·欧内斯特,由于研发高分辨核磁共振分光术的贡献而获该年度诺贝尔化学奖;2002年,同是瑞士人的库尔特·伍思里克,因发明核磁共振分光镜检查以确定溶液中的生物大分子三维结构而获诺贝尔化学奖。他说,这两次化学奖,当然是物理学与化学结合的结晶。

    2. 积累与传承的力量

    “没有空中楼阁!在诺贝尔科学奖的历史上,往往是老师获诺奖,他的学生也获诺奖;今年日本科学家大隅良典因发现细胞自噬机制而获诺贝尔生理学或医学奖,就是最好的证明。早年他做博士后研究工作所在的美国洛克菲勒大学,本就是细胞自噬研究的‘老窝’”。高福说,“甚至大科学家牛顿‘站在巨人的肩膀上’,所指就应该是知识积累与传承,实际上也是人才储备。”

    高福和张田勘都向记者讲述了美国科学家科恩伯格父子获诺奖的故事:因两种聚合酶即DNA聚合酶和RNA聚合酶而分别获得诺奖。父亲阿瑟·科恩伯格因证明了DNA的复制并分离了复制所需的酶而获1959年度诺贝尔生理学或医学奖;儿子罗杰·大卫·科恩伯格因对“真核转录的分子基础所作的研究”而获2006年度诺贝尔化学奖。

    张田勘说,在诺贝尔科学奖116年的历史上,迄今有6对父子、1对母女、1对兄弟获诺奖。其中1对母女,即母亲玛丽·居里和她的女儿伊雷娜·约里奥-居里。母亲玛丽·居里先后2次获诺奖:1903年度诺贝尔物理学奖和1911年度化学奖;女儿伊雷娜·约里奥-居里获1935年度诺贝尔化学奖。

    3. 做别人没做过的事情

    “大隅良典的成功,是他坚持做别人没做过的事情”。

    张田勘说,1988年,大隅良典任东京大学副教授,在博士毕业15年后拥有了自己的实验室,他选择对酵母液泡降解机制进行深入研究,是因为此前尚无任何人开展这样的研究。液泡是一种充满细胞液的细胞器,是植物细胞的主要成分,约占植物细胞体积的90%,1980年代液泡被简单地视为惰性细胞细胞器和废物存储库。促使大隅良典选择这一研究内容的原因,主要是他要完成此前未竟的探索。上个世纪70年代,他在美国洛克菲勒大学博士后研究期间,曾试图分离出酵母细胞核,然而在离心管的顶层无意间发现了一层明显的细胞器,这就是酵母液泡,这些成分原本是要被抛弃的,然而他认为这种物质既然是酵母的细胞器,相当于人类细胞中的溶酶体,就不会没有功能和作用。回到日本东京大学之后,大隅良典心无旁鹜地认真研究酵母液泡直至做出诺贝尔科学奖级的工作。

    “诺贝尔科学奖鼓励原创及未来价值。”刘忠范说,今年的诺贝尔化学奖——分子机器、分子马达,听起来,这样的成果像是不靠谱,然而正是由于“不靠谱”,才有可能是原始性创新。他说,19世纪发明发电机的时候,当时人们也觉得它不靠谱;100多年前莱特兄弟研究第一架飞机的时候,人们也觉得它不靠谱,然而飞机在今天已成为人们的常规交通工具。由此,再过50年、100年,或许分子机器、分子马达也会广泛使用。

    高福说,今年的诺贝尔生理学或医学奖只授予日本科学家大隅良典一人,更加显现出诺贝尔科学奖重在原创。大隅良典发现酵母细胞自噬现象的论文,最初只发表在很小的杂志上——1992年(119卷第2期)《细胞生物学》。然而关键的一点是,接下来大隅良典的论文皆发表在具有很大影响力的大杂志上,就这样发下去,直至全世界跟着他的研究走。

    二、诺贝尔科学奖与颠覆性技术生根于科学革命和产业革命沃土

    历次产业革命或称工业革命中的重大核心技术,无疑是人类历史上最大的颠覆性技术。产业革命为什么发生于18世纪的英国?产业革命与科学革命之间是什么关系?清华大学社会科学学院科学技术与社会研究所教授刘立和中国科学院大学人文学院历史系教授袁江洋,向本刊记者谈了他们对此问题的研究与思考。

    1. “重大技术发明出现背后一定有伟大的科学支撑”

    “英国产业革命是人类历史上具有里程碑意义的重大事件,它标志着人类社会从农业社会进入到一个新的社会形态即工业社会。蒸汽机是产业革命中最重大的技术创新,是推动产业革命飞速发展最强大的引擎。”

    刘立与袁江洋着重强调第一次产业革命是一种动力革命,其最重大的技术创新——蒸汽机,是在科学原理指导下完成的。他们分别解析了瓦特改进蒸汽机的案例。

    瓦特是格拉斯大学的仪器修理师,他的好朋友布莱克,是格拉斯大学的热化学教授,后来瓦特就是根据布莱克理论研究蒸汽机。从1765 年至1790 年,瓦特对原有蒸汽机不断进行改造,发明了一系列新技术,例如分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等,大大提高了蒸汽机的效率,最终发明出现代意义上的蒸汽机。由此,人们将瓦特设有与汽缸壁分开的凝汽器蒸汽机这项发明获英国专利的1769年,作为蒸汽机使用的标志性年份。

    瓦特还是月光社成员。

    1765年,英国伦敦100英里之外的伯明翰,出现了一个由自然哲学家和工业企业家组成的学会——月光社。至18世纪晚期,月光社以及其他地方性学会在英国科学和技术领域已具广泛影响,有力地推动了英国工业革命的兴起。正是月光社所推动的工业革命,使英国在19世纪成为“日不落帝国”。

    袁江洋指出,蒸汽机的案例表明,“重大技术发明背后一定有伟大的科学支撑”。

    刘立列举了产业革命后发国家——德国如何成功地实现快速追赶的范例。到19世纪末,德国进入世界工业化强国行列。

    1895年11月8日,伦琴在他的实验室偶然观察到一种新型射线X射线。1901年,诺贝尔奖委员会将第一个诺贝尔物理学奖授予伦琴。X射线的发现,在医学和自然科学领域宣告了一个新纪元的开始。X射线的发现为诊断成像奠定了基础,直至今日对全世界的患者都具有无可估量的价值。世界各地的科学家利用X射线管这种新型仪器,展开各项科学研究,如运用X射线衍射技术研究物质的结构等。

    合成靛蓝,是合成染料工业史上最伟大的成就之一。靛蓝是市场需求最大的染料,一直有“染料皇帝”之称,它是天然染料中最后一个堡垒。拜尔也因对靛蓝的结构研究和实验合成而名垂千古。为表彰他在染料和碳氢化合物研究方面的杰出贡献,1905年,拜尔被授予诺贝尔化学奖。

    英国物理学家麦克斯韦,在19世纪70年代从理论上预言了电磁波的存在,并且预言信号可以通过空间传输。1887年,德国物理学家赫兹,通过实验接收到了穿越空间的电磁波,从而证实了麦克斯韦电磁学理论的预言。1899年和1901年,意大利工程师马可尼分别实现了横跨英吉利海峡和横跨大西洋的无线电通信。1909年,马可尼被授予当年度的诺贝尔物理学奖。

    2. 科学革命与工业革命是人类卓越思想与文明的汇聚

    “科学革命的重要意义在于具有极其重大的精神文化价值。科学革命完成了对旧时代价值论的最后一击,确立了理性与知识的地位,培根最先构想了知识社会蓝图,而牛顿展现了人类理性的卓越。”

    袁江洋说,英国是科学革命的顶峰。科学史家将牛顿《自然哲学的数学原理》出版的1687年,作为近代科学诞生的标志。他说,当时全世界或许不会有超过10个人能看懂《原理》,然而其精神价值对人类精神世界产生了震撼,牛顿居然能把整个太阳系的运动在纸上计算出来,显示了理性的强大,它使整个英国科学文化获得了充分的发展动力。他说,后来发端于18世纪初的启蒙运动,也肇始于英国,而后发展到法国、德国、俄国,波及荷兰、比利时,其覆盖的知识领域包括自然科学、哲学、伦理学、政治学、经济学、历史学、文学、教育学等,而启蒙运动是以科学作为标杆、以牛顿作为理想的化身的。

    袁江洋认为,西方产业革命的发生,是文艺复兴、宗教改革和科学革命的自然延续;工业革命确立了人在自然中的位置,确立了新时代的物质基础;工业革命与科学革命的发生乃至现代化的开启,是人类卓越思想与文明汇聚的结果,因而工业革命与科学无关的论点不成立。

    袁江洋强调,1512年,哥白尼在其《概要》中提出了震撼世界的全新宇宙观“日心说”,从而开始了一场巨大的科学革命,引导了伽俐略、开普勒、牛顿等科学巨人开启一个群星灿烂的时代。

    刘立说,近代以来,世界科学中心已经历5次转移,其路线大体为:16世纪在意大利,17世纪在英国,18世纪在法国,19世纪在德国,20世纪在美国。按照日本学者汤光浅朝的说法,一个国家的重大科学技术成果在全世界总量中占25%,就会成为当时的世界科学中心。

    刘立着重阐述了19世纪德国合成染料工业奇迹般发展的奥秘:

    其一,世界上,德国大学最早向现代大学转型,科学技术全面进入高等学校的课程体系,率先开创了实验室教学方法。在化学家李比希等人的努力下,德国成为世界化学中心,培养了一大批杰出的化学家,从而满足德国化学工业特别是合成染料企业对化学家日益增长的需求。其二,德国合成染料企业发明工业实验室这种有利于技术创新的组织创新,巴斯夫、拜耳等公司在企业内部建立了工业实验室,并大量聘用化学家从事新产品新技术开发。他们聚集在实验室,分工合作,集思广益,集体从事发明创造,效率大大提高,实现了“发明的工业化”。此外,工业化学家还与大学里的学术化学家保持密切联系,有效地进行“产—学”合作。德国合成染料的工业实验室涌现出许多重大技术创新成果,如合成靛蓝、阿司匹林、合成氨等。一位英国学者在对比德国合成染料工业兴起和英国合成染料工业衰落时指出:如果没有工业研究实验室以及配备在实验室中的化学家,德国合成染料工业就不可能到1914年发展成为在全世界所拥有的支配地位。其三,德国专利制度的创新及其执行。

    三、颠覆性技术人才出自诺贝尔奖级工作

    中国女科学家屠呦呦,因其在青蒿素发现中原创性贡献,荣获2015年度诺贝尔生理学与医学奖,成为我国第一位诺贝尔科学奖获得者。

    高福在接受记者采访中感慨屠呦呦自1969年1月接受国家“523”抗疟药物研究艰巨任务到获得诺奖,从事诺贝尔奖级工作长达近47年。

    在颠覆性技术人才储备问题上,中国科学院科技战略咨询研究院研究员穆荣平、中国科学技术发展战略研究院研究员宋卫国、中国科学技术发展战略研究院科技预测与评价研究所所长王革与3位院士朱邦芬、高福、刘忠范提出了意见建议。

    1. 有关颠覆性技术的全局观

    穆荣平在接受采访中自设了这样一个问题:“英国这样一个岛国,在历史上是怎样变成了“日不落”?今天我们应当怎样把握新技术革命机遇?”

    “作为社会总体利益的代表,政府应该关注长远、关注全局,关注通用技术层面的重大变革或称革命性变革。”

    穆荣平认为,改革开放30年,我国一个重大变化就是对人才的认识,应该说从中央到地方,现阶段已形成一个基本共识,就是要坚持“创新驱动实质是人才驱动”。他说,德国马普研究所,是在全球范围招聘到所长,而后才建研究所。而今我国人才政策可谓与之有异曲同工之妙。

    然而,穆荣平指出,目前我国有些地方仍在用招商引资惯性思维引进人才。他说,这种工作模式需要转变,譬如以提供经费、住房等优惠便利条件吸引人才。其实我们要探索的是根据各个地区发展的基本定位,创造比较容易开展工作的环境。

    在颠覆性技术人才储备问题上,穆荣平提出3点建议。

    第一,注重国家实验室建设。这是出颠覆性技术的重要载体和组织保障,要把基础研究和前沿技术开发,作为国家实验室的重要使命之一;第二,对国立科研机构和研究型大学,应通过政策导向鼓励其开展科学与技术研究。对大学来讲,重要的是出新思想,进而引发技术革命。这里,国家科学计划和财政部门包括自然科学基金等资助机构,应探讨怎样提供稳定的经费支持,进而对基础研究和前沿技术研究做出统筹安排;第三,企业创新能力亟需提升。要考虑培养一批创新能力很强的跨国经营公司,这是将来把握技术变革最重要的地方。譬如,企业要能将大学或国家实验室研究出来的颠覆性技术变成产品和服务,从而实现其价值。从这个意义上讲,企业创新能力建设尤为重要。当企业能在颠覆性技术创造中发挥重要作用的时候,中国一定是世界一流强国。

    穆荣平说,目前,我国相关现行政策分散在各个职能部门,怎样把这些政策组合起来,现在可做两件事情:其一,创新政策的前置审查,这在科技体制改革实施意见里已提及。他说,在出台相关政策之前,一定要有第三方作为预评估;其二,要思考怎样加强统筹协调,围绕着重点工作开展政策协调。他强调,在重点工作、重点领域进行政策集成,成本最低。

    2.我国颠覆性技术研发人员短缺

    “‘科技人才’的学术术语为‘科技人力资源’”。中国科学技术发展战略研究院研究员宋卫国谈了对我国科技人力资源的4点看法,为喜忧参半:

    就大学本科及以上学历的科技人力资源总量而言,10年前我国开始居世界第一; 研发人员总量也是世界第一。其中研发活动中起核心作用的R&D研究人员,这个指标也在2010年超过了美国;由于庞大的人口,中国科技人力投入强度(即每万人口中R&D研究人员数量)在世界上并不高,我们的指标不足发达国家的1/3。美国每万人口中R&D研究人员40人,以色列高达77人,我国只有11人;中国的创新人才问题,主要是人才结构问题。目前大学和研究机构培养的人才知识结构仍不能满足创新发展和产业转型升级需要,表现为高层次、高水平人才欠缺,特别是原始创新人才队伍、杰出的创业企业家和高水平基础研究人员包括颠覆性技术研发人员短缺。

    3. 颠覆性技术青睐具有前瞻视野的企业家

    “从颠覆性技术创新角度说,现在我们更需要的是敢于创新的杰出企业家”。宋卫国提出,若要颠覆一个行业,至少要有人把颠覆性技术变成产品,因而颠覆性技术创新人才不仅仅要懂技术研发,还要创新产品并把产品推向市场占领市场,才能产生颠覆性。颠覆性技术创新,企业家的作用尤其重要。

    王革认为,颠覆性技术人才储备,分为不同类型,其中有研发人员也有企业家。他说,其实企业家层面的杰出人才搞创业更能把握未来的机会、看到潜在的需求,而这一层面人才来源于国外大公司,他们历练过、看到过“天花板”,如果能将他们吸引到国内,会是颠覆性技术切入重要的方面军。他说,乔布斯从“苹果”那里出来,重新开发新产品再回去做大,一个大产业最终做起来了。同样的还有一种方式,即大公司形成之后,把那块业务切出来自行运行,可能会形成新的创新增长点。

    4. 颠覆性技术人才成长的土壤和阳光雨露

    3位院士朱邦芬、高福、刘忠范有着共同的心声和呼声,归纳起来有如下几点:

    ●科研必须回归科学精神,遵循科学发展规律,静下心来关注科学本身。

    刘忠范说,本世纪初他去日本访问的时候,日本正在搞一个诺贝尔奖计划,拟在未来50年内拿下30个诺贝尔奖。从那时到现在日本已拿了17个诺奖。他认为日本人关注的都是科学的基本问题,且静下心来做,结果做出来了。

      ●建议合并中组部、科技部、国家基金委、教育部、各省市各种各样相似的奖励人才计划。朱邦芬说,目前人才计划过多,使得优秀青年科学家不易静下心来,往往花大量时间和精力在报奖上,反而很少时间亲自做研究,不少年富力强的科学家已脱离科研第一线,很多都是指导学生做研究,这对我国科研进一步发展很不利。

      ●按照规划,建好平台,筑巢引凤,给科学家留有自由探索的空间,培育创新文化环境,给颠覆性技术人才成长以土壤和阳光雨露。高福说,人才储备起来,未来发展就落在了实处。刘忠范说,投资未来就会获得未来。朱邦芬则建议原始性创新培养,要从中小学教育着手,从娃娃抓起。