從“模仿式”進(jìn)步到“顛覆性”創(chuàng)新

第四次工業(yè)革命的開(kāi)端

就工業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)“機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化”等三次工業(yè)革命之后，今天，我們迎來(lái)了“互聯(lián)網(wǎng)”為經(jīng)絡(luò)的第四次工業(yè)革命，這就是“智能化”。就世界范圍來(lái)說(shuō)，“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)！大數(shù)據(jù)使“數(shù)字地球”“數(shù)字社會(huì)”“數(shù)字生存”成為現(xiàn)實(shí)。人與人、物與物、車(chē)與車(chē)、船與船，幾乎被一網(wǎng)打盡！3D打印、智能材料、智能穿戴、無(wú)人駕駛汽車(chē)、無(wú)人駕駛軍艦、無(wú)人駕駛飛機(jī)，等等，使工業(yè)生產(chǎn)更加綠色、更加高效，智能化機(jī)器人團(tuán)隊(duì)一躍成為工業(yè)生產(chǎn)的主要“勞動(dòng)力”。

顛覆性創(chuàng)新

是跨越式發(fā)展的標(biāo)志

“創(chuàng)新”一詞源自熊彼特，但100多年悄無(wú)聲息，真正引起社會(huì)關(guān)注是1997年?？寺⊙颉岸嗬颉痹斐傻摹翱寺≌鸷场?，“知識(shí)經(jīng)濟(jì)”帶來(lái)的“思想風(fēng)暴”促使全世界不得不認(rèn)真思考“創(chuàng)新”的意義和內(nèi)涵。于是，“創(chuàng)新”迅速變成了全社會(huì)的時(shí)代精神。

對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，未來(lái)的5年是全面決勝小康的“沖刺階段”，是跳出中等收入陷阱的“起跳節(jié)點(diǎn)”，是中華民族偉大復(fù)興的“百年渡口”。因此，在這十分重要的“關(guān)鍵時(shí)期”，如何依靠科技創(chuàng)新來(lái)引領(lǐng)和支撐中華民族實(shí)現(xiàn)“宏偉跨越”，意義特別重大。

到目前為止，我們可以自豪地說(shuō)，中國(guó)是一個(gè)科技大國(guó)。作為經(jīng)濟(jì)支撐，我們的經(jīng)濟(jì)總量躍居世界第二位，而且在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，會(huì)迅速成為世界第一。就科技發(fā)展來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放30多年的努力，我們?nèi)〉昧恕俺Ｒ?guī)”發(fā)展的驕人業(yè)績(jī)。

一是科技人力資源在世界上排第一位。不管是科技人力資源的現(xiàn)實(shí)投入和科技后備人力資源總量，無(wú)論是按人頭還是按全時(shí)當(dāng)量計(jì)算，我們?cè)谑澜缟隙挤€(wěn)居第一位。2014年我國(guó)科技人力資源總量達(dá)到7512萬(wàn)人；R&D人員總量達(dá)到371萬(wàn)人；大學(xué)本科以上學(xué)歷的科技人力資源總量為3170萬(wàn)人，特別是理工科的大學(xué)生數(shù)量，在全世界絕對(duì)第一。

二是國(guó)家財(cái)政科技投入在世界上排第二位。我國(guó)2015年全社會(huì)R&D投入高達(dá)14300億元。據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織2015年11月發(fā)布的《2015年科學(xué)報(bào)告：面向2030》，美國(guó)科技投入占世界28%；中國(guó)占20%；歐盟占19%；日本占10%。而且預(yù)見(jiàn)，中國(guó)2019年會(huì)超過(guò)美國(guó)，成為全世界第一。

三是科技產(chǎn)出在世界上名列前茅。2014年SCI收錄中國(guó)論文總量26.35萬(wàn)篇，占世界14.9%，連續(xù)6年在全世界排第二位；被引用數(shù)量排第四位；國(guó)際科技論文占全球比重達(dá)到20.2%；2015年國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)110.2萬(wàn)件，連續(xù)5年居世界第一位；2015年共授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利35.9萬(wàn)件，發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)谌繉?zhuān)利申請(qǐng)中的比例達(dá)到39.4%。

四是科研設(shè)施總體上是一流的。盡管我們的科研裝備國(guó)產(chǎn)化程度比較低，但大型科研設(shè)施是世界一流的。譬如：位于貴州平塘的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，是世界上口徑最大的單天線射電望遠(yuǎn)鏡；位于四川西昌的深地核天體物理實(shí)驗(yàn)室，垂直巖石厚度2400米，實(shí)驗(yàn)空間30萬(wàn)平方米，是世界最深、國(guó)際最大的地下實(shí)驗(yàn)室；位于廣東東莞的散裂中子源將與美、英、日一起構(gòu)成世界四大脈沖式散裂中子源；位于山東青島的國(guó)家深?；亟ǔ刹⑼度胧褂茫渲小膀札垺碧?hào)深潛器下潛深度達(dá)到7062米，是目前下潛深度最大的載人深潛器。此外，“雪龍?zhí)枴薄翱茖W(xué)號(hào)”“大洋一號(hào)”“向陽(yáng)紅”系列等30多艘科學(xué)考察船是世界上航海能力最強(qiáng)、規(guī)模最大的科考船隊(duì)。

五是中國(guó)的科技事業(yè)業(yè)績(jī)非凡。我們用30多年的時(shí)間，走過(guò)了西方發(fā)達(dá)國(guó)家300年的科技發(fā)展歷程。屠呦呦獲得了2015年度諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。在一些高新技術(shù)領(lǐng)域我們從“跟跑”變成了“并行”。譬如：計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)在國(guó)際上蟬聯(lián)“六聯(lián)冠”；航天領(lǐng)域的長(zhǎng)征系列火箭、神舟系列飛船、天宮系列航天器；海洋探測(cè)領(lǐng)域的“海龍”系列、“蛟龍”系列、“潛龍”系列、“海馬”系列深潛裝備；航空領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)首架大飛機(jī)C919總裝下線；核能領(lǐng)域的“華龍一號(hào)”首堆示范工程開(kāi)工建設(shè)。

由此可見(jiàn)，迄今為止，我們的確已是一個(gè)名副其實(shí)的科技大國(guó)，但還遠(yuǎn)不是科技強(qiáng)國(guó)。首先是近幾十年來(lái)，影響人類(lèi)文明進(jìn)程的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)和重大技術(shù)發(fā)明很少是我們完成的。引力波是美國(guó)人檢測(cè)到的；石墨烯是英國(guó)人發(fā)現(xiàn)的；3D打印、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、干細(xì)胞，我們習(xí)慣于跟風(fēng)模仿，一哄而上，但不是原創(chuàng)者。其次是在眾多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，我們還不掌握核心技術(shù)，甚至缺乏關(guān)鍵技術(shù)。譬如：現(xiàn)代船舶制造產(chǎn)業(yè)。我國(guó)是世界第一造船大國(guó)，我們的造船產(chǎn)能足已容納全世界的造船訂單，但是我們并不掌握船舶基本設(shè)計(jì)、船舶電子、船舶動(dòng)力等關(guān)鍵技術(shù)。我們主體上是以“焊鋼板”為主的船舶總裝，結(jié)果帶來(lái)的是大量的原材料消耗、勞動(dòng)力消耗和環(huán)境污染。三是裝備短板。從國(guó)防軍工裝備、科研調(diào)查探測(cè)裝備，到產(chǎn)業(yè)工程裝備，還嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口，特別是特定環(huán)境領(lǐng)域、大型成套裝備國(guó)產(chǎn)化程度非常低，形成了從“工具”層面就受制于人的尷尬局面，而且靠進(jìn)口裝備，往往是“一次購(gòu)買(mǎi)，終生依賴(lài)”。

因此，如何實(shí)現(xiàn)從科技大國(guó)到科技強(qiáng)國(guó)的宏偉跨越；如何從“量”的積累轉(zhuǎn)向“質(zhì)”的飛躍；如何從“點(diǎn)”的突破變成“面”的提升；如何從模仿跟跑到并行領(lǐng)跑成為全國(guó)科技界必須深入思考而又迫在眉睫的重大命題。歸根結(jié)底一句話，突破口在顛覆性創(chuàng)新！

顛覆性創(chuàng)新的潮頭

已經(jīng)暗流涌動(dòng)

回顧世界科技革命的歷史，往往是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的科學(xué)積累之后，一些離經(jīng)叛道的學(xué)術(shù)思想，一批離奇古怪的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，一堆難以置信的技術(shù)發(fā)明在緩慢發(fā)展中突然浮出水面，成為科技革命的“先頭部隊(duì)”。今天，不斷涌現(xiàn)的一些超出想象、挑戰(zhàn)常規(guī)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明，使我們有理由相信，在世界范圍內(nèi)，顛覆性創(chuàng)新的潮頭已經(jīng)形成，隨之而來(lái)的將是新一輪科技革命的滾滾大潮。

1.引力波 2015年9月14日，位于美國(guó)路易斯安那州與華盛頓州的兩個(gè)探測(cè)器以7毫秒的時(shí)間差先后捕捉到了引力波。分析證明，探測(cè)到的信號(hào)是由兩個(gè)巨大黑洞合并而產(chǎn)生的引力波。兩個(gè)黑洞合并前的質(zhì)量分別相當(dāng)于36個(gè)和29個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量為62個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的能量以引力波的形式在不到1秒的時(shí)間內(nèi)釋放，其峰值能量比整個(gè)可見(jiàn)宇宙釋放的能量要高出約50倍。

于是引力波作為一種“時(shí)空漣漪”“宇宙呢喃”，如同“一石擊破水中天”，迅速在全世界引起空前的反響。首先是對(duì)傳統(tǒng)波動(dòng)理論的顛覆性“認(rèn)識(shí)”。人們要問(wèn)：引力波是一種什么波？它如何以聲波的頻率、光波的速度、電磁波的穿透方式，穿過(guò)茫茫太空的各種時(shí)空介質(zhì)，歷時(shí)13億年順利到達(dá)地球？其次是它開(kāi)啟了一個(gè)觀測(cè)宇宙的新窗口。幾百年來(lái)，天文觀測(cè)主要靠電磁光譜的測(cè)量，射電、光學(xué)、紅外、X射線等天文觀測(cè)手段均是在收集光，靠“看”來(lái)觀測(cè)宇宙。而引力波的發(fā)現(xiàn)則將從“聽(tīng)”這一完全不同的角度進(jìn)行天文探測(cè)。所以，它標(biāo)志著一個(gè)天文學(xué)新時(shí)代的開(kāi)端，意味著科學(xué)家抓住了揭開(kāi)宇宙奧秘的“鑰匙”，必將引發(fā)新的天文學(xué)革命。

2.宇宙大爆炸 大約在150億年前，宇宙所有的物質(zhì)都高度密集在一點(diǎn)，有著極高的溫度，因而發(fā)生了巨大的爆炸。大爆炸之后，物質(zhì)開(kāi)始向外迅速膨脹，就形成了今天的宇宙。這一模型得到了當(dāng)今科學(xué)觀測(cè)的支持，最直接的證據(jù)來(lái)自對(duì)遙遠(yuǎn)星系的研究和微波背景輻射。

1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃提出星系的紅移量與星系間的距離成正比，并推導(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說(shuō)。1964年，美國(guó)貝爾公司的彭齊亞斯和威爾遜，在調(diào)試發(fā)射天線時(shí)，出乎意料地接收到一種干擾噪聲，而且不同方向上強(qiáng)度一致，歷時(shí)數(shù)月而無(wú)變化。這種噪聲的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于3.5K的黑體輻射電磁波，故稱(chēng)之為宇宙微波背景輻射。兩人于1978年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。但是宇宙大爆炸理論否定了宇宙能量守恒、質(zhì)量守恒定律。自然界本來(lái)“物質(zhì)不滅”，而大爆炸從“零”開(kāi)始，完全是“無(wú)中生有”。上下四方謂之“宇”，古往今來(lái)謂之“宙”，浩淼時(shí)空，本無(wú)邊無(wú)緣、無(wú)始無(wú)終，現(xiàn)在突然有了起點(diǎn)，那“零”之前是什么？由此引起的對(duì)暗物質(zhì)、暗能量、反物質(zhì)的探測(cè)將徹底改變?nèi)祟?lèi)的宇宙觀。

3.大型哺乳動(dòng)物克隆 在生命科學(xué)領(lǐng)域，從來(lái)沒(méi)有人相信大型哺乳動(dòng)物能夠通過(guò)無(wú)性繁殖來(lái)傳宗接代，可“克隆羊”的誕生，翻開(kāi)了生命科學(xué)嶄新的一頁(yè)。1997年2月27日，《自然》雜志公布了伍爾莫特等人的研究成果。經(jīng)過(guò)247次失敗之后，他們克隆出一只基因結(jié)構(gòu)與供體完全相同的小羊。它的出現(xiàn)，在理論上證明了，分化了的動(dòng)物細(xì)胞核具有全能性；在實(shí)踐上證明了，利用體細(xì)胞進(jìn)行動(dòng)物克隆的技術(shù)是可行的。利用同樣方法，人完全可以被復(fù)制。因此“多利”的誕生在世界各國(guó)科學(xué)界、管理界乃至宗教界引起了強(qiáng)烈反響?？寺〖夹g(shù)的重要理論和實(shí)用價(jià)值促使科學(xué)家加快了研究步伐，必將帶來(lái)生命科學(xué)領(lǐng)域的革命性變化。

4.再生醫(yī)學(xué) 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞過(guò)程可以將人體內(nèi)的普通細(xì)胞“逆轉(zhuǎn)”回到早期胚胎發(fā)育狀態(tài)，從而重新獲得分化成為體內(nèi)絕大多數(shù)細(xì)胞的能力。這就從發(fā)育學(xué)角度實(shí)現(xiàn)了“返老還童”。它從理論到方法徹底顛覆了傳統(tǒng)的遺傳學(xué)，并開(kāi)始逐步應(yīng)用于疾病治療。

2010年，英國(guó)倫敦兒童醫(yī)院成功使用一位10歲兒童患者的干細(xì)胞重新培育出了氣管。2013年，英國(guó)倫敦大學(xué)幫助一名因皮膚癌割除鼻子的56歲男子重新長(zhǎng)出了一個(gè)鼻子。2014年，日本理化研究所利用誘導(dǎo)多潛能干細(xì)胞制成視網(wǎng)膜細(xì)胞，并成功地移植到一名患眼疾的婦女眼中。2014年，中國(guó)學(xué)者僅用4個(gè)小分子化合物組合對(duì)體細(xì)胞進(jìn)行處理就成功地逆轉(zhuǎn)其“發(fā)育時(shí)鐘”，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的“返老還童”。2015年，韓國(guó)研究人員利用取自?xún)蓚€(gè)男性身上的皮膚細(xì)胞制造出了胚胎干細(xì)胞系。2016年，中國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)小鼠胚胎干細(xì)胞體外分化并獲得具有功能的精子細(xì)胞，并成功地用其繁衍出老鼠后代。

5.熱液生物群落 我們對(duì)生物的認(rèn)識(shí)，習(xí)慣于“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”，但在水深4000多米的深海洋底，在高壓、高熱、高黑、高毒的“四高”環(huán)境中居然有大量海洋生命群落存在。海洋調(diào)查證明，在高溫?zé)嵋簢娍谥車(chē)?，生存著茂盛的熱液生物群，主要有?xì)菌、古菌、管狀蠕蟲(chóng)、蛤類(lèi)、貽貝類(lèi)；還有管水母類(lèi)、腕足動(dòng)物、腸鰓動(dòng)物、海蛇尾類(lèi)及魚(yú)類(lèi)、蝦類(lèi)和蟹類(lèi)等。往往是外貌似曾相識(shí)，但細(xì)看迥然不同。于是一大堆超出人們想象的問(wèn)題產(chǎn)生了。他們是從哪里來(lái)的？他們吃什么、靠什么活著？他們?cè)趺葱玛惔x和傳宗接代？

由于海底熱液環(huán)境與地球剛剛誕生時(shí)的環(huán)境非常相似，所以海洋熱液生物的研究將為生命起源提供重要依據(jù)。海底熱液生物的發(fā)現(xiàn)改變了人們對(duì)生命過(guò)程的認(rèn)識(shí)，科學(xué)家大膽推測(cè)海底熱液系統(tǒng)可能是原始生命的起源地。因此被認(rèn)為是20世紀(jì)生物學(xué)和地球科學(xué)領(lǐng)域的最重大發(fā)現(xiàn)之一。

6.準(zhǔn)晶體 自然界的物質(zhì)有著固定的晶格結(jié)構(gòu)規(guī)律，最大的特點(diǎn)就是存在可重復(fù)的對(duì)稱(chēng)軸和對(duì)稱(chēng)面，由此產(chǎn)生了晶體的各種特性。但“準(zhǔn)晶體”的發(fā)現(xiàn)，打破了原子結(jié)構(gòu)必須具有“重復(fù)性”這一黃金法則。

1982年，以色列科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“準(zhǔn)晶體”，其原子結(jié)構(gòu)不具備可重復(fù)性。隨后，在實(shí)驗(yàn)室中制造出了準(zhǔn)晶體。2009年，意大利科學(xué)家在俄羅斯東部哈泰爾卡湖發(fā)現(xiàn)了天然準(zhǔn)晶體。礦物分析表明，“準(zhǔn)晶體”結(jié)構(gòu)能天然形成，而且也能在自然環(huán)境下保持穩(wěn)定。準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)，是晶體礦物學(xué)研究中的一次“顛覆性”突破。它的發(fā)現(xiàn)者也因此獲得2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

7.量子通訊 1993年，美國(guó)科學(xué)家依據(jù)量子糾纏理論，提出了量子通信的概念。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，量子通信已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。

量子通信利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞，量子通信最大的特點(diǎn)是安全性和高效性。安全性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是量子加密的密鑰是隨機(jī)的，即使被截獲，也無(wú)法破解信息；二是分別在通信雙方手中具有糾纏態(tài)的2個(gè)粒子，其中一個(gè)粒子的量子態(tài)發(fā)生變化，另外一方的量子態(tài)就會(huì)隨之變化，得到的信息并非原有信息。量子通信的高效性體現(xiàn)在1次傳輸相當(dāng)于經(jīng)典通信方式的128次。因此，量子通訊從理論到技術(shù)將徹底顛覆現(xiàn)行的信號(hào)傳輸方式和通訊模式。

8.石墨烯 2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，兩人也因此獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體；是當(dāng)今宇宙中已發(fā)現(xiàn)的最薄的物質(zhì)，具有高表面積特性，每克石墨烯的表面積達(dá)2630平方米；也是已知最高強(qiáng)度的物質(zhì)，機(jī)械強(qiáng)度大約為1100 Gpa，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍；同時(shí)它還具有其他材料無(wú)法比擬的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，能夠承載的電流強(qiáng)度比現(xiàn)有的銅材料高6個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。它又非常致密，即使是最小的氣體原子也無(wú)法穿透。

作為目前發(fā)現(xiàn)的厚度最小、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱(chēng)之為“新材料之王”?？茖W(xué)家預(yù)言，它將“徹底改變21世紀(jì)”，可能會(huì)掀起一場(chǎng)席卷全球的顛覆性技術(shù)革命。