欒恩杰：在工程與科學技術的融合中擔當重任

欒恩杰

工程、技術、科學三者呈互相依賴、互相依存、互相推動的融合體狀態(tài)，共同發(fā)展，協(xié)同推進。未來，工程師將發(fā)揮更加重要的作用，作出更加卓著的貢獻。

科學技術創(chuàng)造于勞動，在科學和技術從人類活動中抽象出獨立概念后，人們將人類有目標性的勞動、工具制造定義為廣義的工程。從人的角度論，是先有勞動者、工程師，后有技術專家和科學家。工程師是先導者，工程師在工程與科學技術的融合中擔當著異乎尋常的重要職責。

工程、技術、科學之間的“無首尾邏輯”

宇宙萬物的發(fā)展皆有初始有終結，有因有果，故而有先有后。我們稱這種因果衍生為邏輯，即客觀的規(guī)律性。但客觀世界在其生生息息、不斷演化的過程中，會將原始之初的突變掩蓋住，留給我們的是難以簡單回答其首尾的過程。比如，我們經(jīng)常提及的“到底是雞生蛋還是蛋生雞”問題。這種現(xiàn)象，就是“無首尾邏輯”現(xiàn)象。在當下，考察工程、技術、科學發(fā)展歷程，我們發(fā)現(xiàn)，三者之間也存在這種“雞和蛋”的關系。

人之進化始自工具之制造，所以才有石器時代、青銅時代、鐵器時代之分別，有了工具才有了人類生存狀態(tài)之轉變，才有了對自然界認識的深化和提高，從這一邏輯上看，是勞動和工具的創(chuàng)造成熟了人類，是勞動和工具提高了人類認識自然的能力。

但現(xiàn)代工程離不開經(jīng)牛頓等人創(chuàng)立的經(jīng)典力學以及隨后的電、磁、化學的科學進展，或20 世紀上半葉物理革命帶來的成果?？茖W發(fā)展推動了技術更新，帶動重大工程的實現(xiàn)，從而改變?nèi)祟惿鏍顟B(tài)，這是不爭的事實。然而這只是“工程—技術—科學—技術—工程”這個循環(huán)的后半段。

美國社會學者司托克斯在《基礎科學與技術創(chuàng)新：巴斯德象限》中寫道，“在人類歷史的大多數(shù)時期，實踐技術都是由那些不懂基礎科學又不受惠于基礎科學的人來完善的。直到十九世紀末第二次工業(yè)革命發(fā)生時，情況才有了改變。因為物理學帶來了電力，化學帶來了染料，生物學促進了公共衛(wèi)生健康事業(yè)。但時至今日，許多技術創(chuàng)新并不需要科學進步的刺激，而認為‘技術以科學為基礎’的觀點是錯誤的”。

典型的例子如愛迪生的眾多發(fā)明改變了人們的生活狀態(tài)，而很難說這些發(fā)明建立在那個時代的科學進步之上。在建筑領域，清代樣式雷在龐大的故宮建筑工程中大量采用的榫卯和斗拱結構具有很好的抗震能力，這是從工程經(jīng)驗中得來的。日本20 世紀相當長時期在汽車和家電領域居霸主地位，并非因為科學進步成果的進一步應用，而是通過了解消費反饋，結合價格因素，對產(chǎn)品設計、制造工藝的迅速調(diào)整，設計制造出更好符合市場需求的產(chǎn)品。

二戰(zhàn)之前，固體物理學的先驅(qū)已為戰(zhàn)后晶體管的誕生奠定了理論基礎，但后來按摩爾定律呈現(xiàn)的一代代體積更小、速度更快的半導體發(fā)展，已變成了技術的、而非科學的驕傲。隨著微納化進程，不斷有新的發(fā)現(xiàn)，牽引更多新的基礎知識需求，可能對基礎物理學和未來的技術都非常之重要。

第二次工業(yè)革命以來，一方面，至少在某些領域，科學能提供大量的技術，而且在20 世紀，隨著技術越來越多地建立在科學的基礎上，這一趨勢不斷地增強。另一方面，一個易被忽略的現(xiàn)象是，技術發(fā)展已經(jīng)成為科學研究更為重要的源泉，基礎科學探索中的許多結構和過程只能利用技術成就來揭示問題。在某些情況下，科學 “只能存在于”技術當中，因此，越來越多的科學學科已成為派生的“技術”。

科學技術發(fā)展到今天，基礎科學理論的發(fā)展趕不上工程技術進步的現(xiàn)象并不鮮見。很多新興領域的基礎理論都產(chǎn)生于針對工程技術進行的試驗當中，故而構成了“工程—技術—科學”的邏輯關系。重大工程牽引技術和科學的發(fā)展同樣也是不爭的事實，這是“工程—技術—科學—技術—工程”這個循環(huán)的前半段。

對工程、技術、科學這三者關系的現(xiàn)實表征應當是：三者呈互相依賴、互相依存、互相推動的融合體狀態(tài)，共同發(fā)展，協(xié)同推進。

在講到工程、技術、科學的融合共進這個題目時，我們可以回顧一下2017年諾貝爾物理學獎的故事。三位獲獎者合作二十余年，其中韋斯（Rainer Weiss）發(fā)明了利用干涉儀探測引力波的裝置，分析了探測器的噪聲源，并排除其各種干擾以獲取引力波信息;索恩（Kip S.Thorne）在理論上為引力波探測的數(shù)據(jù)分析奠定了基礎，提出控制噪聲的方法;巴里什（Barry C. Barish）是LIGO工程的管理者——按1979 年諾獎得主格拉索（SheldonGlashow）的說法：如果沒有巴里什，根本就沒有引力波的發(fā)現(xiàn)。這三位獲獎者，一位是理論貢獻者，一位是技術貢獻者，一位是工程組織者。

我們不得不對這個人類認識宇宙的偉大發(fā)現(xiàn)被證實而叫好！因為它開啟了人類探測宇宙的一扇新窗。我們也不得不對這份諾獎創(chuàng)新地頒給完成這項探索工程的團隊組織者而叫好！在當今時代，工程、技術、科學已經(jīng)緊緊地結合在一起，當今的時代是工程、技術、科學融合共進的時代。

在我們分析“工程—技術—科學—技術—工程”的不斷循環(huán)中，我們感受到工程在其中所起的“扳機”作用和基礎性載體的地位。是工程既直面人類的生存需求，又直接聯(lián)系著技術的應用和科學的基礎。

工程在“無首尾邏輯”中的“扳機”作用

司托克斯1999年出版的《基礎科學與技術創(chuàng)新：巴斯德象限》，讓“巴斯德象限”一詞成為一個表述基礎科學與技術創(chuàng)新之間關系的術語。他把追求基本認識用縱軸表示，將是否考慮應用作為橫軸，由此形成有四個象限的二維坐標系，以此表達基礎研究和應用研究的關系。左上象限是只受認知需求引導、不受實際應用引導的基礎研究，稱玻爾象限（玻爾對原子結構模型的探求明顯是純粹的科學發(fā)現(xiàn)）;右下象限是由應用目的引起的研究，不尋求對某一科學領域的全面認識，稱愛迪生象限（愛迪生從事具有商業(yè)利潤的發(fā)明，不追求深層次的科學意義）;右上象限反映了受到應用目的影響的基礎研究， 稱巴斯德象限（巴斯德同時從事認識和應用研究并將兩個目標結合起來）;左下象限的物理意義既不十分強調(diào)應用，也不十分強調(diào)基礎研究，所以是空白。

如果以“知識”的角度重新演繹這個二維坐標系，將基礎知識性和應用知識性作為二維坐標系的縱軸和橫軸，左上象限為基礎知識，右下象限是技術知識，左下象限為學科知識，右上象限是工程知識。這個坐標系從這一角度反映了工程、技術、科學的關系。重要的是，現(xiàn)代工程的實施，在需要相應的科學技術成果支撐、集基礎知識和技術知識之大成的同時，對科學技術發(fā)展發(fā)揮著牽引、支持和推動作用。工程在這樣“無首尾邏輯”循環(huán)中，起到了“扳機”的作用。

當代基礎科研離不開技術進步的支持。單靠實驗室的實驗，個人獨自成功的案例愈來愈少。工程設施的保障已經(jīng)成為基礎科學進步的重要條件。如果沒有太空觀測手段的進步，就難以推進天文學、宇宙學的發(fā)展。由于COBE衛(wèi)星的發(fā)射獲取了空間背景的信息，美國科學家約翰·馬瑟等人發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性，而獲得2006 年的諾貝爾物理學獎。沒有LIGO（激光干涉引力波天文臺）等探測手段的進步，難以驗證愛因斯坦基于廣義相對論對引力波的預言。依靠大型工程設施的保障，這種工程化的科研已成為基礎科學進步的重要形式和重要條件，這方面的成功例子比比皆是。

跨學科、跨領域的發(fā)展是當今科技發(fā)展的一個基本的模式。重大工程需要動員各方力量為實現(xiàn)工程的目標努力。這個過程中會不斷對基礎科學和現(xiàn)代技術提出新的期望，牽引基礎科學活動。

以我國探月工程和火星探測任務為例。通過嫦娥一號、嫦娥二號繞月人造衛(wèi)星和嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號月球探測器，和奔往火星的天問一號的工程實踐，我們獲取了深空軌道設計、月球引力場模型修正、月球微波輻射特性描述、地—月駐點（L2點）及其暈軌道（Halo）實現(xiàn)、深空環(huán)境科學、比較行星學等基礎科研成果，以及軟著陸地外星體的GNC技術、空間通信與遙感遙測遙控技術、地外天體挖掘、采樣、交會對接技術、軌道器變推力控制技術等大量的技術成就。

航天工程實施和所有其他行業(yè)的工程一樣，需要了解對象的特性，其有效手段就是運用相似性原理，對各類對象進行建模仿真。這是工程設計中必須進行和運用的手段，不論是幾何結構仿真、物理仿真，還是數(shù)字仿真，在現(xiàn)代工程設計中都具舉足輕重的地位。

在各類風洞試驗中，可以說有什么樣的風洞條件，就掌握到什么程度的空氣動力特性。對大型電子對撞機、核電站仿真控制模擬、鐵路運營調(diào)度仿真系統(tǒng)等，我們很難將其劃分為是設計階段的工具，還是驗證階段的手段，或是運營階段的裝置。這些工程設施所提供的成果，既是設計成果，又是驗證結果，也是運營的伴行裝置;既是對象的物理表現(xiàn)，也是其模型化認識的基礎科學。

重大工程的實施涉及的學科領域在不斷擴大，它必然對基礎科學提出新的期望，產(chǎn)生新的課題，同時也完善并推動著基礎學科的發(fā)展。

當代工程師隊伍的建設

黨的十九大提出“加快建設創(chuàng)新型國家”。習總書記在十九大報告中指出：“加強應用基礎研究，拓展實施國家科技重大項目，突出關鍵共性技術、前沿引領技術、現(xiàn)代工程技術、顛覆性技術創(chuàng)新，為建設科技強國、質(zhì)量強國、航天強國、網(wǎng)絡強國、交通強國、數(shù)字強國、智慧社會提供有力支撐?！爆F(xiàn)在，國家對戰(zhàn)略科技支撐的需求比以往任何時候都更加強烈，必須進一步強化重大工程的戰(zhàn)略引領作用。

要緊貼國家戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟建設需求抓重大工程。工程師的職責就是為了讓人類社會更繁榮，使人們生活得更美好，要腳踏實地，讓所從事的每一項工程都能讓世界變得更美麗、人民生活得更美好。

工程師所描繪的每一座橋梁、大廈，每一條鐵路、公路，以及空中和海上的航線，把人們生存的家園裝扮得多姿多彩。工程師的畫筆揮在陸地，那就是美麗的城市鄉(xiāng)村;揮在藍天，那就是一架架翱翔的銀鷹;揮在大海，那就是一艘艘遠航的巨輪;揮在宇宙，就構造起一座座“星辰”?？茖W使人類逐漸地認識我們的宇宙和自身，技術使我們自身的實踐和生存能力不斷地增強，而一項項工程在不斷地實現(xiàn)著我們?nèi)祟惖膲粝搿?/p>

工程師要迎著當代的民生難點課題進軍?？萍歼M步將我們?nèi)祟惿鐣频搅诵畔⒒瘯r代、高科技時代，同時伴隨科技進步和工程建設也產(chǎn)生了各種代價。我們應該重新審視我們所進行的各種活動，在更清醒的層面去面對我們不愿意看到的現(xiàn)實。

要發(fā)揮工程師在強國建設中的重要作用。十九屆五中全會指出，堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，完善國家創(chuàng)新生態(tài)建設，加快建設科技強國。在建設科技強國的過程中，我們從事工程、科學、技術的每一位同志都肩負重任。國防科技工業(yè)在制造強國、航天強國、海洋強國、交通強國、網(wǎng)絡強國的建設中，要發(fā)揮關鍵作用。

近幾年，在國防科技工業(yè)領域，通過重大工程，包括國家重大科技專項的實施，我們實現(xiàn)了C919大型客機飛上藍天，兩艘國產(chǎn)航母先后下水，“海翼”號深?；铏C完成深海觀測，大型水陸兩棲飛機水上首飛，“奮斗者”號實現(xiàn)萬米載人深潛，北斗導航系統(tǒng)提前2 年提供全球定位服務，嫦娥五號采樣返回成功、16年來“繞、落、回”三步走的中國探月工程之旅圓滿收官……我們還在三代核電站（華龍一號）建設、殲20和運20軍機、預警機、無人機、大型驅(qū)逐艦等領域取得了重大成就。未來，我們尤其要在人工智能、先進制造等領域不斷探索和突破，為建設制造強國作出更重要的貢獻。這是每一位工程師的職責和使命。

要著眼未來培養(yǎng)更多優(yōu)秀的工程師。工程師是在工程與科學技術融合中扣動“扳機”的人，在未來的科技競爭和強國戰(zhàn)略中擔當著無可替代的重要角色。著眼當前發(fā)展和未來需要，必須提早著手，培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的工程師。

對于有志于成為工程師的學生，在大學階段就要讓他們掌握牢固的科技基本知識，為未來打下“創(chuàng)造”的基礎。要博、精結合，既要讓他們從興趣出發(fā)，有一定的廣域知識獲得，又要讓他們在專業(yè)領域把知識學深、學透，要從學科發(fā)展史的層面去掌握知識，不僅要知道結果，還要知道結果產(chǎn)生的原因。讓他們學到真本事，練出到家的真功夫。

工程師要成為具有創(chuàng)業(yè)能力的勞動者，能在創(chuàng)造性勞動中積累成果，實現(xiàn)商業(yè)化的轉變和推廣。工程師除具有創(chuàng)造型人才必須具備的能力外，還要善于創(chuàng)新，善于進行專利性的提煉和新應用的聯(lián)想。技術上的超群是工程師的基本特點。同時，工程師還要有駕馭團隊、共同奮斗的本事。

要提煉和弘揚工程師精神。習近平總書記指出：“精神是個民族賴以長久生存的靈魂，唯有精神上達到定的高度，這個民族才能在歷史的洪流中屹立不倒、奮勇向前?！毙聲r代實現(xiàn)科技強國離不開工程師精神，進一步深化改革推動發(fā)展離不開工程師精神，塑造完整的科技工作者精神體系更離不開工程師精神，工程師群體在新時代的發(fā)展也無時無刻不在呼喚新時代的工程師精神。工程師精神需要提煉，更需要弘揚。

科學是“認識”，技術是“能力”，而工程則是“實現(xiàn)”。就這個意義而言，今天人們所享用的一切，無不是人類工程實踐的結果，無不是工程師們心血的杰作。在未來工程與科學技術的融合中，工程師將發(fā)揮更加重要的作用，作出更加卓著的貢獻。