張慧琴，王鑫,2，王旭，孫昌璞

（1.中國(guó)工程物理研究院研究生院，北京 100193；2.中國(guó)工程科技創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院，北京 100088）

一、前言

在當(dāng)前中美全面競(jìng)爭(zhēng)的嚴(yán)峻國(guó)際形勢(shì)下，國(guó)家需求牽引的基礎(chǔ)研究對(duì)我國(guó)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)的重要性顯而易見(jiàn)。因此，我們必須在當(dāng)代科學(xué)發(fā)展理論的框架下，全面深入理解需求牽引基礎(chǔ)研究的內(nèi)涵和本質(zhì)，掌握其基本發(fā)展規(guī)律。要充分認(rèn)識(shí)到，需求牽引的基礎(chǔ)研究與興趣驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)研究一樣，不僅會(huì)帶來(lái)人類思想的革命，而且在顛覆性科技創(chuàng)新方面更具推動(dòng)力。

萬(wàn)尼瓦爾·布什在《科學(xué)：無(wú)盡的前沿》報(bào)告中提出了基礎(chǔ)研究自動(dòng)引發(fā)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新這一科學(xué)發(fā)展理論 [1]。這份報(bào)告指導(dǎo)了之后70多年美國(guó)的科技政策，促進(jìn)了第二次世界大戰(zhàn)后美國(guó)科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，也深刻影響了世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。需要指出的是，布什的理論是在不斷改進(jìn)中向前發(fā)展的。唐納德·斯托克斯研究發(fā)現(xiàn)，巴斯德針對(duì)甜菜釀酒的應(yīng)用技術(shù)研究直接導(dǎo)致了微生物學(xué)的建立，但這一事實(shí)在布什“從基礎(chǔ)到應(yīng)用”的科學(xué)發(fā)展線性模型（見(jiàn)圖1）中找不到相應(yīng)位置。為此，斯托克斯發(fā)展了布什的理論，建立了科學(xué)發(fā)展的二維巴斯德象限模型（見(jiàn)圖2）。該模型包括純基礎(chǔ)研究（玻爾象限）、技術(shù)引發(fā)的基礎(chǔ)研究（屬于應(yīng)用基礎(chǔ)研究，巴斯德象限）、純應(yīng)用研究（屬于技術(shù)創(chuàng)新研究，愛(ài)迪生象限），以及認(rèn)識(shí)目的和應(yīng)用動(dòng)機(jī)都不明顯的探索性研究（屬于過(guò)自由探索研究，皮特森象限）4個(gè)區(qū)域 [2]。這一科學(xué)發(fā)展理論強(qiáng)調(diào)，應(yīng)用技術(shù)牽引的基礎(chǔ)研究不僅與興趣驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)研究同樣重要，而且有可能直接引發(fā)顛覆性觀念的創(chuàng)新。

圖1 布什科學(xué)發(fā)展線性模型預(yù)言的科學(xué)研究譜線

圖2 巴斯德象限模型[2]

然而，斯托克斯提出的科學(xué)發(fā)展的巴斯德象限模型也存在一定局限性，因?yàn)椴煌愋偷幕A(chǔ)研究?jī)?nèi)涵邊界是不清晰的。為了克服這一問(wèn)題，本文在斯托克斯的巴斯德象限模型基礎(chǔ)上，引入基礎(chǔ)度（b）和應(yīng)用度（u）的序數(shù)標(biāo)度，用二維圖示描述基礎(chǔ)研究的演化發(fā)展過(guò)程（見(jiàn)圖3）；由此進(jìn)一步考慮時(shí)間維度，構(gòu)建了基礎(chǔ)研究演化發(fā)展三維模型：從時(shí)間演化的觀點(diǎn)看，一種類型的科學(xué)研究由一條運(yùn)動(dòng)軌跡所描述，而不是用靜態(tài)的4個(gè)象限來(lái)表示?；A(chǔ)研究演化發(fā)展模型可以明確區(qū)分應(yīng)用基礎(chǔ)研究和純技術(shù)的應(yīng)用研究，避免了巴斯德象限模型中意義不明顯的皮特森象限帶來(lái)的邊界模糊問(wèn)題。我們的模型不僅在理論上邏輯完備，而且可以準(zhǔn)確反映各類基礎(chǔ)研究的特征，為分類支持基礎(chǔ)研究提供理論依據(jù)。

圖3 基礎(chǔ)研究演化發(fā)展模型

本文還以激光和強(qiáng)激光科技發(fā)展為例，說(shuō)明該模型的正確性和優(yōu)越性；基于基礎(chǔ)研究動(dòng)態(tài)演化模型描述的基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)律，指出對(duì)于不同類型研究中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，可以基于規(guī)律對(duì)癥下藥，如在巴斯德象限中的需求牽引的基礎(chǔ)研究，應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題是主觀性誘導(dǎo)和誤導(dǎo)。

二、從布什科學(xué)發(fā)展線性模型到巴斯德象限模型

（一）布什科學(xué)發(fā)展線性模型的重要性及其現(xiàn)實(shí)意義

1945年，布什在《科學(xué)：無(wú)盡的前沿》的報(bào)告中指出，基礎(chǔ)研究會(huì)產(chǎn)生新概念和新原理，進(jìn)一步產(chǎn)生新產(chǎn)品和新工藝，最終催生新產(chǎn)業(yè)并創(chuàng)造更多的就業(yè) [1]。這一論斷被總結(jié)為科學(xué)發(fā)展的線性模型，對(duì)之后美國(guó)科技發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，也指導(dǎo)了世界其他國(guó)家科技政策的制定。時(shí)至今日，布什的這一理論仍在影響著美國(guó)，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為相關(guān)報(bào)告依然具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2012年，美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)的一份報(bào)告指出，布什科學(xué)發(fā)展線性模型將基礎(chǔ)研究與國(guó)家興盛有機(jī)地聯(lián)系起來(lái) [3]；2020年5月，美國(guó)參議院和眾議院兩院議員分別向兩院提交的“無(wú)盡前沿法案”可視為對(duì)此的一種致敬 [4,5]；2020年，美國(guó)科學(xué)院的一份報(bào)告中提到，布什認(rèn)識(shí)到前沿基礎(chǔ)科學(xué)對(duì)產(chǎn)業(yè)、教育和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要性，從而建立了政府與科學(xué)研究的新關(guān)系，推動(dòng)政府對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)研究制度性的資助，這一遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)為美國(guó)后續(xù)幾十年的創(chuàng)新發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力，成就了美國(guó)今天的繁榮 [6]。另外，布什科學(xué)發(fā)展線性模型在國(guó)家政策上是有針對(duì)性的，旨在呼吁政府加強(qiáng)基礎(chǔ)研究 [7]。核武器與核能應(yīng)用、半導(dǎo)體、激光、基因工程以及生物醫(yī)學(xué)技術(shù)等的發(fā)展都是線性模型的經(jīng)典案例，這說(shuō)明布什科學(xué)發(fā)展線性模型是極具實(shí)用性的 [8]。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織出版的《弗拉斯卡蒂手冊(cè)》繼承了布什科學(xué)發(fā)展線性模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了優(yōu)化，提出基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究之間存在著互相反饋影響的密切關(guān)系 [9]。

（二）布什科學(xué)發(fā)展線性模型的內(nèi)涵

基礎(chǔ)研究活動(dòng)的目的是認(rèn)識(shí)世界，不必考慮實(shí)際應(yīng)用，而應(yīng)用研究的目的則是改造世界。布什科學(xué)發(fā)展線性模型事先將基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究簡(jiǎn)化為互相獨(dú)立的兩種科學(xué)活動(dòng)，然后闡述二者關(guān)系。在這種情況下，這兩種研究活動(dòng)之間存在著內(nèi)在的張力，它源于資源總量的約束：

式（1）中，B為基礎(chǔ)研究方面的資源投入量，A為應(yīng)用研究方面的資源投入量，T為資源投入總量。在總量T固定的約束條件下，A和B有此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。

接下來(lái)，我們探討在總量T固定的約束下科技投入的效用問(wèn)題。首先，設(shè)定投入基礎(chǔ)研究的效用函數(shù)為Fb(B)和投入應(yīng)用研究的效用函數(shù)為Fa(A)。其次，根據(jù)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的內(nèi)涵屬性，假設(shè)效用函數(shù)的不同變化方式?；A(chǔ)研究的效用一開(kāi)始為0，當(dāng)達(dá)到一定的閾值之后，基礎(chǔ)研究的效用隨著投入增加而增加，但是邊際效用（效用變化率）Fb′(B)逐漸降低；應(yīng)用研究的效用也是隨著投入增加而增加，但是邊際效用Fa′(A)呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)（見(jiàn)圖4）。這是因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，基礎(chǔ)研究一旦突破，開(kāi)始時(shí)會(huì)增長(zhǎng)較快，之后逐漸變慢；而應(yīng)用研究需要先期積累，隨后才會(huì)迅速增長(zhǎng)，之后增長(zhǎng)減緩，二者變化規(guī)律相似但并不同步。如果基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究相互獨(dú)立的話，在總量T一定的條件下，基礎(chǔ)研究投入過(guò)多會(huì)擠占應(yīng)用研究的投入，將導(dǎo)致總投入的邊際效用降低。因此，總的效用函數(shù)為：

總的邊際效用函數(shù)為（見(jiàn)圖4中的藍(lán)色虛線）：

根據(jù)公式（3）和圖4中藍(lán)色虛線的趨勢(shì)，特定的投入A值后，總的邊際效用會(huì)變成負(fù)的，也就是說(shuō)，對(duì)基礎(chǔ)研究過(guò)多投入擠占了應(yīng)用研究的資源導(dǎo)致科技投入總的社會(huì)效用下降。然而，就科學(xué)發(fā)展的實(shí)際情況而言，這一結(jié)論顯然是不正確的，原因在于假設(shè)了Fa(A)和Fb(B)是獨(dú)立的，僅依賴各自的獨(dú)立投入，而基礎(chǔ)研究可以是促進(jìn)應(yīng)用研究發(fā)展的內(nèi)生變量。因此，F(xiàn)b不僅是應(yīng)用研究投入B的單調(diào)增函數(shù)，而且還是Fa的增函數(shù)：

這時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)研究投入而言，總的邊際效用有可能不再為負(fù)，而是隨著A的增加而增加（見(jiàn)圖4中的黑色曲線）。這就是布什科學(xué)發(fā)展線性模型能夠在一定場(chǎng)景下正確描述科技進(jìn)步的社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)機(jī)制。

圖4 基礎(chǔ)研究效用、應(yīng)用研究效用與科技投入變化的示意圖

（三）對(duì)布什科學(xué)發(fā)展線性模型的質(zhì)疑

布什科學(xué)發(fā)展線性模型自誕生之日便引發(fā)了諸多學(xué)者的質(zhì)疑，尤其是針對(duì)該模型中暗含的“基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究之間存在明確的界限”這一論述引起了廣泛而長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。有學(xué)者認(rèn)為，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究之間沒(méi)有明確的界限，并試圖以自由性研究和計(jì)劃性研究來(lái)取代基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究；有學(xué)者認(rèn)為，基礎(chǔ)研究可以分為任務(wù)定向的基礎(chǔ)研究和自由的基礎(chǔ)研究，其中任務(wù)定向的基礎(chǔ)研究是期望有直接的、可預(yù)見(jiàn)的使用價(jià)值的基礎(chǔ)研究；也有學(xué)者進(jìn)一步將任務(wù)定向的基礎(chǔ)研究稱為定向基礎(chǔ)研究，并且認(rèn)為“基礎(chǔ)”和“應(yīng)用”不是反義詞，直接面向應(yīng)用的研究工作在性質(zhì)上也可以是廣義的基礎(chǔ)研究 [2]。

斯托克斯通過(guò)分析巴斯德甜菜釀酒的研究，將布什科學(xué)發(fā)展線性模型拓展為二維的象限模型（見(jiàn)圖2），即巴斯德象限模型 [2]。巴斯德象限模型在已有的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究定義基礎(chǔ)上，增加了“基礎(chǔ)性”這一判斷依據(jù)，簡(jiǎn)單地將一維模型拓展成二維模型，并在一維模型的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)之間增加了應(yīng)用基礎(chǔ)研究。然而，巴斯德象限模型卻難以較好地解釋額外增加的、既不考慮應(yīng)用又不追求基本認(rèn)識(shí)的象限（即皮特森象限），同時(shí)也忽視了研究活動(dòng)屬性隨時(shí)間因素的變化。鑒于上述模型的問(wèn)題與不足，需要進(jìn)一步完善和拓展科學(xué)發(fā)展的模型，以更好指引科學(xué)發(fā)展規(guī)律的探索。

三、超越巴斯德象限的基礎(chǔ)研究動(dòng)態(tài)演化模型

從科學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)演化的角度來(lái)考察科學(xué)研究可以發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的自身屬性在各自變化的同時(shí)，還會(huì)相互影響和相互滲透。為此，本文明確引入時(shí)間維度。我們首先認(rèn)識(shí)到，布什科學(xué)發(fā)展線性模型以外的任何研究劃分都未能有效解決“界限模糊”問(wèn)題，例如，“任務(wù)定向研究”和“自由基礎(chǔ)研究”的劃分并不能排除“自我定向”的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，自由只能是相對(duì)的。因此，本文從發(fā)展的眼光出發(fā)，不再執(zhí)著于科學(xué)研究不同類型劃分的“邊界問(wèn)題”，而是從不同研究類型之間相互影響和相互轉(zhuǎn)換的角度入手，吸收巴斯德象限模型的合理之處，拓展布什科學(xué)發(fā)展線性模型，建立基礎(chǔ)研究動(dòng)態(tài)演化模型。

首先，引入基礎(chǔ)度和應(yīng)用度兩個(gè)維度來(lái)表示一項(xiàng)科學(xué)研究的形態(tài)，其中，基礎(chǔ)度為b，表示一項(xiàng)研究工作的基礎(chǔ)性程度，b∈（0,1）；應(yīng)用度為u， 表示這項(xiàng)研究工作的有用性，u∈（0,1）。在接下來(lái)的討論中，將u和b歸一化，以它們構(gòu)成二維坐標(biāo)系中的點(diǎn)來(lái)表示一項(xiàng)基礎(chǔ)研究工作形態(tài)。例如，關(guān)于玻爾模型和狹義相對(duì)論的研究是在不考慮應(yīng)用目的的基礎(chǔ)上開(kāi)展的，因此，b=1，u=0；而電話和電報(bào)的發(fā)明是基于應(yīng)用目的開(kāi)展的研究，因此，u=1，b=0。當(dāng)然，b和u的取值只有序數(shù)的意義，這與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中效用函數(shù)的內(nèi)涵一致。例如，假設(shè)玻爾模型和激光理論的基礎(chǔ)度分別 為b=1，b=0.8，這僅能表明前者比后者更基礎(chǔ)，但基礎(chǔ)程度具體差多少是沒(méi)有實(shí)用意義的。然而，如何對(duì)u和b賦值，必須有“拓?fù)洹辈蛔冃?，如假設(shè)激光理論的基礎(chǔ)度為b1=0.8，可以將強(qiáng)激光放大方法的基礎(chǔ)度賦值為b2=0.7或b2=0.68，但絕不能改變次序，變?yōu)閎2=0.82。如圖3所示，靠近縱軸“1”附近的區(qū)域表示基礎(chǔ)性程度高，靠近橫軸“1”附近的區(qū)域代表應(yīng)用性程度高，而它們之間的扇面區(qū)域代表既有較強(qiáng)基礎(chǔ)性又有一定應(yīng)用前景的研究工作，當(dāng)然這類工作仍然屬于基礎(chǔ)研究的范疇。

在圖3中，對(duì)于一項(xiàng)具體研究工作，在特定時(shí)刻其只能處在一個(gè)點(diǎn)上，在某種外部要素的驅(qū)動(dòng)下，這些點(diǎn)是會(huì)沿著驅(qū)動(dòng)力的方向演化的。如果只有自由探索的興趣驅(qū)動(dòng)，研究工作必定沿著平行于縱 軸（b）的方向發(fā)展，從創(chuàng)新技術(shù)出發(fā)，作為新的研究工具應(yīng)用到純科學(xué)研究中，最后逐漸逼近基礎(chǔ)程度為“1”的點(diǎn)，產(chǎn)生純基礎(chǔ)性的研究工作，如玻爾原子理論。如果以應(yīng)用為主要目的，研究工作將沿著平行于橫軸（u）的方向演進(jìn)，而這個(gè)水平方向的軌跡移動(dòng)可與布什科學(xué)發(fā)展線性模型一致。需要指出的是，上述論述是就整個(gè)科學(xué)研究群體而言的，科學(xué)研究的總體投入是一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，它契合了科學(xué)應(yīng)用的目標(biāo)，自然導(dǎo)致理想科學(xué)譜線的形成。

驅(qū)動(dòng)科學(xué)研究的目標(biāo)不是單一的，既有技術(shù)應(yīng)用，又有純粹的興趣驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致研究工作沿著一條不平行于坐標(biāo)軸的理想曲線（見(jiàn)圖3中的藍(lán)色曲線）而進(jìn)化。驅(qū)動(dòng)科學(xué)研究的目標(biāo)也會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，科學(xué)家的研究過(guò)程可以是從基礎(chǔ)研究發(fā)展到應(yīng)用研究，也可以是從應(yīng)用研究中得到啟發(fā)進(jìn)而回到基礎(chǔ)研究。基礎(chǔ)研究發(fā)展的狀態(tài)演化曲線是基礎(chǔ)研究動(dòng)態(tài)演化模型的具體體現(xiàn)，表示的是不同類型基礎(chǔ)研究的發(fā)展動(dòng)態(tài)（見(jiàn)圖 5中的紅色曲線）。當(dāng)前，很難明確定義一項(xiàng)科學(xué)研究是基礎(chǔ)研究還是應(yīng)用研究。圖5（a）和圖 5 （b）分別代表的是純基礎(chǔ)研究和單一的技術(shù)應(yīng)用研究工作，僅代表在一項(xiàng)科學(xué)研究過(guò)程中某個(gè)特定時(shí)間范圍內(nèi)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。在長(zhǎng)期的科學(xué)發(fā)展中，基礎(chǔ)研究始終居于基礎(chǔ)研究狀態(tài)，應(yīng)用研究始終限于技術(shù)發(fā)展的狀態(tài)是不多見(jiàn)的，大部分的科學(xué)研究如圖 5（c）所示，在研究開(kāi)始時(shí)可能源于基礎(chǔ)研究，然后通過(guò)初級(jí)的應(yīng)用研究進(jìn)入技術(shù)開(kāi)發(fā)階段，接著技術(shù)開(kāi)發(fā)反過(guò)來(lái)促進(jìn)應(yīng)用研究，最后進(jìn)一步推動(dòng)基礎(chǔ)研究。另外，有一部分基礎(chǔ)研究也可能是由技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的（見(jiàn)圖 3中的藍(lán)色曲線）。

圖5 科學(xué)研究發(fā)展的狀態(tài)演化曲線

四、案例分析：激光與強(qiáng)激光的發(fā)展

為進(jìn)一步闡述基礎(chǔ)研究動(dòng)態(tài)演化模型的實(shí)際意義，本文以激光和強(qiáng)激光的誕生與發(fā)展為例，展示基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和技術(shù)進(jìn)步之間的關(guān)系。由圖 6可以看出，激光研究是在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究以及技術(shù)開(kāi)發(fā)之間穿梭的，是一種相互促進(jìn)、螺旋上升的科學(xué)研究過(guò)程。

圖6 激光與強(qiáng)激光發(fā)展的科學(xué)研究狀態(tài)演化曲線——應(yīng)用目標(biāo)牽引的路線圖

激光的出現(xiàn)并非來(lái)自于對(duì)自然界自由探索的研究需求，而是源于對(duì)雷達(dá)及其軍事應(yīng)用需求。雷達(dá)是第二次世界大戰(zhàn)中最重要、最關(guān)鍵的軍事需求之一。為提高軍事雷達(dá)的工作頻率以改善觀測(cè)精度，查爾斯·湯斯利用受激輻射原理和微波諧振腔建造出了第一臺(tái)微波激射器，以氨分子作為增益介質(zhì) [10]。由于微波極易被大氣中的水蒸氣吸收，微波激射器在軍事雷達(dá)應(yīng)用上并無(wú)價(jià)值，但卻為研究微波與分子的相互作用提供了一種前所未有的高頻率和高分辨率探測(cè)工具。之后，微波激射機(jī)制被應(yīng)用到可見(jiàn)光頻率范圍，并于1960年制造了第一臺(tái)激光器，以紅寶石為增益介質(zhì) [11]。此后，基于不同增益介質(zhì)、具有不同特性的激光器相繼出現(xiàn)。激光在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)激光作為一種具有特殊優(yōu)良性質(zhì)的光源，應(yīng)用于相關(guān)的基礎(chǔ)研究后催生了一系列新的研究領(lǐng)域，如非線性光學(xué)、量子光學(xué)、超冷原子分子物理等，拓展了人類對(duì)微觀物質(zhì)的理解與操控能力以及對(duì)光（電磁場(chǎng)）本身的理解。

激光出現(xiàn)后，如何不斷提高激光的強(qiáng)度成為研究的重點(diǎn)。通過(guò)不斷泵浦增益介質(zhì)并增加脈沖在諧振腔內(nèi)的往返放大次數(shù)可以產(chǎn)生更強(qiáng)的激光脈沖，但是能夠達(dá)到的峰值場(chǎng)強(qiáng)上限約為109W/cm2，繼續(xù)提高場(chǎng)強(qiáng)則會(huì)破壞增益介質(zhì)，而最終克服產(chǎn)生更強(qiáng)激光瓶頸的技術(shù)仍然來(lái)自于雷達(dá) [12,13]。杰哈·莫羅和唐娜·斯特里克蘭在20世紀(jì)80年代中期將雷達(dá)的啁啾脈沖放大技術(shù)引入到光學(xué)領(lǐng)域，突破了產(chǎn)生強(qiáng)激光的技術(shù)瓶頸 [14]，目前大型強(qiáng)激光系統(tǒng)的峰值場(chǎng)強(qiáng)可以達(dá)到1021~1022W/cm2。

超強(qiáng)激光的發(fā)展催生了一系列新的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，如強(qiáng)場(chǎng)原子分子物理、激光等離子體物理、高能量密度物理、實(shí)驗(yàn)室天體物理等。目前，基于強(qiáng)激光的慣性約束核聚變則是兩種主要的實(shí)現(xiàn)可控核聚變的途徑之一。慣性約束核聚變產(chǎn)生的高溫、高壓、高能量密度的極端條件與核武器的動(dòng)作過(guò)程有很多相似之處，已逐漸成為一個(gè)集成多個(gè)前沿基礎(chǔ)研究方向的研究領(lǐng)域。

通過(guò)分析激光研究發(fā)展歷程可以看出，從雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，到微波激射原理的發(fā)現(xiàn)，再到激光技術(shù)的發(fā)明，最后到產(chǎn)生激光物理等，本文提出的模型能很好地闡釋這一系列基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的互動(dòng)過(guò)程，也與全球研究理事會(huì)提出的基礎(chǔ)研究與創(chuàng)新之間動(dòng)態(tài)互動(dòng)的觀點(diǎn)不謀而合[15]。

五、需求牽引下科學(xué)研究的證偽與學(xué)術(shù)誠(chéng)信

通過(guò)分析基礎(chǔ)研究動(dòng)態(tài)演化模型以及具體的案例可以看出，需求為基礎(chǔ)研究提供了廣闊的牽引動(dòng)力，進(jìn)而催生出重要的新興領(lǐng)域和顛覆性技術(shù)。然而需要注意的是，過(guò)度的需求導(dǎo)向可能會(huì)引發(fā)學(xué)術(shù)不端的風(fēng)險(xiǎn)；需求目標(biāo)過(guò)于清晰，可能會(huì)導(dǎo)致科學(xué)研究迎合需求細(xì)節(jié)而產(chǎn)生人為造假。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)造假、學(xué)術(shù)失信問(wèn)題頻發(fā)，在一定程度上阻礙了科學(xué)研究的正常發(fā)展，造成了學(xué)術(shù)資源的浪費(fèi)。例如，德國(guó)科學(xué)家舍恩的學(xué)術(shù)造假事件，被視為科學(xué)界的最大丑聞之一，其利用晶體管微型化在柔性芯片制造和計(jì)算機(jī)下一步發(fā)展中的關(guān)鍵需求，系統(tǒng)性地偽造了大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是一個(gè)典型的迎合需求編造數(shù)據(jù)的案例 [16,17]。因此，對(duì)于需求牽引的基礎(chǔ)研究，要關(guān)注其可證偽性，避免科學(xué)研究的主觀性以及學(xué)術(shù)失信情況的發(fā)生。

在國(guó)防科研領(lǐng)域等國(guó)家戰(zhàn)略需求牽引的科學(xué)研究，限于保密性、不可公開(kāi)驗(yàn)證等客觀因素，“證偽”更難，若發(fā)生學(xué)術(shù)造假，產(chǎn)生的后果更為嚴(yán)重。事實(shí)上，相比玻爾象限的純基礎(chǔ)研究，需求牽引的基礎(chǔ)研究應(yīng)用場(chǎng)景更為清晰，甚至有明確的國(guó)家任務(wù)使命，研究成果必須經(jīng)得起時(shí)間和實(shí)踐的檢驗(yàn)。因此，對(duì)需求牽引的基礎(chǔ)研究的支持，也應(yīng)與其發(fā)展規(guī)律相適應(yīng)，要立足長(zhǎng)期目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的原始創(chuàng)新，以分級(jí)解決問(wèn)題為導(dǎo)向 [18]。對(duì)于顛覆性創(chuàng)新，尤其是涉及到解決國(guó)防和國(guó)家安全問(wèn)題的，特別要注重“證偽”，發(fā)揮好基礎(chǔ)研究對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的方向性判定作用，防止迎合需求而產(chǎn)生的“偽顛覆”或“偽創(chuàng)新”的“科學(xué)技術(shù)”。

國(guó)防科研等領(lǐng)域的研究更為聚焦，實(shí)際需求的結(jié)果導(dǎo)向明確，研究意義重大。這類研究的應(yīng)用目標(biāo)清晰，但問(wèn)題較為復(fù)雜，其可能的解決途徑并不唯一，更容易出現(xiàn)來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家的戰(zhàn)略誤導(dǎo)。例如，若干年前歐洲和美國(guó)倡導(dǎo)了量子密鑰分發(fā)的研究，并且該研究在我國(guó)掀起了量子通信研究的高潮并獲得大量科技資源投入；然而，近年來(lái)英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)卻都發(fā)布了禁止量子密鑰分發(fā)使用的禁令報(bào)告 [19~22]，不知是事屬蹊蹺還是戰(zhàn)略誤導(dǎo)，非常值得深入探究。另一個(gè)例子是“量子霸權(quán)”（quantum supremacy，或譯為“量子優(yōu)越性”），這是美國(guó)科學(xué)家提出的概念，然而，當(dāng)我國(guó)已在該領(lǐng)域取得重大突破后，美國(guó)科學(xué)家又指出該概念存在邏輯問(wèn)題（teapot檢驗(yàn)） [23,24]，此時(shí)我國(guó)業(yè)已有了太多的投入。為此，在當(dāng)前國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)更為激烈的趨勢(shì)下，需要防備他國(guó)可能主動(dòng)實(shí)施的戰(zhàn)略誤導(dǎo)行為。

六、結(jié)語(yǔ)

本文回顧了布什提出的科學(xué)發(fā)展線性模型以及對(duì)該模型發(fā)展和完善的進(jìn)展，從投入效用角度分析了其內(nèi)在機(jī)制，并提出了闡釋基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)律的動(dòng)態(tài)演化模型。布什科學(xué)發(fā)展線性模型是用一維來(lái)表示的，認(rèn)為從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究是一個(gè)自發(fā)過(guò)程，然而該模型在當(dāng)前科技發(fā)展的新趨勢(shì)下，割裂了基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究之間的復(fù)雜關(guān)系；斯托克斯將布什科學(xué)發(fā)展線性模型拓展為二維表示的巴斯德象限模型，但仍無(wú)法精確呈現(xiàn)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究之間的關(guān)系，且模型中存在難以明確界定的“皮特森象限”。鑒于這些問(wèn)題，本文引入時(shí)間維度，建立了包含基礎(chǔ)度、應(yīng)用度、時(shí)間3個(gè)維度的基礎(chǔ)研究動(dòng)態(tài)演化模型，可以更好反映基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)之間的螺旋形互動(dòng)上升的邏輯關(guān)系，同時(shí)很好地呈現(xiàn)出布什科學(xué)發(fā)展線性模型與巴斯德象限模型的合理部分。

不可否認(rèn)的是，科學(xué)研究中的純基礎(chǔ)研究代表了人類寶貴的自由探索精神，可以不斷開(kāi)拓前沿知識(shí)領(lǐng)域，催生新的重大科學(xué)思想和科學(xué)理論，無(wú)疑是科技進(jìn)步不可或缺的動(dòng)力，因此，通過(guò)純基礎(chǔ)研究的探索來(lái)孕育重大科學(xué)突破應(yīng)是世界大國(guó)長(zhǎng)期支持與加大投入的方向 [25]。在國(guó)際科學(xué)合作與競(jìng)爭(zhēng)格局下，以應(yīng)用為導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究逐漸受到更多重視，同時(shí)也應(yīng)清晰認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究、試驗(yàn)發(fā)展的關(guān)系及這一關(guān)系的重要性 [5,26]。本文提出的新模型特別強(qiáng)調(diào)了需求牽引的基礎(chǔ)研究的重要性，并以激光與強(qiáng)激光發(fā)展這一目標(biāo)牽引的研究為例，通過(guò)分析其基礎(chǔ)研究演化路徑，從新的視角和清晰的圖示闡述了自由探索和需求牽引雙輪驅(qū)動(dòng)的科學(xué)發(fā)展全景圖。

值得注意的是，雖然需求牽引的基礎(chǔ)研究重要性不言而喻，然而歷史案例卻提醒我們，以需求牽引為導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究尤其要注重學(xué)術(shù)誠(chéng)信問(wèn)題，應(yīng)更加嚴(yán)格地遵循科學(xué)研究“可證偽性”的要求，以經(jīng)得起時(shí)間和實(shí)踐的檢驗(yàn)。同時(shí)，在當(dāng)前國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)不斷加強(qiáng)的態(tài)勢(shì)下， 要科學(xué)地甄別他國(guó)可能存在的戰(zhàn)略誤導(dǎo)行為。

致謝

感謝中國(guó)工程物理研究院研究生院董輝研究員對(duì)本文在撰寫和材料方面提供的幫助。