當前，學科之間的交叉與融合受到了前所未有的關注和重視。近年來，一系列旨在促進學科交叉融合的國家戰(zhàn)略舉措相繼出臺，如國家自然科學基金委員會成立了交叉科學部，國務院學位委員會將“交叉學科”列為第14個學科門類等。2021年，國內首個推動學科交叉融合的專業(yè)學術團體——北京交叉科學學會正式成立。我一直在思考一個問題：在全球新一輪科技革命和產業(yè)變革的大背景下，從國家戰(zhàn)略層面上推動學科交叉的意義何在？換句話說，學科的交叉融合這樣一個學術共同體內部的行為在驅動創(chuàng)新、引領國家發(fā)展方面能夠發(fā)揮怎樣的作用？

交叉科學有望為新一輪科技

革命提供源頭

新一輪科技革命和產業(yè)變革將重構全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經濟結構，成為未來若干年世界各國發(fā)展所面臨的最大機遇與挑戰(zhàn)。然而，關于這一輪科技革命的源頭卻缺乏共識。人類歷史上經歷過的3次科技革命和產業(yè)變革均以重大科學突破，主要是物理學的重大突破為科學源頭——第一次科技革命的基礎是牛頓力學，第二次科技革命的基礎是電磁理論，第三次科技革命的基礎是量子力學。因此，研判新一輪科技革命和產業(yè)變革的基本特征與發(fā)展路向，無法繞開其發(fā)生的科學基礎。目前流行的觀點認為，新一輪技術變革以數(shù)字化、智能化及萬物互聯(lián)等為主要特征，我個人認為這種觀點值得商榷。因為從科學基礎上看，數(shù)字化、智能化技術依然是第三次科技革命，即信息技術革命的延展和成果應用。近100年物理學領域未能出現(xiàn)可與牛頓力學、電磁理論及量子力學比肩的重大科學突破，其他領域的重大突破也寥若星辰，單一學科的新突破似乎難以支撐像前3次科技革命那樣重大的科技變革。相比之下，各大科學領域、各個學科間的交叉融合則存在著巨大的潛力。例如在物質科學、信息科學和生命科學三大領域之間的交叉融合基礎上產生了人工智能、基因組學、腦機融合、人機融合等前沿科技，有可能成為第四次科技革命和產業(yè)變革的突破口，進一步引發(fā)的新科技有望深刻改變人類文明進程乃至人類本身。從這一意義上講，抓住了學科交叉融合，就有望把握住新一輪科技革命的源頭。

學科交叉融合為科學研究的

范式變革提供了新路徑

科學研究的范式變革往往是重大科技創(chuàng)新的重要標志。而按照“范式”這一概念的提出者、美國科學哲學家?guī)於鞯挠^點，科學研究的范式變革往往是在舊的范式出現(xiàn)危機的時候發(fā)生，而這樣的機會是隨機的、可遇而不可求的。如何通過有組織的科研去推進科學研究的范式變革？我認為，學科間的交叉融合提供了一種可能性。現(xiàn)代科學中學科的劃分導致了不同科學領域獨立發(fā)展，形成了各自迥異的研究范式。而學科間的交叉融合則可能為不同學科間范式的相互借鑒，進而實現(xiàn)學科范式的變革提供一種路徑。材料科學領域的新分支超材料可提供一個典型案例。材料科學是實驗科學，其研究的主流范式是先制備出材料，然后去研究材料的性質，再進一步改進材料的組成和制備方法進而改善材料的性質，并在此基礎上建立材料組成—結構—性質的關系。21世紀初，超材料這一概念在科學界出現(xiàn)。超材料是通過人工結構獲得的、具有自然界所不具備的新的性質的人工結構，其研究范式類似電子學，即通過已知功能的單元構筑系統(tǒng)，超材料早期的研究者主要來自電子學和物理學領域，這種研究范式對于他們來說是習以為常的。而作為最早從材料領域進入超材料研究的研究者，我們深刻認識到，超材料不僅代表了一系列新材料，也給出了一種構筑材料的新范式，因此致力于開發(fā)超材料的方法論價值，提出了超材料與常規(guī)材料融合的思想。基于這種思想，科研人員不僅率先研制出了介質超材料等具有優(yōu)異特性的新材料，也為常規(guī)材料性能的突破提供了新的思路。

學科交叉融合是破解

“卡脖子”問題的捷徑

“卡脖子”問題的出現(xiàn)從表象上看是大國博弈背景下設置技術壁壘的后果，其本質上反映出的是在解決復雜技術問題上對國外已有技術的路徑依賴。事實上，解決這樣一些復雜問題往往不只有一條道路。而沿用單一學科或已有技術體系給出的解決問題方式，尋找新的道路往往比較困難。通過學科的交叉，引入新的解決問題思路，則可能另辟蹊徑去解決這些問題。我們在20年前攻克的片式電感器技術就是一個很好的例子。電感器的片式化是20世紀末國際無源電子元件領域的重要突破之一，其核心技術是用鐵氧體與金屬導線結構實現(xiàn)共燒，需要具有低溫燒結特性的軟磁鐵氧體材料。20世紀90年代，我國開始從國外引進這類新元件的生產裝備，但關鍵材料卻遭遇國外封鎖，成為當時制約國內電子元器件發(fā)展的“卡脖子”問題。在“九五”國家“863計劃”的支持下，我們開展了片式電感器關鍵材料的研發(fā)工作，通過材料學、物理學和化學的深度融合，率先將物理學和化學的一些原理引入陶瓷材料設計與燒結工藝，不僅成功繞開了國外的專利封鎖，還獲得了當時國際上性能最高的兼具高性能和低溫燒結雙重優(yōu)勢的軟磁鐵氧體材料，為此后我國片式電感器產業(yè)的迅速崛起提供了關鍵支撐條件。

學科交叉融合是構建

創(chuàng)新文化、培養(yǎng)高素質

創(chuàng)新型人才的重要途徑

創(chuàng)新文化的氛圍、科學精神的土壤是形成創(chuàng)新型國家、建設科技強國的必要條件，是源源不斷地產生思想活躍、能夠跳出慣性思維的科技創(chuàng)新人才的基本保證。而學科的交叉融合，對創(chuàng)新文化的形成、科學精神的培育及創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)有著重要意義。通過學科交叉融合，跨越學科界限，有助于形成新的思維維度，提升科技工作者乃至全社會的科學素養(yǎng)、探索熱情、想象力和創(chuàng)造力。特別值得指出的是，在科學高度分化、學科間壁壘越來越高的今天，跨學科教育在讓學生建立全景式知識系統(tǒng)、提升思維能力方面尤為重要。北京地區(qū)作為全球最活躍的創(chuàng)新區(qū)域之一，有著雄厚的科研資源、齊全的學科專業(yè)，高校和科研機構云集并在空間上也比較集中，是推動學科交叉融合、構建創(chuàng)新文化的理想之地，我們期待能夠通過我們的努力，使北京成為學科交叉融合的學術高地，為建設首都國際科技創(chuàng)新中心、成為我國自主創(chuàng)新的重要源頭和原始創(chuàng)新的主要策源地盡我們的微薄之力。

另外需要補充的一點是，學科的交叉融合是一個動態(tài)過程，不宜人為劃定哪些學科屬于交叉學科。事實上，任何學科的發(fā)展往往都需要借鑒、融合其他學科的知識和方法，學科交叉也發(fā)展出成熟的新學科，如物理化學、生物物理學等，而幾乎所有工程科學都是在融合若干基礎科學的基礎上發(fā)展的。因此，對交叉學科的支持也應該有所取舍、有所側重，應重點關注尚未形成學科交叉或尚待成熟的交叉領域。有鑒于此，我們提出關注“大交叉”，如自然科學和社會科學的交叉、科技與藝術的交叉、生命科學與物質科學的交叉等。

學科的交叉融合有望成為推動科技創(chuàng)新的重要抓手，將學科交叉融合納入國家科技強國戰(zhàn)略意義重大。期待有更多支持、扶植、推動交叉學科發(fā)展的新戰(zhàn)略、新舉措出臺。

專家簡介

周濟，清華大學材料學院教授，中國工程院院士，長期從事信息功能材料的研究。發(fā)明了高性能低溫燒結陶瓷電磁介質材料，解決了無源電子元器件片式化和集成的關鍵技術難題，推動了我國片式電感器和無源集成產業(yè)的形成與發(fā)展；提出了超材料與自然材料融合的思想，基于該理念設計出了一系列具有奇異物理特性和應用功能的新型材料。先后獲國家自然科學獎二等獎、國家技術發(fā)明獎二等獎等獎勵，榮獲“全國優(yōu)秀科技工作者”等稱號。