科学世纪：如何保障我们未来的繁荣——英国皇家学会2010年报告节选

发布时间：12年05月05日

方陵生

　　继19世纪的“化学世纪”和20世纪的“物理学世纪”之后，没有人能够预测21世纪内能与量子理论、双螺旋结构和互联网相媲美的科技大发现或大发明将会是什么。但毫无疑问的是，科学技术的进步将继续改变着我们的生活方式，创造新的产业和就业机会，使我们有能力应对目前看来似乎难以解决的一些社会和环境问题。

　　――（英国皇家学会2010报告摘言）

前言

　　进入21世纪这一科学世纪已有十年了，世界正在从严重的经济危机中逐渐得到恢复，粮食安全、气候变化，以及因国家和地区、种族、社会情况的不同而导致公民健康不平等现象等问题日益被提到了国际政策的议程上，一些国家正在努力重塑其经济和政治格局。

　　面对种种不稳定因素，英国必须提升其现有的优势。英国在历史上曾经取得的科学和工程技术上的成就，足以让我们感到自豪。今天，得益于可持续发展的投资，英国已成为世界经济大国中拥有最具实力研究基地的国家之一。我们大学的排名仅次于美国，我们的研究成果越来越多地与整个经济命脉息息相连。

　　在过去的15年里，我们的一些大学积极热情地应对将知识转化为生产力的挑战，高科技成果犹如雨后春笋般地大量出现。但是，新生科技的发展如同美国那样，仍相当脆弱，需要认真加以呵护培养。如果我们的世界一流大学的研究在关键性阶段失去了一些支持，或者说失去了对知识转化的激励机制，其结果将会是损失惨重，短期内难以恢复。

　　在我们刷新着科学技术创新纪录的同时，其他一些国家也在取得新的进展。我们经过几十年努力所取得的在科学技术领域内的领先地位，也有可能因此而很快失去。在英国政府考虑进一步削减高等教育和科学研究支出的同时，其他大多数的经济大国，包括美国、中国、法国和德国，已有了增加投资、促进科技创新活动的雄心勃勃的计划。

　　21世纪科学发展的诸多机遇将是本报告的重点。通过获取有关证据，进行分析，以及在英国的科学、工程和技术创新领域的学术界进行广泛咨询之后，本报告撷其精华，总结出了两条重要信息：一是有必要将科技和创新置于英国经济发展长期战略的核心地位；二是要认识到我们所面临的激烈挑战，一些国家对科技发展的投资规模和速度，是我们必须花大力气才有可能与之相匹敌的。

　　值此英国皇家学会庆祝成立350周年之际，我们希望唤起科技创新对英国未来之贡献的热烈讨论，如果我们能够在科技政策和决策方面作出正确的选择，那么英国将能够继续保持科技发展的领先地位，并在整个21世纪的科学世纪中确保经济上的繁荣昌盛。

　　我们如果不能变得更聪明，我们就会变得更贫穷。除非有更多的科学突破，并在英国得以开发利用，否则，英国的相对经济地位将会下降。

科学世纪的展望

　　1993年春天一个阴雨连绵的早晨，约翰·苏尔斯顿（John Sulston，1992年～2000年间曾任英国桑格基因组研究中心主任，2002年诺贝尔医学或生理学奖获得者）从他在英国欣克斯顿临时办公室的窗口望外看去，外面正在挖地基，要不了多久，这里将成为欧洲领先的生物医学研究中心之一：韦尔科姆基金会桑格研究所基因组研究中心。到了1994年3月，已有130人在那里工作，他们用最先进的设备对基因组进行绘制、排序和分析。通过他们的努力，1996年完成了拥有12万个碱基对的酵母基因组的测序工作，1998年完成了线虫基因组的测序。但是，桑格研究所最著名的贡献是参与完成了人类基因组计划，这一计划的完成是7个国家的科学家共同努力的结果。2003年4月，科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现，而桑格研究所承担完成了其中的三分之一左右。

　　在桑格研究所成立之初，苏尔斯顿回忆起当时在许多生物学家的眼里，人类基因组测序的设想被认为是一种“愚蠢的想法”、“纯粹在浪费资源”。但在事实面前，人们很快改变了态度。其中的一些人称，继19世纪的“化学世纪”和20世纪的“物理学世纪”之后，人类基因组计划预示着“生物学世纪”的开始。但苏尔斯顿指出，，对于遗传基因研究来说，人类基因组测序只是一个开始，但随着基因组科学研究的不断进展，将极大地改变人类的医疗保健事业，为医学诊断、疾病的预防和治疗创造许多新的方法和新的途径。

　　本世纪不仅是生物学的世纪，还将是数学、化学、物理学和工程学的世纪。在21世纪里，多学科前沿科学的进展，将改变我们的生活方式，创造新的产业和新的就业机会，并能够应对目前看来似乎难以解决的诸多社会和环境问题。

　　虽然我们无法预测21世纪能与量子理论、双螺旋结构理论和计算机技术相媲美的科技大发现、大发明将会是什么，但有一点似乎是可以肯定的：我们如果不能变得更聪明，我们就会变得更贫穷。除非有更多的科学突破，并在英国得以开发利用，否则，英国的相对经济地位将会下降。

　　英国拥有极大的科学优势，这种优势加强和巩固了我们的社会、文化和经济发展，我们必须在此基础上保持和继续发展这种优势，成为世界上科技发展走在前列的国家之一。尽管目前我们面临着财政上的压力，但我们不能让短期的困难和挫折破坏已经取得的进展。我们希望在英国皇家学会成立350周年之际，能够藉此机会展开热烈的讨论：科技创新如何对英国未来几十年甚至更长时期内的繁荣昌盛作出更多的贡献。

　　英国人口占世界人口的1％，但出版物却占世界出版物的7.9％，论文引用率占11.8％，具有重大影响力的引用率占14.4％。如今，我们已成为科学家和创新人才的净进口国。

科技投资的增长

　　在过去几十年中，一些研究领域几经兴衰，但英国的科学发展却一直维持了其卓越的声誉。最近的投资方向已转向了20世纪80年代开始呈相对下降趋势的英国科技界（见图1.1）。英国人口占世界人口的1％，但英国的出版物却占世界出版物的7.9％，论文引用率占11.8％，具有重大影响力的引用率占14.4％（见图1.2）。前几代人一直在为英国的人才外流现象担忧，而如今，我们已成为科学家和创新人才的净进口国，人才的技能素质远胜于以往任何时候。

图1.1公共研发部门的财政支出（1970年至2008年）

图1.2英国在全球科研中所占的比例

　　在行之有效政策的支持下，英国的研究基地取得了极大的成功，并从增加的投资中产生了更大的价值，特别是大专院校的知识创汇额有显著的增长。2000年～2008年间，授予大学的专利数目增长了136％，咨询顾问服务的收益增长了222％。过去10年里，仅大学的生物科技部门就创办了200多个公司，形成了先进技术和工业创新结合的新兴网络。

　　英国在科学领域内已加强了其竞争优势，但这种优势很容易丧失，作为正在进行的知识型经济转型的一部分，继续增加投资是很有必要的（见图1.3）。除了一些高技术制造业部门，如制药、航空航天、软件业和工业设计等，英国的服务业也日益趋向于知识密集型。在全球金融危机后，决策者开始寻求更多元化、更均衡和更可持续发展的经济发展模式，科学和创新将比以往任何时候都更加重要。

图1.3知识密集型服务行业和高科技制造业在附加值总额（Gross Value Added，简称GVA）中所占的百分比（1970-2007）

　　英国科学研究经费支出的增加，已产生了明显的效果。一个通常被忽视的变化是科研基础设施，自1998年以来，联合基础设施基金、大型设施投资基金和科研基础设施基金这三项加在一起，共投入了30亿英镑以上，用于年久失修基础设施的修缮，以及旧实验室设备的更新换代。

　　90年代中期，英国的决策者曾以羡慕的眼光看向硅谷，那里有着科技发展所需要的一切：世界一流水平的众多大学，周围簇拥着许多高科技公司和由风险投资市场支持的新兴产业群。15年以后，英国也发展了自己的高新技术产业集群，其中最有名的在剑桥，其次是围绕曼彻斯特、牛津、南安普顿、萨里和约克等大学周围的高新技术产业集群。

　　英国前科学部长塞恩斯伯里（Sainsbury）勋爵在他2007年的评论文章中，将科学与创新描述为一个生态系统，整个系统的健康取决于其组成部分的健康，最关键的是它们互相之间的关系。塞恩斯伯里指出，由于领先的英国大学所取得的成就已接近美国顶尖大学的水平，知识转型体系正在产生变化。

　　随着过去20年的科技政策开始取得实效，有必要以长远的眼光来正视英国科学创新全球领先地位在未来所面临的挑战，在目前更多国家大量投资于科学研究的形势下，这一点尤其显得紧迫。

　　杰出的科学研究成果明显而重大的影响，往往是在相关的研究领域内，但还有可能产生其他一些事先无法预测到的重大影响。

科学研究的价值

　　科学研究的主要动力是好奇心，即一种渴望了解世界的愿望，在取得了广泛的经济和社会效益之后，这种好奇心就会结出丰硕的成果。

　　世界经济史表明，在工业化国家的生产力增长中，科学和创新起到了核心作用。但是，事后看起来非常清楚的事情，对于当时的决策者来说却往往是朦胧不明的。科学的经济利益往往是长期的（见个案研究1.4），对经济的影响也是多方面多途径的（见图1.5）。

图1.5 科学如何产生影响。在产生影响的类型中，第一类和第二类的类型（增加有用的知识，创建新的企业）往往是最能引起决策者关注的，对于源自于科学研究的创新技术，他们希望能获得立竿见影的效益，而受益的亦是本国本土。

　　科学知识是属于全人类的，很难判定哪方面的研究为某个特定的创新技术作出了贡献，在基础研究和应用科技之间往往有个时间间隔，只关注于科学成果产生的眼前明显的影响，就有可能看不到科学技术产生影响的长期价值。

　　英国医学研究理事会、威康信托基金和英国医学科学院2008年的一份报告认为，即使在具有高度针对性的医药领域内，从拟定研究计划到取得科研成果，对医疗保健事业产生影响也需要10年甚至更长时间。与市场有着密切联系的技术也需要一段较长时间的消化酝酿，如一项新的生物技术工艺的开发，从初步设计阶段到形成商业化规模，平均需要三年半时间，而微电子学产品研究开发所需的时间则在五年以上。

　　最近的政策倾向于科研对经济的影响，由于公共投资的规模和英国所面临的经济挑战，这是可以理解的。但是科学对经济的影响只是一个方面。杰出的科学研究成果明显而重大的影响，往往是在相关的研究领域内，但还有可能产生其他一些事先无法预测到的重大影响。除了增加知识、创建公司，科学通过其他渠道产生的影响（见图1.5）也同样重要。

　　博士学位是进入科学研究生涯的门户，但接受博士学位教育者在完成学业后，选择科研以外职业的人占多数，一些理科学生因此离开了科学事业。

科学人才的培养

　　科学需要投资、需要基础设施和有利的政策环境，但最重要的资源是人才。对从在学校受教育直到退休科学家的职业生命周期，以及经过科学教育和培养，之后选择到其他领域工作的人才等，在相关政策上应作出更好的调整。

　　想要成为专业科学家或拥有科学知识的公民，需要经过系统的科学教育。与其他一些教育领域一样，科学学科和数学学科也受到了来自政治领域风云变幻的各种期待和变革的影响。科学学科的课程安排、教学模式及师资力量的提高，都需要有各学科专家的参与，最优先需要考虑的是专业教师的质素。2009年之前，英国每年为中学补充招聘科学和数学教师的目标，在十年里都未能达到；而如何培训、招聘和留住小学科学与数学教师人才，则更是一个特别令人关切的问题。英国皇家学会的研究表明，没有优秀的教师，就很难有希望培养孩子们从小热爱科学的热情。

　　博士学位是进入科学研究生涯的门户，但是，接受博士学位教育者在完成学业后，选择科研以外职业（见图1.6）的人占多数。在选择职业的关键转折点上，一些理科学生离开了科学事业，只有一小部分博士生学生有望最后成为大学教授。相关政策确保了和有利于人们选择职业时的灵活性，一些最优秀的科学人才自然会去选择更有前途报酬更高的职业。

图1.6科学与非科学领域内的职业。这个图表典型地说明了博士学位获得者对科研学术生涯的选择倾向，以及科学专业训练培育的人才如何流动到其他行业的情况。

　　尽管在过去十年取得了一些进展，但在确保科学人才的多样化仍然是一个挑战。女性在科学职业后期生涯中所占的比例仍然不足，特别是在物理科学研究领域内。虽然在与科学有关的学科中女性研究人员所占的比例为35%，但在讲师中这一比例下降到了30％，高级讲师中的比例下降到了21％，而女性在教授中所占的比例仅为11％。政府资助了一个专门的中心，支持女性进入或重返科学领域，希望她们在科学事业中取得发展，但科学领域仍然被许多人看作是要求极高的职业生涯，对承担了更多家庭生活责任的女性来说，是很难同时兼顾的。

资料来源The Royal Society

责任编辑则鸣

从法拉第到iPod（个案研究1.4）：

迈克尔·法拉第（Michael Faraday）是19世纪杰出科技人物之一，伟大的化学家和发明家。法拉第通过实验弄清了电磁的原理，制造出了第一台发电机。法拉第对当时的财政大臣威廉·格莱斯顿（William Gladstone）解释了他的发明，但格莱斯顿却问道，“可这东西到底有什么用呢？”法拉第只好巧妙地给了他一个似是而非的回答，“先生，你可以对这东西征税啊！”

之后，法拉第的思想由詹姆斯·C·麦克斯韦（James C. Maxwell）、英国物理学家开尔文勋爵（Lord Kelvin）和其他无数的科学家作了进一步的发展，包括艾伯特·费尔特（Albert Fert）和彼得·格伦伯格（Peter Grünberg.）在内，费尔特和格伦贝格因发现磁致电阻原理而获得2007年度诺贝尔物理学奖。1988年他们发现，磁性的微小变化可令电阻产生极大的变化，从而使电脑信息存储技术产生了革命性的变化。