赵东元 | 发展科学，首先要发展科学精神

我们处在一个复杂多变、充满不确定性的环境中，面临着前所未有的机遇和挑战；唯有依靠科学创新，中国制造业才能实现自主和升级，实现真正的现代化，推动一个更加进步的世界更快到来，满足人们对于美好生活的向往。

          纯“科学”不是生产力，“科学的技术”才是生产力

“科学”是外来词。康有为被认为是国内从日语中引用了这个概念的第一人，严复在《天演论》的翻译中也使用了这个概念，之后经由“五四运动”，这个词在中国广泛流传。

其实“科学”一词在中国古代文献中很少出现，出现的时候，大多指的是“科举之学”“分科之学”。在古代比较接近现在“科学”概念的词，是“格物致知”，我们通过对物体的研究，得到知识。新文化运动的时候，人们用“赛先生”来指称科学，“赛先生”是Science的音译，但是它们都没有“科学”一词那样深入人心，被广泛使用。

什么是科学呢？有些人说，是科学家从事的事业；也有人说，科学就是对的、正确的、真的、有道理的、好的、高级的……我们经常说科学的方法，其实可能说的只是好的方法而已，这是对“科学”比较肤浅的理解。科学是知识、是真理，不是一般零散的知识，而是理论化、系统化的知识。对于自然、社会规律的完整、理性的认识，才是科学。纯“科学”不是生产力，科学的技术才是生产力。

我们经常说“科技”，其实“科学”和“技术”一定要分开，科学是科学，技术是技术，科学的技术才是第一生产力。

“科学”有以下三大特征：

1. 发现规律，当然，这个规律发展社会的规律，包括自然规律。

2. 科学的精神一定具备以下三个方面特点：

1）质疑性。一定要去问为什么，没有为什么，没有理论，不叫科学。

2）独立性。科学研究所发现的规律“独立”于研究者以及研究手段和研究方法，只有通过我们独立地进行科学研究从而获得的成果，才有科学价值。科学研究者必须具有独立的思想，科学研究工作也须是独立进行 的。

3）唯一性。不管谁研究，发现的规律客观存在，科学规律是唯一 的。

3. 科学一定具备逻辑性、定量性、实证性。没有数学谈不上科学，所以数学已经超脱了自然科学领域。为什么最早的诺贝尔奖没有颁给数学领域的研究成果？并不是数学不重要，是很多西方人已经把数学纳入哲学的范畴，一定要定量化、实证化。

除了以上这些，科学还有四大特征：第一，它的特征就是客观性的，一定是遵从实际客观的知识；第二，要有验证性，所以我们一定要用科学的实验、科学的研究方法来验证它；第三，科学知识一定是系统的，是完整的、具有自己理论体系的一门科学；第四，科学具有发展性，一定要有发展。

所以科学家们不断地补充、不断地发展，推动科学不断地向前发展。科学本身不具有目的性，发展科学的目的就是发现规律，这些规律发现了有什么用呢？可能现在看没有什么用，要放眼未 来。

“技术”英语是Technology，拉丁文Technique，指的是一个编织的过程。技术是改造自然的手段和方法，是利用知识改造自然的过程，科学是不能改造自然的，因为我们只是发现事物发展的规律。所以说，科学的技术是生产力，科学和技术应该是分开的。

          科学与哲学，同源而异流

在现代科学诞生之前，科学和哲学是一体的。什么是哲学？要给它一个定义真的是非常难。科学，我不说你糊涂，一说就能明白；哲学，我不说你明白，我一说你反而糊涂。但可以先说清楚什么不是哲学。哲学不是宗教，但是哲学给人信仰；哲学不是艺术，但是能给人美感；哲学不是科学，但同样给人真理；哲学不是伦理，但是使人向上。所以，哲学是一个非常复杂的问题，包括理论体系，包括世界根本性终极的规律、终极的问题，需要人们去思索。

罗素给过这样一个定义：“哲学是介于神学与可见之间的东西。”这是一个空地，科学圈定了一切能确定的知识，用实践能证明的是科学；另一些超乎知识、没有办法来证明的是神学，介于二者之间的才是哲学。早在公元6世纪，古希腊哲学家泰勒斯第一次把科学和哲学从神学中提炼出来，第一次思考世界上这么多的物质，到底是由什么构成的。他看到退潮过程，提出了水是万物之源构想。

到了柏拉图时代，古代的科学和哲学慢慢在发展，人们已经发现了很多的自然规律，包括三角形三个内角之和等于180度，这是在古希腊时期早就发现的。但是柏拉图开始思考，虽然这世界上存在万事万物，但有很多规律不是以人的意志为转移的，所以他提出了形而上学；他的徒弟亚里士多德第一次提出了万物首先由质料构成。尽管亚里士多德提出的很多科学思想在现代科学看来是错误的，但是我们仍然认为他是古代科学之父，真正提出了物质构成、物质运动的规律。他的思想跟柏拉图完全不同，他说“吾爱吾师，但吾更爱真理”，真理要用事实来验证，他第一次提出用实践来检验真理。

经历了中世纪的黑暗时代，通过伽利略等人的不懈努力，科学的实证性得到不断发展。到了17世纪，牛顿力学体系的建立标志着西方近代科学的真正形成，一定是具有实证性、质疑性、唯一性的，这才是真正的科学。而神学在西方则是至高，它是无法被验证的，完全是靠启迪和信心。  

          中国为什么有技术而无科学？

在中国，和西方则完全不同，中国没有存在过类似这样的科学，我个人的理解是因为地域、文化的差异。中国人可以在封闭的农耕环境下自给自足，所以我们一直“抑商”；而西方的古希腊、希伯来“两希”文明都是靠海而生的，在这样一个地理位置生活，不能自给自足，要依赖交换，所以发展的是重商的文化。西方人喜欢冒险，崇尚自由、平等、契约精神；中华民族则偏重集体协作、国家主义。再加上东西方文化的差异，西方艺术是泛科学化的，“掷铁饼的人”的雕塑已经是采用透视的角度去创作，凡尔赛宫建筑型制是几何式的；再看中国的苏州园林建筑，层次感非常好，移步换景，游人可以不断展开想象。李白的诗里有“黄河之水天上来”，这样的想象完全是一种虚拟的、没有任何求实过程的创作，中国人天生就是艺术家。

我们讲一个人太有才了，琴棋书画无一不通；而从来不会说一个人数学很好，真有才。理科生肯定没“才”，或者说是有知识没文化的。中国的四大发明完全是一种技术上的发明，中国的知识分子不信自然定律，不去实证。写过《中国科学发展史》的汉学家李约瑟曾说：“在中国人眼里自然没有秩序，而是他们有的不是由一个理性的人所定下这样的一个秩序。”

中国最早的综合性科学技术著作是初刊于1637年的《天工开物》，内容涵盖化学、农业、冶金业、造纸等，我们的炼铜术比欧洲早了700年，书里面记录了完整的冶炼方法，却没有人知道为什么这样能炼出铜，没人去追究为什么。所以中华民族能工巧匠人才辈出，但是没有科学家。“理性的翅膀一旦拴上了应用的铅砣，那它永远飞不了。”我们所有的发现都是马上能拿去应用的，不再去追问为什么。

中国的科技一直这样发展着，西方从中世纪跨越到文艺复兴、科学革命、工业革命，突飞猛进。从1世纪到15世纪，中国领先世界1400年，到1500年左右，科技被西方全面超越。从近代开始，科学从西方源源不断进入中国，改革开放40年，才是中国真正的科学研究的春天。

我是搞材料的，今天我们在高温超导的纳米材料、量子反常霍尔效应晶体材料方面，已经走在了世界的前沿，但是我们也要看到，跟西方数百年、上千年的科学研究相比，我们的基础研究起步非常晚，我们对“科学”内涵的理解还非常浅薄；我们缺乏从0到1的原创性科学研究成果，这是我国的科学之痛。

自然科学是运用这些定理定律思维，来揭示自然科学本质内在的一个知识体系，它不能立竿见影。任何急功近利都无助于科学的发展。什么是纯基础研究？就是没有任何实用的目的，就是前面我们说的，看起来没有什么用的科学规律。纯基础研究也不追求经济和社会效益，科学技术研究从诞生之日起就要遵循这样的真理。

从科学诞生那天起，科学家就承担着专业的责任、社会的责任、人类的责任。大多数人说，是才智造就了伟大的科学家；爱因斯坦说：不，是人格，“你的才智与创造力不应是对人类的诅咒。”所以，有些科学我们是不能做的，比如克隆人，原子弹的诞生就曾让很多科学家很是苦恼。

          创新是科学基础研究的永恒主题

知道了科学的目的就是发现自然规律，那么怎么来搞科研？科研就是创新，一定要发现新的规律、新的概念，提出新的概念、新的规律。所以创新是科学基础研究的永恒主题。你要想创新，就要有创新的思维，创新的想象力、创造力，这些是从哪来的？完全是靠信心、勇气、胆识和闯劲，坐冷板凳去做这样的东西。中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所的蒲慕明院士曾提出，搞科学研究的人可以分三类：

1. 探险家。敢走前人没走过的路，完全没走过的路。

2. 导游。已经有前人探索了，但是别人都不知道，我来告诉你怎么走，来寻找已经找到的。

3. 游客。大部分人都是游客，跟着导游到此一游，做点事，发表一篇论文就完了。

我们现在倡导做真正的探险家。探险家大部分是青年人，他们有闯劲，初生牛犊不畏虎。也不需要太多的知识，什么都掌握了也没有创新能力。

我们现在很多搞科学研究的人都是“导游”，我也是“导游”。我是学化学的，1980年考大学，虽然语文、政治都不及格，靠着“强大”的理科成绩，考入了吉林大学化学系。我最喜欢做多孔材料，大家平常使用的干燥剂就是多孔材料。大家都知道微观、宏观，还有一个叫“介观”，介于微观和宏观之间。介孔材料就是孔径为2.0—50 nm的材料。为什么搞这个东西？它的表面积非常大，2克就比一个足球场还大，它在催化、生物医学、水处理等方面都是非常有用的材料。我过去做了一些无机化合物的介孔材料，想把有机的高分子材料，像导电高分子、生物高分子、富勒烯碳材料、金刚石等这些价值连城的好材料做成介孔，无论在能源、催化各个领域都会有非常好的应用。这个过程太艰难了，经历了无数次的失败，最终我们的一个本科生试着用最古老的高分子酚醛树脂做前驱体，一试成功了。后来我们发现，其实成功的原因就是回归哲学最原始的逻辑，把复杂的问题简单化。最后，我们建立了体系化的合成方法，我们做的材料是目前最稳定的分子筛，热稳定性达到2000度。我们课题组围绕这个课题发表了200多篇论文，全世界用我们这个方法发表了3万篇论文，这样一个工作，绝对是引发了整个领域的研究热潮。不仅理论上能做到，我们现在也在规模化生产，真正把它用起来，做电动汽车、钯炭催化剂，做药物的中间体，做废气处理等，把有害气体全部吸附掉，转化成二氧化碳和氮气。我创造的一些材料都以“复旦大学FDU”命名。

          碳中和，要让可再生能源开发和清洁用油齐步走

下面说一些介孔材料在能源方面的应用。能源是整个社会发展的动力源泉，目前中国要求2030 年达到碳达峰，2060 年达到碳中和，压力非常大。看一下世界能源的构造，80% 来自天然气、石油、煤等化石能源，可再生能源占比很低。有人提出化石能源是一个有限资源，说碳氢化合物不就是动植物尸体来的吗？不是，是无机化合物在高温下转变来的。地球底下有碳酸钙大理石，碳和水一结合变成了碳氢化合物，所以说，到底是无机变成有机，还是有机变成无机，二者可以互变。这样一个成因论，意味着原油是用之不竭的、源源不断的。目前全世界仍然源源不断有新的化石能源被发现。

其实即使化石能源有峰值，它也不是最主要的危机。燃烧1 吨煤要产生3.7 吨的二氧化碳，而二氧化碳被认为是使大气变暖的主要原因。从工业革命到现在接近200年，地球的平均气温已经升了2 度，北极气温上升得更多，尽管是不是二氧化碳引起全球变暖还存有争议，但这确实是一个非常大的问题。

未来世界的能源发展一定是向低碳、绿色、循环的发展趋势，要建立以化石能源为引领的绿色、低碳体系，这是人类共同体的一个物质基础。但目前，可再生资源在能耗中占比非常低。

可再生能源包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能和海洋能，这都是一次能源，电、氢，这些都属于二次能源，需要靠消耗其他能源来获得。全世界各国都在根据各自的国情发展不同的可再生能源。法国是以核电为主；巴西是一个农业国，以生物质能源为主；德国担心核电，想发展风能和光能源，但是这些可再生资源还有很多的问题，需要政府的激励，需要创立一个完整的市场体系，剩下就是技术进步的支撑。

我们对于化石能源的依赖短期内是很难改变的，因此对碳基能源的高效利用是重大问题，不能像以前那样粗放式利用，这对化学提出了重大的挑战。怎么样才能把石油变成洁净的油品“吃光榨尽”，怎么样能把煤高效燃烧、高效发电、多联产及IGCC高效使用。我们正在尝试用介孔材料做一次能源高效转化的催化剂。每一次催化剂的革命都会带来石油化工的革命。未来的能源，一定是循环的，需要地下的石油、煤炭等碳基能源洁净的转化和利用，新能源的开发也势在必行，基础研究要走在前面。

怎样能营造这样一个环境，让大家都喜欢科学，把我们传统的归纳思维上升到理性思维？这是我们需要做的。我们当然更需要从0到1，需要创新的思维，超凡的想象力，要有批判的精神。我们国家科学不存在“卡脖子”问题，技术确实存在着“卡脖子”的问题，科学不是。我们需要提倡学科学、用科学、讲科学、爱科学、挑战创新，用科学推动着我们的梦想实现。

本文来源：《君子知道》复旦大学EMBA 编，复旦大学出版社 2023年5月