1 中国科学院科技战略咨询研究院

2 中国科学院自然科学史研究所

 

近现代以来，意大利-英国-法国-德国-美国相继成为世界科学中心。经济繁荣、思想解放、教育兴盛、政府有力支持等社会因素以及科学成果涌现时机因素共同导致了世界科学中心的形成、演进与更替。

 

意、英、法、德、美

这些国家为什么能成为世界科学中心？

 

科学的历史发展不是线性的，而是有起有伏，科学的地域分布也是不平衡的，有的国家先进，有的国家落后。关于世界科学中心，根据一些学者的统计分析，有世界科学单中心说、科学多中心说、科学主中心与副中心说。技术发展也是有起有伏，地域分布也不平衡，也有世界技术中心转移说。

 

实际上某一学科、某些学科群也有世界中心，以往对此缺乏统计分析。

 

借鉴英国著名学者贝尔纳的研究发现，日本学者汤浅光朝用定量的方式描述了 16—20 世纪世界科学活动中心及其转移的情况。如果一个国家的科学成果超过全世界总数的 25%，则这个国家就称为世界科学中心；该国成果超过 25% 所持续的时间，称之为科学兴隆期。

 

按照汤浅光朝关于科学活动中心的定义，根据不同的科学史年表可以得出世界科学中心转移的特征，尽管具体时间节点不完全相同，但表 1 中的 5 国成为世界科学中心的依次顺序及主要时期基本一致。

 

近现代世界科学中心转移的顺序大致是意大利（1540—1610 年）—英国（1660—1730 年）—法国（1770—1830 年）—德国（1810—1920 年）—美国（1920 年至今）。每个国家的科学兴隆期平均为80年左右。

 

意大利：第一个世界科学中心

（1540—1610年）

 

意大利画家拉斐尔·桑西于1510～1511年创作的壁画作品《雅典学院》。以古希腊哲学家柏拉图举办雅典学院之逸事为题材，打破时空界限，把代表哲学、数学、音乐、天文等不同学科领域的文化名人会聚一堂，以回忆历史上黄金时代的形式。

 

16 世纪中期，资本主义萌芽产生并带动发达的商品贸易，为意大利科学革命和成为世界科学中心打下基础。政治运动与人文主义的产生促进了思想解放，激发了当时人们研究自然现象、探究自然界规律的兴趣，从而为科学革命的产生奠定了基础。人文主义思想的传播推动人们探索自然、研究上帝与自然关系的风潮。

 

意大利的教育体系为其成为科学中心提供了支撑。技术的进步为意大利科学的进步提供了新事实及新技术，使得真正有系统的实验科学成为“可能”。意大利成为世界科学中心与科学知识自身增长规律相契合，引发了科学革命。

 

意大利一些地区的城邦中出现了一批重要的自然哲学家，使意大利成为近代科学活动的第一个中心（1540—1610 年）。意大利爆发的科学革命使得知识在天文学、解剖学、力学、数学、博物学领域产生了巨大的突破。

 

英国：第二个世界科学中心

（1660—1730 年）

牛顿

英国在 16—17 世纪涌现出吉尔伯特、波义耳、牛顿、胡克、哈雷、布拉德莱、阿代尔、哈维等各领域内的大师，开辟了力学、化学、生理学等多个现代学科，成为世界上第二个科学中心。

 

英国经济的发展与资本主义生产方式的确立使得英国成为欧洲最富庶的国家之一。资产阶级革命的成功，为英国自然科学的发展提供了制度保障。清教主义运动塑造了英国研究自然，从而赞颂上帝的文化性格，对科学革命与英国的科学发展产生了巨大的作用。

 

大学教育发展及教育理论的创新对科学中心向英国转移提供了巨大支撑。工业发展及技术进步为新知识的产生提供新需求及新工具。英国成为世界科学中心，与牛顿完成自然哲学的综合以及对其他学科产生影响有着密切联系。

 

法国：第三个世界科学中心

（1770—1830 年）

Pierre-Simon Laplace

18 世纪中期到 19 世纪中期，法国成为继英国之后的又一个世界科学中心，涌现出了达朗伯、萨迪 · 卡诺、拉普拉斯、布丰等一大批伟大科学家。法国积极推进本国的工业化进程，大力发展本国的独特工业体系，提升了法国的整体工业实力。国家支持自然科学，使科学研究建制化，极大地推动了当时科学研究事业的发展。启蒙运动形成了法国的自由理智主义传统，推动了怀疑主义、逻辑主义方法论的传播。

 

18世纪晚期，法国积极推进理工学院的建设。通过这个新系统，自然科学、数学和工程技术建立起了不同层面的稳固联系，新的体制极大地促进了科学技术的职业化。

 

19世纪中后期，法国逐渐确立了技术发明的个人财产权，极大提升了人们致力于技术发明的热情。法国科学家在热力学、化学、天体力学等学科领域作出了突出贡献，为后来的内燃机革命及化学革命提供了理论基础，引领了当时世界科学发展的潮流。

 

德国：第四个世界科学中心

（1810—1920 年）

普朗克与爱因斯坦

19 世纪 20 年代至 20 世纪 20 年代，德国科学发展突飞猛进。尤斯图斯 · 冯 · 李比希创立了有机化学，维勒成功合成尿素，施莱登和施旺创立细胞学说，爱因斯坦提出相对论，普朗克提出量子概念，伦琴发现 X 射线，德国开始引领科学的发展。

 

19 世纪中期起，德国工业迅速崛起，为德国科学的崛起提供了物质基础。德国的开明君主专制制度为德国科学的复兴提供了政治保障，教育和科研体系具有稳定的自我增长空间而不受过多干预，使得先进的、有利于自然科学发展的制度得以存续并释放自己的潜力。

 

德国文化中含有尊重科学的内在因子，且实用主义文化逐渐占据主导地位，为科学的崛起及科研成果的转化提供了良好的文化氛围。现代大学制度（柏林大学模式）的建立，是推动德国成为世界科学中心的重要因素。

 

德国创建了强大的工业实验室，把科学与企业结合起来，科学研究获得了资金，企业获得了基于科研的技术，有力地推动了物理、化学等学科的发展。源起于德国的有机化学、量子力学等学科，成为当时引领世界科学发展的带头学科。

 

美国：第五个世界科学中心

（1920 年至今）

美国布鲁克海文国家实验室

自 19 世纪末、20 世纪初开始，美国在经济文化等各方面取得了举世瞩目的成绩，并于 1920 年取代德国，成为保持至今的世界科学中心。与法国和德国不同，美国的基本模式是外源性而非内生性的。

 

20 世纪初，美国拥有雄厚的经济及工业基础，经济的繁荣为美国科学研究提供了良好的经济条件。美国政府将基础研究视为国家崛起及强盛的根本性要素，为美国成为新的世界科学中心奠定了政治基础。通过学习欧洲先进教育制度，建立起完善的研究型大学体系，同时通过人才引进，使美国短时间内成为世界科学研究强国。

 

第二次世界大战使美国成为最大赢家，强化了其超级大国的地位。实用主义文化造成了美国重视技术的传统，为科学的发展提供了必要的物质条件。美国工业界通过建立工业实验室、研发机构，以及建立各种支持自然科学研究的基金会，形成了良性的“工业支持科学、科学界反哺工业”传统。美国还抓住了量子力学革命及信息技术革命机遇，迅速站在世界科学领域前沿。

 

世界科学中心的转移，

给我们哪些历史启示？

 

世界科学中心的形成需要具备许多条件，当多重有利条件都具备时，科技后进国家的脱颖而出或后来居上才可能发生。通过世界科学中心演进规律分析，得出世界科学中心转移的若干历史启示。

 

经济高速发展的带动作用

 

无论是意大利、英国、法国，还是德国、美国，在科学中心兴起之前，往往有一个经济高速发展期。

 

例如，意大利城市的产生和资本主义关系的萌芽都早于西欧其他国家。1588 年，英国击败西班牙之后成为海上霸主，通过奴隶贩卖和海外贸易大发其财，16 世纪的第一期圈地运动高潮，也为英国资本主义的发展准备了生产经营所必需的资本财富、自由劳动者和国内市场。美国在成为世界科学中心之前，便已经是世界工业中心。

日不落帝国曾经的“辉煌版图” 来源：新浪博客

经济较为发达的国家，往往能够凭借雄厚的经济基础，为从事自然哲学或科学研究的人提供更多的资助，并建立各种科研机构来推动自然科学研究的发展。同时，经济的发展往往会提出各种技术性需求，从而推动自然科学家去探索自然界、寻找新方法来解决这些现实问题，技术也相应得到快速发展。

 

经济与技术越发达，为自然科学家所提供的技术工具、实验仪器越先进，有助于科学家发现新现象、新材料、新方法。此外，经济发展促进了教育繁荣、人才辈出，更多智力精英生活得到充分保障，从而心无旁骛地投身科学事业。

 

科技、经济一体化协同发展

 

在科学发展的早期阶段至 19 世纪中期，科学中心的形成和演进与技术中心的关联性不大。然而自 19 世纪中期第二次工业革命以来，科学、技术、经济日益一体化。技术的发展越来越多地需要从科学研究中获得支持，经济增长也愈来愈多地依赖于科学与技术，科学、技术、经济逐渐形成一种正相关的良性循环系统。

 

德国有机化学的发展及其所引发的化学革命，促使有机化学领域涌现出一系列原创性成果，开创了德国的化学染料工业，这成为德国称霸世界的关键。德国有机化学工业巨头纷纷建立工业实验室。例如，1865 年德国的巴斯夫（BASF）公司建立了工业实验室，并大量雇佣来自大学的科学研究人员。

Silicon Valley – Artist: Karen Young

20 世纪 50 年代以来，以美国硅谷为代表的科技工业园区、科学城等，更是科技经济一体化的集中体现。

 

思想解放与崇尚创新文化

 

科学研究是探索未知、解决难题的高度复杂的智力活动，是挑战权威、敢为人先、后来居上的智力竞赛，需要宽松自由的环境和宽容失败、鼓励尝试的创新文化。破除思想桎梏是大规模知识创新不可或缺的前提，文艺复兴、宗教改革与启蒙运动等欧洲近代三大思想解放运动，为科学发展与科学革命的出现奠定了至关重要的基础。

伽利略

统计表明，每一个国家的科学高潮出现之前都曾有过一个哲学高潮，这是思想解放的集中体现。美国硅谷崛起的根本原因之一在于其独特的宽容失败、崇尚个人创造力的创新文化。因此，发展高水平科研，实现高水平创新驱动发展，思想解放和崇尚创新文化是必不可少的前提。

 

拔尖人才的自发集聚互动

 

科学发展是人才驱动的，尤其是杰出人才至关重要。无论是科学内部理论与实验的矛盾，还是科学外部经济的需求刺激，都只有落实到科学家身上才起作用。科技史表明，科技体制机制的演变是有规律的，会朝向越来越有效满足学者与社会需要的方向、方式演进，会让学者特别是优秀学者充分发挥作用，让知识创造越来越有效率。

 

世界科学中心的形成、保持，往往需要一种开放的知识、人力、资源环境条件，封闭难以保持研究活力。成为世界科学中心的国家，往往是人才流动、知识流动与传播速率较高的区域。

 

在科研活动和创新活动中，拔尖人才的作用非常突出，正如哈佛大学前校长康南特（Conant J B）所说：“在每一个科学领域里，决定性因素是人，科学事业进步的快慢取决于第一流人才的数目。据我的经验，十个二流人才抵不上一个一流人才”。

 

这是由科学研究的“突破—跟进—再突破—再跟进”的基本方式所决定的，没有一流人才就难有前沿突破。由于网络化、平台化，使得个体更容易发挥作用，拔尖人才的重要性更加突出，甚至有人说在互联网时代，1个杰出的程序员抵得上 100 个普通的程序员。

 

当前，全球创新活动进入一个新的密集期，新科技革命将催生新一轮产业革命，引发社会重大变革，从而引领人类进入知识文明时代。未来人工智能将越来越多地替代普通人的工作，普通人才的稀缺程度降低，因此拔尖人才的作用变得更加凸显和重要，所谓“千军易得，一将难求”。而拔尖人才会自发集聚选择对自身更加有利的体制机制和文化环境，也正因为如此，若没有适合条件，拔尖人才要么聘不来，要么来了也留不住。

 

教育兴盛繁荣的引领作用

 

从世界科技中心的整体演进、更替来看，一个国家先成为教育中心而后成为科技中心，先失去教育中心地位而后失去科技中心地位，教育兴隆期越长，科技兴隆期也越长，较短的教育兴隆期往往伴随一个较短的科技兴隆期。

 

例如，从 16 世纪中叶到 17 世纪中叶，英国是世界高等教育的中心，其中 1167 年成立的牛津大学和 1209 年成立的剑桥大学起到了关键作用。18 世纪上半叶，启蒙运动促进了法国新型高等学校“大学校”的建立，法国取代英国成为世界的科学中心。德国是第四个高等教育中心和科学中心，其中 1810 年成立的柏林大学成为新型大学的范本。20 世纪初，美国的高等教育迅速超过了德国，推动美国成为世界科学中心。

 

教育兴盛也是历次科学中心形成的必要条件，为人才储备提供了至关重要的供给保障，而教育兴盛往往是通过教育变革实现的。例如，研究型大学的创建使德国教育勃兴，有力支撑了德国科学的快速发展。

 

目前，世界顶尖大学大部分集中在美国。美国大学的崛起是一系列制度创新与组织创新的结果，其中美国的大学自治制度发挥了极为重要的作用。美国大学自治制度的核心是“法人—董事会制度结构”、联邦教育分权体制和多权力中心的政治结构，多元社会参与和市场机制为大学提供了运行的经济基础和动力，高等教育行业自律与行业自治可实现自我完善，内部分权与教师参与巩固了大学的内在根基。

 

国家对科技事业的有力支持

 

当一国政府通过科技政策、教育政策、人才政策、资金政策等给予科学足够的支持，并且这种支持与科学自身的发展规律相符合时，便有可能为该国成为世界科学中心提供重要条件，反之，则很难成为世界科学中心。

 

17 世纪，法国政府成立了巴黎科学院，这是世界上第一个职业科学家机构，为世界科学中心转移到法国起到决定性作用。德国政府在大学创办（如柏林大学）、综合性研究机构建立（如威廉皇帝学会）、科研体制变革中都起着举足轻重的作用。

 

美国虽然市场经济高度发达，但政府在推动科技发展方面也起到至关重要的作用，从美国第一部宪法规定教育和科学事业不受任何干预地独立发展，积极学习德国研究型大学模式，到二战后建立国家科学基金会（NSF）、国防先进研究计划署（DARPA）等有利于科学发展的科研机构，再到建立白宫科技政策办公室、国家科学研究委员会和总统科技顾问委员会等，以及颁布《拜杜法案》，这些都强化了政府、科研机构、产业界的三方合作。美国政府通过采购支持企业研发新产品，并充分利用美元金融体系、国际关系和知识产权优势，推动美国科技快速发展。

 

科学成果涌现时机的重点布局

 

世界科学中心的形成及转移，与科学体系自身的演化以及一国科学家对该时代当采学科的重视程度、在当采学科领域中所做出成就的质与量密切相关。世界科学中心形成的必要条件之一是恰逢科学成果涌现期，历次科学中心的形成均是如此。而科学成果涌现是科学发展的内部规律与社会诸多因素恰当结合的结果，只有大规模新成果出现，成果聚集地域才可能重新分布，新的科学中心才可能形成。

 

在科学自身的发展过程中，会在特定时期形成重大突破，并形成该时代的“带头学科”，即在特定时期，会有一门或几门学科成为最有活力、吸引最大注意力并产生了最大量科学成果（即“科学涌现期”），从而对自然科学的整体发展起主要的推动作用。

 

科学革命会引起科学成果涌现，而且涌现出的新成果往往代表未来发展方向。当特定当采学科出现时，如果一国的科研力量主要部署在这一领域，并做出重大科学成就，便极有可能成为当时的世界科学中心。

 

未来世界科技中心会是怎样的？

 

进入 20 世纪，科学与技术一体化程度越来越高，借鉴世界科学中心转移研究的成果及其揭示出来的规律，结合对当前科技前沿状况的把握，可以看出世界科技中心仍然主要集中在欧美发达国家，但呈现出加速向亚洲和太平洋地区转移的趋势。

 

21 世纪以来，日本科技实力依然突出，中国、巴西、印度、土耳其等新兴国家和经济体科技研发支出快速增长，在全球的研发份额占到较高的比例，技术创新能力明显增强，已经成为科技创新的高度活跃地区，并对世界科技创新作出越来越大的贡献。

 

鉴于上述分析，我们提出了世界科技中心转移主要影响因素的“五要素钻石模型”，经济繁荣、思想解放、教育兴盛、政府有力支持等 4 个社会因素和 1 个科技革命（科学技术成果涌现期）因素对科学中心形成必不可少。