諾貝爾獎120周年:德美日相繼崛起,中國如何迎頭趕上?

2021-01-08 澎湃新聞
【寫在前面】

受新冠疫情影響,今年12月不再舉行傳統的諾貝爾獎頒獎典禮,頒獎儀式將改為線上舉行。諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫學獎從1901年授獎到今年,正好滿120年。在這120年裡,一共有624人次獲諾貝爾科學獎,其中物理學獎216人次,化學獎186人次,生理學或醫學獎222人次。

北京大學哲學系教授、醫學人文學院院長周程在對1901-2020年間諾貝爾科學獎的頒獎數據進行處理後提出,諾貝爾科學獎百廿史上出現過三大現象:

1、20世紀早期德國諾貝爾科學獎獲獎人數獨佔鰲頭;

2、二戰結束後美國諾貝爾科學獎獲獎人數遙遙領先;

3、21世紀初期日本諾貝爾科學獎獲獎人數出現井噴。

若按近年國內生產總值進行排序,美國位居第一,中國位居第二,日本排在第三,德國排在第四。在120年的諾貝爾科學獎頒獎史上,目前GDP位居前四的其它三個國家都先後創造出了令人驚嘆的奇蹟。

這背後有何深層原因?周程教授基於科學社會史視角列舉大量的事例和數據進行了詳實的分析。

中國如何趕上?他認為,中國要實現更多的從0到1的研究突破,斬獲更多的諾貝爾科學獎,至少政府有必要持續加大高等學校的研發經費投入,同時高等學校也要努力創造條件讓中青年教師不急功近利,只為追求真理而潛心開展科學研究。

一、諾貝爾科學獎頒獎概況

刻畫在獎牌上的阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾(1833-1896)

諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫學獎從1901年授獎到今年正好滿120年。在這120年裡,一共有624人次獲諾貝爾科學獎,其中物理學獎216人次,化學獎186人次,生理學或醫學獎222人次。

百廿歷史上有三人重複獲諾貝爾科學獎。瑪麗・居裡1903年獲物理學獎後、又於1911年獲化學獎;約翰・巴丁1956、1972年兩度獲物理學獎;弗雷德裡克・桑格1958、1990年兩度獲化學獎。因此,實際獲得諾貝爾科學獎的只有621人。

受兩次世界大戰等影響,物理學獎停發了6次、化學獎停發了8次、生理學或醫學停發了9次。

在這120年裡,美國共有265人次獲獎,佔比高達42.5%。

獲獎數不足100但超過20的國家有:英國(94)、德國(73)、法國(34)、日本(22)。

獲獎數不足20但超過10的國家有:瑞士(18)、瑞典(16)、荷蘭(15)、俄國(13)、加拿大(10)。

獲獎數不足10但超過5的國家有:奧地利(9)、丹麥(9)、澳大利亞(8)、義大利(6)、比利時(6)。

主要國家諾貝爾科學獎獲獎情況

上面這張表格揭示了1901-2020年間主要國家的諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫學獎的獲獎人次。

216個諾貝爾物理學獎中,美國佔92個,英國佔28個,德國佔25個,超過兩位數的還有,法國14個。

186個化學獎裡面,美國佔了70個,英國佔了32個,德國31個。

222個生理學或醫學獎中,美國佔了103個,超過3位數的僅此一家。英國、德國、法國都是兩位數,分別是34、17和11。

主要國家獲頒諾貝爾科學獎情況

從上面的柱狀圖可以更加清楚地看到,美國獲頒諾貝爾科學獎人數遙遙領先,幾乎是第二名英國的三倍。除了美國、英國、德國、法國、日本、瑞士、瑞典、荷蘭、俄國和加拿大這10個國家,其他國家的獲獎人數加在一起只有64個。也就是說,前十個國家包攬了近90%的諾貝爾科學獎。

如果把這120年裡的獲獎人數按照十年一段進行統計,就會得到下面這張圖。

獲頒諾貝爾科學獎人數變動情況

從這張折線圖中可以看出,諾貝爾科學獎的獲獎人數呈上升趨勢,戰後每個時段的獲獎總人數均高於戰前的各個時段。逐年檢查諾貝爾科學獎頒獎數據時會發現,戰前,一個獎項一般只頒發給一個人;戰後,2個或3個人分享同一獎項的情形有很多,以致戰後每個時段的獲獎人數都明顯高於戰前。

此乃「大科學」興起導致的結果。戰後,「大科學」興起,從事科學研究的學者急劇增長,科研經費投入快速攀升,再加上儀器、裝備得到顯著改善,以致諾貝爾獎級的科學成果不斷湧現。諾貝爾獎級的成果多了之後,如果每個獎項一年只頒發給一個人,很多人就會失去獲獎機會;如果每年多評出幾個人,就可以一定程度地緩解矛盾,但每個獎項一年最多只能頒給3人的規則不能變。

以物理為例,100年前,世界上的物理學家只有1000名左右;如今,全球範圍內的物理學家不少於100萬人。換言之,100年裡物理學家的人數大約增長了1000倍。科學家多了之後,高質量的成果也就會相應地增多。這樣一來,作出傑出科學貢獻的科學家等候頒發諾貝爾科學獎的時間就會變得越來越長。

獲頒諾貝爾科學獎時的平均年齡

從上圖中可以看出,自1951年以來,諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫學獎得主獲獎時的平均年齡呈逐漸增長態勢。

進入21世紀後,除諾貝爾生理學或醫學獎得主獲獎時的平均年齡接近但仍未達到65歲之外,諾貝爾物理學獎和化學獎得主獲獎時的平均年齡均超過65歲。

按國別和年代對諾貝爾科學獎獲獎數進行分類處理後,我們還會發現美國在二戰之前表現一般,但二戰爆發之後美國的獲獎數據迅速攀升至兩位數。

主要國家諾貝爾科學獎獲獎數的年代分布情況

從這張表格中還可以看出,上個世紀前30年甚至前40年獲獎表現最為突出的是德國。

20世紀後期,日本幾乎每個年代都有所斬獲,但獲獎數量也就1、2個。進入新世紀後,日本開始突然發力,每個年代的獲獎數都超過了8個。

主要國家諾貝爾科學獎獲獎數隨年代變動情況

從上面的這張折線圖中可以更直觀地看出,美國在二戰之前與其他國家相比沒有什麼亮麗之處。但在二戰爆發之後,尤其是在上個世紀後葉,獲獎數一直遙遙領先。

還有一個現象值得注意。多數情況下位居第二的這根綠線表示的是美、英、德、法、日五個國家之外的所有國家的獲獎總數。忽視這根綠線後可以看到,在20世紀前30年,德國獲獎數一直獨佔鰲頭,領先於世界上任何一個國家。這是比較罕見的一種現象。

表示日本的這個藍線,進入新世紀後,突然躍起,形似井噴。所以,很多人將日本這一階段的獲獎現象稱作為諾貝爾科學獎「井噴」。

通過上述考察可知,在諾貝爾科學獎百廿頒獎史上,出現過三大奇觀:

1、20世紀早期德國諾貝爾科學獎獲獎人數獨佔鰲頭;

2、二戰結束後美國諾貝爾科學獎獲獎人數遙遙領先;

3、21世紀初期日本諾貝爾科學獎獲獎人數出現井噴。

接下來,就聚焦諾貝爾科學獎百廿史上的這三大奇觀,主要圍繞「諾貝爾獎與科學教育」作些宏觀分析。

二、20世紀早期德國何以盛產諾貝爾科學獎得主?

德國布蘭登堡門

1、德國的獲獎者幾乎都擔任過大學教授

1901-1930 年間全球獲得諾貝爾科學獎的人數為93 人。德國是28人,英國是15人,法國是13人。德國的獲獎數正好是英國和法國的獲獎數之和。這一時期,美國只有4人獲獎。這與很多人掛在口頭上的「20世紀是美國科學的世紀」有點不相吻合。可以說,20世紀前30年,德國的科學表現要比美國更加突出。

更有意思的現象是,20世紀早期,德國的諾貝爾科學獎獲獎者幾乎都擔任過大學教授。而且,他們的獲獎成果基本上都是在德國大學裡取得的。因此,討論德國20世紀早期的諾貝爾科學獎高產現象不能不談德國的高等教育。

2、18世紀德語國家面臨的大學危機

弗裡德裡希二世宴請啟蒙思想家伏爾泰

19世紀前,德意志長期處於割據狀態,各路諸侯以及教派出於培養人才和提高聲望的需要,紛紛設立大學。由於君主國都很小,財政收入有限,難以支撐大學的運作,所以德語國家的大學規模都不是很大,辦學水準也比較低。這不可避免地會引發民眾的不滿,以致在18-19世紀之交的約20年裡,有20所大學被廢校或被兼併。

在18世紀末的大學危機中,出現了三種對大學改革的主張:

第一種主張受英國的影響比較深,保守主義色彩比較濃,認為教育的目的是通過運用傳統的教學方法來傳遞具有正確信仰的知識。這種觀點在大學神學院中擁有廣泛的市場,因為偏重實際應用不利用維護神學在大學中的首要地位。

第二種主張受法國的影響比較深,功利主義色彩比較濃,倡導以對職業、邦國和教會有用的技能訓練年輕人。這種觀點的倡導者中,政府官員、大學法學院和醫學院的教授居多。

第三種主張堅持以人為本,強調要把人的思想感情從神學的束縛下解放出來,同時也反對強迫紀律,死記硬背;認為教育的目的是幫助發展和實現個人的全部潛能, 「造就」有能力、有品行的人。這種主張多出自於新人文主義者。

受新人文主義的影響,19世紀初,費希特、謝林、威廉·馮·洪堡等人先後提出了自己的大學改革構想。這些構想為19世紀德國大學的改革與發展指明了航向。

3、柏林大學的創建

—柏林大學的創建背景

1789年,法國大革命爆發。普魯士極端仇視法國革命,於是聯合沙皇俄國、奧地利等國對法國進行武裝幹涉。

啟蒙之子拿破崙執政後,於1803年出兵德意志,消滅了德意志西南部的眾多封建邦國。1806年又開始向德意志西部地區發起進攻,並將萊茵地區的德意志各邦國組織成了「萊茵同盟」。1807年,拿破崙又迫使普魯士國王弗裡德裡希·威廉三世放棄了易北河以西所有領土,普魯士因此失去著名的哈勒大學。

哈勒大學於1694年創建,是最早擺脫宗教束縛的大學之一。在拿破崙入侵期間,哈勒大學成了重要的抵抗運動中心之一。因此當法國軍隊佔領普魯士易北河地區之後,拿破崙命令關閉了位於該地區的哈勒大學。

失去哈勒大學的教師們請求普魯士國王在柏林重建一所大學。對失去僅有的一所大學感到十分痛心的國王同意了他們的要求, 並任命教育大臣威廉·馮·洪堡於1809年著手籌建柏林大學。

柏林洪堡大學校園內的威廉·馮·洪堡塑像

威廉·馮·洪堡創辦柏林大學時在辦學理念上深受哲學家謝林的影響。謝林1803年在《關於學術研究方法的演講》中曾提出:

大學的職能是追求真理;教師應引導學生探索真理和研究自然;學者不僅要做學術研究,還要傳授他的方法給學生,以便下一代能繼續這項永無止盡的事業;教學不應受限制。 

1810年10月,柏林大學在漢利希王子宮殿正式開辦,由哲學家費希特任首任校長。這是德國高等教育發展史上的一個重要裡程碑。

—柏林大學的辦學特色

威廉·馮·洪堡強調德國大學應該有別於法國綜合理工學院、巴黎高等師範學校那樣的高校,在管理和學術上保持自主性,它包含三層含義:1、大學應獨立於國家的政府管理系統,即「獨立於一切國家的組織形式」;2、大學應獨立於社會經濟生活。科學的目的在於探索純粹的學問和真理,而不在於滿足實際的社會需要;三、大學的教師和學生應甘於寂寞,不為任何俗務所幹擾,完全潛心於科學。 洪堡認為「自由」是教育的「首要和不可缺少的條件」,因此他大力倡導「教的自由」和「學的自由」。而且在洪堡看來,大學不僅是知識傳播之地,更是知識生產之地,因此他極力主張教學與研究相結合。而在此之前,無論是教會辦的英國流大學,還是國家辦的法國流大學,都不重視科學研究。

根據洪堡確立的獨立+自由、教學+研究等辦學原則,柏林大學將傳統大學中的通識教育學院——哲學院擴充成了與法學院和醫學院並駕齊驅的專業教育學院,從而提升了哲學院在大學中的地位。

此前,歐洲的大學基本上都是由哲學院、神學院、法學院和醫學院四個學院組成。其中,哲學院主要負責基礎教學,有點類似現在的美國大學中的文理學院和日本大學中的教養學部。神學院、法學院和醫學院負責專業教學。醫學院主要培養醫治人之身體的專業人才;法學院主要培養治理人類社會的專業人才;神學院主要培養神職人員。

中世紀大學的組織架構

需要強調的是,當時的哲學概念非常寬泛,自然哲學乃其中的一個重要分支。而自然哲學不僅包含對自然進行抽象思考所獲得的知識,而且還包含對自然進行實證探究所獲得的知識。因此,柏林大學提升哲學院的地位之後,極大地促進了德國形上學的發展和自然科學的進步。

除此之外,柏林大學還開始實行討論班教學和講座制。討論班教學在今天的研究型大學中受到了高度關注。比起知識傳播,它更重視知識生產,或者叫知識創造。講座制是德國大學特有的制度,一個學科只設置一個教授,不像美國即使是同一學科也設置一堆教授。而且在當時的德國,教授不退休,副教授就只能幹等,即使水平再高也晉升不了教授。講座制的好處就是,一個人當教授,下面的人都跟著他的興趣來做研究,容易形成學派,而且很多研究能夠一以貫之,持之以恆。

重視教師的研究業績也是柏林大學的一大特色。如果教師只從事知識的傳授,不從事知識的創造,那他是很難向學生講清楚知識的生產方法的。教師開展科學研究,不僅有利於了解和跟蹤本領域的發展前沿,提高自身的研究探索能力,避免向學生傳授陳舊、落後的知識,而且還有利於將研究的方法和探索的精神傳授給學生,培養學生的創新能力。因此,柏林大學的這一做法對德國創新人才的培養起到了巨大的促進作用。

—柏林大學的社會影響

柏林大學名家輩出,群星燦爛。

物理學家基爾霍夫、愛因斯坦、薛丁格、海森堡、玻恩,化學家霍夫曼、拜耳、艾米爾·費歇爾、德拜、能斯特、哈恩,生物學家魏爾嘯、科赫、埃爾利希,數學家魏爾斯特拉斯、狄利克雷、馮·諾依曼,哲學家費希特、謝林、黑格爾、叔本華、杜林等曾在此任教。

物理學家亥姆霍茲、赫茲、普朗克、卡爾·費迪南德·布勞恩、沃納·馮·布勞恩、威廉·維恩、馬克思·馮·勞厄、詹姆斯·弗蘭克、麥可遜,化學家範託夫、哈伯、漢斯·費歇爾、奧託·迪爾斯、奧託·海因裡希·瓦爾堡,地質學家李希霍芬、魏格納,生物學家施旺、埃米爾·阿道夫·馮·貝林,數學家康託、克羅內克、利普希茨,哲學家胡塞爾、費爾巴哈等曾在此就讀。

革命導師馬克思也曾在此攻讀法律,恩格斯則是柏林大學的旁聽生。

上述名單中,有相當一部分人於二戰前獲頒諾貝爾科學獎。

堅持獨立自主,倡導自由精神,重視研究業績的柏林大學問世之後,德國又以柏林大學為榜樣陸續建立了一批新型大學;同時,還對一批老大學進行了改建和擴建。如布雷斯勞大學、波恩大學、哥廷根大學、慕尼黑大學,以及海德堡大學和萊比錫大學等。

後來有人評價到:「沒有柏林大學就沒有光輝燦爛的德意志文明」。它甚至被譽為「所有現代大學之母」,「研究型大學鼻祖」。 

4、李比希實驗室的創立

—李比希創立現代實驗室

柏林大學的成功,有力地促進了自然科學教育的普及。然而,當時各大學盛行的做法,至少存在兩方面的缺陷:

一是雖然哲學院的地位提高了,但自然科學的教學方法並沒有發生質變。講授自然科學課程的教授多為哲學家,他們注重思辨和自然哲學體系的構建,對實驗興趣不濃,因而學生很難得到嚴格的科學訓練。 

二是私人實驗室傳統仍在延續,即使能進行實驗室教學,其規模也非常小,而且手段相當落後。 

這種狀況直到1826 年李比希在吉森大學建立化學實驗室後才得到改變。

李比希1820年進入波恩大學,1821年隨師轉入埃爾朗根大學學習化學,1822年憑《論雷酸汞的成分》這篇論文獲博士學位。他對在這兩所學校所學的深具學究氣的德國化學感到不滿,於是經科學界泰鬥亞歷山大·馮·洪堡教授(威廉·馮·洪堡的弟弟)推薦來到法國著名化學家、物理學家蓋·呂薩克的實驗室工作。

1824年李比希回到德國任吉森大學化學助教,第二年就晉升為教授,當時他只有22歲。

李比希在蓋·呂薩克的私人實驗室進行化學研究時就感受到實驗室的重要性。當時的實驗室很少,大多是一些私人實驗室,只能容納一、兩位學生或助手學習和研究。為了改變這種情況,李比希返回德國後加強了實驗室的建設和化學教學法的研究,從而使化學教學真正具備了實驗科學的特色。

1926年,李比希在吉森大學建立了一個完善的實驗教學體系,其實驗室可同時容納22名學生做實驗,教室可供120人聽講,講臺兩側擺放著各種實驗設備和儀器,以便為聽講人做各種演示實驗。

李比希創立的現代實驗室工作場景

李比希1926年創立的吉森實驗室是世界上第一個系統地進行研究訓練的化學實驗室,可以說是現代實驗室的原型。

—李比希的實驗教學法

李比希為實驗室教學編制了一個全新的教學大綱,規定學生在學習講義的同時還要做實驗,須先使用已知化合物進行定性分析和定量分析,然後再從天然物質中提純和鑑定新化合物以及進行無機合成和有機合成;學完這一課程後,在導師指導下再進行獨立的研究以完成畢業論文;論文通過審核鑑定後才可以獲得博士學位。

在李比希的實驗室裡,教師和學生一同並肩工作,建立起了一種新型的師生關係。它不同於傳統的「師傅帶徒弟」模式,也有別於當時英國的「導師+助手」形式。在李比希實驗室中,導師和學生既是上下級關係,也是夥伴關係。他們互相學習、共同研究;互相質疑、共同討論。

李比希的實驗教學模式是一項重要的科學研究組織形式的發明。它將眾人的努力集中起來,從而使很多互相關聯的,但令單個研究者沮喪的問題得以解決。在這裡研究者不一定要具備一流的才智,二流研究者同樣可以做出非同尋常的業績。

除了教學改革,李比希還在科學研究上率先垂範,作出了很多重要的科學貢獻。

1830年代前,李比希主攻有機化學,40年代後主攻農業化學和生物化學。他曾作過大量的有機化合物的準確分析,並改進了有機分析的若干方法,定出大批化合物的化學式,發現了同分異構現象等。李比希提出植物需要氮、磷,鉀等基本元素,並深入研究了提高土壤肥力的問題,他因此被農學界稱為「農業化學之父」。

此外,李比希還創辦了《化學和藥學年鑑》,成功地吸引了大量有才華的德國年輕學生從事化學研究。由於李比希的貢獻,德國在有機物合成、結構理論等方面業績十分突出。

—李比希實驗室的影響

國內影響:以李比希實驗室為模型,1833年,約翰內斯·繆勒在柏林大學建立了解剖生理實驗室;1836年,弗裡德裡希·維勒在哥廷根大學建立了化學實驗室;1852年,羅伯特·本生在海德堡建立了化學實驗室;1865年,路德維希在萊比錫大學建立了新型生理學實驗室;1875年,馮特在萊比錫大學建立了心理學實驗室。

可以說,德國大學於19世紀中期建立的實驗室,幾乎都是效仿李比希實驗室的產物。

國際影響:李比希實驗室模式一開始並沒有在德國之外得到發展。但是他吸引了一大批英國、法國和美國的青年人來德國學習。

至1850年,李比希指導的外國留學生數達170人之多。俄國的齊寧、法國的日拉爾、英國的威廉姆遜等,都是李比希的學生。

到了1900年,英國沒有獲得德國博士學位的化學家幾乎沒有,物理、生物、生理、醫學、數學也是如此。

國外學者,包括大西洋彼岸的美國學者紛紛來德國朝聖,使德國科學界的「朋友圈」越拉越大,德國科學界在國際上的地位也由此得到大幅度提升。

5、高等教育促進了德國工業的發展

威廉·馮·洪堡1810年創辦柏林大學和李比希1826年創立吉森實驗室堪稱是一項破天荒的壯舉。它為德國高等教育的快速發展奠定了重要的基礎。

當時,以牛津、劍橋為代表的英國大學重視的是教養教育,重在培養紳士風度;以綜合理工學院、礦山學院為代表的法國大學重視的是應用教育,旨在培養工程師。而德國的不少大學則將探究自然、追求真理作為大學的核心使命,旨在培養能夠仰望星空、獨立開展學術研究的學者。因此,德國的大學得以培養出一批傑出的科技人才,取得一批重要的科技成果。

如果德國的高等教育理念過於超前,德國的工業界跟不上大學的前進步伐,那麼在德國就必然會出現大學畢業生找不到用武之地,科技成果無法及時轉化應用的尷尬局面。恰巧,以紡織工業為先導的工業革命當時正在歐洲興起,德國的工業界對科技人才和科技成果的需求不斷攀升。若不是德國的高等教育超前發展一步,很難想像19世紀後期德國的工業能夠拉開與英國和法國的距離。

工業革命早期,紡織工業獲得了快速發展。當時,用機器生產出來的布匹有不少是用發酵奶來進行漂白,用植物汁液來進行染色的。採用這種工藝,不僅滿足不了生產的需要,也無法保證產品質量。這就為德國的一些科學家,尤其是化學家發揮研究專長,施展強國抱負提供了一個重要的舞臺。事實上,這些科學家在實驗室裡搗鼓出來的一些化合物後來真的轉化成了工業染料,從而大幅提升了德國紡織品的競爭力和附加值,以致德國的紡織工業得以後來居上,實現彎道超車。

德國魯爾工業區一角

德國紡織工業的快速發展又帶動了交通運輸業、機械製造業以及冶金工業的發展。因此,與無機化學、有機合成化學、天然高分子化學一同獲得發展的還有,金相學、煉鋼技術、合金材料技術以及機械加工技術等。

6、工業發展對理工科教育提出新的要求

企業為了保護自己的市場、開闢新的市場,需要努力尋找新的染料來替代已沒有利潤可賺的舊染料,需要不斷提高生產效率和產品質量,這就需要持續加大研究開發投入。

依靠僱傭的化學家和與大學化學家的合作,BASF和Hochst公司於1860年代後期合成出了對德國染料工業發展意義重大的茜素。茜素的投產,使企業深刻認識到科學研究的商業價值,同時也為企業積累了大量財富,這就為進一步支持科學教育和研究開發創造了條件。

德國合成染料工業巨頭

隨著德國工業的崛起,德國的高等教育在工業需求的拉動下和工商界的支持下又取得了一系列新的進展。1860 年以後,德國開始將實業學校改造為高等技術學校(Technische Hochschule) 。其後,在同大學的競爭過程中,亞琛、柏林、不倫瑞克、達姆施塔特、德勒斯登、漢諾瓦、卡爾斯魯厄、慕尼黑和斯圖加特等高等技術學校不斷充實自然科學類課程的教育,逐漸確立了與大學同等的地位,並先後改稱為工科大學((Technische Universitat)。

在工科大學的強烈要求下,1899年德國威廉皇帝親賜工科大學以博士學位授予權(Dr.-Ing.)。至此,德國的工科大學獲得了被授予綜合大學的所有特權。

今日,德國的綜合大學一般都不設工學院,工程技術人員的培養任務主要由工科大學和高等技術學校來承擔。

從下表中可以看出,這一時期德國理工科教育規模的擴增相當迅猛。

德國理工科高等教育隊伍的擴張

7、19世紀後期科技人才和科技成果大量湧現

綜合大學和工科大學的發展,為德國培養了大批高素質的科技人才。

1830-1831年,德國的哲學院在籍學生數隻佔17.7%;1881-1882年,哲學院在籍學生數升至40.3%。1841年,哲學院裡的理科學生只佔13.6%,1881年哲學院裡的理科學生佔比急速上升到37.1%。

1899年, 德國大學的在校人數為3.3萬,其中,工科大學的學生數為1.1萬。

1900年,普魯士的大學在校人數為1.7萬,其中,哲學院的學生數為0.65萬,在哲學院攻讀自然科學的學生數為0.23萬;工科大學的學生數達0.52萬,剩餘的0.5萬餘人則為法學院、神學院、醫學院的學生。

理工科畢業生源源不斷地邁向社會之後,又進一步促進了德國產業的發展。

有研究表明,1899年德國產業界化學專家數量高達4000人,其中從事和染料有關的佔1/4。而英國1900年只有30-40名染料技術專家。

據英國學者統計,1900年前後,世界上從事化學研究的科技專家中有2/3誕生在德國,以致1886~1890年間,德國取得了948項與染料相關的專利,而英國僅取得86項。

從柏林大學創立開始到第一次世界大戰結束為止,德國擁有的傑出科學家人數為200 人,重大科技成果數高達279 項。同期,英國擁有的傑出科學家人數為122 人,重大科技成果數為174項;法國擁有的傑出科學家人數為88 人,重大科技成果數為107 項。無論是傑出科學家人數,還是重大科技成果數,德國差不多都是英、法兩國的總和。   

英、法、德、美1800-1920年間取得的重大科技成果

德國在這一時期擁有如此之多的傑出科學家和重大科技成果無疑與德國大學的科學教育有著密切的關係。既然德國能夠培養出如此之多的傑出科學家,取得如此之多的重大科技成果,那它在20世紀前30年獲得那麼多諾貝爾科學獎也就不難理解了。

三、 戰後美國諾貝爾科學獎獲獎人數何以遙遙領先?

1620年奔向北美的英國五月花號帆船

1、1930年代開始美國諾獎獲獎數位居全球第一

按國別和年代對諾貝爾科學獎獲獎人數進行統計處理後,我們不難發現美國在二戰之前的整體表現一般。不過,在1931-1940年間,美國的諾貝爾科學獎獲獎人數快速攀升至9人,同期德國的獲獎人數只有8人,英國的獲獎人數只有7人。儘管美國只比德國多1人,但這卻是歷史性的超越。此後,美國的諾貝爾科學獎獲獎數一直位居全球第一。

1941-1950年間,美國的諾貝爾科學獎獲獎數首次達到兩位數,但只是以1打頭。上個世紀50年代和60年代,美國的諾貝爾科學獎獲獎數開始以2打頭,但進入70年代後就開始一直以3打頭了。

美國擁有諾貝爾科學獎獲得者(包括畢業生及職員)超過20人的大學高達19所,它們的排序是:

1、哈佛大學113人;2、加州大學伯克利分校82人;3、加州理工學院70人;4、哥倫比亞大學69人;5、麻省理工學院62人,芝加哥大學62人;7、斯坦佛大學55人;8、康奈爾大學50人;9、普林斯頓大學42人;10、洛克菲勒大學38人;11、耶魯大學34人;12、霍普金斯大學30人;13、伊利諾伊大學香檳分校27人;14、賓夕法尼亞大學25人,加州大學聖地牙哥分校25人;16、聖路易斯華盛頓大學24人;17、威斯康星大學麥迪遜分校23人;18、紐約大學20人,卡耐基·梅隆大學20人。

簡言之,美國的諾貝爾科學獎獲獎人數在二戰之前表現一般,但二戰爆發後獲獎人數迅速攀升至兩位數,堪稱一枝獨秀。其中著名大學的諾貝爾科學獎獲獎人數表現突出。毋庸置疑,美國有那麼多人獲頒諾貝爾科學獎,和德國一樣受到了高等教育改革與發展的深刻影響。

2、殖民地時期的英式素養教育

1776年7月4日,費城自由鐘敲響,美利堅合眾國獨立。在此之前,北美長期處於歐洲的殖民統治之下。儘管這一時期歐洲人乘坐帆船飄洋過海來到美洲通常都要花兩個月左右的時間,但還是有一批冒險家歷盡千辛萬苦,克服重重困難來到了北美。當時,將子女從北美送回歐洲接受高等教育非常不便,為了解決子女的教育問題,北美大地上陸續建立起了一批私立學院。

殖民地時期在北美建立起來的學院主要有,哈佛學院(1636年)、威廉·瑪麗學院(1693年)、耶魯學院(1701年)、新澤西學院(普林斯頓大學前身、1746年)、國王學院(哥倫比亞大學前身、1754年)、費城學院(賓夕法尼亞大學前身、1755年)、羅德島學院(布朗大學前身、1764年)、皇后學院(羅格斯大學前身、1766)、達特茅斯學院(1769年)。不難看出,早期建立的這些學院都集中在人口相對密集的美國東部地區。

哈佛大學一角

這些學院都是模仿英國的牛津大學和劍橋大學建立起來的,因此十分重視素養教育,旨在培養具有紳士風度的人才。即便當時牛頓已經在英國走紅,皇家學會名聲日隆,但在這些學院中,科學教育仍然沒有獲得應有的位置,至於工程技術教育更是登不上大雅之堂。

實際上,哈佛1847年才開設勞倫斯科學學校,耶魯1854年才開設謝費爾德科學學校。這些科學學校之所以能夠成立,很大程度上是因為它們獨闢蹊徑,繞開了大學主流教學計劃的羈絆。耶魯大學最早在美國開設博士課程,但它直至南北戰爭爆發後的1861年才開始頒發博士學位。可以說,美國高校中的科學教育要比德國晚很多。

3、南北戰爭爆發後的法式應用教育

—19世紀中期美國人口的增長與工業化的發展

儘管美利堅獨立正好趕上第一次工業革命浪潮,但在建國後最初半個多世紀裡,美國人口增長非常緩慢,生產力並沒有像歐陸那樣突飛猛進。主要原因是,採用蒸汽動力的明輪船隻適合在內河和近海航行,不適用於橫渡浪高風急的大西洋。這一時期,橫渡大西洋仍主要依靠風力,即使沒有遇到逆風,帆船也得在大洋中漂泊一個多月。歐洲人不是迫於無奈,一般不會乘坐帆船移民到北美。而且使用1、200噸的木質帆船把蒸汽機等大型機器設備從歐陸運到美國也十分困難。因此,第一次工業革命的浪潮晚至19世紀中期才在美國大範圍展開。

1807年克萊蒙特發明明輪船

1939年瑞典工程師約翰·埃裡克森和英國工程師弗朗西斯·史密斯發明了水下螺旋推進器。史密斯的螺旋推進器很像阿基米德的螺旋取水器,埃裡克森的螺旋推進器很像今天的風扇。

1843年英國「雷特勒」號軍艦第一次以螺旋槳代替明輪。同年,美國海軍也建造了一艘螺旋槳船「浦林西登」號。

儘管英、美等國1840年代在建造螺旋槳船隻上取得了一些成功,但是使用螺旋槳推進船舶還有很多難題需要解決,譬如螺旋槳軸的密封、軸承的磨損,船舶的震動等等。因此,進入1850年代以後,螺旋槳才逐漸取代明輪成為主流。

1860年英國的「大東方」號首航紐約

使用螺旋槳推進船舶解決客貨的快速、安全運輸問題後,土地廣袤和資源豐富的美國吸引來了一批又一批的歐洲移民。人口的快速增長為美國工業化的發展提供了強大的動能。有研究表明,1830年美國的城市人口佔比不到10%,1860年這一數字接近20%。

勞動密集型和資本密集型的工廠在城市的發展,一方面削弱了家庭生產的經濟地位,另一方面促進了產業分工,催生出一個對技術進步意義非同一般的部門——裝備製造業。裝備製造業的誕生與發展,減輕了相關企業自行設計裝備與工藝的負擔,促進了發展製造業所需技術的積累與創新。

眾多企業開展生產所需的機器設備由自行設計製造轉向依靠相對獨立的裝備製造商來完成,有效地促進了設備生產的標準化與規範化,進而催生出「美國製造體系」。

「美國製造體系」最早是由英國學者提出的。在倫敦1851年舉行的水晶宮世界博覽會上,美國的柯爾特左輪手槍、勝家縫紉機和麥克科米克收割機等產品大出風頭。它們所表現出的機械零件的標準化、可互換性以及高效率大批量生產的特徵給歐洲老牌工業國留下了深刻的印象。

勝家縫紉機的大批量生產

「美國製造體系」一定程度上擺脫了對手工業者技能的依賴,降低了零件製造和安裝過程的勞動耗費,大幅度地提高了勞動生產效率。

19世紀中葉以後,在裝備製造業的帶動下,「美國製造體系」很快就擴展到幾乎所有的美國工業活動當中,從而極大地促進了美國工業化的發展。

—南北戰爭爆發後興起的贈地學院

人口的快速增長要求社會及時擴充高等教育規模;工業化和西進運動的快速發展要求高等教育機構及時調整教學方案,大幅增加與機器製造乃至農業生產有關的教學內容。南北戰爭爆發後,美國人才和技術供給不足的矛盾變得更為突出。

南北戰爭期間(1861-1865),聯邦政府為了支撐代價高昂的戰爭,於1862年和1864年兩度提高關稅稅率,以致1865年的關稅平均稅率攀升至47%。關稅稅率的上調使聯邦政府的海關收入由每年不足4千萬美元(1861年)迅速提升至1億美元以上(1864年)。

關稅稅率上調原本只是為了籌措打贏戰爭所需資金,但戰爭結束後,為了穩住財政收入以醫治戰爭創傷,以及迎合貿易保護主義的訴求,聯邦政府只取消了一批臨時性的國內稅收,關稅稅率不僅未能恢復到戰前水平,反而有所提高,以致保護主義政策被進一步制度化。

限制進口,擴大出口需要恢復工農業生產,大力發展生產力。這意味著,要麼加大勞動量的投入,要麼提高勞動生產率,當然最好是雙管齊下。由於戰爭期間人口損失嚴重(大約60萬),移民增長放緩,因此加大勞動量的投入受到了制約,這樣只能在提高勞動生產率上下工夫。

提高勞動生產率的途徑主要有兩條,一是發展教育,提高勞動者的技能和素質;二是鼓勵技術創新,發展機械化大生產。這就要求美國社會大力扶持應用類高等教育的發展。著名的《莫裡爾法案》(Morrill Act)就是在這個大背景下獲準通過並被積極執行的。

《莫裡爾法案》又稱《贈地學院法案》(The Land-Grant College Act),它是在南北戰爭爆發後的1962年通過的。《莫裡爾法案》規定:由國會給忠誠州的每一位參議員和眾議員撥贈聯邦公共土地3萬英畝,各州可將這些土地或其交易所得用於支持開辦農工學院。這些學院必須教授有關農業、機械製造工藝方面的知識,為工農業的發展培養所需專門人才。《莫裡爾法案》實施後,有28個州單獨設置了農工學院,又稱「贈地學院」,其餘的州則將土地撥給已有的州立學院成立州立大學或在現有州立大學內增設「贈地學院」。

《莫裡爾法案》在美國高等教育史上地位特別。它催生了一批實用取向明顯的美國高校。美國總共建了69所「贈地學院」,包括伊利諾伊大學、威斯康星大學、加利福尼亞大學,以及麻省理工學院(1865)、康奈爾大學(1868)、普渡大學(1869)等。很多著名的州立大學都是以此為契機發展起來的。

《莫裡爾法案》催生的贈地學院之一:麻省理工學院

以18世紀末期問世的綜合理工學院等法國流高校為摹本建立起來的「贈地學院」實用主義色彩非常濃,明顯不同於注重素養教育的英國流教會大學,也不同於以探求真理為使命的德國流綜合大學。「贈地學院」的誕生與發展,確立了農業與工業等應用類學科的教學與研究在美國高等學校中的地位,打破了美國聯邦政府不過問教育的傳統,促進了美國高等教育的民主化與大眾化。

4、第二次工業革命時期的研究生教育

—第二次工業革命對美國的衝擊

1858年由塞勒斯·韋斯特·菲爾德(Cyrus West Field )等人創辦的大西洋電報公司完成鋪設第一條橫跨大西洋的電報電纜。但是,該電纜三個星期後就壞了,而且直到南北戰爭結束後才重新接通。

南北戰爭結束後的第二年,也就是1866年,菲爾德使用新建造的「大東方」號輪船重新鋪設了一條更耐用的跨大西洋電報電纜。使用科學家湯姆遜發明的鏡式檢流計,通過跨大西洋電報電纜傳輸時,衰減1000倍的信號都能夠準確讀出。

跨大西洋電報電纜的開通使美國與歐洲之間的即時通訊成為可能,世界由此變得更小。

1866年,德國工程師西門子發明了自激式直流發電機,並於1867年向柏林科學院提交了一篇論文——《關於不用永久磁鐵而把機械能轉換為電能的方法》。這就為建造大容量電機,獲得強大電力,提供了技術可能性。從此,人類開始邁入以電氣動力為標誌的第二次工業革命時代。

1869年,德國化學家海因裡希·卡羅又向人們展示了化學的威力。他發現了人工合成茜素的方法,從而使一個傳統行業走向沒落。在此之前,成千上萬的人都把提取茜素這種天然紅色染料作為謀生手段。

1870年前後,德國物理學家恩斯特·阿貝發明了一種新型光學器件——顯微鏡聚光鏡,使用了這種聚光鏡的顯微鏡能夠更為清晰地觀察微生物世界,從而使德國的細菌學乃至醫學研究走在了世界的前列。

1876年,德國工程師尼古拉斯·奧託研製出了一臺以煤氣和汽油作為燃料的四衝程內燃機。內燃機的出現克服了蒸汽機的很多弊端,譬如動力不夠強勁,體積太大,噪音太大等。在此基礎上,德國人卡爾·本茨於1885年成功研製出第一輛由內燃機驅動的汽車。內燃機的發明,還推動了石油開採業和石油化工工業的發展。

德國在科學技術領域取得的這些新成就,通過剛投入使用的跨大西洋電報電纜傳播到美國之後,引起了美國社會的高度關注。對英式素養教育和法式應用教育表示不滿的眾多美國青年開始紛紛跑到柏林、哥廷根、慕尼黑、海德堡、萊比錫等德國研究型大學留學。

在這種背景下,像德國一樣創建一批致力於純科學研究的研究型大學便成了時代的呼聲。

—設有研究生院的研究型大學的誕生

在美國社會的呼籲下,一些有識之士開始嘗試著將德國的研究型大學制度移植到美國。不過,美國沒有簡單模仿德國研究型大學的做法,而是通過在大學裡設置研究生院的方式走出了一條培養高素質創新型人才的新路。

以柏林大學為首的德國研究型大學創立之時,科學知識尚未發生大爆炸,學生們進入大學之前就可以把應知應會的科學知識基本學完。這樣,比起科學知識傳播,大學更應重視的是科學知識生產。但是,在眾多德國現代大學的推動下,19世紀的科學日益專業化,以致青年學子從事科學知識生產之前需要學習的科學知識越來越多。至19世紀晚期,寄希望在中學階段就把重要的科學知識學完已不可能。換言之,這時仍像德國早期建立的研究型大學那樣要求學生一入學就著手開展知識生產已不太現實。

19世紀晚期,美國有識之士移植德國研究型大學制度時,實際上已經意識到了這一問題的存在。因此,他們沒有照搬照抄,而是有所繼承也有所創新。具體做法就是,將大學學習生活劃分成本科生與研究生兩個階段。本科生階段重在學習知識,研究生階段重在生產知識。這樣一來,本科生階段就和中學生階段沒有本質差別了,主要任務都是開展通識教育,學習已有知識,提高自身素養,為進入研究生階段從事知識生產做準備。最近,「內卷」一詞非常流行。實際上100年前,教育「內卷」在美國就已經發生了。

最早在美國誕生的研究型大學是1876年創立的約翰·霍普金斯大學。

擔任霍普金斯大學首任校長的吉爾曼(Daniel Coit Gilman, 1831—1908)從耶魯大學畢業後,赴歐洲訪問期間曾在柏林大學留學過一段時間(1854-1855)。1875年赴霍普金斯大學擔任校長之前,吉爾曼曾在耶魯大學謝費爾德科學學校擔任過地理學教授,並在加州大學伯克利分校擔任過三年校長。1901年,吉爾曼卸任霍普金斯大學校長。

吉爾曼在德國留學過。霍普金斯大學被稱為「設在美國的德國大學」無疑與他深受德國現代大學辦學理念的影響有著很大的關聯。

吉爾曼認為科學研究不僅是大學的一項基本任務,而且是大學的靈魂。為此,他在霍普金斯大學設立了研究生院,並把重點放在研究生教育上。為了提高研究生教育質量,他狠抓本科生教學,強調本科生教學與研究生教育相銜接才能有效促進學校科學研究的發展,進一步為社會提供高素質的人才。

創辦之初,霍普金斯大學只招收了54名研究生、23名本科生,創辦10年、20年之後,研究生招生數擴大到184人、406人,本科生招生數擴大到96人、149人。早期招收的1499名本科生中,有383名接受了研究生教育,其中84名獲得博士學位。不難看出,吉爾曼執掌的霍普金斯大學高度重視研究型人才的培養,本科生的升學率和研究生獲得博士學位的比例都控制得很嚴。

由於實行精英教育,每一位學生都受到了嚴格的學術訓練,所以當他們進入社會後,完全可以和那些從德國回來的留學生同臺競技。研究表明,霍普金斯大學20歲時,在全美60所主要大學中,每所大學裡至少有3名教授畢業於霍普金斯大學,其中哥倫比亞大學有13名、哈佛大學有10名,威斯康星大學則多達19名。在那個年代,一所大學總共也只有幾十名在籍教授。

約翰·霍普金斯大學

在約翰·霍普金斯大學的示範下,一批新型現代大學,如克拉克大學、芝加哥大學相繼建立。哈佛、耶魯、哥倫比亞、普林斯頓等一些老牌學院也通過增設研究生院和專業學院,強化大學的科學研究功能,順利轉變為研究型大學。

5、越來越多的企業涉足科學研究

19世紀八、九十年代,美國青年赴德國留學達到最高潮。這些留學生從德國返回美國後,正好趕上研究型大學的發展大潮。因此,他們很容易在新建立的研究型大學中找到自己的位置。他們回國執教既解決了大學師資不足的難題,又把德國最先進的學術思想帶進美國大學。在他們的推動下,美國研究型大學在有機化學、物理化學、電磁學、天體物理學、細菌學、實驗生理學等前沿研究領域迅速躍居世界前列。

隨著研究型大學的快速發展,美國研究生的入學人數開始急劇增加。即使美國的大學數量和規模還在膨脹,但大學能夠接納的博士畢業生數量也非常有限。問題是,這些博士畢業生多數隻擅長從事科學研究,尤其是純科學研究,就業範圍非常窄。如果大批博士畢業生在大學之外找不到合適的職位,勢必會影響到美國研究型大學的發展。

所幸,第二次工業革命加速了美國企業的兼併重組,美國在世紀轉換期誕生了一批超大型壟斷企業,譬如美國電話電報公司(AT&T)、通用電氣公司(GE)等,這些企業為了提高競爭力,紛紛在企業內部設立研究所。

1925年美國電報電話公司設立貝爾電話實驗室

在美國,1890年,只有4家企業設立了研究所;1900年,大約有50家企業設立了研究所;1910年,設立了研究所的企業大約有180家;1920年,這個數字超過了500;1930年,更是突破了1000。不過,企業研究所的規模有大有小。美國電報電話公司1925年建立的貝爾電話實驗室員工數多達3600人,此前通用電氣公司設立的研究實驗室員工數接近2000人。

早期,美國的企業研究所和德國的情況相似,主要集中在化學和電氣行業,這些都是國際競爭異常激烈的行業,也是科學研究與產品開發聯繫得較為密切的行業。雖然多數企業研究所需要把主要資源投放到與現有產品和製造工藝改良有關的應用研究上面,但是一些企業研究所,尤其是超大型企業的研究所在開展應用研究的同時,也在嘗試著開展一些與現有產品和製造工藝關聯不大的應用基礎研究,甚至純科學探索。因此,它們需要不時地吸納一些研究型大學的畢業生來充實研究開發隊伍。

1901年創立的總部位於紐約的洛克菲勒醫學研究所

美國的一些超大型企業除成立企業研究所外,還捐資成立基金會資助開展科學研究。卡耐基、洛克菲勒、梅隆、福特等基金會都是在這一時期成立的。中國人對洛克菲勒基金會比較熟悉,因為該基金會不僅捐資成立了洛克菲勒醫學研究所,而且還捐資成立了協和醫學院。洛克菲勒醫學研究所在微生物學和病理學等研究領域取得了很多重要的研究突破,並發展成為洛克菲勒大學。該所的首任所長西蒙·弗萊克斯納(Simon Flexner,1863-1946)就是霍普金斯大學醫學院首任院長威廉姆·韋爾奇(William H. Welch,1850-1934)的學生,並曾擔任過霍普金斯大學病理學教授。1913年,梅隆基金也資助成立了梅隆工業研究所,該所1967年與卡耐基學院合併,組建成卡耐基·梅隆大學。

企業設立或資助的研究機構的發展,不僅提升了企業自身的科技創新能力,也為美國擴大研究型大學的辦學規模,提高研究型大學的辦學質量創造了條件。

要而言之,在20世紀初期的美國,大學與企業之間的聯繫進一步加強,博士畢業生加盟企業,大學教師兼任企業研發顧問,企業資助大學教師開展科研,斥資興辦科研機構等等,已成為一種常態,以致在麻省理工學院引發了一場有關究竟是開展科學研究優先,還是支持產業發展優先的著名爭論。隨著基於科學的產業的發展壯大,產業對科學研究的滲透越來越深。不過,從結果來看,這種發展恰恰是促進了,而不是阻礙了美國純科學研究的發展。沒有企業的支持,美國不可能取得那麼多諾貝爾獎級研究突破。

6、大批歐洲流亡科學家赴美

一戰爆發後,由於歐洲政局動蕩,希特勒推行文化清洗政策,大批高級知識分子開始到美國避難,使美國輕易獲得了一批來自歐洲的科技人才。美國高校體制的多樣性以及高等教育事業的迅猛發展,也使得美國能夠留住這些歐洲流亡科學家。歐洲流亡科學家的加入使美國的科技實力大增。

在猶太知識難民集中到達美國的1933-1941年間,僅來自德、奧的猶太知識難民就達7622人,其中1090人是科學家,絕大部分(約700人以上)是教授;此外還有2352名醫生,645名工程師,以及811名法律工作者,682名記者,465名音樂家,296名造型藝術家,1281名來自其他文化領域的職業者。這意味著從德、奧兩國社會中被驅逐的約1萬2千名文化精英中,至少有63.3%被美國所接受,而在約1千4百名流亡科學家中,也至少有77%被美國所接受。

接受上千名流亡科學家對美國來說意味著什麼?我們不妨看看有關諾貝爾科學獎得主的統計數據。

1933年以前,美國曾有5名得主,在世者只剩3名;德國曾有31名得主,在世者仍有19名。然而,僅是這場從1933年開始的德國科學家的流亡潮,就為美國送來了以愛因斯坦為代表的6名得主以及後來的11名新得主。到1945年,德國1933年以前得主中的在世者只剩9名,加上新增加的5名,總數為14名;而美國1933年以前得主中的在世者雖然只剩7名,但由於有這批流亡科學家為代表的歐洲新生科學力量的加盟,卻迅速新增加了18名,使總數達到了25名,從而遠遠超過德國,成為了諾貝爾科學獎得主最多的國家。

這25人中還不包括那些1945年以後在美國獲得諾貝爾獎的流亡科學家,也不包括那些隨父母到達美國後才完成學業、並在後來獲得諾貝爾獎的第二代流亡者。

流亡到美國的科學家愛因斯坦(1879-1955)

歐洲流亡科學家的流入不僅將美國的科研水平迅速推進到世界最前沿,而且為美國大學贏得世界一流地位奠定了基礎。今天,美國的諾貝爾科學獎得主總計已達265名,可以說這與歐洲流亡科學家在美國開拓新方向,以及由此在美國高校中營造出來的良好學術氛圍有著一定的關聯。

7、政府主導戰時軍工研究

二戰爆發之初,美國並沒有打算參戰。一是因為國內孤立主義盛行;二是因為軍事準備不足。對美國來講,如果要參戰,就得控制大西洋和太平洋的制海權和制空權,否則無法將軍人和物資安全運送到歐洲戰場和亞洲戰場。當時,德國的飛機和U型潛艇不時在大西洋出沒,日本的航空母艦經常在太平洋遊戈。因此,只有在軍事技術開發上取得突破,找到遠程探測德國飛機、潛艇和日本航空母艦的辦法,美國才有可能宣布參戰。

隨著戰爭規模不斷擴大,美國一些有識之士意識到有必要未雨綢繆,做好參戰準備。1940年6月22日,法國投降。根據麻省理工學院副校長、總統科技顧問萬尼瓦爾•布希(Vannevar Bush)的建議,美國總統羅斯福於當月27日下令正式成立「國防研究委員會」(NDRC)。

國防研究委員會直接對美國總統負責, 所需經費直接從總統控制的緊急基金中撥付。其主任由布希擔任,成員還包括麻省理工學院校長康普頓(Karl Taylor Compton),哈佛大學校長科南特(James Bryant Conant),首任貝爾電話實驗室主任、美國國家科學院主席朱伊特(Frank Baldwin Jewett),加州理工學院的教授理託勒曼(Richard Chace Tolman)。此外,還有來自海軍與陸軍的代表各一位。

國防研究委員會成立伊始就對陸、海軍的研究活動進行了全面考察,並著手編寫了技術工作清單, 內容包括海、陸軍尚未取得進展的研究工作,以及一旦美國放棄中立,軍方必須立即從事的研究項目等。同時,該委員會還與775所大學、企業研究所以及非營利機構聯繫, 把可能獲得的科研人才、設施資料, 已取得的技術進展等登記造冊。

戰時擔任科學研究與開發局局長的萬尼瓦爾•布希(1890-1974)

1940年9月7日,德國對英國首都倫敦實施了大規模轟炸。英國航空研究委員會主席亨利•蒂澤德爵士(Henry Tizard)緊急訪美,並給美國帶來了一份珍貴禮物——能夠發射微波脈衝的「共振腔磁控管」。布希與蒂澤德進行多次接觸後,美國國防研究委員會於1940年10月決定在麻省理工學院校園裡設立「輻射實驗室」,啟動「雷達工程」。 

「輻射實驗室「完全由科學家負責運營。國防研究委員會通過籤訂合同的方式將研究任務賦予實驗室後,便不再插手實驗室的管理活動。到戰爭結束時,「輻射實驗室」員工數發展至3897名,其中科學家及工程師佔30%。當時美國的一流物理學家中有一半在為其效力。

實際上,國防研究委員並沒有行政權力和預算資金來直接推進科學研究,因此,羅斯福於1941年6月28日發布第8807號行政命令,決定成立美國科學研究與開發局(OSRD),由布希擔任局長,直接對羅斯福總統負責。科學研究與開發局擁有調動多種資源的能力,加上該局局長和國防研究委員會主任都由布希擔任,所以國防研究委員會此前的角色事實上被科學研究與開發局取代了。

國防研究委員會成立之初,早先設立的鈾礦顧問委員會便被置於國防研究委員會管轄之下。科學研究與開發局成立後,該委員會被改組為S-1部門。1941年10月9日,布希向總統羅斯福、副總統華萊士匯報原子彈相關項目時,介紹了英國的「合金管工程」以及英國莫德委員會的一份報告。該報告指出以鈾或者鈽為原料的炸彈有可能在兩年內研製成功。在布希的建議下,羅斯福決定加快研製原子彈的速度,並組建一個高層決策小組負責此事,成員包括羅斯福、華萊士、布希、科南特、史汀生(國防部長)以及馬歇爾(參謀總長)。

1941年12月7日,日本海軍偷襲珍珠港。隨後美國宣布參戰。為了搶在德國和日本之前研製出原子彈,美國於1942年6月啟動「曼哈頓工程」,將原子彈的研發和生產交給軍隊統一管理。

「曼哈頓工程」不僅造出了原子彈,還留下了14億美元的財產,包括一個具有9千人的洛斯•阿拉莫斯核武器實驗室;一個具有3萬6千人、價值9億美元的橡樹嶺鈾材料生產工廠和附帶的一個實驗室;一個具有1萬7千人、價值3億多美元的漢福特鈽材料生產工廠,以及分布在伯克利和芝加哥等地的實驗室。

戰時成立的麻省理工學院輻射實驗室(林肯實驗室)、芝加哥大學冶金實驗室(阿貢國家實驗室)、洛斯•阿拉莫斯核武器實驗室(洛斯•阿拉莫斯國家實驗室)無疑取得了巨大的成功。它不僅為官產學合作開展科技創新積累了經驗,也為美國戰後開展「大科學」研究鋪平了道路。

戰時美國國防研究委員會、科學研究與開發局給大學提供了大量的科研資助。這些科研資助使美國大學的科研經費比戰前有了大幅度的提升。1938年,美國大學用於自然科學研究的總經費約為2800萬美元;1944年,僅科學研究與開發局與大學籤訂的合同總額就高達9000萬美元,而科學研究與開發局只是能籤訂這樣合同的幾個政府機構之一。在政府機構的資助下,美國大學在戰時的科學研究中取得了一系列重大突破,不僅為打贏戰爭做出了重要的貢獻,也為美國大學在全球的崛起奠定了堅實的基礎。

8、戰後「大科學」急速興起

據有關資料顯示,二戰之前,美國的研發經費佔國民生產總值之比,亦即研發投入強度很低,1930年僅為0.2%,1940年為0.3%,這些研發經費都是以民間投入為主,因此10年只增加了0.1個百分點。但是到了1945年,美國的研發投入強度上升到0.7%。在短短5年裡就增加了0.4個百分點。這主要是聯邦政府加大了與軍事有關的研發經費投入導致的結果。

二戰結束後,百廢待興,政府很難再像戰時那樣繼續支持軍事科學技術的發展。這意味著戰時建立的很多科研機構必須關閉或縮小規模,很多優秀科學家將會下崗。而這一切都不是戰時身兼國防研究委員會主任和科學研究與開發局局長二職的萬尼瓦爾•布希所樂見的。

1945年,布希牽頭起草了一份題為《科學——無止境的前沿:給總統的關於戰後的科研計劃》的報告。在這份提交給羅斯福總統的報告中,布希強調了基礎研究對促進技術創新和經濟增長的重要價值,論證了聯邦政府使用國民稅金支持科研人員從事基礎研究的正當性。但是,布希的報告並沒有解決聯邦政府資助技術開發的正當性問題。在強調自由競爭、市場調節的美國,政府動用國民稅金資助只能惠及部分行業和企業的技術開發是不能被接受的。

布希宣稱,基礎研究與經濟增長之間存在著這樣的一種線性關係:基礎研究→新概念、新原理→新成品、新工藝→新產業→經濟增長。也就是說,經濟增長的源頭在基礎研究,社會可以通過增加基礎研究投入來實現經濟增長,從而獲得相應的回報。為此,他提議由政府出資成立一個由科學共同體自行管理的科學基金組織以促進基礎科學的自主發展。但是,布希站在科學家一側提出的政策訴求並未贏得民眾的廣泛支持。不少人認為即使資助基礎研究有助於促進經濟增長,增進公共福祉,政府也不應把國民稅金直接交給科學共同體自行管理使用,何況政府資助基礎研究是否能夠獲得應有的回報還需要接受時間的檢驗。

經過長達五年的爭論,美國國會於1950年通過了國家科學基金會法案。美國國家科學基金會成立之初掌控的經費非常有限,即便加上國立衛生研究院(NIH)、原子能委員會和海軍研究辦公室等機構支付的用於支持基礎研究的經費,也不算多。當時,美國全社會的研發經費投入強度也只有1%,雖比1945年高出了0.3個百分點,但不到1960年的一半。這表明布希的有必要持續大規模地資助基礎研究的理念在上個世紀50年代初的美國仍只獲得了有限的認同。

美國政府的基礎研究投入是在前蘇聯於1957年將世界上第一顆人造衛星送上太空之後才出現顯著增長的。本來,前蘇聯率先將人造衛星送上太空只表明美國在宇航技術開發領域確實落後了,但是科學家們異口同聲地表示此乃美國基礎研究整體落後於前蘇聯釀成的苦果。當《蘇聯又領先了》之類新聞報導一次又一次地出現在媒體上時,美國的決策者們再也沉不住氣了。他們意識到如不尊重科學家們的意見,顯著加大基礎研究的投入力度,美國極有可能在兩種制度的競爭中遭受慘敗。此時,政府資助基礎研究已不只是能在多大程度上促進經濟增長層面上的問題了,而是事涉美國國家威信及其社會制度是否具有優越性的問題。

於是,美國政府決定迅速在國防部內設置高等計劃研究局(DARP),並將國家航空諮詢委員會改組成國家航空和航天局(NASA)。恰巧納爾遜此間從市場失靈論的視角論證了企業不願深度支持基礎研究的必然性,從而為美國政府持續加大基礎研究投入提供了理論依據。

1959年,以西博格為首的美國總統科學諮詢委員會給艾森豪總統提交了一份報告。在這份報告中,西博格等人建議聯邦政府大幅追加基礎研究和科學教育投入,以迅速提升美國的科技競爭力。艾森豪總統接受了這一建議。1960年參加總統競選的甘迺迪甚至以這份報告為依據將加大基礎研究和科學教育投入列入競選公約。

1958至1968年間,美國政府的研發經費投入佔全社會研發經費投入的比重始終高於60%。其間,主要用於資助基礎研究的國家科學基金和國立衛生研究院的經費分別擴大了8倍和5倍,而主要用於資助技術開發的國防部、原子能委員會的研發經費同期只擴大了2倍。

一般認為,前蘇聯衛星發射升空後的十年乃美國基礎研究的黃金時代。在此期間,科學家們只要能提出一個有點說服力的研究計劃,就有可能獲得政府資助。一些令人感到不可思議的計劃,如莫霍面計劃(地幔鑽探計劃)、奧茲瑪計劃(搜尋地外文明計劃)都在這一時期獲得了大量的資金援助。對於一些企業開展的基礎研究,政府同樣給予了資金支援。這樣做的目的只有一個,就是在基礎研究領域全面超越蘇聯。

美國太空人乘阿波羅宇宙飛船成功登月

這種群體歇斯底裡的行為導致的結果是,阿波羅宇宙飛船登上了月球,太空梭飛上了太空,研究生培養環境得到了大幅改善,諾貝爾獎級研究突破不斷湧現。

此外,戰前科技移民的傑出貢獻也鼓舞了美國聯邦政府。戰後,美國開始通過實施高等教育國際化來網羅國際高端科技人才。為了推進這一戰略,聯邦政府出臺了一系列法案,如1946年的《富布賴特法案》、1948年的《信息與交流法》和1956年的《交換學者與移民地位法》。這些法案資助美國高校師生參與國際交流,資助在美國學習的留學生,鼓勵外國學者到美國進行訪問和研究,並為他們居留美國提供便利。

要而言之,戰後,聯邦政府的研發經費支持和科技移民的知識支援使美國高等教育迅速拉開了與世界各國的距離。上個世紀七十年代爆發的兩次石油危機,不僅沒有縮小,反而進一步加大了美國高等教育與世界各國之間的差距。在這種形勢下,戰後,美國學者獲諾貝爾科學獎的人數遙遙領先於其他國家乃是一種必然。

四、新世紀日本諾貝爾科學獎獲獎人數何以出現井噴?

奔向美國的日本鹹臨丸號

1、日本進入新世紀後已有19人獲得諾貝爾科學獎

日本獲頒諾貝爾科學獎的人數現已攀升至24人,其中19人是在進入新世紀後獲獎的。儘管南部陽一郎和中村修二獲獎時已加入美國籍,但他們的獲獎成果都是在加入美國籍之前做出的。

日本新世紀19名諾貝爾科學獎得主中,獲物理學獎的有8人,獲化學獎的有7人,另外4人獲的是生理學或醫學獎。

19名獲獎者中,出生在二戰結束之前的有13人。其中出生在1926-1935年間和1936-1945年間的各佔6人,還有1人是南部陽一郎,他出生於1921年。戰後出生的6人中,有2人出生於1946-1955年間,另外4人則出生於1956-1965年間。

要而言之,日本新世紀諾貝爾科學獎得主中,三分之二以上出生在戰敗前。

日本新世紀諾貝爾科學獎得主出生年代分布圖

日本新世紀19名諾貝爾科學獎得主的平均獲獎年齡為69歲,做出獲獎奠基性成果的平均年齡為41歲,兩者之間的時間差為28年。

19名獲獎者中,有16人的獲獎奠基性成果是在上個世紀七、八、九十年代做出的。其中,有7人的獲獎成果是在1970年代做出的,在1980年代做出獲獎成果的有5人,在1990年代做出獲獎成果的有4人。剩餘3人中,南部陽一郎和下村修的獲獎成果是在1960年代做出的,而且都是在美國工作期間做出的;還有1人是山中伸彌,他的獲獎成果是在21世紀初做出的。

簡言之,八成以上的日本新世紀諾貝爾科學獎得主都是在上個世紀最後30年間做出獲獎奠基性成果的。

諾獎成果的產生年代分布情況

除去南部陽一郎和下村修,所有的日本新世紀諾貝爾科學獎得主都是在戰後接受高等教育甚至是高中教育的;而且,所有的日本新世紀諾貝爾科學獎得主都是在日本國內完成大學本科或專科學業的。

其中,在東京大學、京都大學、名古屋大學讀本科或取得博士學位的人數最多,均在4人以上。在由原帝國大學改造而成的七所日本國立綜合大學中,除九州大學外,都至少培養出了1名諾貝爾科學獎獲得者。在日本私立大學就讀過的只有大村智一人。

要而言之,日本新世紀19名諾貝爾科學獎得主中,絕大多數出生在二戰結束前;他們幾乎都是在1945年日本宣布投降後進入國立或公立大學讀書的;而且大多是在1964年日本舉辦東京奧運會前後進入頂尖國立綜合大學研究生院學習的;1972年日本的GDP超越西德,成為僅次於美國的世界第二大經濟體之後,他們在著名綜合大學或企業研發部門取得了重大研究突破,從而為新世紀榮獲諾貝爾科學獎奠定了基礎。

據此可以推定:

日本新世紀出現諾貝爾科學獎「井噴」與戰前的科學風土有關;

日本新世紀出現諾貝爾科學獎「井噴」與戰後的教育改革有關;

日本新世紀諾貝爾科學獎得主受到了導師精神氣質的深刻影響;

日本新世紀諾貝爾科學獎得主得益於研究開發經費的持續增長。

2、日本戰前的科學風土

請大家先看一下這張「和漢洋三賢人圖」。圖中位於中間的是日本人,左邊的是中國人,右邊的是西洋人。中國人前面放著一盆本草和豎著寫的書卷。西洋人則拿著一本橫著寫的醫書,書中有一幅人體解剖圖。很明顯,圖中的日本人和西洋人靠得更近,離中國人相對比較遠。

和漢洋三賢人圖

這張圖是日本畫家司馬江漢畫的,現在保存在美國。司馬江漢生於1747年,卒於1818年。因此,這張畫大約是在1800年前後畫的。

大家注意一下這張畫中的背景。有兩組人在救火,一組人在觀望。觀望的那組一看就知道是日本人。人多的那組是中國人,人少的那組是西洋人。中國人雖然靠火場比較近,但使用的是桶和盆,救火效果不彰。西洋人雖然離火場比較遠,但使用的是消防水槍,用消防水槍滅火顯然要比使用桶和盆效果更好。

司馬江漢畫這個背景是有寓意的。意思是說基於本草的中醫和基於解剖的西醫是存在功能差異的,二者之間的差異猶如用木桶潑水救火與用水槍抽水救火之間的差別。在司馬江漢看來,日本當然應該親近西方,選擇西醫。

司馬江漢何以在鴉片戰爭之前就對中醫和西醫產生這樣的認識?這種認識的形成對日本後來的學術發展產生了什麼樣的影響?

這種認識的形成和日本的鎖國政策不同於中國有關。

日本在鎖國期間一直維持著與荷蘭之間的聯繫。不過,為了防止西洋人傳教,日本人只許荷蘭商船停靠長崎的出島,然後再定期過橋和日本人交易。

荷蘭在長崎的出島(Dejima)設置的商館

不僅如此,日本人還模仿中國的朝貢制度,要求荷蘭商館定期赴江戶,也就是東京進貢。從長崎到東京的路途很遠,荷蘭商館的進貢隊伍走一個來回怎麼要好幾個月,所以需要帶醫生隨行。在路途上,遇到藩主及其家人生病了,隨行醫生免不了會應邀幫助藩主及其家人治病。當藩主發現荷蘭醫生比本潘醫生醫術更高明時,就會責成本潘醫生向荷蘭醫生討教,甚至前往長崎學習西方醫學。想向荷蘭醫生學習西方醫學,首先得學習荷蘭語。因此,日本很早就出現了一批懂荷蘭語的學者。

17-19世紀荷蘭商館赴江戶拜見德川將軍

1609-1850年間,荷蘭商館一共到東京進貢了167次;1633-1790年間,幾近每年進貢1次。鎖國期間與西方人進行如此密切的交往,這在中國是見不到的。這種交往,增進了日本人對西方學術的了解。正因為如此,杉田玄白早在1774年就完成了《解體新書》的翻譯。

日本1774年翻譯出版的《解體新書》插圖

《解體新書》出版後,介紹西方醫學的翻譯書相繼出現,譬如,宇田川玄真1793年出版《西說內科選要》,將荷蘭醫學從外科擴展到內科;他1805年出版的《醫範提綱》中還附有銅版圖譜,而且內容也超出了解剖學的範圍,涉及到許多生理學、病理學問題。他1822年出版的《遠西醫方名物考》則屬於藥物學著作。

蘭學者的大量出現,為日本擁抱西方醫學,乃至自然科學鋪平了道路。

佩裡叩關之後,蘭學在日本又進一步發展為洋學,以致日本在江戶末期和明治初期產生向西方學習的意願之時,也具備了向西方學習的能力,主要是語言交流和學術理解能力。

明治維新後,日本不僅於1877年創辦了東京大學,聘請了一批西方學者來日本執教,而且還選派了一批學術精英前往西方留學。北裡柴三郎、志賀潔、秦佐八郎就是在這一時期派往德國跟著科赫、埃爾利希等人學習醫學和微生物學的。

東京大學赤門

醫學講究實證,最容易擺脫傳統學術的羈絆,受到社會的重視。而醫學的率先發展,又帶動了生理、病理、生物、物理、化學等實驗科學的發展,以及工程技術的發展。

實驗科學的發展和科技人才的積累又為日本高等教育的崛起創造了條件。日本二戰結束前在本土一共設立了七所帝國大學,這七所帝國大學中,除名古屋大學是在中日戰爭爆發後設立的之外,其他六所都是在此之前設立的。京都大學是在甲午戰爭爆發後不久創立的,東北大學是在日俄戰爭爆發後不久創立的,北海道大學則是在一戰爆發後不久創立的。

要而言之,二戰之前日本的高等教育和科研水平已經達到了相當高的程度,在微生物學、醫學等不少領域已經趕上了西方發達國家。

3、日本戰後的教育改革

日本新世紀諾貝爾科學獎得主幾乎都是在戰後接受大學教育的,而且大多數是在戰後初期接受中學教育的。當時日本的教育正經歷著一場深刻的變革。

1926年進入昭和時代之後不久,日本便進入了動蕩不安的軍國主義黑暗時期。為了「闡明我國的國家體制和國民精神的原理,弘揚國民文化,批判外來思想」,日本文部省於1932年設立了國民精神文化研究所,日本司法省於1934年設置了思想檢察官,不斷強化對思想和文化的管制,大力倡導國粹主義,主張國家至上。這明顯與啟蒙主義教育理念相悖。

為了給軍國主義搖旗吶喊,日本的媒體也開始大肆渲染本國的軍事、科技乃至社會優勢。當時被廣泛閱讀的兩本科普雜誌——1923年創刊的《科學畫報》和1924年創刊的《兒童科學》在軍國主義者的操控下幾乎每期都在鼓吹日本的軍事裝備優勢和科學技術成就,以致很多日本青少年都想從軍,以為日本的軍事技術真的很先進,可以稱雄世界。

1923年創刊的《科學畫報》

1924年創刊的《兒童科學》

受到1939年的諾門罕戰役的沉重打擊後,日本的一些有識之士意識到日本不能再狂妄自大、自欺欺人了,必須大力推進教育改革,切實增強科技實力。但是,走上了軍事擴張不歸路的日本在二戰期間是不可能真正對教育實行民主主義改革的。

戰後,受麥克阿瑟將軍的邀請,「美國教育使節團」27名成員於1946年3月抵日。美國教育使節團經過數周的考察後指出,日本的科學教育是落後的,應將美國的教育理念全盤引進日本。在教育使節團的協助下,日本文部省於1947年3月21日頒布了《教育基本法》和《學校教育法》,開始用和平主義和民主主義教育取代以往的國家主義和軍國主義教育。東京、京都、東北、北海道、九州、大阪、名古屋等七所帝國大學正是在這一時期被改造成為國立大學的。雖然它們都稱作國立大學,但實際上享有高度的辦學自主權,譬如校長由教師選舉產生,教授會對教師人事和教學經費具有議決權等。

戰後初期的教育改革不僅使日本的大學教師,尤其是國立綜合大學的教師獲得了更多的研究自由和穩定的經費支撐,而且還使大批理工科學生獲得了更多的參與科學研究的機會,受到了更好的科學研究訓練。這些無疑會對戰後入學的年輕學子科研志向的培育產生積極影響,也為青年才俊進入國立綜合大學心無旁騖地開展自由探索創造了有利條件。

1992年、2007年的卡耐基·梅隆大學教師國際調查顯示,七成左右的日本大學教師在教學與科研中更重視後者。在國立綜合大學,這種「科研至上」的風氣可謂更濃。這樣一來,在日本,客觀上能夠搞科研,主觀上也很想搞科研的大學教師比比皆是。雖然這種重視知識生產勝過知識傳播,甚至知識應用的辦學模式曾引起日本民眾的不安,但它在創新型人才的選拔和培養上確實存在諸多優勢。

4、日本導師的精神氣質

上個世紀五、六十年代在日本國立綜合大學指導理工科學生開展研究的教師大體上可以劃分為兩種類型,一種是親身經歷過戰時研究的資深教師,另一種是二戰後期才考上研究生的青年教師。戰時,前者大都直接或間接地參加過與軍事裝備開發和生產有關的研究。後者的情況則有些特別。

日本陸軍部原子彈項目負責人仁科芳雄(1890-1951)

因從事軍工研究的高素質人才嚴重短缺,日本政府決定從1943年起在七所帝國大學以及東京工業大學、東京文理大學、慶應義塾大學、早稻田大學等高校創立研究生院,每年招收500名二年制和250名三年制研究生(前者相當於碩士生,後者相當於博士生)。由於這些研究生在校期間既可以免於服兵役,又可以拿高額獎學金,所以入學考試競爭異常激烈,考上的人學業都相當優秀。這些研究生畢業後有很大一部分進高校當了教師。他們和很多老教師一樣,曾目睹技不如人的日本在太平洋戰爭後期被科技強國美國碾壓,因此攀登科學高峰、搶佔技術制高點的願望非常強烈。

1952年,舊金山和約籤署之後,美國結束了對日本的佔領。經受過戰爭磨練的國立綜合大學的教師們,擁有充分的研究自由後,為迅速恢復日本的科技競爭力,在爭分奪秒地開展科學研究的同時,還盡其所能地指導著自己的學生。

京都大學湯川秀樹教授

由於日本新世紀諾貝爾科學獎得主在大學讀書時的導師,無論是年長者,還是中生代,大都經歷過二戰,對科技競爭的殘酷性和重要性有著深切的感悟,因此人人都可以說是拼命三郎,而且對解決科技問題與發表期刊論文之間的關係有著非常清醒的認識,對科研選題的新穎性和科研數據的準確性要求非常嚴格。這種精神氣質當然會通過言傳身教的方式傳遞給他們的弟子。他們的弟子在其耳提面命之下,對日本走科技立國的道路、迅速躋身世界科技強國行列的必要性也有著與今日的「寬鬆世代」不同的理解,並且都甘願為增強日本的科技實力而不懈努力。

1964年,東京奧運會成功地向世人展示了日本的科技實力;1965年,朝永振一郎又繼湯川秀樹之後再度摘得諾貝爾物理學獎桂冠。這些成功,使日本新世紀諾貝爾科學獎得主的導師們迅速恢復了自信,同時也極大地提振了他們的弟子的科技自信心。這些青年學子相信一切皆有可能,只要自己勤奮努力、勇於攻堅克難,就有可能做出世界一流的科技貢獻。因此,他們不願意再繼續簡單地模仿西方學者,而是瞄準世界科技前沿大膽地向無人區挺進。如果他們當時為了多發論文,只肯做跟蹤研究,不願挑戰世界科技難題,很難想像他們之後能取得那麼多令世人矚目的原創性科技成果。

5、日本研發經費的持續增長

搞科研只有主觀願望不行,還得有先進的儀器設備和充裕的研究經費,這些都需要有堅實的技術經濟基礎的支撐。所幸,日本新世紀諾貝爾科學獎得主投身科研領域時,正好遇上了日本經濟高速增長期。

上個世紀六十年代,日本在大多數年份都保持了兩位數的經濟增長率。結果,日本的經濟增長大幅超過了「國民收入倍增計劃」1960年定下的在今後10年中將國民生產總值提高兩倍以上的目標。

日本在制訂「國民收入倍增計劃」的同時,還制定了與此目標相呼應的「科學技術10年計劃」,提出有必要按歐美國家的水準,儘快將研發經費投入總額提高到國民生產總值的2%。實際上,日本1970年的研發經費投入總額達到了1960年的6.48倍!其中投給大學的研發經費更是增長了7.1倍!2%的數值目標也於1970年宣告達成,這比美國只晚了不到10年的時間。

圖3 日本1956-2010年GDP與經濟增長率變化趨勢圖

上個世紀七十年代的兩次石油危機對世界經濟造成了很大的衝擊,但在節能環保等產業的帶動下,日本的國內生產總值仍然實現了大幅增長。1970年日本的GDP只有2.03千億美元,但至1980年時日本的GDP已增長至1.071萬億美元。伴隨著經濟的高速增長,這一時期日本的研發經費投入總額也在不斷攀升。結果,1980年的研發經費投入總額又在1970年的基礎上增長了3.9倍。

日本1965-1985年研發經費投入總額變化趨勢圖

在上個世紀最後20年裡,除去泡沫經濟破裂之初的三年,日本的研發經費投入總體上呈不斷攀升之勢。這一時期,日本的研發經費年度投入總額由4.7萬億日元進一步增長至14.7萬億日元。而且在這20年裡,日本的研發經費投入強度也由2.1%進一步攀升至2.9%,甩開德國0.5個百分點,高出美國近0.3個百分點。

1981-2016年間主要國家研發經費投入情況

日本新世紀諾貝爾科學獎得主的獲獎奠基性成果幾乎都是在進入1970年代之後取得的。這意味著日本新世紀諾貝爾科學獎得主大多數是在日本將研發經費投入佔國內生產總值之比提高到2%之後才取得重大科技突破的。這一點非常重要!沒有經濟基礎的強有力支撐,也許能夠偶然作出一兩項諾貝爾獎級科學貢獻,但出現諾貝爾科學獎「井噴」,一定離不開經濟基礎的強有力支撐。

簡言之,上個世紀七、八、九十年代日本的研發經費非常充足,搞科研根本不缺錢。而且,當時的科研人員在日本國內所受的高等教育也是相當先進的,指導他們的導師大多參加過戰時研究開發競爭,有著很好的求真務實的精神。至於日本新生代,其精神面貌和所處環境與上一代人有著很大的差異,恐怕很難複製前輩的輝煌。

五、結語:中國如何才能迎頭趕上?

北京大學校友屠呦呦獲諾貝爾生理學或醫學獎

從德國、美國和日本的例子來看,將經濟看成是今天、研發看成是明天、教育看成是後天似乎不太合適。相反,我們更應把教育看成是今天、研發看成是明天、經濟看成是後天。把科學教育搞上去之後,研究開發就不難取得突破;研究開發進入快速通道之後,經濟增長就不難再上一個臺階。這意味著,發達國家之所以諾貝爾科學獎拿得多,那是因為它們的科學教育先進;發展中國家之所以諾貝爾科學獎拿得少,那是因為它們的科學教育還相對落後。換言之,連諾貝爾科學獎得主都培養不出來的大學,是很難稱得上世界一流大學的。

1992年,中國確立社會主義市場經濟體制的改革目標,改革開放的步伐由此進一步加快。從這一年起,中國的經濟增長率持續多年高居世界首位。2019年,中國GDP接近100萬億元,按照年平均匯率折算達到14.4萬億美元,穩居世界第二;人均GDP也已突破1萬美元大關,達到10276美元。

中日兩國國內生產總值增長情況(1960-2019)

在經濟取得如此巨大成績的同時,我國的教育事業也獲得了快速發展。我國高校用相對較少的經費培養了世界上規模最大的本科生和研究生群體,並很好地解決了教育公平問題。不過,教育既要重視量還要重視質。而要大幅度提高教育質量,就得加大高等學校研發經費的投入。否則,很難形成創新型人才和原創性成果不斷湧現的大好局面。問題是,政府近年投給高等學校的研發經費佔比明顯偏低,中國本土學者獲諾貝爾科學獎的人數與我國的經濟地位還很不相稱。

2018 年,中國研發經費投入強度升至2.18%,研發經費投入規模達19657億元。但近年來,中國高等學校研發經費佔全社會研發經費之比一直徘徊在7%上下,較美國、日本都國家都有較大差距。

主要國家高校研發經費佔全社會研發經費的比重變動情況

中國高等學校研發經費佔全社會研發經費的比重明顯偏低,與政府投給高等學校的研發經費佔比過低有著很大的關聯。以2017年為例,中國將6成以上的政府研發經費投給了政府屬研究機構,只將2成的政府研發經費投給了高等學校,這在世界主要國家中稱得上是一個特例。

美、中、日2017年研發經費流向

更關鍵的問題在於,中國政府的研發經費佔全社會研發經費的比重原本就不高。例如2017年,中國的這一數值僅為19.8%,低於美國的22.8%,遠低於英國、德國和法國。

主要國家政府研發經費佔全社會研發經費的比重變動情況

由於中國政府的研發經費投入佔全社會研發經費的比重偏低,政府投給高等學校的研發經費佔其研發經費投入的比重明顯偏低,加上中國高等學校不能收取高額學費以彌補研發經費的不足,中國高等學校的研發經費出現了嚴重短缺。

2010年以前,中國高等學校實施的研發經費一直低於日本,近年雖然有所增加,但截至2016年仍只比日本高出1/3。而中國高等院校實施的研發經費至今仍未達到美國的一半。

主要國家的高等學校研發經費變動情況

若按匯率對中美兩國前100所高校2016年的研發經費進行折算處理後發現:中美兩國前10、50、100所高校研發經費佔本國全體高校研發經費的比重差異並不明顯,只是中國前10所高校的研發經費集中度稍高一些,美國前100所高校的研發經費集中度相對高一些。但是,中、美兩國前10、50、100所高校研發經費平均值的差距非常大。

在研發經費捉襟見肘的情況下,中國高校的很多教師不得不減少或放棄前沿探索和「無人區」嘗試,甚至連開展一般跟蹤研究都非常困難。結果,在校學生缺乏接受嚴格科學研究訓練的機會,使用先進儀器設備、深度參與尖端科學研究更成了一種奢望。

因此,中國要實現更多的從0到1的研究突破,斬獲更多的諾貝爾科學獎,至少政府有必要持續加大高等學校的研發經費投入,同時高等學校也要努力創造條件讓中青年教師不急功近利,只為追求真理而潛心開展科學研究。

若按近年國內生產總值進行排序,美國位居第一,中國位居第二,日本排在第三,德國排在第四。在120年的諾貝爾科學獎頒獎史上,目前GDP位居前四的其它三個國家都先後創造出了令人驚嘆的奇蹟。中國是有著悠久歷史傳統的人口大國,在實現中華民族偉大復興的歷史徵程中,中國有責任為人類命運共同體的建設作出更多更大的貢獻。因此,支持研究型大學中的學者潛心探究自然,力爭取得諾貝爾獎級科學突破,不僅是實現科技自立自強的需要,也是建設人類命運共同體的需要。

(註:2020年10月29日,周程教授應邀在北京大學科學技術與醫學史系創系主任韓啟德院士牽頭開設的本科生通識課程《當代科學史》上,圍繞 「諾貝爾科學獎與20世紀科學」主題進行了授課。本文主要根據當天的授課內容改寫而成,澎湃新聞獲授權後轉載。)

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    「菲爾茲」獎是被稱為被人們稱為數學界的諾貝爾獎。那麼,這個諾貝爾獎究竟是何方聖物呢?其實這個諾貝爾獎是化學家諾貝爾所設的一個的獎項,它代表著這個人在這個領域最高的成就,而諾貝爾獎與菲爾茲獎不同的是,諾貝爾獎橫跨了很多領域,如經濟學,物理學,化學,生物學、文學等等。
  • 120歲的蘇州大學,生!日!快!樂!
    明天,你將迎來120歲生日回眸雙甲子,奮進新時代蘇州大學120歲生日快樂!/老 校 門/四季演變,無論色彩如何變幻,老校門這一抹白,總是莊嚴又神聖,令人對蘇大的嚮往之情油然而生。中國最早以現代大學學科體系舉辦的大學之一,最早開展研究生教育並授予碩士學位、最先開展法學專業教育、最早創辦學報的大學……
  • 故宮紀念鄭振鐸誕辰120周年
    故宮紀念鄭振鐸誕辰120周年 2018-12-21 03:17:30來源:北京晨報作者:${中新記者姓名}責任編輯:丁寶秀 2018年12月21日 03:17 來源:北京晨報
  • 從日本免疫學家本庶佑獲諾貝爾獎,來看中日教育的差距!
    首先,我要說明一點的是,我並不是一個崇洋媚外者,只是冷靜且理智的來看待中國和日本教育的差別。2018年10月1日下午5點半,日本免疫學家本庶佑榮獲本年度的該項諾貝爾獎。從2001年以來,日本已經有18人先後獲得了諾貝爾獎。
  • 諾貝爾獎僅3100萬,第一屆獎勵15萬,為何120年還沒花完
    文丨通史花椒(文章原創 ,版權歸本人所有,歡迎個人轉發分享)完諾貝爾獎是如今科學界的最高獎項,能夠獲得諾貝爾獎的科學研究,無疑都對人類歷史有著推進的作用,這些科研成果都是人類進步的證明。每年,諾貝爾獎的獎金可謂是非常豐富,即便是對於頂尖科學家來說,也有很大的吸引力。不過,令人奇怪的是,諾貝爾獎已經過去了這麼多年了,為何至今獎金還沒花完呢?
  • 諾貝爾獎僅3100萬,第一屆就獎勵15萬,為何120年還沒花完
    每年,諾貝爾獎的獎金可謂是非常豐富,即便是對於頂尖科學家來說,也有很大的吸引力。不過,令人奇怪的是,諾貝爾獎已經過去了這麼多年了,為何至今獎金還沒花完呢?諾貝爾獎的創立諾貝爾獎的創立者是瑞典的科學家阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾,他也是硝化甘油炸藥的發明人。
  • 全球智庫動態 | 回顧諾貝爾獎120年的非凡歷史
    1901年至2020年,諾貝爾獎共頒給過930名個人和25個機構(諾貝爾獎授予個人934次,授予組織28次,其中有4位個人和3個組織多次獲得諾貝爾獎)。回顧諾貝爾獎120年歷史,可以發現:1.  西方國家主導了諾貝爾獎。
  • 2020諾貝爾獎相繼發布,這些大學又成贏家
    ,值得一提的是,加州大學伯克利分校竟在一周獲得了兩次諾貝爾獎。詹妮弗·杜德納實驗室的工作人員和同事於周三在創新基因組學研究所大樓舉行慶祝活動當地時間10月7日,北京時間10月5日,2020年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉。哈維·阿爾特,麥可·霍頓和查爾斯·M·賴斯得獎。
  • 德美化工:公司非公開發行股票申請文件反饋意見的回覆(修訂稿)
    申請文件反饋意見的回覆 (修訂稿) 保薦機構(主承銷商) 二〇二〇年十一月 中國證券監督管理委員會: 根據貴會於2020年10月12日下發的《中國證監會行政許可項目審查一次反饋意見通知書》(202590號),廣東德美精細化工集團股份有限公司(以下簡稱「公司」、「申請人」、「發行人
  • 「德美關係很難回到過去」:德國外長為何再對美國說重話
    近日,德國率先站了出來,決定對德美關係重新定義。6月26日,德國總理默克爾在就美國計劃縮減駐德美軍一事接受群訪時表示,美國如果不願意承擔全球性大國責任,德國將從根本上思考與美國的關係。28日,德國外長海科·馬斯表示,德美關係已經發生了「結構性變化」,昔日良好的「跨大西洋夥伴關係」已經成為過去,即使美國再回到民主黨重新掌權的日子,兩國關係也再難回到過去。二戰以後,以西德為主體的德美關係,基本穩定運行了75年。是什麼原因導致默克爾和馬斯對美國說重話?
  • 德國警告:德美關係再難回到過去了
    德國外長海科·馬斯周日在接受德國媒體採訪時承認,德美關係已經發生了「結構性變化」,昔日良好的「跨大西洋夥伴關係」已經成為過去,即使美國再回到民主黨重新掌權的日子,兩國關係也再難回到過去。據德意志新聞社報導,馬斯表示,「大西洋兩岸的關係非常重要,它們仍然很重要。我們正在努力確保它們擁有未來。」
  • 淮海中路闢築120周年:「小林漫畫」來淮海路了
    淮海中路闢築120周年:「小林漫畫」來淮海路了 2020-09-25 14:03 來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
  • 四川環能德美科技股份有限公司首次公開發行A股股票上市公告書
    4、相關法律、法規以及中國證監會、證券交易所規定允許的其它措施。  2、在本人控制、在本人控制環能科技環能科技期間,本人及其控制的公司或他組織不會在中國期間,本人及其控制的公司或他組織不會在中國期間,本人及其控制的公司或他組織不會在中國期間,本人及其控制的公司或他組織不會在中國期間,本人及其控制的公司或他組織不會在中國期間,本人及其控制的公司或他組織不會在中國期間,本人及其控制的公司或他組織不會在中國境內外直接或間地以任何形式從事與境內外直接或間地以任何形式從事與
  • 南京古生物所舉行紀念李四光先生誕辰120周年座談會
    2009年10月26日是我國著名地質學家、教育家,新中國地質事業的主要奠基人——李四光先生誕辰120周年紀念日,為了繼承和發揚李四光的科學創新精神和愛國主義精神,26日上午,來自中國科學院、南京大學、江蘇省國土資源廳、南京地質礦產研究所等單位的
  • 諾貝爾獎故意不給中國?這4位中國人本能獲獎,卻因國籍慘被無視
    然而,通過觀察諾貝爾獎得主的國籍,我們不免就能夠發現這麼一個問題,在諾貝爾獎得主當中我們很難能夠發現有中國人的身影。然而對於中國人很少能夠拿到諾貝爾獎的原因,主要有以下兩個方面的原因,一方面是由於我國在清朝末年以後,我國的科技的確遠遠落後於下方國家。而另外一個原因就要從外國人對我們歧視的原因造成的,甚至可以毫不誇張地說,就是有人故意不給中國人頒發諾貝爾獎的。
  • 彷徨尋路源為路,轉益多師是吾師 ——紀念沙孟海先生誕辰120周年
    >11月28日,「碧血丹心——紀念沙孟海誕辰120周年沙孟海書法篆刻藝術大展暨學術文獻展」在中國美術館開幕。>中國美術學院院長、浙江省美協主席高世名講話彷徨尋路源為路轉益多師是吾師——寫在沙孟海先生120
  • 江蘇省無錫市坊前實驗小學建校120周年華誕隆重舉行
    這部不老的時光留聲機,不停歇地演繹著一段段芳華歲月……10月18日,江蘇省無錫市新吳區坊前實驗小學迎來了建校120周年華誕。為傳承坊小文化,彰顯百年坊小「養正蘊毅」的育人之道和「創造適合學生發展的教育」的辦學特色,學校舉行了120周年校園文化展示活動。