用激光驅動(dòng)、飛向三體星的宇航光帆,這樣一個(gè)科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景正在上?;A研究特區的實(shí)驗室里變?yōu)楝F實(shí)的科研項目,并獲得了幾百萬(wàn)元的政府資助。在高質(zhì)量發(fā)展調研行中,記者探訪(fǎng)了上?;A研究特區,了解科幻設想變?yōu)榭茖W(xué)研究背后的故事。
從0到1的探索 讓科幻變科研
【資料圖】
研制一款帶有光帆的宇宙飛行器,用地球上的激光推動(dòng)光帆,把它們加速到光速的20%,飛往4.24光年外三體人的故鄉半人馬座α星。在復旦大學(xué)力學(xué)實(shí)驗室里,我們見(jiàn)到了36歲的青年科學(xué)家徐凡。從2021年入選第一批基礎研究特區,他一直在為實(shí)現這個(gè)科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景而努力。
復旦大學(xué)航空航天系教授 徐凡:這個(gè)想法其實(shí)還是蠻科幻的,最早源自霍金在2016年的時(shí)候提出幻想計劃,他當時(shí)就是想能不能設計一種光帆,非常輕,在1克左右。當時(shí)我就覺(jué)得很激動(dòng),這是我想做的。
宇航光帆顛覆了現有航天器的基本原理,在我們看來(lái)這個(gè)研究課題天馬行空、高深莫測??墒切旆怖蠋焻s說(shuō)他的靈感啟發(fā)來(lái)自一箱風(fēng)干的百香果。
復旦大學(xué)航空航天系教授 徐凡:有一位老師的辦公室里,別人給他一箱百香果他忘了,太忙了,隔了兩三個(gè)月之后他想起來(lái)打開(kāi)結果成這樣。我們發(fā)現這個(gè)東西好像有點(diǎn)復雜的形貌,在這種大變形強收縮的情況下,它的表面會(huì )出現一些非線(xiàn)性手性拓撲更高階的一些形貌的模態(tài),這個(gè)是前人沒(méi)有去研究過(guò)的。
走前人沒(méi)走過(guò)的路、探索科學(xué)研究的無(wú)人區,這樣的工作讓徐凡充滿(mǎn)激情。從失水的百香果到失水的辣椒,徐凡從大自然中探尋著(zhù)研制宇航光帆的靈感。兩年來(lái),他頭發(fā)白了一大片,卻樂(lè )此不疲。
復旦大學(xué)航空航天系教授 徐凡:我只要在上海都在辦公室,在實(shí)驗室,包括晚上睡覺(jué)的時(shí)候做夢(mèng)也夢(mèng)到研究的。
然而這樣一個(gè)讓徐凡著(zhù)迷的科學(xué)課題卻曾經(jīng)在他心中雪藏了五年,從沒(méi)有提出科研申請,付諸實(shí)際行動(dòng)。
復旦大學(xué)航空航天系教授 徐凡:很難通過(guò)常規的項目。因為專(zhuān)家可能會(huì )說(shuō)你這個(gè)太超前了,你最后怎么交差?怎么來(lái)達標?
徐凡老師的顧慮其實(shí)也是很多科學(xué)家的苦惱。
在走訪(fǎng)中我們了解到,由于基礎研究大多跟市場(chǎng)不掛鉤,并不直接轉化為產(chǎn)業(yè),所以科研人員的課題研究大多需要申請政府部門(mén)的基礎研究經(jīng)費。然而申請項目資金的競爭是非常激烈的,要提交詳細的科研路線(xiàn)、經(jīng)過(guò)多輪專(zhuān)家評審、最后接受?chē)栏竦闹笜丝己?,并且結題周期也比較短,不利于那些極具原創(chuàng )性的科研項目的申報。
復旦大學(xué)基礎醫學(xué)院教授 嚴大鵬:感覺(jué)壓力比較大,你有一些比較前瞻性的甚至顛覆性的想法,那有可能就不敢往這個(gè)申請書(shū)里面去寫(xiě),這樣就限制了我們的思維。
為了提高課題的可行性,獲得評審專(zhuān)家認可,科學(xué)家們提交的課題往往比較保守,更多的是在前人研究的基礎上向前推進(jìn)一點(diǎn)。因此像宇航光帆這種從0到1的科研課題是很難有機會(huì )獲得資助的。
然而時(shí)間不等人,就在徐凡仰望星空,為拿不到研究資金而遺憾的時(shí)候,各國科學(xué)家卻已經(jīng)在通過(guò)不同路徑探索宇航光帆的可行性,越來(lái)越多的研究成果正在推動(dòng)這個(gè)幻想接近現實(shí),一場(chǎng)太空探索的賽跑正在悄然展開(kāi)。
給科學(xué)家松綁 鼓勵勇闖“無(wú)人區”
徐凡老師的遺憾也正是國家在基礎研究領(lǐng)域想破解的藩籬。
從2018年開(kāi)始,國家出臺了多個(gè)促進(jìn)基礎研究發(fā)展的文件?;A研究的投入比例也從2012年的499億元提高到2022年約1951億元,占全社會(huì )研發(fā)經(jīng)費比重由4.8%提升至6.3%。2021年10月,上海市發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)基礎研究高質(zhì)量發(fā)展的若干意見(jiàn)》,明確提出了試點(diǎn)設立“基礎研究特區”,在組織管理方式上創(chuàng )新探索更多適應基礎研究發(fā)展的新模式。
在復旦大學(xué)我們見(jiàn)到了參加調研的上海市科委基礎研究處處長(cháng)宋揚,她告訴我們,目標導向和自由探索是基礎研究的“兩條腿”。而基礎研究特區設立的初衷更多是給科學(xué)家松綁,鼓勵自由探索,遴選創(chuàng )新思維活躍、敢闖“無(wú)人區”的優(yōu)秀人才團隊。
上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )基礎研究處處長(cháng) 宋揚:我們始終覺(jué)得只要它的大方向是對著(zhù)國際科技前沿,或者對著(zhù)我們經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的重大需求,同時(shí)這個(gè)科研人員本身它也是有潛力,然后有動(dòng)力,有這個(gè)情懷去做一些長(cháng)期潛心研究的工作,只要是符合這兩個(gè)條件,我們覺(jué)得支持下去一定會(huì )有成果的。
2021年,復旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、中科院上海分院入選第一批基礎研究特區。特區項目與以往的基金項目相比最大的不同是權力下放。作為特區主體的科研機構和院校擁有充分的自主權,可以自由選題、自行組織科研、自主使用經(jīng)費。
復旦大學(xué)科研院基礎研究處處長(cháng) 王浩:像這樣地方政府把它立項權直接賦予學(xué)?;蛘呖蒲袡C構,還是第一個(gè)。既然邁出這一步,我們更應該把鼓勵原創(chuàng )思想的理念進(jìn)行更加徹底一些。
復旦大學(xué)將特區項目的評選定位為持續穩定支持45歲以下的青年人才挑戰最前沿的科學(xué)問(wèn)題,探索交叉融合領(lǐng)域,沖擊國際頂尖重大科學(xué)問(wèn)題,并且在考核目標上接受失敗,允許試錯。
復旦大學(xué)科研院基礎研究處處長(cháng) 王浩:比如說(shuō)研究一個(gè)方向得出這個(gè)方向不可行,這樣的負結果完全作為我們評價(jià)你學(xué)術(shù)貢獻一個(gè)標準,所以這樣的寬容度,在目前已有的項目中還是幾乎沒(méi)有的。
沒(méi)有嚴格的考核目標,如何保障經(jīng)費使用的有效呢?宋揚處長(cháng)告訴我們,對于項目考核的寬容,來(lái)自特區本身的預期目標。
上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )基礎研究處處長(cháng) 宋揚:我們并不是對每一個(gè)項目都要求它一定成功,一定按照它的計劃能夠取得進(jìn)展,而是把這個(gè)考核的目標放在每一個(gè)特區的建設上,考核它的一個(gè)整體的成果。
不同于常規項目申請,特區計劃不要求科學(xué)家做出詳細的研究路線(xiàn)圖,也不需要繁瑣的科研背景介紹,只需要薄薄幾頁(yè)紙寫(xiě)清楚自己課題的特色和原創(chuàng )性。這樣的申請方式也令人耳目一新。通知一發(fā)出,青年科學(xué)家們踴躍報名,復旦大學(xué)一共收到了140多份課題申請。
復旦大學(xué)基礎醫學(xué)院教授 嚴大鵬:答辯現場(chǎng)也提出來(lái)一些問(wèn)題,就明顯的感覺(jué)那個(gè)氣氛都不一樣,不是以評審你的這種眼光去,是以長(cháng)者的這種姿態(tài)給你去提一些問(wèn)題,哪些可以去改進(jìn)。甚至他們有一些老師說(shuō),他對這個(gè)領(lǐng)域也感興趣,如果需要的話(huà)甚至可以合作這樣的,這也是別的項目所沒(méi)有的。
徐凡老師也抱著(zhù)試試看的心態(tài)第一次提交了宇航光帆的項目申請。
復旦大學(xué)航空航天系教授 徐凡:耳目一新,在普通的常規項目里頭,它是一個(gè)劣勢的東西,太超前,太天馬行空,但是沒(méi)想到反而在特區計劃還成為一個(gè)優(yōu)勢,成為一個(gè)特色,這個(gè)是我比較驚喜的。
僅僅一個(gè)多月后,徐凡老師就接到了通知,他和另外16名科學(xué)家獲得了寶貴名額,入選特區計劃。五年周期的穩定支持,400萬(wàn)經(jīng)費保障,徐凡終于可以大展拳腳,放手去做自己想做的事情。
這兩年,他在探索光帆材料微幾何結構的過(guò)程中卻無(wú)心插柳有了意外的收獲,研發(fā)出了一款褶皺形貌智能軟抓手,可以應用于清理太空中微小的垃圾顆粒。去年10月,這項研究成果被國際頂尖科學(xué)期刊《自然-計算科學(xué)》作為封面文章發(fā)表。
復旦大學(xué)航空航天系教授 徐凡:我特別希望哪天這個(gè)東西真的上天清理太空垃圾。像復旦大學(xué)金校長(cháng)說(shuō)種自己的樹(shù),不要老摘別人樹(shù)上的果。只有在這種持續穩定、長(cháng)期的這種特區支持下,才敢于種自己的樹(shù)。
厚培科學(xué)土壤 靜待創(chuàng )新花開(kāi)
基礎研究特區的確在項目、流程和制度等方面都很“特別”。而更特別的是對青年人才的選拔和助推。對于這一點(diǎn),29歲就成為博士生導師的劉春森深有體會(huì )。
復旦大學(xué)芯片與系統前沿技術(shù)研究院青年研究員劉春森是基礎研究特區項目中最年輕的科學(xué)家,2021年入選時(shí)他只有29歲,入職復旦大學(xué)才一年的時(shí)間。劉春森向特區提交了晶體管新材料的課題,課題內容和答辯都質(zhì)量很高,但是在專(zhuān)家評審的時(shí)候還是有人提出了質(zhì)疑。
復旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長(cháng) 周鵬:一個(gè)是還是太年輕,因為我們毋庸諱言,就是說(shuō)我們這個(gè)資歷在國內還是一個(gè)很重要的因素。那么就是說(shuō)你在這樣年輕的基礎上,你能不能夠成功地協(xié)調組織這樣一個(gè)項目?
一邊是400萬(wàn)大體量的科研經(jīng)費,一邊是入職才一年的29歲科學(xué)家,天平的兩端似乎不太匹配。而對于專(zhuān)家的顧慮,劉春森也早有心理準備。
復旦大學(xué)芯片與系統前沿技術(shù)研究院青年研究員 劉春森:前面的一些項目申請經(jīng)歷,到最后的時(shí)候,專(zhuān)家組都比較認可你的科學(xué)性和原創(chuàng )性,但是就是認為你年紀太輕,希望你先做一些相對小規模一點(diǎn)的項目去鍛煉一下。
不過(guò)幸運的是,劉春森這次遇到了提倡“以人的創(chuàng )新潛力”為核心基礎研究特區項目。遴選一批敢啃硬骨頭、敢闖無(wú)人區的優(yōu)秀青年人才正是特區計劃的重要目標。
在這樣的選拔方針下,劉春森憑借課題的原創(chuàng )思路和過(guò)硬的科研能力贏(yíng)得了三分之二專(zhuān)家的投票,成功入選。
復旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長(cháng) 周鵬:可以說(shuō)這個(gè)課題既有基礎性,也結合了他自己的優(yōu)勢,然后又能夠跟國家的需求結合在一起,這一點(diǎn)實(shí)際上是非常難得的。我們當時(shí)也愿意推薦這樣的優(yōu)秀的年輕人,就能感受到他的這個(gè)熱愛(ài)和他的光芒。
然而,讓劉春森沒(méi)想到的是,特區政策不僅從資金上提供支持,更規定“入選特區計劃的項目負責人若非博士生導師,可認定為博導”。這也就意味著(zhù),博士后出站才一年的劉春森直接成了博士生導師。
復旦大學(xué)微電子學(xué)院副院長(cháng) 周鵬:從博士畢業(yè)到能夠招收博士生,他既積累了帶教的經(jīng)驗,同時(shí)又能夠迅速地把他的一些科研創(chuàng )造力能夠發(fā)展起來(lái)。
兩年來(lái),劉春森已經(jīng)帶了11位博士生,在集成電路結構、機制等幾個(gè)領(lǐng)域同時(shí)鋪開(kāi)研究計劃。
復旦大學(xué)芯片與系統前沿技術(shù)研究院青年研究員 劉春森:我一個(gè)最大的感覺(jué)就是,感覺(jué)這兩年自己的科研方向、進(jìn)展都快了不少。
同樣因為入選特區項目而獲得加速成長(cháng)的還有研究土壤碳分解與氣候變化課題的聶明老師。在特區經(jīng)費的加持下,他招募助手開(kāi)展大規模野外實(shí)驗,廣泛采集樣本,取得了突破性研究成果。聶明老師因此獲得了國家自然科學(xué)基金委的支持,組建了一支跨學(xué)科的團隊,很多資深的科學(xué)家都加入其中,80后的聶明成了項目牽頭人。
上?;A研究特區第一批三所院校入選的82位科學(xué)家平均年齡為43歲。特區獨特的政策導向也在悄然改變著(zhù)院校的科研生態(tài)。越來(lái)越多的青年科研工作者敢于攀登科學(xué)險峰,更多基于“解決真問(wèn)題”的原創(chuàng )科研蔚然成風(fēng)。這種氛圍甚至撬動(dòng)了外部資源的關(guān)注,去年底復旦大學(xué)第一次收到了專(zhuān)門(mén)指定給基礎研究的社會(huì )捐款。
如今,基礎研究特區計劃第二批項目已經(jīng)啟動(dòng),試點(diǎn)單位又增加同濟大學(xué)、華東師范大學(xué)、華東理工大學(xué)。他們將圍繞“雙碳、量子科技、人工智能+”等國家重大領(lǐng)域做原創(chuàng )性的科學(xué)探索。
上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )基礎研究處處長(cháng) 宋揚:更多的是希望能夠有這樣一個(gè)引導性,通過(guò)方式制度上面的創(chuàng )新和改革,能夠做一些突破。我們希望每一個(gè)特區里面都能有一些我們說(shuō)代表性的成果,真正體現我們基礎研究的最本質(zhì)的規律,這是我們期待的。
調研手記
幾天在上海的調研走訪(fǎng),讓我們對基礎研究有了更深刻的理解。那仿佛是孤獨的拓荒,千山獨行,于無(wú)人處更進(jìn)一步。這些擁有最聰明頭腦的科學(xué)家們一生不懈探索著(zhù)科學(xué)的邊界,憑借的是無(wú)窮的好奇心和無(wú)限的熱愛(ài)。而一個(gè)從尊重科學(xué)規律出發(fā)的制度、一份用心營(yíng)造的科研環(huán)境,能有力地支撐這些頂尖的科研人員心無(wú)旁騖,坐穩冷板凳,去創(chuàng )造更多“從0到1”,再到無(wú)窮大。厚培科學(xué)土壤,靜待創(chuàng )新花開(kāi),這便是基礎研究特區的使命。
(總臺央視記者 朱繼華 張芊芊 田琪永 張程 邵晨)
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