“科学仪器”中国科学院院士杨学明：高端科学仪器对我国实现科技自立自强非常关键

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“高端科学仪器是我们国家科技领域非常明显的短板，可以说是严重制约了我们国家科学研究和先进科技产业的发展，对于我国实现科技自立自强非常关键。”12月18日，中国科学院院士、南方科技大学副校长杨学明在“《财经》年会2023：预测与战略”上表示。

中国科学院院士、南方科技大学副校长 杨学明

杨学明表示，人类在发展近200万年的历史中，经历了智人、学会农业以及使用科技革命三个重要认知时期。尤其近几百年时间，人类能力有了巨大的进展，且对世界认识达到了非常高的水平，但这些能力和认知并非凭空而来，其根本原因是科学的发展，是真正的实验技术的变革一步一步推动了真正的科学革命。

他认为，科学仪器对于科学研究、高科技和产业发展、科研领域等都具有重要的作用。

“我很早意识到科学仪器对于科学发展的重要性，”从杨学明的观点来看，高水平的实验科学研究，包括理论科学的发展，创新科学仪器是非常重要的，而且是推动科学研究非常重要的动力。

另外，科学仪器在整个高科技和产业发展中也具有非常重要的地位。杨学明举例，根据美国商务部的数据，科学仪器工业总产值只占工业总产值的4%，但对国民经济影响到66%。

在科研领域，科学仪器发展当然是更重要。他例举，到2017年，诺贝尔自然科学奖的项目中，因发明科学仪器而直接获奖的项目占11%，而72%的物理学奖，81%的化学奖，95%的生理学或医学奖都是借助简短科学仪器来完成的，先进科学仪器产业发展直接关乎我们国家科学技术的发展，也是我们国家强调的科技自立自强，也是一个非常重要的部分。

他指出，从古代Alpha粒子散射到质谱技术、核磁共振技术、电镜技术、激光技术等都极大的推动了各个领域的发展。

例如，质谱技术的发展对于现在化学环境，包括很多其他领域都产生了重要的影响。并且，质谱技术市场是巨大的，根据国外市场调查，2026年市场达到112亿美元，而且在所有的领域里面都有非常重要的影响，所有先进技术的领域质谱能够发挥非常重要的作用，当然那些产业里面往往产值是更大的。

总的来讲，高端科学仪器对现代科技经济发展影响巨大，不管基础研究也好，先进产业也好，我们的市场规模增长非常快。不过杨学明也指出，比较遗憾的是，我们国家在科学仪器的发展方面还是处于比较落后的状态，特别是先进科学仪器的发展。

同时他还指出，科学仪器领域发展跟前沿科学研究发展是非常紧密相关的，但我国在这块投入不够。另外科学仪器众多，虽然占国民经济比例不高，但对整个国民经济影响巨大，可以说是现代经济发展最重要的基础，也是很多重要领域容易被卡脖子的环节。

谈到目前我国高端仪器发展存在的问题，他指出在缺乏人才核心技术，缺乏高端竞争力的仪器公司，比较依赖大学研究机构，规模较小而且比较分散等方面。且整个科学仪器工业基础也不够、高水平科学仪器发展的投资严重不足，这些严重制约我国科学研究和先进技术产业的发展。

杨学明希望，未来能从几个方面改善这个状况，一是能够真正鼓励创新科学仪器的发展，培养更多高端仪器研发人才，特别是加大对高校以及研究机构实验仪器研发的长期投入；二是鼓励国产创新科学仪器商业市场化发展，推动国产商用仪器高水平发展，鼓励实验科学家使用国产高水平科学仪器，真正推动高水平科学仪器这个行业；三是培养具有国际竞争力高端科学仪器公司，加大投资来提升我国高端科学仪器的竞争力。

以下为部分发言实录：

杨学明：大家好，我今天非常高兴受财经年会的邀请给大家讲一些我的观点，我的主要观点是“先进科学仪器是推动科技及产业发展的先锋”。

我们知道人类历史发展史上大概有将近200万年历史，智人的历史，但是真正意义上人类发展史上重要的认知也就三个时期，一个是人类在七八万年左右认知的可能，人知道成为一个智人。第二个学会了农业，养活自己，这也是一个非常重要的变革。但是对我们现代人来说，尤其对于我们当代人来说最重要的就是科技革命，科技革命于几百年以前，到现在最多不会到500年时间，我们从石器时代到整个演化过程，这几百年的时间是特别重要的。

我不用讲为什么会是这个样子。第一个现在人的能力或者现在所拥有的能力是无必成的，可以用望远镜看到几百亿光年的地方，小的可以看到原子分子，甚至更小的粒子，可以飞到任何地方，享受现代化的生活，甚至因为疫情影响现在去外面不容易，但是事实上人类几乎可以到达地球任何地方，所以人能力可以说是进步，也是在我们小时候都是在的。

为什么会有这么大的进展，其根本就是科学的发展，科学发展最重要的就是我们人类对世界观的认识，人类是怎么认识世界的，大的科学世界观影响了我们整个人类的发展，从古代亚里士多德的世界观，早期我们认为是地球是位于宇宙中心的，我们也不知道世界上到底有多少原子分子，我们知道有水、土，但是这个时期的世界观认识是非常粗糙，甚至有的是错误的，但是这个观念一直延续到了现在四五百年以前，三四百年以前，也是主要人类发展时期的世界观，直到牛顿世界观的出现，才发现这个地球实际上是在绕着太阳转的，实际上有很多的物体元素，物体的运动规律，为什么能够绕着太阳转，运动的规律由于牛顿力学出现，也是得益于科学方法论发展，推动了科学以及现代科学的发展，所以我们从亚里士多德的世界观到牛顿世界观，到近代世界观的出现，近代科学发展是起了非常重要的作用。

从经典力学到相对论，原子物理相对力学，从化学来讲，从现代的元素到元素周期表，到化学理论，刚才唐院士讲到分子，各个分子之间相互作用形成的，因为这些研究，我们对世界的认识达到了非常高的水平，我列了一些现代的科学世界观达到了什么样的水平。

我们知道世界上万物是有基本粒子组成的，宇宙中四种基本作用力，地球上存在的元素总共有92种，宏观物质和天体的运动规律符合牛顿力学规律，高速运动物质符合相对论理论，微观物质世界的运动符合量子力学基本规律，电磁相互作用遵循电动力学，化学键，包括我们人，我们都是用不同的元素组成的，而每一个元素都给我们人产生了重要的影响，当然有DNA分子等等。

所以我们对世界的认识可以说达到了非常高的水平。

这些认识是从哪里来的，不是凭空来的，而是真正的实验技术的变革一步一步推动了真正的科学革命，从远古时期我们人类只能认识到这个世界，就是当初认识的世界，我们只有耳朵能听，我们对这个世界仍然是有限的，但是有了望远镜、放大镜以后，我们对天体运动的规律有了非常深刻的认识，也是为什么诞生了牛顿力学的发现对经典科学的时代起到了非常重大的推动作用，进一步技术的发展，譬如说光谱仪，质谱仪，核磁等等真正推动了科学发展，我们为什么有量子力学，量子力学是因为当时看到了氢原子的光是分裂的，怎么来解释这个现象，大家慢慢认识到原子的结构是量子，通过实现技术的变革是极大地推动了科学原理，大部分是实验技术变革的受益者，尤其是科学家。科学的发展同时推动了世界技术的革命。从第一次技术革命，蒸汽机时代到电气时代到量子时代，还有一个分子时代，特别对人的理解，我认为是一个真正意义上的第四次技术革命，这个当然还在继续，还有当代信息时代的出现。所以科学的发展也是推动了技术革命，本身实验技术的发展推动了科学发展，科学发展反过来又推动了整个世界技术的革命。

我很早意识到科学仪器对于科学发展的重要性，我也学了这个专业，因为我们古人也很重视这个工具，科学仪器就是我们做科学人的工具，所以在《论语》里面提到了“工欲善其事，必先利其器”，必须要有很好的工具，西方很多学者都有类似的观点，从我的观点来讲，高水平的实验科学研究，包括理论科学的发展，创新科学仪器是非常重要的，而且是推动科学研究非常重要的动力。

我从大学时代到研究生时代，从物理到实验物理化学研究给了我这样一个机会，我经历了很多新的科学仪器的研制，从气象动力学到表面化学动力学的研究，都给了我们很好的认识化学反应机理，特别是一些工具，这些工具的发展对于我们来说是非常重要的。

我的主要领域是做化学动力学的，从化学反应共振态研究到化学反应几何相位效应研究，我今天想要讲的是科学仪器能够推动这些研究的发展。

我们也在利用这样新的科学仪器，在很多科学问题上开展了比较重要细致的研究。我刚才讲的，科学仪器在我们研究里面非常重要，但是科学仪器在整个高科技和产业发展中也具有非常重要的地位，我讲几个数据。

根据美国商务部的数据，科学仪器工业总产值只占工业总产值的4%，但对国民经济影响到66%，我们国家在这方面的投资投入是远远不够，我们现在还有很多问题，因为没有足够控制这个领域的发展，以前投资不够，时间不够也是一个因素。

在科研领域，科学仪器发展当然是更重要，到2017年，诺贝尔自然科学奖的项目中，因发明科学仪器而直接获奖的项目占11%，而72%的物理学奖，81%的化学奖，95%的生理学或医学奖都是借助简短科学仪器来完成的，先进科学仪器产业发展直接关乎我们国家科学技术的发展，也是我们国家强调的科技自立自强，也是一个非常重要的部分。

从古代Alpha粒子散射可以看到，它使得我们极大地推动了现代科学发展，建立了现代的原子结构模型，可以说大大推动了现代科学的进程。

而很多新的技术，譬如说质谱技术的发展，1899年，Wihelm Wien第一次用电场或磁场偏转不同Q/M的带电粒子的轨迹，而后有科学家也发明了现代质谱技术，质谱技术的发展对于现在化学环境，包括很多其他领域都产生了重要的影响，包括生物科学的影响。

质谱技术市场是巨大的，根据国外市场调查，2026年市场达到112亿美元，而且在所有的领域里面都有非常重要的影响，所有先进技术的领域质谱能够发挥非常重要的作用，当然那些产业里面往往产值是更大的，但是质谱本身的技术，看我们国家质谱专业排第五位，但是真正的高端专利，或者高端的质谱仪现在还是要靠进口。

还有一项是核磁共振技术，核磁共振发明已经80多年以前了，这个技术在化学、材料、生物中应用得到了极大的拓展。这个技术的发展，使得我们对现代生物体的研究，包括化学的研究等等，包括对人类自己的诊断。譬如说核磁脑的成像，我刚刚做过核磁的成像，这些技术应用对我们人类都有非常大的影响。

还有电镜技术，在原子分子水平来看直接的观察物质的结构。比如说冷冻电镜的发明，获得了2017年诺贝尔化学奖，真正推动了整个生物分子结构的进步。这些技术的发展直接影响了整个技术领域的发展。

激光技术更是这样，激光的发展对于现代科技以及现代工业都产生了非常重要的影响，包括我们现在讲的半导体制造，很多就是因为现在没有先进的激光体，想要的激光体，极紫外光需要13.5纳米的光源现在很难做出来，这是非常卡脖子的技术，当然你说这些技术是科学仪器，还是不是科学仪器，实际上我认为跟实验仪器没有什么差别，只是它的功能不一样。

总的来讲，高端科学仪器对现代科技经济发展影响巨大，不管基础研究也好，先进产业也好，我们的市场规模增长非常快，但是比较遗憾的是，我们国家在科学仪器的发展方面还是处于比较落后的状态。特别是先进科学仪器的发展，先进科学仪器的排名前10名的公司里面没有我们中国的，还有做光刻机器的，它的年销售额是220亿美元，我们现在当然在这方面远远没有达到这样的水平。

我想这个领域的特点，科学仪器领域发展跟前沿科学研究发展是非常紧密相关的，往往最先进科学仪器的核心技术，包括现在工业领域用的都是最前沿科学研究中产生的，因此科学仪器的发展应该是前沿科学技术研究非常重要的组成部分。很遗憾，我们国家在这块还是强调的不够，或者投入也是不够的。

还有一个问题，科学仪器众多非常多，虽然占国民经济比例不高，但是它对整个国民经济影响巨大，可以说是现代经济发展最重要的基础，也是很多重要领域容易被卡脖子的环节。

我们国家高端仪器发展存在的问题，缺乏人才核心技术，缺乏高端竞争力的仪器公司，还是比较依赖大学研究机构，规模较小而且比较分散。整个科学仪器工业基础也不够，高水平科学仪器发展的投资严重不足。这使得我们国家科学仪器发展大量依赖进口，严重制约我国科学研究和先进技术产业的发展。

我们希望未来能够真正鼓励创新科学仪器的发展，培养更多高端仪器研发人才，特别是加大对高校以及研究机构实验仪器研发的长期投入。

鼓励国产创新科学仪器商业市场化发展，推动国产商用仪器高水平发展，鼓励实验科学家使用国产高水平科学仪器，真正推动高水平科学仪器这个行业。

培养具有国际竞争力高端科学仪器公司，加大投资来提升我国高端科学仪器的竞争力。

总的来说高端科学仪器是我们国家科技领域非常明显的短板，可以说是严重制约了我们国家科学研究和先进科技产业的发展，对于我国实现科技自立自强非常关键，加大投入，培养一大批高端研发和创业人才，才有可能推动这一领域的快速发展，从根本上快速解决很多关键卡脖子技术难题，对于我国的科技自立自强至关重要。

我就讲到这儿，谢谢大家。

好了，关于中国科学院院士杨学明：高端科学仪器对我国实现科技自立自强非常关键就介绍到这。