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晨枫:在中美科技竞争中,中国理工博士“产量”大的意义何在?
【文/观察者网专栏作者 晨枫】
拜登要与中国“极端竞争”,科技是重要方面。今年1月21日美国政府发布新规,为科学、技术、工程和数学领域(STEM)的外国留学生和专业人士在美国工作和居住提供便利。
美国乔治城大学(Georgetown University)安全与新兴技术研究中心(CSET)的研究报告发显示,2000年美国大学在STEM领域授予博士学位的数目是中国大学的两倍,但到了2007年,中国的理工博士人数超过了美国。在过去十年内,中国培养的理工科博士人数一直稳步增加。根据目前的招生模式,预计到2025年时中国每年的理工科博士毕业生要比美国多将近一倍;扣除国际学生,实际上,中国与美国的比例更接近三比一。这是很重要的转折。
肯定会有人急着指出:中国理工博士的质量不行,数量不等于质量。这不能说没有道理,但有三个误区:
1、美国理工博士的质量也是参差不齐的;
2、理工博士的数量与其说代表研发产出,不如说代表研发投资;
3、在大部分应用研发中,人力优势是有用的。
理论科学的重大突破是可遇而不可求的,砸大钱未必能砸出大成果,就像砸大钱未必能砸出大文豪、大诗人、大画家、大作曲家一样。但“可遇”的前提是需要经常在机缘门口晃荡,不在机缘的门口晃荡是肯定抓不住一闪而过的机缘的,更多的人在机缘门口晃荡是能增加抓住机缘的机会的。换句话说,人力优势是有用的。
应用科技的重大突破则不同,重点常在于理论上已经证明但依然粗略的概念的深化、细化和排除工程实现中的歧路。比如,居里夫人发现了放射性,这是理论科学的突破性发现;费米在芝加哥反应堆实现了可控核反应,这解决了工程实现的门槛问题;但直到奥本海默领导巨大的曼哈顿工程团队,才最后实现了原子弹。奥本海默手下有很多科学家,但更多的是工程师,大部分科学家发挥的也是工程师的作用。
在涉及多学科的应用研究中,团队和砸钱是管用的,可以在最短时间里突破最多的技术细节。科技不是巫术,如果别人已经在实践中证明是可行的,或者在基础理论层面上证明了可行的,这就好比在迷雾中有了指南针,剩下的就是一步一步把路走通。并不是每一条路都能走通的,但既然是可行的,出路就在前方,只要不懈努力、反复尝试,并在尝试中总结规律,最终是走得出去的。人多力量大,摸索的路径多,及早走通的可能性就大,就是人们津津乐道的航空发动机和芯片困境,也是这样。
这可以用军事上的兰彻斯特方程进行比照。兰彻斯特指出,在远距离交火时,每一方的损失率和对方兵力成正比,也和己方兵力成正比。对方的枪手越多,己方有人被打中的机会越多;己方人数越多,目标越多,有人被打中的机会也越多。因此,双方的损失率可用微分方程表示为:
其中x和y分别为红军和蓝军的战斗单位数量,a和b分别为红军和蓝军的平均军事素质,因此双方实力相等的条件为:
即任一方的实力和本身战斗单位的数量成线性关系,也称兰切斯特线性律。这就是说,如果蓝军平均素质(包括武器、训练等因素)是红军四倍的话,100名蓝军和400名红军的战斗力相同,100名蓝军和400名红军交战的结果是同归于尽。集中优势兵力只是拼消耗,并不占便宜。
但近距离集中火力杀伤时,每一个人都在被对方围殴,损失率仅和对方战斗单位数量成正比,而和己方战斗单位数量无关,即
双方实力相等的条件变为
即任一方实力和本身战斗单位数量的平方成正比,也称兰切斯特平方律。注意,平方使得人数优势得到放大。
仍假定蓝军平均单位战斗力是红军的四倍,100名蓝军和400名红军近战后,当蓝军100人全军覆没时,红军仍有
人留下,即损失54人。这就是集中兵力打歼灭战的数学依据。注意:尽管存在单兵素质差距,人数优势的一方的实际损失比人数劣势但素质更高的一方反而还小。
考虑另一个情况,200名蓝军和400名红军交战,双方实力相等:
如果红军通过战术动作或计策,使得蓝军分成各为100人但互不支援的两半,则红军可以54人的代价先歼灭蓝军的第一个100人,再用346人的剩余力量以64人的代价歼灭蓝军的第二个100人,红军总代价为118人,总战果为200人。这就是“各个击破”原则的数学解释,也是兵败如山倒的数学解释,因为兵败的典型特征是各自为战、首尾不顾,在客观上强化了被各个击破的机会。
比照科技研发的情况,基础理论研究一般以单学科为主,除非特别重大的课题,一般是一个团队对应一个课题,可以类比为远距离对射的情况,因此适用线性律。这里,x为需要突破的研发项目数量,a为平均研发难度;y为科研资源的数量(包括人才和设施),b为科研资源的平均质量。人多当然力量大,但还是拼消耗,并不占便宜。
对于应用研究而言,目标确定,可行性已知,但实际问题涉及多学科,需要团队思维,分工合作,深化细化。比如,航发叶片需要材料、热力学、流体力学、制造工艺、维修等多学科合作;每个学科也面向多专业应用,比如,流体力学团队可服务于航空、航发、水动力、内燃机、外弹道、化工、冶金、农田水利、建筑空调等。
所以,应用研究可比照为近距离集中火力的情况,课题和团队都是一对多,适用平方律。换句话说,人多不仅力量大,而且优势通过平方关系得到放大。应用研究还有一点与作战不一样:科研课题是不会机动的,便于分割包围,集中火力,各个击破。
当然,平方律用于科研攻关,敌方的损失率应该理解成难关攻克率,己方的损失率应该理解成人力资源占用率。即使研发项目完成后,还需要善后、精细化和不断改进,还需要占用一定的人力。
假定中国的理工博士为美国的2倍,而美国理工博士的质量是中国的4倍。投入到理论研究的时候,服从线性律,中美同行攻克难关的数量相当。投入到应用研究的时候,服从平方律,400名中国理工博士和200名美国同行可以达到相同的难关攻克率。
然而实际上,中国理工博士的数量真是两倍于美国,但美国理工博士的质量却不是四倍于中国,两倍都是“料敌从宽”了。
- 原标题:晨枫:在中美科技竞争中,中国理工博士“产量”大的意义何在? 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 朱敏洁 
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