科学技术作为第一生产力，是国家实力的决定性因素之一，全面影响国家经济、政治、文化、社会和生态。中国科学院院士、北大科技医史系创系主任韩启德在最近的演讲中提出，科学技术的发展，离不开其土壤和环境——科学文化。
由于历史以及其它种种因素，我国发展科学的土壤相对贫瘠。如果追溯起来会发现，现在一些不尽如人意的地方，其根源往往是精神层面、文化层面的问题。如果我国要进一步在世界科技格局中占据自己应有的地位，培育和发展适于创新的科学文化是非常重要的。
在韩启德关于科学与文明的报告中，提出了当前科技发展需要认真思考的十二个问题。让我们跟随科学家的思考，一起来看科技发展之问。
韩启德院士
1 科学是什么？
这是基础问题，在对科学的认识上无法达成一致的话，再讨论其它科学与文明的问题就容易出现“鸡同鸭讲”的情况。围绕“科学是什么”，我提出四个更为具体、深入的问题。
1.科学怎么定义？
对于科学的定义，诸多专家学者进行了相当多的讨论，然而到现在也没有一个明确、公认的答案。第一种观点认为科学是一种知识体系。比如《辞海》和《中国大百科全书》对科学的解释中，前面用了不同的限定词，但最后都落脚到“知识体系”上。第二种观点认为科学是一种生产知识的范式。因为科学的本质不在于已经认识的真理，而在于探索真理；科学本身不是知识，而是生产知识的社会活动，是一种科学生产。第三种观点认为科学是一种社会建制。典型的是英国的物理学家贝尔纳（J.D.Bernal）提出的：“科学建制是一件社会事实，是由人民团体通过一定组织关系联系起来，办理社会上的某种业务”。最后，第四种观点认为科学是一个历史范畴。科学产生和发展的过程可以概括为以古希腊理性为基础，经历漫长中世纪基督教的变迁和浸润，以天文学领域革命为开端，以牛顿力学体系的建立为标志。虽然尼采说过历史是不可定义的，但我认为恰恰只有通过对科学史的了解和深刻理解，看到了科学的产生过程，才能真正对什么是科学有更确切的认识。
其实，“科学”一词本身就反映了历史范畴。从希腊文的episteme到拉丁文的scientia，一直到17世纪，法语才有了science的说法。英文中，虽然17世纪就有了science这个词，但直到19世纪，科学从nature philosophy变成了分科的学问，按照一定范式进行的知识的生产活动时，这个词才被广泛用来表达现在科学的含义。德文的“科学”是wissenschaft，是包括社会科学的，但英文的science只包括自然科学。19世纪时，日本人接纳了英文的science这个词，那时由于自然科学已经分科，所以日文将其译为“科学”（分科之学）。有一部分中国学者曾把science翻成“格致学”，其更符合中国的文化和文字。但由于一些历史因素，中文最终采纳了日文中的“科学”一词。因此，我们今日所用之“科学”一词，来源于19世纪英文中的science，指的是19世纪以来的现代科学。理解中文“科学”二字的含义，从历史演进的范畴进行认识是非常重要的。
根据以上阐述，科学的定义可以概括为：科学是继承古希腊理性传统，经16-17世纪欧洲科学革命而形成的，逻辑推理、数学描述和实验检验相结合的思想系统和知识生产过程以及相应社会建制。同时必须明确，科学只是人类知识和智慧系统中的一种。本系列演讲中，除了特殊说明，讲到“科学”，即指以牛顿为代表的近代数理与实验科学。
科学一词的历史范畴 图片来源：北京大学科学技术与历史学系
2.科学发展的内部动力在当今还发挥多大的作用？
内部动力指的是人类的好奇心、求知欲、科学本身发展惯性；外部动力是指社会需求、国家利益、政策驱动等。恩格斯说过：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进”。有学者认为，科学技术发展到今天，外部需求的驱动力越来越强大，发自科学家内在的动力越来越弱。但我更同意另外一部分学者的观点，即内部动力始终是非常重要的，且当下仍不乏在内部动力驱动下做出的重大科学成就，例如佩雷尔曼破解庞加莱猜想后拒绝接受一切重大奖项；又如华人数学家张益唐在失业与贫困中坚持自己感兴趣的数学问题，终于在孪生素数猜想领域取得历史性的突破；同时，从许多诺奖获得者身上也能看到纯粹从发自内心对科学的追求所取得的强大动力。
那么，科学家的责任感是内部动力还是外部动力？“责任感”这一特性，在许多中国科学家身上十分显著。他们从事科学研究，不是完全出于个人兴趣和好奇心，也不是为名为利，而是出于科学救国、科学强国的中国知识分子的责任。这种责任感是发自内心的，但同时也受到外部环境影响。
3.科学是中性的吗？
科学中性（Scientific Neutrality），指的是科学不受价值约束、与价值无关。具体而言，科学目的不受社会价值观念的影响；科学认识过程不需要价值判断；科学成果是中性的，其技术应用才有善恶之分。但一些学者提出了不同的看法。比如天文学革命的产生，许多科学家的研究是纯粹出于好奇，其目的可以说是中性的，但还是很难与价值完全分离，因为如果没有文艺复兴树立起人可以独立于自然的价值观念，那些科学家不可能解脱思想禁锢去研究那些问题。在现代科学刚刚产生时，培根就讲过：“科学真正合法的目的，是把新的发现和新的力量惠赠给人类生活”。又比如科学家拿动物做实验，首先就已经确认了人的价值高于“非人”。此外，很多科学研究在没有应用的时候，其实已经开始考虑它的价值了。比如二战时期物理学家西拉德就曾呼吁过科学家不要做核裂变研究，因为他看出核裂变研究必定会走向核武器。由于后来反对不了，担心德国率先造出原子弹，他又反过来积极推动美国政府赶紧研制以制衡法西斯德国。今年诺贝尔医学或生物学奖授予在缺氧耐受机制研究方面取得的成就，就研究内容上看，完全是中性的基础生命科学问题，但实际上研究者从一开始就抱有癌症治疗等应用目的。因此，可以用默顿的话来理解：“占主导地位的价值和思想感情，属于那些永远影响着科学发展的文化变量”。
科学是否为中性？这是个很值得讨论的问题，因为它会影响对科学的理解，对科学和技术的关系的认识，以及对伦理问题的深入探讨。
默顿（Robert King Merton）：“占主导地位的价值和思想感情，属于那些永远影响着科学发展的文化变量。”
4.当前科学是否正处于突破期？
“突破期”指的是像16世纪以后产生现代科学那样全面改变科学的面貌，乃至改变世界图景的时期。16世纪发轫，最后由牛顿确立起来的数理实验现代科学范式，会不会在不远的将来发生根本性的变化呢？
现在似乎有一些“突破期”的迹象，包括：科学、技术和工程的融合发展；大科学的兴起；量子科学与技术的发展；暗物质、暗能量的证实；人工智能的发展；基因编辑技术的逐渐成熟；脑科学和认知研究的进展等等，这些发展使得现代科学确认的基本范式受到了挑战。现代科学追求确定性，而量子轨迹被认为有不确定性；现代科学的还原论范式，无法解决复杂系统的问题；起源于希腊时期的演绎法，被认为是科学的主要方法，而现在像大数据等又开始采用归纳方法；此外，还发现了越来越多无法采用实验方法来证实的问题。
科学会在什么时候发生根本性的突破，是很难预测的，唯一能做的是认真考察科学的演化（evolution），弄清楚科学从哪里来，是怎样一步一步走到今天的，从而对科学将到哪里去，得到一些有益的猜测。如果科学使得整个世界发生了图景的变化，人对世界的认识产生根本性改变，这样才算科学发生了突破。
关于“科学是什么”，我提出以上四个问题，这些问题虽争议较多，但都很有趣，并且是与现实紧密相连的问题。
2 科学与文明是什么样的关系？
这里面涵盖了4个具体问题。
1.什么是文明？
“厕所革命”击败基因组计划、消灭传染病等成果，被评为过去一百年里对人类文明，尤其是人类健康影响最大的事件。它对人类健康带来的效益是最大的，也是代表人类文明最大的进步。以此为引，我们认为文明就是人类文化中的积极成果，标志着社会的进步和开化状态，表现为良好的生活方式与风尚。
文明发展的特点是多元的、不均衡的，并可分历史阶段的。因此出现了以不同地域地区和不同历史时期来划分的所谓各种不同文明。例如古代四大文明、轴心文明、亨廷顿提出的当今七大文明、西方文明与东方文明、各种宗教文明等。文明的多元，使得这个世界更加丰富多彩和美好；但由于发展不平衡，产生不同文明之间的冲突也是可以理解的。
2.追随科学是否一定追随西方文明？
科学源于西方，大大促进了西方文明的发展，无疑是西方文明的主要源泉与特征。可以说“科学贴有西方文明的标签”。文明发展到现今已经离不开科学，以西方文明为特色的现代化是不可阻挡的世界潮流。因此，各国各地区文明无不留下西方文明的印迹。
但是，科学与西方文明不应该划等号。因为西方文明的进步不仅仅取决于科学，非西方文明进程更不完全取决于科学。科学在文明进步中发挥了极其重要的作用，但同时也脱离不了很多其它因素，那些因素在不同国家、不同时期都有所不同。
此外，近代科学是众多不同文明中科学知识的总汇，包含着不同的文明的元素。李约瑟说：“不同文明的古老的科学细流，正像江河一样奔向现代科学的汪洋大海。近代科学实际上包纳了旧世界所有民族的成就，各民族的贡献源源不断地注入，或者来自古希腊、罗马，或者来自阿拉伯世界，或者来自中国和印度”，可以说现代科学中已经包含了世界各主要文明的元素。对于这一观点，存在很大的争议，也很值得讨论，我认为结论取决于从更加悠远的历史和更间接关系，还是从更近更直接的关系来看。由于科学的产生和发展，使得近代以来西方文明居于领先地位，值得其它国家和地区学习，但西方文明也不应傲居于其它文明之上。各文明相互包容，在碰撞中融合，才能使人类文明更快进步，更加美好。我赞赏费孝通先生的名言，“各美其美，美人之美，美美与共，世界大同”。在关注科学与文明的关系时，由于问题的复杂性，一定要追求更加充分的考据，开展更加深入的讨论与交流。
费孝通手书
3.科学是否只有通过技术才能影响文明？
现代科学的发展促成了三次重大技术革命，推动人类社会相继进入“蒸汽时代”、“电气时代”和“信息时代”。科学进步确实需要通过促成技术创新才能转化为生产力，生产力的发展又推动生产关系的改变，进而影响政治、文化和社会等有关文明的方方面面。但这是不是科学影响文明的唯一途径呢？显然不是。因为科学还对世界观、价值观以及思维方式产生根本性影响，科学具有超出功用的智慧和超出技艺的价值。现代科学的产生推动了人本主义与现代哲学的产生，人类对自身在自然中的地位有了全新的认识，价值观发生了根本性的改变。
科学之传入中国对中国近代文明产生的巨大影响，不仅仅体现在生产力的进步上，也使中国人的世界观从根本上产生了变化。五四运动与新文化运动后，“赛先生”与“德先生”一起在中国大地上摧枯拉朽，使中国社会发生了两千年来未有之大变革。此外，由于科学的产生与发展，也使全世界教育的核心从单纯的人文变成同时重视现代科学。
4.人类社会能够控制科学发展的方向吗？
有人形容现代科学一旦产生，就像打开了潘多拉魔盒，它的走向是不以人的意志为转移的。以基因研究为例，DNA双螺旋结构的发现阐明了基因的物质基础，促进了分子生物学的蓬勃发展。到20世纪70年代，人类已经能够改变、重组DNA，那时许多政治家、科学家提出反对，认为重组DNA的研究最终会改变人类自己。但反对的声音并没能阻止研究的进行，不但绘制出了人类基因组图谱，到今天已经可以进行基因编辑了。所以某一领域的科学研究一旦发展，很难受控制。而科学失控，能否导致人类文明倒退，乃至加快人类消亡？在人工智能与互联网、大数据结合起来的今天，更是需要考虑这个问题的时候。
由此引发了另一个疑问，科学能否解决自身带来的问题？比如当下的问题，信息技术越发展，信息安全面临越大的挑战。有人认为，存在这些问题是因为科学还不够发达，没有更为强大的能力来控制住科学，总会找到解决办法的；但也有人认为，科学不可能找到所有办法解决自身带来的问题。
如果科学不能解决自身的问题，那么人文对科学的控制和驾驭就显得尤其重要。也因此，科学与人文的关系越来越受到关注与重视。
3 科学与文明在中国有什么特殊性？
对此，我也提出四个具体的问题。
1.中国古代究竟有无科学？
对于中国古代有无科学的争论由来已久。1915年，在西方接受科学教育回国的先驱任鸿隽在《科学》杂志创刊号发表“说中国无科学之原因”；1922年，中国哲学家冯友兰发表英文文章“Why China Has No Science”，他把中国无科学的原因归结为中国哲学起什么作用的问题；1945年，竺可桢发表文章“为什么中国古代没有产生自然科学”。
但李约瑟与他们有不同的认识，他认为中国古代是有科学的，并在《中国科学技术史》、《文明的滴定》等著作中明确表达了这一观点。李约瑟不懂中文，但自从对中国科学史产生兴趣以后，他穷尽毕生精力搜集了大量中国古代科学相关的文献、典故，总结出中国古代科学技术体系及相关理论。
科学技术史学家李约瑟（Joseph Needham，1900-1995）
对这一问题的讨论，支持中国古代有科学的学者有这些理由：西方科学不是唯一的科学；中国拥有自己独特的科学体系；中国古算就是一门自成体系的成熟学科；中国古代的天文学是科学范畴；中国古代的冶金、陶瓷已经包含实验元素等。而反对者对此一一回应：中国古代的求知方式靠归纳，缺乏演绎；中国的知识体系不追求确定性，缺少逻辑与数理传统；古算是算例志，不是数理科学；中国古代的天文学更多属于“礼”学范畴，由官方组织，服务于政治目的，不能算科学；最后，冶金和陶瓷中的零星成就，不能代表科学传统。
我们从一开始就已经把科学定义为以牛顿为代表的数理实验科学，也就是西方现代科学。因此中国古代有没有科学这个问题其实并不存在。纠缠于这个问题没有什么意义，重要的是讨论为什么中国古代没有产生科学。由此引出下一个问题，为什么从中国的传统文化中没有产生出近代科学。
2.中国传统文化不利于科学的发生与发展吗？
中国没有在近代产生科学的原因有很多，我建议集中深入讨论中国传统文化在其中起着什么样的作用。这个问题相当复杂，多年来已经有不少这方面的研究，但意见分歧较大。多数意见认为中国传统文化对产生科学是不利的。首先，中国天人感应的世界观中，没有一个独立的自然界，不会主动去追问和探索自然。其次，传统的思维方式不利于产生精确和严密逻辑的方法论。中国的传统思维是总结归纳，这对产生现代科学来讲是不利的，但对产生其它智慧是有利的，比如中国传统医学。第三，非世袭的文官制度和科举制度不利于吸引人才从事科学。第四，身份认同方面严密的等级制度不利于产生自由平等的学术氛围。不仅是行政级别，社会不同层级之间，师生之间乃至宗族内部长幼之间僵化的等级制度严重影响学术的自由争鸣。
但中国传统文化对科学的发展仅有不利影响吗？并非如此。尤其是在当前形势下，也存在一些有利的影响。第一，中国传统的“有机唯物观”，而非“机械唯物观”，对未来的科学发展或许是有利的。第二，在科学与技术结合越来越紧密乃至融合发展的趋势下，强大的政府功能和集体主义，对于开展“大科学”是有利的。第三，最为重要的一点是中国知识分子的家国情怀，这是有别于其它国家科学家的最显著的特点，在我国科学技术发展的历史进程中发挥着非常显著的作用。
从上世纪开始，可把中国的科学家大致分为四代。第一代的科学家出生于1890-1910年左右，代表人物有丁文江、竺可桢、叶企孙、苏步青等。那时的中国还没有建立起完善的大学教育，这些先驱去欧美留学，上完大学后很早就回国创办大学和科学研究机构，成为中国现代科学的创始人。
左：中国近代物理学家叶企孙（1898-1977） 右：中国科学院院士、数学家苏步青（1902-2003）
第二代科学家出生于1910-1930年左右，以华罗庚、钱学森、卢嘉锡、叶笃正等为代表。那时候已经有条件在中国接受大学教育，加上战争和内乱等原因，他们滞留海外的时间更长，不仅接受大学本科教育，还接受了更加系统的科研训练，站在当时世界科学发展的前沿。这一代科学家回国之后，在第一代科学家的领导下，奠定了中国现代科学的基础。
左：中国科学院院士、数学家华罗庚（1910-1985） 右：中国科学院及中国工程院院士、空气动力学家钱学森（1911-2009）
第三代科学家出生于1930、1940年代，以袁隆平、屠呦呦、刘永坦、赵忠贤等为代表。他们在青年时，迎来了新中国的建立，他们带领中国科学追赶世界。第四代科学家出生在1950、1960年代，以潘建伟、施一公等为代表。他们在国外留学阶段的科研水平达到当今发达国家的先进水平，回国后致力于建设世界科技强国。
尽管每一代科学家承担的任务不同、特点不同，但都彰显着中国科学家特殊的精神内涵。正如《关于进一步弘扬科学家精神、加强作风和学风建设的意见》中，对中国科学家精神的概括：
“胸怀祖国、服务人民的爱国精神；
勇攀高峰、敢为人先的创新精神；
追求真理、严谨治学的求实精神；
淡泊名利、潜心研究的奉献精神；
集智攻关、团结协作的协同精神；
甘为人梯、奖掖后学的育人精神。”
这不仅是中国科学家的精神，也包含了代表人类先进文明的科学精神和科学家精神。中国的科学家在六个方面都有自己的特点，但最突出的还是“家国情怀”。把国家和个人紧密地联合在一起，自然地融合在科学家的精神中、流淌在血液里，这种特点是其它国家的科研人员没有的。恰恰是这样的家国情怀，在各个历史时期，表现出中国科学家的风骨和境界。
3. 当前中国科技在世界上处于什么水平和地位？
长期以来，人们习惯认为中国科技就是在“追赶”西方，但随着中国科技事业的快速发展，当前中国科技在世界上处于什么样的水平和地位居然成了一个值得讨论的问题。
对于中国科技的评价，经常出现两种不同的声音，一个是“厉害了我的国”，另一个是全方位被“卡脖子”，在两种评价之间摇摆不定。我认为，这两种极端都不可取。改革开放初期，我们采取拿来主义，积极开放引进技术，同时鼓励大批科技人员出国学习。随着经济社会的快速增长，科技投入随之增长，科技自主能力和整体实力迅速增强，总体上正在从跟跑局面向并跑和少数领域领跑局面过渡。当然在各个科技领域发展是不平衡的，即使在所谓的“卡脖子”环节，有的必须努力攻克难关，有的本来就是全球产业链分工所致，并“卡不了脖子”。总之，要具体情况具体分析。
第二，关于“后发优势”的问题。技术是有后发优势的，别人创造的技术，如果我们没有，这属于“已知的未知”，只要努力攻关，是可以追赶甚至超越的；但科学基本没有后发优势。科学上落后于人，只能把基础打实，寻找制约因素，老老实实地追赶。
第三，关于某某领域“落后发达国家多少年”的说法，是很缺乏依据的。如果说是根据当前中国的水平相当于发达国家多少年以前的水平，那么因为已经有了目标，追赶并不需要那么多年；如果说是估计需要多少年才能赶上，那么影响因素实在太多而复杂，这种拍脑袋做出的估计是靠不住的。当然，如果仅仅以此来激励我们自己努力追赶世界前沿，还是可以的。
第四，对“软实力”的评价，这是确实应该进行研究的。文化、制度、法制、环境，这些“软”的方面是我们相对落后的地方，是非常值得研究和探讨的。
由“当前中国科技在世界上处于什么水平和地位”引发的一系列问题，不论我们有什么争论，有一点是有普遍共识的，那就是迫切需要开展战略研究，收集方方面面的实际情况，进行科学的定量分析，据此制定相应的规划，落实具体措施。
4.当前推动中国科学发展最关键的环节在哪里？
是增加经费投入吗？2018年，中国的科技经费投入约2万亿元，总量位居世界第二。我们目前的科技投入增长迅速，但效率是当前更急需解决的问题。投入还需要增加，尤其是基础研究的经费，但若不提高效率，则会造成更大的浪费，还会助长不正的学术风气。
是政策出了问题吗？党的十八大已经明确提出，科技创新必须摆在国家发展全局的核心位置，实施“创新驱动发展战略”。国家不断出台政策，也不断有相关制度推出，推动了科技事业的发展，但文件的落实情况还有待改进。
我认为比前面两个问题更为重要的，是推动科学文化建设。从历史、文化等方面原因看，我国现代科学的培养土壤并不肥沃。如果不推进科学文化建设，弘扬科学精神，提高国民科学素养，难以出现更多科技原始创新和突破性成果。目前许多人认识到这个问题的重要性，但解决的抓手在哪里？想解决这个问题很困难，但不见得是不可为的。只要去做，哪怕不能完全解决，但可以比目前做得好。这也是我卸任后全身心投入到中国科学文化建设中的初心，希望中国科学文化的土壤能逐渐肥沃起来。