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| 基础研究是创新的核心动力 兼评魏乐汉永磁体磁悬浮列车 |
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基础研究是科技创新的核心动力
众所周知，有所发现、有所发明是科技创新的最高境界。温家宝总理说，基础研究是应用和开发的动力和源泉。科学家的天职是造福人类，科学家的功能全在发现问题和解决问题。没有基础研究这一认识自然、追寻事物本质的强大发动机，很难有所发现，有所发明。不做基础研究，应用和开发也难做好。会不会做基础研究，能不能把基础研究做好，是科学家有别于学者和专家的主要标志。
大学毕业生是否达标，不在成绩有多么好，要看毕业后是否已获得自学能力；培养研究生主要是培养做基础研究的能力。研究型大学如果不能源源不断地向社会输送会做基础研究的研究生，这个国家就很难拥有自己培养的第一流科学家队伍。
1952年，全国进行大规模的院系调整，人为地破坏了各大名校的优秀传统。在1957~1976年这样一个斯文扫地的年代，以反对“理论脱离实际”为名行取消基础研究和理论研究之实，这是多年来中国出不了大师级科学家的根本原因。它毁掉了中国科学研究的根本。1952年，苏联科学家在回答中国人提出的理论如何联系实际这一问题时说：“世界上既没有脱离实际的理论，也没有不需理论指导的实际。”改革开放后，做什么研究课题，都要各级领导审批，科学家基本上没有自主选题、自由探索的权利。中国的科学家整天为争取科研经费发愁，国家不养士，长官又急功近利，谁又能耐得住十年磨一剑的清苦和寂寞，又何来激情去致力于发现和发明呢？严格地讲，中国至今还缺乏能进行开创性基础研究的队伍，尤其是缺乏能打硬仗的实验基础研究的队伍。历史的经验告诉我们，对优秀传统的破坏，最伤一个国家的元气。直到邓小平说：“科技是第一生产力。”直到胡锦涛总书记说：“必须坚持自主创新的方针，牢牢掌握尖端技术发展的主动权。”情况才稍有所缓解，但是执行的前景仍不容乐观。
我国的科学研究大多是在做科学工程，国家下达任务，大家分工分头去做，把科学工程和科学研究分开，把分工变成了分家，忽视了当今科技的主流在综合，并给人一个错误的印象，似乎做科学工程不需要基础研究。这样做的结果是，做科学研究的一旦脱离应用背景，只好在文献的洪流和夹缝中做一些添枝加叶的工作。另一方面，这么多重大的科学工程，要想做好、做快，做的又省钱，又能在国际竞争中技压群芳，该有多少基础研究的攻关课题需要科学家去解决啊。如果科学家坐拥书城，既不破万卷书，又不行万里路，脱离国民经济急需和国防建设急需，把基础研究异化成写文章，说这就是基础研究，这样的“基础研究”怎能缓解国家的燃眉之急？
科学、技术、工艺三结合是科学转换为生产力的必要条件，可是在我国，崇尚理论、轻视技术、鄙薄工艺，是半封建半殖民地的遗风。改革开放三十年，这样的遗风依然故我、纹丝未动，这就是我国像王选这样的发明家如此之少的原因。王选是幸运的，但是榜样的力量并没有发挥应有作用。既然什么都可以引进，还去做什么高科技呢？既然“学而优则士”是中国知识分子最终的归宿，谁还愿意耕耘终生，去做什么发现和发明呢？
在一切都向钱看的社会文化氛围下，绝大多数中国发明家都陷入了巧妇难为无米之炊的绝境。没有像魏乐汉教授这样坚忍不拔的毅力，永磁体磁悬浮列车的发明很难坚持到底。
随着互联网技术的迅猛普及，一个科技平民化的时代已悄然出现，好的文章也不怕学报拒登，可以登录在一些预印版网站上立此存照。这势必使少数人对科技资源的垄断越来越困难。
对比西方国家发展科技的历史，我们不禁要问：
为什么中国没有自己的列别捷夫实验室、卡文迪许实验室和MIT林肯实验室？在这些实验室，创始人走了，传统依然在，代代相传。
为什么中国没有像IBM帕金发明巨磁阻硬盘、年创百亿美元的人物？
为什么中国没有普林斯顿大学高等研究院自由选题、自由探索，出十几位诺贝尔奖得主的场所？
为什么在中国大企业少见科学家式的工程师和工程师式的科学家？
为什么在中国不能一人头上只有一个主管，而是一个媳妇有那么多婆婆在指手画脚，无处不在的人事矛盾使科技干部耗费掉那么多的精力。
随着改革开放的不断深化，人们越来越明白：引进流水线不如引进技术，引进技术不如引进人才，引进人才不如引进制度。其实不是中国科学家和技术专家无能，而是我们大学教育和研究院所的科技体制阻碍了我们有所发现、有所发明的通途。不进一步改革落后的科技体制，我们就还将继续落后。
一次有历史意义的会议
2009年6月7日至9日，在上海田林社区老科学家沙龙召开了第一次“非共识研究重大创新研讨会”。与会者大多是著名科研机构和大学的退休教授。人老了，体力衰退了，记忆和联想能力都不如年轻人了，他们为什么不在家颐养天年，而是要聚在一起讨论“令人侧目”的非共识研究呢？答案仁者见仁，智者见智。重要的是，此次会议开风气之先，第一次扯起非共识研究的旗帜，算得上一次创新之举。
其实，细审诺贝尔奖的百年历史，就是一部非共识研究的历史。相对论也好，量子论也好，一开始得不到公认，都是非共识研究，就连光电效应也等到14年后才被学界公认，由非共识走向共识。所以，鼓励非共识研究，是一个国家科技突破的重要前提。
事实上，也就是在此次会议上，我们知道了魏乐汉，了解了他的永磁体磁悬浮列车的发明过程，并从中再次温习了发明创新的基本特征和一般规律。
从个别中看到一般，从暂时中看到永久，能使人们竖起这样一种信念：发明不是天才的产物，发明是有规可循的。
古老磁学如何焕发革命青春
一公斤钕铁硼永磁铁可以将一块600公斤重量的铁块吸引起，吊在空中而不落；换言之，一公斤的钕铁硼有使600公斤重物克服地心引力的潜力。根据传统观念，两块钕铁硼永磁铁同性相斥、异性相吸的原理，可以将重物悬浮起来。此时的磁力线呈弯曲状，互不相向。可是如何保持磁悬浮间隙h恒值不变，以免使列车在X（上下方向）方向运动时不上下颠簸呢？这是用永磁体做磁悬浮的一大难题。人们不可能制造千百万块悬浮能力完全一致的永磁体，这就宣告，仅仅依据同性相斥、异性相吸的原理，不可能研制成永磁悬浮列车。
魏乐汉抛弃上述传统思路，利用磁力线有纵向抗拉伸和横向抗压缩的性能，来大大增加永磁体的悬浮力，从而打破科学家认为永磁体不可能提供足够悬浮力的传统见解，采用永磁体的新型排列，使其浮力比任何现有的磁悬浮列车的浮力大3倍以上，载重能力超过轮轨列车（每米车长3.5吨）。这样的永磁铁排列方式具有保持车厢离地面距离h恒值的自动恢复功能，保持列车平衡运行，抑制上下震动。
将两块相吸的永磁铁拉开，手一松又吸在一起，说明磁力线有纵向抗拉伸的性能。将两块相吸的永磁铁侧向错开，手一松也恢复原状，说明磁力线有横向抗压缩性能。总之，一旦磁力线的平行状态被破坏，车厢底板不论是向上或向下移动，都会使平行的磁力线弯曲，然而磁力线本身都有恢复平行状态的功能。这种磁力线抗弯曲的性质，可以理解为磁力线本身固有的力学性质。这种对磁力线崭新的理解，是过去没有人想到并利用来提高永磁体的悬浮能力的，从而导致了一个新发明的问世。
同样一个原理，各人却有不同的理解，从而导出完全不同的发明。什么是发明？对科学原理不拘一格地应用是发明创造的一个规律。
魏乐汉发明的磁悬浮列车有两大创新点：
1.特大浮力的零能耗的永磁悬浮系统。
2.简单、高效的磁性推进系统。
MAS制（Magnetic Array Suspention）磁浮列车采用永磁体悬浮，因而实现了零能耗悬浮。此前国内外尚无能实用的永磁磁浮列车。究其原因，是科学家们认为永磁体不可能提供足够的悬浮力。而本发明不但解决了这个问题，而且其浮力比任何已有的磁浮列车的浮力大3倍以上。
MAS制磁浮列车利用磁性啮轮实现不接触传动。
MAS制磁浮车车用导向轮在侧壁上滚动来实现导向。导向轮在转动时，磁啮条上的磁力线不断在弯曲，磁力线抗弯曲的恢复力就驱动了磁啮轮的Z（向前运动）方向运动。由于导向轮不承受列车重量，故能耗很低。这主要决定高速运行时的气动阻力。
MAS制磁浮列车具有以下优点：
1.节能。MAS制磁浮列车实现了零能耗悬浮，所以与其他磁浮列车不同，其悬浮不耗能。磁性推进效率高，导向耗能少。因此，这是最节能的交通工具。
2.浮力大。因此承载能力大。其每米车长的承载能力大于4吨。
3.悬浮双向稳定，能自动抑制列车上下震动；省略了悬浮控制系统。提高了可靠性。
4.列车自重轻，负载自重比高，加速性能好。
5.普适性强。既可高速，也可低速；既可客运，也可货运；既可做城际交通，也可做市内交通。
6.造价低。每千米轨道造价约8000万元人民币。
7.列车结构简单，故障率低。
8.环保。噪音低，无电磁污染，等等。
MAS制磁浮列车已研发三代。其中第三代MAS3列车长3.75米，高2.1米，宽1.5米，可乘坐6人。其承载能力达10吨。用一盒电动自行车的电池即可在轨道上来回行驶，体现了这种磁浮列车的节能和易实施性。第四代能坐21人的单节车厢即将建设成功。
经多年研究，扫除了MAS制磁浮列车在通向实用化的道路上、原理上、技术上和工程上的障碍。
发明之道
1.有时有所发现导致有所发明，有时有所发明导致有所发现，有时知其所以然在先，有时知其然在先。大多数发明是利用科学上已知的原理知识和方法，集成起来进行再创造。笔者曾说：“基础研究是应用研究的分解，应用研究是基础研究的综合。”发明不是天才的随意创造。音乐家用心灵去组合七个音符、多个音阶，可以创造无数美妙动听的音乐。自然科学原理中可用的元素何止七个，用心灵去体会社会需求，用科学的理性去判断，用激情来满足这种需求，可以实现多少发明创造。
2.人生不如意事常有八九，工作再顺心总有难处，人的特长何在，是天生的，人的能力是苦练出来的，人贵有自知之明，不要去做与自己特长不相配的工作。想做发明家首先要搜索目标，目标选定了，还要作调查研究，向别人请教，集思广益，在发明未做之前就保密，这是最愚蠢的，可能要走前人已经走过的弯路，这样成功的希望不会大。一定要清楚自己的兴趣何在，潜力何在。有些农民发明家和工人发明家，还有古代的能工巧匠，他们不懂弹性力学，桥造得很好，宫殿造得也好。搞发明一是要和理论家多切磋，二是要和能工巧匠多请教，众人拾柴火焰高，一个发明成就了，其背后总是还有许多无名英雄。题目一旦定下来就得破釜沉舟去干，边干边学，比学了再干要有效得多，书本的知识不会直接告诉你答案何在，如何解决全靠自己。魏乐汉发明磁悬浮，再过一年，就是八年“抗战”了。坚持到底，皇天不负苦心人。
3.要放宽心胸，做累了，做困了，可以暂时停一停，或休息，或先干点别的，以免钻牛角尖。俄国大科学家列别捷夫说过，一个好的科学家，1/3的时间在实验室干活，1/3的时间去思考。一项发明牵涉到好几个学科领域，有了难处，关键在于找出哪一个领域是拦路虎。所谓学问，一是学，二是问，问比学更重要。
4.人们常说，科学的上面是哲学，哲学的上面是信仰。选题全听老师的，风险虽不大，但是选题正确，等于成功了一半。有时应当学会放弃，西南联大杨振宁的一位同学选湍流做研究生课题。70年过去了，湍流这门学问仍然没有突破性进展，选这样的课题等于误入歧途。
5.讲信仰不如说是讲信念。科学家要相信，问题是否有解不在你的脑中，大自然早有定论，不妨排除一切杂念，进入独处的灵空世界，想方设法用冥想和大自然对话，大自然会以各种方式给你暗示。所谓冥想就是什么都不去想，把所有的思维腾空，关注一点，和大自然中的固有信息进行交流。科学家在梦中惊醒，找到了解决问题的钥匙，是经常听说的。
6.有人问为什么魏乐汉到了晚年退休后，才有此重大发明？笔者与魏乐汉一个共同的体会是，只有等到解甲归田后，再没有人来管头管脑，才能想干什么就干什么。魏乐汉2000元人民币起家，八年“抗战”，已设计制造出第三代磁悬浮列车，作出退休前作不出来的贡献。可见，“探索的自由”是何等重要。此时，耳旁仿佛响起裴多菲的著名诗句：
“生命诚可贵，爱情价更高。若为自由故，两者皆可抛。”
可见，要想科技创新，不做基础研究不行；要把基础研究做好，没有探索的自由不行。要让科学家像鸟儿一样在天空中自由飞翔。
《科学时报》 (2009-9-17 A3 国际 综合)
