世界五大頂尖科學中心

​科學發展的研究表明，如果某個國家的科學成果數占同期世界總數的25%以上，這個國家就可以稱為"世界科學中心"。近代科學誕生以來，科學發展史揭示了這樣一條基本規律:在每一個曆史時期，總有一個國家成為世界科學中心，引領世界科學技術發展的潮流，經過大約近一個世紀後轉移他國。按照這一規律和标準，從16世紀的意大利到20世紀的美國，世界科學中心先後進行了四次大轉移。

世界科學中心轉移也叫“湯淺現象”。所謂湯淺現象，是近代以來科學活動中心在世界範圍内周期性轉移的現象。它是由日本科學史學者湯淺光朝在1962年提出的。他在對 《科學技術編年表1501-1950》 裡記錄的科學成果和《韋伯斯特人物傳記》裡編選的有代表性的科學家進行統計處理和研究之後，發現近現代曆史上科學活動中心是按以下順序轉移的:意大利 (1540-1610)、英國(1660-1730)、法國 (1770-1830)、德國(1810-1920)、美國 (1920- )。而各國科學活動的鼎盛期大約在80年左右。據這一研究結果進行預測，他的觀點曾經認為，2000年前後美國将退出科學活動中心地位。湯淺光朝的預測曾引起當時世界各國的政界、經濟界和科技界人士的重點關注。

曆史上的世界科學中心轉移共出現或分為5個階段：意大利（1540-1610年）、英國（1660-1730年）、法國（1770-1830年）、德國（1810-1920年）、美國（1920年之後），它們平均維持時間為80年。如果按照這一總結預測，2000年前後美國的世界科技中心地位将受到新興勢力的挑戰，未來這一角色無疑就是中國。下面分别介紹曆史上五大世界科學中心的具體情況如下：

一、意大利：第一個世界科學中心

意大利曾是世界上近代科技和經濟的第一個科學中心。 從公元5世紀到15世紀，歐洲上空彌漫着烏雲，教會和騎士橫行，人們愚昧無知，社會停滞不前，科學家被禁锢在牢籠裡。當時的科學發現被說成是對上帝的誣蔑，史書上把這漫長的近1000年的曆史稱為黑暗時代。值得一提的是，從13世紀開始，古代中國四大發明陸續傳入歐洲，對歐洲的文藝複興運動乃至資本主義社會的發展産生了重要作用。偉大哲學曾經說：“火藥、指南針、印刷術——這是預告資産階級到來的三大發明。火藥把騎士階層炸得粉碎；指南針打開了世界市場并建立了殖民地；印刷術則變成新教的工具。

世界上第一個科學中心是文藝複興的發源地意大利。其原因是什麼呢？首先意大利的地理環境、曆史傳統決定了它在歐洲近代早期社會發展中的地位。比如在歐洲中世紀，意大利的城市非常繁榮，商業十分活躍。其次在哥倫布發現新大陸之前，地中海一直是聯系東西方的重要紐帶，而意大利恰恰地處地中海航線的中心，到了14世紀又成為歐洲最大的貿易中心。比如在當時意大利的工場中，已開始有了自動紡車，并廣泛用水力代替人力來漂洗呢絨，并且操作分工精細分明，僅僅呢絨工場就有20多個工序。因此當時的意大利的商品生産已經達到到較高水平，并且一部分人手中擁有相當數量的貨币，而雇傭工人脫離生産資料且可以自由地出賣自己的勞動力。

意大利的古典文化傳統比西歐任何國家的都表現得更強烈，尤其是意大利人把自己看成是古羅馬人的後裔。早在10世紀，意大利就開始了對古典文化的複興。到了13、14世紀，複興中已經出現對實現的諷刺和批判。到15世紀，意大利的各階層，從商人、教皇到雇傭兵隊長，都廣泛搜集古希臘典籍。

重要的是，意大利曾經是歐洲文藝複興運動的發源地，文藝複興運動掀起了歐洲思想解放的高潮，終結了長達近千年的中世紀黑暗時代。這一時期的意大利，不僅産生了像但丁、達·芬奇這樣的偉大詩人和藝術家，還出現了一批以哥白尼、伽利略為代表的著名科學家，誕生了《天體運行論》、《星空信使》和天文望遠鏡等一大批科學名著和科學發明。這些科學技術成果的誕生，極大地改變了人們對世界的看法，開創了嶄新的實驗科學新時代，近代科學第一個中心在意大利形成。但随着1600年布魯諾被教會送上火星柱，1642年伽利略的去世，意大利科學中心開始向北歐轉移。值得一提的是，文藝複興是西歐近代三大思想解放運動(文藝複興、宗教改革與啟蒙運動)之一。

二、英國：第二個世界科學中心

英國是世界上第一個工業化國家，英國最先完成有許多科學發現和發明，比如影響世界進程的蒸汽機、青黴素、脫氧核糖核酸（DNA）、多利羊和噴氣式發動機等等。英國是世界第六大經濟體，是歐洲最大的金融中心。倫敦的金融市場吸引着世界各地的衆多公司來此利用英國的商業契機。英國擁有世界一流的教育，且可追溯到12世紀牛津大學（1185）和劍橋大學（1209）成立的時代。

較之歐洲大陸，英國文藝複興運動發生的時間較晚。英國作為民族國家的确立，工商業的蓬勃發展，與世界文化聯系的日益擴大，以及沖破羅馬教廷的束縛，所有這些，都使得英國文藝複興後來者居上。16世紀末、17世紀初，英國湧現出的“三巨人”：莎士比亞、培根和哈維，是這一時期在藝術、人文和科學領域的最傑出代表。

曆史上的17世紀，英國成為第二個世界科學中心。17世紀初，在弗蘭西斯·培根科學思想的影響下，英國政府和社會普遍重視知識的價值，提倡科學實驗，成立皇家學會，研究自然科學。學會周圍雲集了牛頓、虎克、波義耳、哈雷等一大批科學家，先後誕生了牛頓力學、電磁場理論、進化論等一批科學理論。

特别是1687年牛頓《自然哲學之數學原理》的出版，宣告了牛頓力學的誕生，這是近代科學發展中第一件震撼世界的事件，也成為英國科學革命理論的頂峰。科學上的成就成為了技術革命的先導，瓦特在前人的基礎上發明完善了高效蒸汽機，蒸汽機技術和紡織機械技術的完美結合，引起了英國第一次工業革命，從而改變了整個生産和社會生活的面貌。1727年随着牛頓的去世，英國科學技術開始急劇衰落。

值得一提的是，1687 年牛頓發表《自然哲學的數學原理》這部巨著在全部科學史上是無以倫比的。這本書是人類自然科學的奠基性巨著,是自然科學史上最重要的著作之一。牛頓由于發明了萬有引力定律而創立了科學的天文學, 由于進行了光的分解而創立了科學的光學 ,由于創立了二項式定律和無限理論而創立了科學的數學, 由于認識了力的本性,而創立了科學的力學,他完成了科學史上第一次大綜合。還有,英國科學家麥克斯韋創立的電磁場理論, 達爾文發現了進化論,等等。

當時各國科學的發展 ,隻要依靠幾個或十幾個傑出的科學大師, 就是以将本國科學推向科學中心的地位。可見 ,擁有一批傑出的科學家 ,是英國成為世界科學中心的内因。

三、法國：第三個世界科學中心

18世紀的法國是第三個世界科學中心。18世紀初，法國經曆了一場空前的大革命，以狄德羅為代表的一批啟蒙運動哲學家形成了法國百科全書派。他們竭力提倡科學和民主，進行了一次以反封建為主要内容的思想解放運動。伏爾泰（ F . Voltaire ）、盧梭（ J . J . Rousseau ）、狄德羅（ D . Diderot ）等思想巨子的發展與宣揚形成狂飙，席卷歐洲大地，使法國成為這場向皇權與封建專制告别，争取庶民權力的運動中心，最終促成了法國大革命的發生與人類思想的空前結品《 人權宣言 》的橫空出世。啟蒙運動在鼓吹自由、平等、博愛，高揚理性的同時，也促使了科學的進一步的發展，巴黎不僅是啟蒙運動的中心，也取代倫敦成為世界科學中心。

巴黎作為科學中心的曆史，可以追溯到 17 世紀初期。當意大利科學失去活力後，在巴黎出現了一個非常活躍的，由獨立的業餘知識分子組成的科學群體，包括伽桑狄（ P . Gassendi ）、笛卡爾、費馬、帕斯卡等。他們經常相聚在一起，讨論最新的科學問題，提出新的數學和實驗研究。後來聚會在固定場所定期舉行，包括英國哲學家霍布斯（ T . HobbeS ）、荷蘭物理學家惠更斯等國外學者也被吸引過來。笛卡爾接過了領導新科學的智力接力棒，在代數學和解析幾何學領域取得了卓越成就，并在牛頓之前建立了一套完整的宇宙學說和世界體系，取代了在 17 世紀前幾十年仍然非常流行的亞裡士多德體系。

在牛頓科學理論的影響下，出現了以拉格朗日、拉普拉斯、拉瓦錫等為代表的一大批卓越的科學家，取得了《分析力學》、《概率論的解析理論》和《化學綱要》等一批重要科學著作，使法國成為世界科學中心，到19世紀初進入高峰。

但法國過分學院式的科研方式以及不重視科學成果的轉化和應用，日益動搖了法國世界科學中心的地位。牛頓科學征服了法國，取代了原來在法國知識分子和科學家中間普遍得到認可的笛卡爾世界體系，法國科學發展道路日漸通暢，從 18 世紀中葉到 19 世紀的前 30 年，法國一直是世界科學中心，在數學與物理科學、化學與生命科學等方面取得了卓越成就。達朗貝爾、拉格朗日、庫侖、拉瓦錫、拉馬克、蒙日、拉普拉斯、勒一讓德、傅裡葉、居維葉、安培、蓋一呂薩克、泊松、柯西、拉梅、卡諾、伽羅瓦等群星閃爍。

其中拉瓦錫是十分重要的人物，它是近代化學奠基人之一，“燃燒的氧學說”提出者，享有物理學領域牛頓的地位。他 1789 年出版的 《 化學基礎論 》 就像牛頓 《 自然分化學的數學原理 》 “在一個世紀前奠定了現代物理學的基礎一樣，奠定了現代化學的基礎”。

四、德國：第四個世界科學中心

到了19世紀，德國成為第四個世界科學中心。德國科學的興起始于19世紀初，首先進行了大學改革，把教學與科學研究緊密結合起來，使德國成為世界上第一個創立導師制的國家。德國全新的科研教育體制，吸引了許多世界最優秀的科學人才，成為科學研究的樂園。值得一提的是，德國科學家不僅創立了細胞學說、相對論、量子力學等重大科學理論和學說，還為世界貢獻了愛因斯坦、玻爾、歐姆、高斯、李比希、霍夫曼等一大批頂尖科學家。

同時德國還特别注重科技成果的應用，使德國在19世紀70年代一躍成為世界工業強國。德國先進的電氣工業和光學工業，為德國科學家提供了世界最先進的科學儀器，使德國科學家在電磁學領域做出一連串驚人的發現。但兩次世界大戰使德國經濟受到重創，人才和資金大量流失，德國科學從此走向衰落。

綜上所述，現如今的德國在科學方面的成就非常顯著。曆史上曾經有超過103位德國人獲頒諾貝爾獎，在20世紀，德國的諾貝爾獎得主較其他國家為多，特别是在物理、化學、生理學或醫學等科學領域。

比如阿爾伯特·愛因斯坦及馬克斯·普朗克曾為近代物理學的重要奠基者，維爾納·海森堡及馬克斯·玻恩并進一步發展。在此之前的重要物理學家包括赫爾曼·馮·亥姆霍茲、約瑟夫·夫琅和費、加布裡埃爾·華倫海特。威廉·倫琴發現X射線，并于1901年獲得首屆諾貝爾物學獎。

奧托·哈恩為放射及放射化學領域的先驅，并發現核裂變。費迪南德·科恩及羅伯特·科赫建立了微生物學。德國數學家包括卡爾·弗裡德裡希·高斯、大衛·希爾伯特、波恩哈德·黎曼、戈特弗裡德·萊布尼茨、卡爾·魏爾斯特拉斯、赫爾曼·外爾及菲利克斯·克萊因等人。

德國著名的研究機構包括馬克斯·普朗克學會、亥姆霍茲聯合會、弗勞恩霍夫協會。戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨獎每年頒予10名科學家或學術研究者，獎金最高為250萬歐元，它為世界上資助研究獎金最高者之一。

德國擁有許多著名發明家及工程師，比如漢斯·蓋革發明了蓋革計數器；康拉德·楚澤建造了首部全自動數位電腦。斐迪南·馮·齊柏林、奧托·李林塔爾、戈特利布·戴姆勒、魯道夫·狄塞爾、雨果·容克斯及卡爾·本茨等人形塑了現代汽車及航空運輸科技。

航空航天工程家沃納·馮·布勞恩開發了第一枚太空火箭，而後于美國國家航空航天局開發土星5号運載火箭，使阿波羅計劃得以實現。尤其是海因裡希·赫茲證實電磁波存在，對現代電信發展十分重要。

五、美國：第五個世界科學中心

20世紀的美國是第五個世界科學中心。有人曾經說，美國科學的興起一開始就站在了“巨人的肩膀上”，因為美國不但繼承了英國科學的傳統和德國科學的體制，而且特别重視科學人才的引進。特别是在優越的科研環境下，造就了發明家貝爾、愛迪生。值得一提的是，美國在二次大戰後又吸引了愛因斯坦、費米、弗蘭克、威格納、西拉德等一大批世界頂尖科學家，為美國科學技術發展作出了寶貴的貢獻。世界各國優秀科學家的雲集，使美國在整個20世紀引領了世界科學技術發展的潮流，包括原子能、計算機、空間技術、微電子技術、生物技術、互聯網技術等等，讓差不多70%的諾貝爾獎被美國科學家領走，至今仍保持着世界科學界領袖的地位。

有一種觀點，美國之所以能吸引全球人才和資源，還由于美國本身就處于發展前沿和高端的緣故，這也是美國成為世界科學中心的重要關鍵之一。美國在開國之初，盡管鼓勵移民，但對于到底要吸引什麼樣的人才意見不一。

比如美國首任總統華盛頓在給約翰·亞當斯的一封信中就曾明确表示，“關于外來移民 , 我的觀點是，除了有用的技術工人和一些特定種類或有特定職業的人以外，其他人則無需鼓勵。”而另一位開國元勳亞曆山大·漢密爾頓，本身是出身西印度群島的移民，因此他則主張不加限制地全面引進移民：“打開每一條可能的外來移民之路，是美國的利益之所在。”

值得一提的是，美國聯邦政府既沒有關閉國門，也沒有制定明确的鼓勵政策，在吸引人才方面采取放任自由的态度。在19世紀大多數時候，美國并未出現太多優秀人才，被歐洲精英看做是文化的沙漠。1820年，有英國人這樣評論：“在他們獨立後三四十年間 ,他們絕對沒有為科學、藝術、文學甚或政治和政治經濟學的研究做出任何貢獻……在全世界，誰讀過一本美國書？誰看過一出美國戲？”

到了20世紀初開始有了大幅轉變。在1890年~1900年期間，美國經濟總量超過了大英帝國，同時期美國也誕生了一系列對世界有貢獻的卓越人才。

按照世界科學中心轉移的一般規律，一個國家要成為世界科學中心，首先，人們的思想得到前所未有的解放，科學發展具備濃厚的思想文化基礎，如意大利的文藝複興運動、法國的啟蒙運動等；其次，科學發展永無止境，科學理論不可能窮盡自然界和人類社會的一切真理，科學中心也不可能永遠停留在某一個國家。随着新興國家和地區經濟、科技迅速發展的勢頭，世界科學中心或呈現多中心的局面。

按照世界科學中心轉移的規律，第六個世界科學中心很大可能就是中國。但具體依然在以下四大方面科學領域有所突破：1、智能科學領域。2、再生能源科學領域。3、太空科學領域。4、人體健康科學領域。研究表明，以上四大方面科學領域中，人體健康科學是最可能率先突破的。

通過截取2018年全球研發經費投入最高的4個國家觀察來看，美國、中國、日本和德國，經費總和占全球研發總費用的62.5%。美國和中國的研發經費分别為4765億美元和3706億美元，兩國之和占全球研發總費用的47%。

在過去的10年裡，中國研發經費實現了300%增長，由2010年的7062.6億元增長到2019年的21737億元，到了2019年正式進入2萬億。中國研發經費已經連續4年保持增長率雙位數。

中國按折合全時工作量計算的研發人員總量，在2013年超過美國，已連續6年穩居世界第一。值得一提的是，中國科學論文成果豐碩。早在2018年開始，國際三大檢索工具科學引文索引（SCI）、工程索引（EI）和科技會議錄索引（CPCI）分别收錄中國科研論文41.8萬篇、26.6萬篇和5.9萬篇，數量分别位居世界第二、第一和第二。再比如2021年中國令全球矚目的八大科技成就：

1、中國“人造太陽”創億度百秒世界新紀錄：有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變試驗裝置（EAST）取得新突破，成功實現可重複的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行創造托卡馬克實驗裝置運行新的世界紀錄。中國的“人造太陽”，恰恰就把可控核聚變，做到了1億度高溫，還堅持了101秒。豈不知最開始時，人類隻能做過50毫秒。

2、中國空間站開啟有人長期駐留時代：2021年4月29 日，天和核心艙發射升空并順利抵達軌道，這标志着中國天宮空間站在軌組建工作全面展開。尤其是随着國際空間站退役臨近，中國天宮将成為唯一可用空間站。

3、中國首次實現澱粉的全人工合成：中國科研人員以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成澱粉。在充足能量供給的條件下，按照的技術參數推算，理論上1立方米大小的生物反應器年産澱粉量相當于我國5畝土地玉米種植的平均年産量。如果未來二氧化碳人工合成澱粉的系統過程成本能夠降低到與農業種植相比具有經濟可行性，将會節約90%以上的耕地和淡水資源，避免農藥、化肥等對環境的負面影響，推動形成可持續的生物基社會，提高人類糧食安全水平。

4、中國光存儲時間提升至1小時：中國科學技術大學郭光燦團隊李傳鋒、周宗權研究組将光存儲時間提升至1小時，大幅刷新2013年德國團隊所創造的光存儲1分鐘的世界紀錄，向實現量子U盤邁出重要一步。光速高達每秒30萬公裡，“降低”光速乃至讓光“停留”下來，是國際學術界一直不懈奮鬥的目标。

5、中國首個超導量子計算機原型機問世：中國科學技術大學潘建偉團隊研究成果，其成功研制出了量子計算原型機“祖沖之号”。首個超導量子計算機原型機操縱的超導量子比特達到62個，并在此基礎上實現了可編程的二維量子行走。在一些特定的問題上，量子計算機一分鐘完成的任務，目前世界上最強大的超級計算機需要花費億年時間才能完成。

6、中國啟用地球模拟裝置：地球模拟裝置以地球系統觀測數據為基礎，利用描述地球系統的物理、化學和生命過程及其演化的規律，在超級計算機上進行大規模科學計算。科學家們由此得以重現地球的過去，模拟地球的現在、預測地球的未來。中國地球模拟裝置的規模及綜合技術水平位于世界前列。

7、海鬥一号獲得世界級成果：中國科學院沈陽自動化研究所研制的一款無人潛水器，打破了多頂無人潛水器的世界紀錄，包括最大下潛深度達到了10908米，海底連續作業時間超過8小時，近海底航行距離超過了14公裡，填補了中國萬米作業型無人潛水器的空白。海鬥一号”連續萬米深潛與科考應用的成功，是中國海洋科技領域的一個重要裡程碑，标志着我國無人潛水器技術與裝備進入了全海深探測與作業應用的新階段，标志着我國在全海深無人潛水器領域正在邁向國際領先水平，實現向“領跑”的轉變。

8、深海一号能源站投産：中國自主研發建造的全球首座10萬噸級深水半潛式生産儲油平台，并且實現了3項世界級創新。深海一号能源站運用了13項國内首創科技，被譽為迄今中國相關領域技術集大成之作，标志着我國首個自營超深水大氣田實驗全面投産，填補了我國全海洋無人無纜潛水器AUV技術與裝備空白。

以上僅僅是一個側面，中國的科技成就還有很多，這裡不一一列舉，中國未來成為第六個世界科學中心并非空穴來風，而是曆史的必然。