基础科学与军事技术创新关系的历史演变

　　[摘要]从军事技术发展史的角度分析，基础科学与军事技术创新的关系历经了初级、中级和高级三个阶段，即古代时期两者各自独立发展，近代时期彼此相互联系，现代时期的高度融合。关注基础科学与军事技术创新关系的探讨，对我国依托基础科学推动军事技术创新，促进军民融合发展有一定的借鉴意义。

　　作者：宋开强

　　[关键词]基础科学；军事技术创新；历史演变

　　从军事技术发展史来看，基础科学与军事技术创新的关系经历了独立发展、相互联系和高度融合的三个历史阶段，随着科学技术一体化的日趋加强和军事技术体系错综复杂，基础科学与军事技术创新的关系将更加密切。

　　1、古代：基础科学与军事技术创新的关系处于初级阶段

　　在火药应用于军事之前，高频率的战争次数导致冷兵器的种类繁多、内容丰富，但这一时期的基础科学并不发达，军事创新主要依靠工匠们的经验积累和不断摸索。

　　就冷兵器的材质而言，冷兵器可分为木兵器、竹兵器、石兵器、陶兵器、青铜兵器和铁兵器，在这演变的过程中，冶炼技术起着主导作用。在冶炼技术出现之前，人们的武器一般都就地取材，使用木质或者石头打磨的工具，而金属铜的出现并有目的的应用战争则使武器装备有了质的飞跃。大约公约前1万年，石器时代的人们开始认识并使用铜，通过不断地艰难摸索，掌握了通过制造高温热源和去除杂质的冶炼技术。这一时期，化学等基础科学的知识根本没有系统的出现，武器装备材质的创新主要依靠工匠们不断的摸索实验，“最初控制燃烧温度的知识被看做一股神秘的力量，随后人们才逐渐认识到，那些不过是知识和技术的应用而已。几乎可以肯定，同样是靠着运气和反复试验、反复失败，金属制造最终获得了飞跃式发展。”[1]

　　冷兵器性能优劣的另一个重要影响因素是制造工艺的高低，这取决于工匠技术的经验积累和技术的熟练程度。最初，工匠通过模仿自然界的实物形状来制造兵器，并不需要科学知识的指导，古希腊哲学家亚里士多德也说过，“人最初的认识是从模仿中得来的”[2]，模仿在武器装备的创新中起着重要的作用，如“戈的形状丰本锐末而微曲，如同鹰嘴兽角，用以钩挽和啄刺敌人”[3]。通过模仿，工匠们可以制造出各式各样的冷兵器，而且由于工匠们的经验技术的不同，同等质料的兵器在性能上也会大相径庭。1965年在湖北江陵出土的越王勾践剑虽埋藏地下2300多年，仍然光洁如新，寒气逼人，锋利无比。在《吴越春秋》中也有干将莫邪铸剑的记载：“干将，吴人；莫邪，干将之妻也。干将作剑，莫邪断发断指爪投入炉中，金铁乃濡，遂以成剑；阳曰干将，阴曰莫邪。”可见，古代工匠的铸造工艺决定了武器性能的优劣。在基础科学尚未系统出现的古代冷兵器时期，基础科学与军事技术创新的关系较弱，工匠的经验技术水平对武器装备的创新起到了主导作用。

　　2、近代：基础科学与军事技术创新的关系处于中级阶段

　　14～15世纪的文艺复兴运动，促进了近代科学的形成与发展，以实验材料和逻辑推理为基础的研究方法，指导人们更好的认识世界，探索事物的发展规律，数学、化学、物理学等基础学科获得了较快的发展，取得了一系列的新理论、新知识，这些基础科学的突破往往带来军事技术创新。

　　在近代科学形成之前，火药就已经被认识和使用，最早关于火药的记载可以追溯到公元8～9世纪，当时的炼丹家已经知道炭、硫、硝三种混合物的性质，并在宋代第一次运用于军事的记载。但是直到14世纪末出现的明火枪，也是因为射速慢、射程短和准确性差，没有产生重要的军事影响。从火药的发明到14世纪轻火器的出现，在将近6个多世纪里，火药的性能将一直没有显著地提高，军事效能并不理想，直到15世纪发明了粒状火药后，这种状况稍有改观。然而，真正满足军事需求的高爆炸药的发明，则是近代科学尤其是化学发展的产物。18世纪拉瓦锡氧化学说的提出，开启了化学革命的大门，使人们对物质和物质的变化从定性的朴素认识进入了定量的研究；19世纪初道尔顿的原子论阐明了化学变化的统一理论，从而有力地推动了化学的新发展；19世纪60年代，门捷列夫创立的元素周期表不仅对化学理论有重大意义，而且对化学工业以及其他工业的兴起也有重要的促进作用。从18世纪到19世纪60年代，在不到200年的时间里，基础化学取得的理论突破使化学工业蓬勃发展，火药由传统的黑火药变为硝化甘油、炸胶、无烟火药苦味酸和梯恩梯等强力炸药，使火药的性能显著提高，满足了枪炮对火药的性能的要求，奠定了现代军事工业的基础。

　　基础化学的发展为枪炮提供了稳定可靠的炸药，解决了弹药动能和杀伤力的问题，但射击精度的提高还需要外弹道学理论的支持，这离不开数学、物理学等基础科学的发展。1546年，意大利数学家塔塔格里亚出版了《投弹技术》一书，发现了炮身在倾斜45°时射程最远。17世纪时，伽利略在大量观察实验的基础上，并结合惯性定律等物理学知识，导出弹丸运动的抛物线方程，并且以其为依据写出了关于自由抛射运动的著作，用科学的理论解释了射角为45°射程最远的事实，标志着弹道学的理论初步形成。从17世纪末18世纪初，牛顿通过介质对运动物体的作用的研究，在《自然哲学的数学原理》中四章讨论了外弹道学理论，确立了力学定律和微分学是外弹道学问题的理论基础，成为近代外弹道学奠基人。19世纪战争对枪炮技术的要求逐渐提高，枪炮的准确性、射程和威力要求及高精度的射表是外弹道学必须解决的课题，战争的现实需要极大的刺激了外弹道学的发展，使外弹道学理论出“井喷式”涌出，如西亚切近似法、弹丸运动微分方程的数值积分法等，这些方法的核心就是微积分理论。微积分在外弹道学中的应用，使外弹道学摆脱了经验判断的局限，以“无限细分”和“无限求和”的微积分思想让运动弹丸的轨迹细分到静止弹丸点的集合。[4]通过研究每一瞬间弹丸的特征来归纳出整个弹丸运动规律，使枪炮技术成为一门以数学为工具的学科。

　　3、现代：基础科学与军事技术创新的关系处于高级阶段

　　进入20世纪后，科学活动日益从个人或少数人的独立研究发展成为大规模、有分工，高度组织化的集体，从“小科学”逐渐发展到“大科学”。在科技体制化逐渐形成的“大科学”发展阶段，武器装备创新往往是涉及学科门类众多、工程技术综合、管理系统复杂、社会影响巨大的大工程项目，如“曼哈顿工程”、“阿波罗登月计划”和“星球大战”。1942年，美国动员了15万人员，耗费了23亿美元，动用了全国1/3的电力，实施了“曼哈顿工程”，制造了首批原子弹。[5]在研制原子弹的过程中，基础科学与武器装备创新的关系比以往任何阶段都要密切，二者相互融合，一方面表现在物理学基础理论的突破是原子弹研制成功的理论源泉，另一方面，在解决研制过程中的困难时，“曼哈顿工程”又极大的发展和丰富了物理学的基础理论。由传统的以基础科学推动武器创新为主的单向线性推动模式，转变为双向相互推动发展模式。20世纪初，爱因斯坦提出了著名的质能方程E=mc？，解释了物质内部能量和质量相互转化的关系，正是在这一理论的指导下，量子物理学家们积极探索原子内部结构规律，取得了一系列惊人发现，为原子弹的发明提供了理论基础。1919年，卢瑟福利用镭放出的“射线”轰击其他元素，实现了原子核人工嬗变，打开了实现人工核裂变的通道，为人们深入研究核反应，利用核能奠定了基础；1932年，英国物理学家查得威克在卡文迪许实验室发现了中子，被当成轰击原子核的理想“炮弹”，人类找到了打开原子核内部的“钥匙”；1938年，居里夫人、费米和哈恩等著名的物理学家，在大量实验的基础上提出了核裂变理论，为人类开辟一种新的能源。这些物理学的基础理论的发现被誉为“通往核时代的三个阶梯。”[6]

　　正如“曼哈顿工程”的成功依赖于基础科学的突破一样，“曼哈顿工程”也极大的促进了量子物理学的发展，使人们对理论物理学的认识得到了极大的强化，使量子物理学在战后相当长的一段时间内成为带头学科。“曼哈顿工程”集中了当时大量的顶尖物理学家，为学术交流提供了良好的平台，“他们有时在国际会议上碰头，交换意见，有时在声望卓著的科学刊物上发表论文，介绍新发现。一大批这方面的科学家会聚在阿拉莫国家实验室，形成了一个无与伦比的思想库”，7这些物理学家们在阿拉莫实验室进行问题探讨，学术交流，将观众的焦点集中到共同的目标，极大地推动了量子物理学在短期内的迅速发展。在研制的过程中，有政府出资建立的先进实验室，也为基础科学的研究发展提供了优越的硬件设施。此外，从“曼哈顿工程”中总结出来的“大科学”管理模式，被成功地应用与其他基础科学项目的管理，间接地推动了其他基础科学的突破与发展，基础科学与军事技术创新高度融合。本文来自《军事历史》杂志