世界五大顶尖科学中心

​科学发展的研究表明，如果某个国家的科学成果数占同期世界总数的25%以上，这个国家就可以称为"世界科学中心"。近代科学诞生以来，科学发展史揭示了这样一条基本规律:在每一个历史时期，总有一个国家成为世界科学中心，引领世界科学技术发展的潮流，经过大约近一个世纪后转移他国。按照这一规律和标准，从16世纪的意大利到20世纪的美国，世界科学中心先后进行了四次大转移。

世界科学中心转移也叫“汤浅现象”。所谓汤浅现象，是近代以来科学活动中心在世界范围内周期性转移的现象。它是由日本科学史学者汤浅光朝在1962年提出的。他在对 《科学技术编年表1501-1950》 里记录的科学成果和《韦伯斯特人物传记》里编选的有代表性的科学家进行统计处理和研究之后，发现近现代历史上科学活动中心是按以下顺序转移的:意大利 (1540-1610)、英国(1660-1730)、法国 (1770-1830)、德国(1810-1920)、美国 (1920- )。而各国科学活动的鼎盛期大约在80年左右。据这一研究结果进行预测，他的观点曾经认为，2000年前后美国将退出科学活动中心地位。汤浅光朝的预测曾引起当时世界各国的政界、经济界和科技界人士的重点关注。

历史上的世界科学中心转移共出现或分为5个阶段：意大利（1540-1610年）、英国（1660-1730年）、法国（1770-1830年）、德国（1810-1920年）、美国（1920年之后），它们平均维持时间为80年。如果按照这一总结预测，2000年前后美国的世界科技中心地位将受到新兴势力的挑战，未来这一角色无疑就是中国。下面分别介绍历史上五大世界科学中心的具体情况如下：

一、意大利：第一个世界科学中心

意大利曾是世界上近代科技和经济的第一个科学中心。 从公元5世纪到15世纪，欧洲上空弥漫着乌云，教会和骑士横行，人们愚昧无知，社会停滞不前，科学家被禁锢在牢笼里。当时的科学发现被说成是对上帝的诬蔑，史书上把这漫长的近1000年的历史称为黑暗时代。值得一提的是，从13世纪开始，古代中国四大发明陆续传入欧洲，对欧洲的文艺复兴运动乃至资本主义社会的发展产生了重要作用。伟大哲学曾经说：“火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎；指南针打开了世界市场并建立了殖民地；印刷术则变成新教的工具。

世界上第一个科学中心是文艺复兴的发源地意大利。其原因是什么呢？首先意大利的地理环境、历史传统决定了它在欧洲近代早期社会发展中的地位。比如在欧洲中世纪，意大利的城市非常繁荣，商业十分活跃。其次在哥伦布发现新大陆之前，地中海一直是联系东西方的重要纽带，而意大利恰恰地处地中海航线的中心，到了14世纪又成为欧洲最大的贸易中心。比如在当时意大利的工场中，已开始有了自动纺车，并广泛用水力代替人力来漂洗呢绒，并且操作分工精细分明，仅仅呢绒工场就有20多个工序。因此当时的意大利的商品生产已经达到到较高水平，并且一部分人手中拥有相当数量的货币，而雇佣工人脱离生产资料且可以自由地出卖自己的劳动力。

意大利的古典文化传统比西欧任何国家的都表现得更强烈，尤其是意大利人把自己看成是古罗马人的后裔。早在10世纪，意大利就开始了对古典文化的复兴。到了13、14世纪，复兴中已经出现对实现的讽刺和批判。到15世纪，意大利的各阶层，从商人、教皇到雇佣兵队长，都广泛搜集古希腊典籍。

重要的是，意大利曾经是欧洲文艺复兴运动的发源地，文艺复兴运动掀起了欧洲思想解放的高潮，终结了长达近千年的中世纪黑暗时代。这一时期的意大利，不仅产生了像但丁、达·芬奇这样的伟大诗人和艺术家，还出现了一批以哥白尼、伽利略为代表的著名科学家，诞生了《天体运行论》、《星空信使》和天文望远镜等一大批科学名著和科学发明。这些科学技术成果的诞生，极大地改变了人们对世界的看法，开创了崭新的实验科学新时代，近代科学第一个中心在意大利形成。但随着1600年布鲁诺被教会送上火星柱，1642年伽利略的去世，意大利科学中心开始向北欧转移。值得一提的是，文艺复兴是西欧近代三大思想解放运动(文艺复兴、宗教改革与启蒙运动)之一。

二、英国：第二个世界科学中心

英国是世界上第一个工业化国家，英国最先完成有许多科学发现和发明，比如影响世界进程的蒸汽机、青霉素、脱氧核糖核酸（DNA）、多利羊和喷气式发动机等等。英国是世界第六大经济体，是欧洲最大的金融中心。伦敦的金融市场吸引着世界各地的众多公司来此利用英国的商业契机。英国拥有世界一流的教育，且可追溯到12世纪牛津大学（1185）和剑桥大学（1209）成立的时代。

较之欧洲大陆，英国文艺复兴运动发生的时间较晚。英国作为民族国家的确立，工商业的蓬勃发展，与世界文化联系的日益扩大，以及冲破罗马教廷的束缚，所有这些，都使得英国文艺复兴后来者居上。16世纪末、17世纪初，英国涌现出的“三巨人”：莎士比亚、培根和哈维，是这一时期在艺术、人文和科学领域的最杰出代表。

历史上的17世纪，英国成为第二个世界科学中心。17世纪初，在弗兰西斯·培根科学思想的影响下，英国政府和社会普遍重视知识的价值，提倡科学实验，成立皇家学会，研究自然科学。学会周围云集了牛顿、虎克、波义耳、哈雷等一大批科学家，先后诞生了牛顿力学、电磁场理论、进化论等一批科学理论。

特别是1687年牛顿《自然哲学之数学原理》的出版，宣告了牛顿力学的诞生，这是近代科学发展中第一件震撼世界的事件，也成为英国科学革命理论的顶峰。科学上的成就成为了技术革命的先导，瓦特在前人的基础上发明完善了高效蒸汽机，蒸汽机技术和纺织机械技术的完美结合，引起了英国第一次工业革命，从而改变了整个生产和社会生活的面貌。1727年随着牛顿的去世，英国科学技术开始急剧衰落。

值得一提的是，1687 年牛顿发表《自然哲学的数学原理》这部巨著在全部科学史上是无以伦比的。这本书是人类自然科学的奠基性巨著,是自然科学史上最重要的著作之一。牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学, 由于进行了光的分解而创立了科学的光学 ,由于创立了二项式定律和无限理论而创立了科学的数学, 由于认识了力的本性,而创立了科学的力学,他完成了科学史上第一次大综合。还有,英国科学家麦克斯韦创立的电磁场理论, 达尔文发现了进化论,等等。

当时各国科学的发展 ,只要依靠几个或十几个杰出的科学大师, 就是以将本国科学推向科学中心的地位。可见 ,拥有一批杰出的科学家 ,是英国成为世界科学中心的内因。

三、法国：第三个世界科学中心

18世纪的法国是第三个世界科学中心。18世纪初，法国经历了一场空前的大革命，以狄德罗为代表的一批启蒙运动哲学家形成了法国百科全书派。他们竭力提倡科学和民主，进行了一次以反封建为主要内容的思想解放运动。伏尔泰（ F . Voltaire ）、卢梭（ J . J . Rousseau ）、狄德罗（ D . Diderot ）等思想巨子的发展与宣扬形成狂飙，席卷欧洲大地，使法国成为这场向皇权与封建专制告别，争取庶民权力的运动中心，最终促成了法国大革命的发生与人类思想的空前结品《 人权宣言 》的横空出世。启蒙运动在鼓吹自由、平等、博爱，高扬理性的同时，也促使了科学的进一步的发展，巴黎不仅是启蒙运动的中心，也取代伦敦成为世界科学中心。

巴黎作为科学中心的历史，可以追溯到 17 世纪初期。当意大利科学失去活力后，在巴黎出现了一个非常活跃的，由独立的业余知识分子组成的科学群体，包括伽桑狄（ P . Gassendi ）、笛卡尔、费马、帕斯卡等。他们经常相聚在一起，讨论最新的科学问题，提出新的数学和实验研究。后来聚会在固定场所定期举行，包括英国哲学家霍布斯（ T . HobbeS ）、荷兰物理学家惠更斯等国外学者也被吸引过来。笛卡尔接过了领导新科学的智力接力棒，在代数学和解析几何学领域取得了卓越成就，并在牛顿之前建立了一套完整的宇宙学说和世界体系，取代了在 17 世纪前几十年仍然非常流行的亚里士多德体系。

在牛顿科学理论的影响下，出现了以拉格朗日、拉普拉斯、拉瓦锡等为代表的一大批卓越的科学家，取得了《分析力学》、《概率论的解析理论》和《化学纲要》等一批重要科学著作，使法国成为世界科学中心，到19世纪初进入高峰。

但法国过分学院式的科研方式以及不重视科学成果的转化和应用，日益动摇了法国世界科学中心的地位。牛顿科学征服了法国，取代了原来在法国知识分子和科学家中间普遍得到认可的笛卡尔世界体系，法国科学发展道路日渐通畅，从 18 世纪中叶到 19 世纪的前 30 年，法国一直是世界科学中心，在数学与物理科学、化学与生命科学等方面取得了卓越成就。达朗贝尔、拉格朗日、库仑、拉瓦锡、拉马克、蒙日、拉普拉斯、勒一让德、傅里叶、居维叶、安培、盖一吕萨克、泊松、柯西、拉梅、卡诺、伽罗瓦等群星闪烁。

其中拉瓦锡是十分重要的人物，它是近代化学奠基人之一，“燃烧的氧学说”提出者，享有物理学领域牛顿的地位。他 1789 年出版的 《 化学基础论 》 就像牛顿 《 自然分化学的数学原理 》 “在一个世纪前奠定了现代物理学的基础一样，奠定了现代化学的基础”。

四、德国：第四个世界科学中心

到了19世纪，德国成为第四个世界科学中心。德国科学的兴起始于19世纪初，首先进行了大学改革，把教学与科学研究紧密结合起来，使德国成为世界上第一个创立导师制的国家。德国全新的科研教育体制，吸引了许多世界最优秀的科学人才，成为科学研究的乐园。值得一提的是，德国科学家不仅创立了细胞学说、相对论、量子力学等重大科学理论和学说，还为世界贡献了爱因斯坦、玻尔、欧姆、高斯、李比希、霍夫曼等一大批顶尖科学家。

同时德国还特别注重科技成果的应用，使德国在19世纪70年代一跃成为世界工业强国。德国先进的电气工业和光学工业，为德国科学家提供了世界最先进的科学仪器，使德国科学家在电磁学领域做出一连串惊人的发现。但两次世界大战使德国经济受到重创，人才和资金大量流失，德国科学从此走向衰落。

综上所述，现如今的德国在科学方面的成就非常显著。历史上曾经有超过103位德国人获颁诺贝尔奖，在20世纪，德国的诺贝尔奖得主较其他国家为多，特别是在物理、化学、生理学或医学等科学领域。

比如阿尔伯特·爱因斯坦及马克斯·普朗克曾为近代物理学的重要奠基者，维尔纳·海森堡及马克斯·玻恩并进一步发展。在此之前的重要物理学家包括赫尔曼·冯·亥姆霍兹、约瑟夫·夫琅和费、加布里埃尔·华伦海特。威廉·伦琴发现X射线，并于1901年获得首届诺贝尔物学奖。

奥托·哈恩为放射及放射化学领域的先驱，并发现核裂变。费迪南德·科恩及罗伯特·科赫建立了微生物学。德国数学家包括卡尔·弗里德里希·高斯、大卫·希尔伯特、波恩哈德·黎曼、戈特弗里德·莱布尼茨、卡尔·魏尔斯特拉斯、赫尔曼·外尔及菲利克斯·克莱因等人。

德国著名的研究机构包括马克斯·普朗克学会、亥姆霍兹联合会、弗劳恩霍夫协会。戈特弗里德·威廉·莱布尼茨奖每年颁予10名科学家或学术研究者，奖金最高为250万欧元，它为世界上资助研究奖金最高者之一。

德国拥有许多著名发明家及工程师，比如汉斯·盖革发明了盖革计数器；康拉德·楚泽建造了首部全自动数位电脑。斐迪南·冯·齐柏林、奥托·李林塔尔、戈特利布·戴姆勒、鲁道夫·狄塞尔、雨果·容克斯及卡尔·本茨等人形塑了现代汽车及航空运输科技。

航空航天工程家沃纳·冯·布劳恩开发了第一枚太空火箭，而后于美国国家航空航天局开发土星5号运载火箭，使阿波罗计划得以实现。尤其是海因里希·赫兹证实电磁波存在，对现代电信发展十分重要。

五、美国：第五个世界科学中心

20世纪的美国是第五个世界科学中心。有人曾经说，美国科学的兴起一开始就站在了“巨人的肩膀上”，因为美国不但继承了英国科学的传统和德国科学的体制，而且特别重视科学人才的引进。特别是在优越的科研环境下，造就了发明家贝尔、爱迪生。值得一提的是，美国在二次大战后又吸引了爱因斯坦、费米、弗兰克、威格纳、西拉德等一大批世界顶尖科学家，为美国科学技术发展作出了宝贵的贡献。世界各国优秀科学家的云集，使美国在整个20世纪引领了世界科学技术发展的潮流，包括原子能、计算机、空间技术、微电子技术、生物技术、互联网技术等等，让差不多70%的诺贝尔奖被美国科学家领走，至今仍保持着世界科学界领袖的地位。

有一种观点，美国之所以能吸引全球人才和资源，还由于美国本身就处于发展前沿和高端的缘故，这也是美国成为世界科学中心的重要关键之一。美国在开国之初，尽管鼓励移民，但对于到底要吸引什么样的人才意见不一。

比如美国首任总统华盛顿在给约翰·亚当斯的一封信中就曾明确表示，“关于外来移民 , 我的观点是，除了有用的技术工人和一些特定种类或有特定职业的人以外，其他人则无需鼓励。”而另一位开国元勋亚历山大·汉密尔顿，本身是出身西印度群岛的移民，因此他则主张不加限制地全面引进移民：“打开每一条可能的外来移民之路，是美国的利益之所在。”

值得一提的是，美国联邦政府既没有关闭国门，也没有制定明确的鼓励政策，在吸引人才方面采取放任自由的态度。在19世纪大多数时候，美国并未出现太多优秀人才，被欧洲精英看做是文化的沙漠。1820年，有英国人这样评论：“在他们独立后三四十年间 ,他们绝对没有为科学、艺术、文学甚或政治和政治经济学的研究做出任何贡献……在全世界，谁读过一本美国书？谁看过一出美国戏？”

到了20世纪初开始有了大幅转变。在1890年~1900年期间，美国经济总量超过了大英帝国，同时期美国也诞生了一系列对世界有贡献的卓越人才。

按照世界科学中心转移的一般规律，一个国家要成为世界科学中心，首先，人们的思想得到前所未有的解放，科学发展具备浓厚的思想文化基础，如意大利的文艺复兴运动、法国的启蒙运动等；其次，科学发展永无止境，科学理论不可能穷尽自然界和人类社会的一切真理，科学中心也不可能永远停留在某一个国家。随着新兴国家和地区经济、科技迅速发展的势头，世界科学中心或呈现多中心的局面。

按照世界科学中心转移的规律，第六个世界科学中心很大可能就是中国。但具体依然在以下四大方面科学领域有所突破：1、智能科学领域。2、再生能源科学领域。3、太空科学领域。4、人体健康科学领域。研究表明，以上四大方面科学领域中，人体健康科学是最可能率先突破的。

通过截取2018年全球研发经费投入最高的4个国家观察来看，美国、中国、日本和德国，经费总和占全球研发总费用的62.5%。美国和中国的研发经费分别为4765亿美元和3706亿美元，两国之和占全球研发总费用的47%。

在过去的10年里，中国研发经费实现了300%增长，由2010年的7062.6亿元增长到2019年的21737亿元，到了2019年正式进入2万亿。中国研发经费已经连续4年保持增长率双位数。

中国按折合全时工作量计算的研发人员总量，在2013年超过美国，已连续6年稳居世界第一。值得一提的是，中国科学论文成果丰硕。早在2018年开始，国际三大检索工具科学引文索引（SCI）、工程索引（EI）和科技会议录索引（CPCI）分别收录中国科研论文41.8万篇、26.6万篇和5.9万篇，数量分别位居世界第二、第一和第二。再比如2021年中国令全球瞩目的八大科技成就：

1、中国“人造太阳”创亿度百秒世界新纪录：有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变试验装置（EAST）取得新突破，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。中国的“人造太阳”，恰恰就把可控核聚变，做到了1亿度高温，还坚持了101秒。岂不知最开始时，人类只能做过50毫秒。

2、中国空间站开启有人长期驻留时代：2021年4月29 日，天和核心舱发射升空并顺利抵达轨道，这标志着中国天宫空间站在轨组建工作全面展开。尤其是随着国际空间站退役临近，中国天宫将成为唯一可用空间站。

3、中国首次实现淀粉的全人工合成：中国科研人员以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉。在充足能量供给的条件下，按照的技术参数推算，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量。如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，推动形成可持续的生物基社会，提高人类粮食安全水平。

4、中国光存储时间提升至1小时：中国科学技术大学郭光灿团队李传锋、周宗权研究组将光存储时间提升至1小时，大幅刷新2013年德国团队所创造的光存储1分钟的世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。光速高达每秒30万公里，“降低”光速乃至让光“停留”下来，是国际学术界一直不懈奋斗的目标。

5、中国首个超导量子计算机原型机问世：中国科学技术大学潘建伟团队研究成果，其成功研制出了量子计算原型机“祖冲之号”。首个超导量子计算机原型机操纵的超导量子比特达到62个，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。在一些特定的问题上，量子计算机一分钟完成的任务，目前世界上最强大的超级计算机需要花费亿年时间才能完成。

6、中国启用地球模拟装置：地球模拟装置以地球系统观测数据为基础，利用描述地球系统的物理、化学和生命过程及其演化的规律，在超级计算机上进行大规模科学计算。科学家们由此得以重现地球的过去，模拟地球的现在、预测地球的未来。中国地球模拟装置的规模及综合技术水平位于世界前列。

7、海斗一号获得世界级成果：中国科学院沈阳自动化研究所研制的一款无人潜水器，打破了多顶无人潜水器的世界纪录，包括最大下潜深度达到了10908米，海底连续作业时间超过8小时，近海底航行距离超过了14公里，填补了中国万米作业型无人潜水器的空白。海斗一号”连续万米深潜与科考应用的成功，是中国海洋科技领域的一个重要里程碑，标志着我国无人潜水器技术与装备进入了全海深探测与作业应用的新阶段，标志着我国在全海深无人潜水器领域正在迈向国际领先水平，实现向“领跑”的转变。

8、深海一号能源站投产：中国自主研发建造的全球首座10万吨级深水半潜式生产储油平台，并且实现了3项世界级创新。深海一号能源站运用了13项国内首创科技，被誉为迄今中国相关领域技术集大成之作，标志着我国首个自营超深水大气田实验全面投产，填补了我国全海洋无人无缆潜水器AUV技术与装备空白。

以上仅仅是一个侧面，中国的科技成就还有很多，这里不一一列举，中国未来成为第六个世界科学中心并非空穴来风，而是历史的必然。