2019年6月14日，由中國科協主辦，中國科協企業創新服務中心、浙江省科協、杭州市科協承辦的2019年第一期“企業創新大家談”在浙江杭州成功舉辦。中國科學院院士、浙江大學建築工程學院教授陳雲敏圍繞“基礎研究支撐產業創新—重大科技基礎設施作用”做了主旨報告。陳雲敏院士長期從事軟弱土靜動力固結、降解固結和災害防控理論與技術研究，為國家重大科技基礎設施“超重力離心模擬與實驗裝置”項目的首席科學家，現任浙江大學超重力研究中心主任，軟弱土與環境土工教育部重點實驗室主任，浙江大學岩土工程研究所所長。
中國科學院院士、浙江大學建築工程學院教授 陳雲敏
本文根據活動速記材料，整理摘取了陳雲敏院士主旨報告中關於基礎研究的作用、重大科技基礎設施、超重力離心模擬與實驗裝置等觀點性內容。
基礎研究是整個科學體系的源頭
2018年，習近平總書記在兩院院士的大會上，對“基礎研究的作用”提出了高度凝練的總結：基礎研究是整個科學體系的源頭、是所有技術問題的總機關，中國特色社會主義進入了新時代，我們要認識到新時代對基礎研究的新要求，大力加強基礎研究和應用基礎研究，聚焦於前瞻性基礎研究和引領性原創成果的重大突破，服務於強國建設。他的講話高度強調了基礎研究的作用。
重大科技基礎設施是產業和大學的橋樑
美國的舊金山大灣區是世界三大灣區之一，也是世界重要的科教文化中心。在那裡，斯坦福大學和加州大學舊金山分校區位於其中。這些著名大學的背後是舊金山大灣區擁有的4個國家實驗室，11個重大科技基礎設施，它們起到了不可替代的作用。美國的國家實驗室研究方向體現國家意志，主要關注關係社會經濟安全的重大問題。它的科學研究是從源頭一直做到技術應用的，比如核能、武器、空間技術等。以勞倫斯伯克利國家實驗室為例，它製造出了第一顆原子彈，實驗室裡有13位諾貝爾獎獲獎者，有70位美國國家科學院院士，還有18位美國國家工程院院士，有一系列重大科技基礎設施，這些裝置每年吸引全世界上萬名人才前往那裡辦公。在勞倫斯伯克利國家實驗室，專職人員有3000多人，其中有30%是科學家，40%是工程師。這個實驗室不僅僅具有科學技術的產出，它的直接經濟效益也有每年16億美元。
重大科學基礎設施平臺到底起到什麼作用？1883年，馬赫在一次超音速的實驗中發現，當波源的運動速度等於或者說超過媒介中的波的傳播速度時，它就會出現馬赫效應現象。假如飛機是一個波源，它振動會產生波，在空氣中傳播，速度是聲速。當飛機的運行速度達到聲音的傳播速度時，波源就產生強烈的共振，這種現象阻止了超音速飛機的發展，成為一個技術的瓶頸。從馬赫效應被發現後的半個多世紀，飛機的速度一直突破不了音速。一直到1947年，美國建成首座亞跨音速風洞，人類才通過機身和機型的優化，使飛機的速度突破了音速。
通過這兩個案例可以看出，科技從發現到產業化會經歷基礎研究、系統測試、示範應用、商業化的過程。
國家重大科技基礎設施不僅用來發現和重現自然規律，更重要的是它利用這些規律發展新技術，進行系統的測試、示範應用甚至商業化，它是產業界和大學的橋樑，所以這個平臺是非常重要的。
國家重大科技基礎設施的使命是提升人類探索未知世界，發現自然規律，實現科技變革的能力。我國共建設國家重大科技基礎設施48個，已建成32個，如北京正負電子對撞機、上海光源裝置、中國散裂中子源裝置等。
超重力離心模擬與實驗裝置的科學意義
浙江大學“超重力離心模擬與實驗裝置”是“十三五”時期優先佈局的10項國家重大科技基礎設施之一。它的科學意義是什麼呢？
重力的作用是非常大的。地球就是在重力的作用之下形成的，任何活動都會受到重力的影響。比如凝練鋼鐵時，溫度高的元素首先從熔體中釋放出來，然後在重力的作用下下沉凝固。試想一下，如果沒有重力的話，凝練出來的合金材料，跟有重力或者超重力下做出來的會一樣嗎？而在超重力下，物質的質量會增大。航天員陳冬說，在發射的時候他會受到八倍自己體重的作用力。
超重力具有“時空壓縮”和“相分離加速”兩方面的科學意義，一方面提升了人類觀測常重力大時空尺度多相介質運動過程的能力，另一方面提供了加速多相介質相間分離的極端物理條件。超重力會增大相間相對運動的驅動力，加速不同質的分離，通俗地說，就是“時空壓縮”。在超重力環境下，我們就可以在比較小的模型中觀測到常重力下大時空尺度的多相介質的運動，這是一種新的觀測大自然的能力。採用超重力還可以提供一種探索物質形成的新途徑。我們在凝固材料、熔鍊材料的時候，1G、150G、400G、800G下做出來的材料組織和成分是不一樣的。
所以正因為有這樣的科學意義，1869年菲利普斯提出用離心力實現超重力的構想以後，美國哥倫比亞大學就建成了第一個超重力離心機。現在，美國陸軍工程師兵團擁有世界上最大的超重力離心機，它稱這個離心機是“革命性的工程工具”。歐洲也建有空間研究技術中心，專門開展超重力下生物和生化研究，比如植物生長髮展基因和蛋白在超重力下的變異研究。
我國三年前批准了浙江大學建設“超重力離心模擬與實驗裝置”。超重力離心模擬與實驗裝置實現超重力場地與極端環境疊加，為全過程觀測超重力環境下岩土體、地球深部物質、合金熔體等多相介質的物質運動等提供基礎支撐；也是重大工程新技術研發與驗證深地深海開發和高性能材料研發的重要平臺。在超重力下，我們通過疊加高壓、高溫等多學科機械裝置，構建了從原子級到千米級空間尺度、從常溫常壓到高溫高壓等多相介質物質運動的實驗環境，具備邊坡與高壩、岩土地震、深地、深海工程等超重力實驗條件，形成單次實驗再現岩土體千米尺度演變與災變、汙染物萬年遷移及獲取千個材料成分的能力。
未來，這臺離心機裝置將是世界容量最大的，可以做更復雜的實驗。它包括18臺機械裝置，其中6臺是國際首創的，12臺技術指標領先。
（根據2019年第一期“企業創新大家談”速記材料整理）
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