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  14. 和美相比 中國科技到底是巨弱無比還是強悍到窒息

  15. 發布時間:2018-06-19 12:53
  16. 4.09K
  17.   對中國科技實力的評價,一向是個熱門話題。在美國對中興禁運芯片之后,這個話題的熱度更是達到了一個歷史高峰。許多人從中認識到了核心技術的重要性,認識到了不是所有東西都可以買到,

      一種常見的錯誤是胡亂中國的實力,動不動就誰誰,誰誰慌了。經常有人給我轉來各種“體”的文章,問我怎么看,真有些不堪其擾。

      一個典型的例子是中微半導體設備公司創始人尹志堯的。隔三岔五就有文章這樣報道他:“剛剛,這位中國老人,突然回國,美國人徹底慌了!”“中國再一次在核心領域突破技術‘無人區’,彎道超車,率先掌握5納米半導體技術!”尹志堯稱,這些夸大報道搞得他們很被動。中微不是制造芯片的,是為芯片廠提供設備的。他們多次要求把文章從網站撤下,但過一些時候,又改頭換面登出來,實在令人頭痛。

      芯片制造有很多道工序,中微做的是其中的一環,叫做蝕刻機。在蝕刻機這一環做到世界領先當然很好,但中國在許多其他環節依然是落后的,甚至在有些領域是一片空白。的炒作,對尹志堯來說,不但是浪費時間,牽扯精力,而且會影響商業利益,企業經營。這實際上是。

      另一種常見的錯誤是反過來,把中國說得巨弱無比,認為所有講中國成就的宣傳都是假的。在這些人看來,中國前幾年“吹牛吹大了”,“到了中美貿易戰的這一天,我們才發現,一些吹得神乎其神的科技、工業,真的是”,“中國以為在某些方面已經超越美國,那是”。我們不妨把這類文章稱為“體”。

      我在許多地方介紹過中國領先世界的科技領域。例如抗瘧疾的特效藥青蒿素,屠呦呦為此獲得了2015年諾貝爾生理學或醫學。又如雜交水稻,為世界人民解決吃飯問題,袁隆平為此獲得了2004年的沃爾夫。又如超級計算機,現在排名第一的是中國的神威太湖之光,第二是中國的天河二號,第三是美國的泰坦。又如量子保密通信,中國2016年發射了世界第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”,2017年開通了世界第一條量子保密通信干線“京滬干線”。

      總體上,中國排第一的科技領域雖然不是很多,但總是有一些,而大多數國家是一項都拿不出來。如果問中國排界前列的領域有哪些,那這個名單就相當長了,實際上包括大多數領域,例如衛星系統、航天、手機等。

      許多人有一個誤區,就是看到中國強的地方,就極度興奮,而看到別的國家比中國強的地方,例如美國的芯片,就極度沮喪。這些人雖然知識水平和思辨能力相對較低,但立場還是希望國家好的。奇葩的是另一些人,看到外國比中國強的地方,就產生一種“興奮”,認為這說明講中國成就的那些宣傳全是假的。

      必須強調一下,這些反應都是錯誤的。世界常復雜的,科技常廣闊的。中國在很多領域做得不錯,同時美國或其他國家也在很多領域強于中國,這兩者之間并不矛盾。我經常中國的不足,介紹其他國家的。但是一碼歸一碼,中國實際取得的還是應該承認。如果你一定要數不出一個外國比中國強的地方,才能承認中國有,那你等于是把標準抬高到了一種荒誕的程度,好比在奧運會上,如果一個國家沒有包攬全部金牌就一無是處似的。沒有任何國家能達到這樣的標準,也沒有任何的決策是基于這樣的標準做出的。

      說得再大白線個領域領先,那么正常的反應是承認差距,繼續努力。而許多人的反應,卻或者是把中國領先的全部抹,或者是把美國領先的全部抹。

      成都武侯祠有一副著名的對聯:“能則反側自消,從古知兵非好戰。不審勢即寬嚴皆誤,后來治蜀要深思。”如果你問,對于中國的科技宣傳,對于中興事件的反應,應該是硬的好還是軟的好,積極的好還是消極的好?那么回答是,這些都不是關鍵,關鍵是,不審勢即寬嚴皆誤,不實事求是就怎么都不好。

      把中國吹的“體”和把中國貶入地的“體”,看似針鋒相對,其實在本質上是相通的,都是由于和懶惰,對世界做出一種最省力、最簡單的解釋。省力的結果就是像哈哈鏡一樣,把現實照得面目全非。實際上,這些人的目的不是對世界獲得深入的理解,而只是情緒的。有一個基于游戲《英雄無敵3》的笑話形象地說明了這種感情需求:

      一個農民走到“城堡有限公司”的總裁辦公室門口,問的槍兵:“請問,總裁在嗎?”槍兵告訴他:“是二代的總裁,現在已經下 臺了。”“知道了,謝謝。”農民微笑著走了。

      第二天,這個農民又來問槍兵:“請問,總裁在嗎?”槍兵說:“我已經告訴過你了,是二代的總裁,現在已經下 臺了。”“知道了,謝謝。”農民微笑著走了。

      第三天,這個農民又來問同樣的問題,槍兵:“我最后告訴你一遍,是二代的總裁,現在已經下 臺了。你到底想要干什么?”“沒什么,我只不過想再多聽幾遍這個好消息。”農民微笑著走了。

      你看,“體”和“體”的讀者都是這樣,并不關心真實的世界,只是想多聽幾遍自己想聽的消息。最滑稽的是,這兩種文章還互相以對方的存在作為自己存在的理由,好像眾人皆醉我獨醒。

      在不同的觀點之間,真正的區別不在于是捧還是踩,而在于是否實事求是。一個觀點不會因為它是褒就自動正確,也不會因為它是貶就自動正確,只會因為實事求是而正確。只有在客觀認識現實的基礎上,才能根據現實而不是想象來決策。而為了客觀認識現實,關鍵就是要提高科學素養,既要了解具體的科學知識,也要了解科學的思維方式。

      科技水平是國家實力、人民生活水平的最本質的標志。當今世界科技水平最高的國家顯然是美國。中國的科技水平處于什么呢?

      如何理解當今的世界大勢?世界和中國如何演化到現在這樣?將來會怎么樣?要回答這些問題,就要先看清大圖景。

      首先要理解和解釋那些最重要的事實,才能建立起理論體系。當然,判斷哪些事實最重要,最值得解釋,是需要洞察力的。例如愛因斯坦從測量地球在以太中漂移速度的否定結果,領以太根本不存在,光速在所有慣性參照系中都相等,以此為基礎建立起了狹義的大廈。

      民科常犯的一個錯誤就是用細節問題否定基本理論,各種推 翻、量子力學的嘗試大都是如此。殊不知細節問題之所以困難,往往是因為影響因素太多,研究者難以把握。例如一片樹葉下落的運動,跟樹葉的質量分布、每個瞬間的氣流都有關系,要描述清楚極其困難。

      而最重要的事實、大趨勢反而是相對簡單的,只要抓住幾個關鍵因素,就能得出深入的結論。所以預測一只股票的價格非常困難,預測一個國家的經濟增長率卻要容易得多。

      那么,人類社會哪些事實是最重要的?對于這個問題,我們不妨這樣想:如果有外星人在觀察地球,他們會首先關注我們的什么?或者我們發現了一個外星文明,我們最先想知道的是他們的什么?

      從能源的角度看,用火的文明,用畜力的文明,用蒸汽機的文明,用電力的文明,和用核聚變的文明,發展程度是完全不同的。從材料的角度看,用石頭的文明,用青銅的文明,用鐵的文明,用化學合成的塑料、橡膠、纖維的文明,和用劉慈欣科幻小說《三體》中的強相互作用材料“水滴”的文明,發展程度是完全不同的。

      高等級的文明遇到低等級的文明,就是碾壓。在同一等級的文明之間,即使制度、意識形態、文化傳統相差很遠,還是可以平等對話的。如果我們發現一個外星文明處于冷兵器時代,我們不會緊張,該擔心的是他們。

      如果發現他們會使用不可控的核聚變(即氫彈),跟我們并駕齊驅,我們就要認真對待了。如果發現他們會可控核聚變,會星際航行,我們就只好他們是善意的了,因為他們要消滅我們只是舉手之勞。

      1964年,蘇聯物理學家尼古拉·謝苗諾維奇·卡達謝夫提出了卡達謝夫標度,用一個文明能夠用來通訊的功率衡量這個文明的技術水平。

      按照他的標度,I型文明能夠調集與整個地球的輸出功率(10的15次方至16次方瓦特)相當的能量用于通訊,II型文明能夠把一顆恒星的輸出功率(10的26次方瓦特)用于通訊,III型文明能夠把一個星系的輸出功率(10的36次方瓦特)用于通訊。

      那么我們現在是什么級別呢?0.72型,連I型都還沒達到。不過考慮到1900年的時候我們還只是0.58型的文明,這個進步速度已經很快了。也許再過幾百年,人類就能進入I型文明。

      把這個視角轉移到國家之間,我們就會發現,科技水平是國家實力、人民生活水平的最本質的標志。當今世界科技水平最高的國家顯然是美國。中國的科技水平處于什么呢?我的回答是第一集團,跟美國有顯著差距,但屬于同一級別。

      更詳細地說,科學技術分為基礎研究、應用研究、工業技術、生產經驗等多個層次。各個層次之間既有密切的聯系,也可以有一定程度的不同步。不同背景的人往往關注的層面不同。筆者從事理論與計算化學的基礎研究,所以先在這里介紹一下基礎研究的現狀。

      基礎研究的,在絕大部分情況下表現為學術論文,發表在科學期刊上。科學界之外的人往往覺得能發表論文就很了不起了,但其實不同的論文之間水平相差很遠,科研人員對論文質量的重視程度遠遠超過數量。如何評價論文的質量?

      如果對一個領域很熟悉,自然可以仔細閱讀每篇文章,就其內容給出評價。但世界上的論文早已汗牛充棟,誰都看不過來,現代科學又分得越來越細,隔行如隔山,即使對相近專業的論文也很可能不足以給出評價。那么怎么快速地估計文章質量呢?簡單而有效的辦法是看它發表的期刊。

      在現代科研體系中,文章不是作者想發就能發,而是由刊物的編輯和審稿人把關的。世界上有數以萬計的科學期刊,不同的期刊之間審稿標準相差很遠,好比奧運會和學校運動會的區別。

      學校運動會里會不會有世界冠軍?原則上是有可能的,但這個可能性非常小,大多數人還是玩票的。而能參加奧運會的選手,即使你不知道他的具體成績,但也可以相信總是達到了相當高的水平。

      我們再來解釋一下“好”的程度。英國的《自然》(Nature)和美國的《科學》(Science)是兩家著名的期刊,它們的文章范圍涵蓋整個自然科學。有一些聲名卓著的涵蓋整個一級學科,如《物理評論快報》、《美國化學會志》、《應用化學》、《化學科學》。

      又有一些質量很高的覆蓋一個二級學科,如《有機化學通訊》、《高能物理》。再往下,門檻越低,越多。這是一幅學術的圖像。把哪些稱為一流是有一定任意性的,但出入也不會太大,科研工作者的共識比歧見多得多。

      近年來,《自然》的發行者自然出版集團提出了一套衡量國家或研究機構基礎科研產出的指標,稱為自然指數。他們挑選了68家一流期刊,統計每個國家或研究單位在這些期刊上發表多少論文。

      這是最基礎的指標,他們稱之為文章計數(article count,AC)。這并不是說不在這68家上的文章都不好,其實出自檔次比較低的期刊的重要文章也不少,還有得到諾貝爾的。也不是說這68家上的文章都很好,這些文章中也難免有一些價值不大的。

      但畢竟,在這68家中出現重要文章的概率比在其它上大得多。在不知道更多信息的情況下,你看到一篇出自這些的文章和一篇出自其它的文章,可以十拿九穩地猜測前者比后者重要。所以作為一個對大量樣本的統計,選取這68家期刊是可以接受的。

      當代科學合作很頻繁,一篇文章經常有多個跨單位甚至跨國的作者。所以他們又做了進一步的分析,把一篇文章平均分給每個作者,再根據每個作者的地址信息確定每個國家或單位占多少份額,稱為分數計數(fractional count,FC)。比如一篇文章有兩個作者,一人來自中國,一人來自美國,那么中美就各得到0.5的FC。

      此外,在這68家期刊中的天文學論文占世界所有天文學論文的比例大約是其它學科的5倍,因此他們又把天文學論文的權重乘以0.2,把FC調整成加權的分數計數(weighted fractional count,WFC),作為最重要的評判指標。這套做法在期刊的選取、各個作者的貢獻等細節上當然還有很多可以商榷或改進的地方,但基本思是合理的,參考價值比較高。

      2014年12月,自然出版集團公布了2014年(實際上是2013年12月至2014年11月)的統計結果。美國的WFC排第一,18643。中國第二,5206。第三,4077。四到十位是日本、英國、法國、、西班牙、、韓國,從3371到1151。超級大國蘇聯的繼承者俄羅斯不在前十之中。可以看出美國非常強大,WFC是中國的3.6倍。但中國排第二,達到的1.3倍、日本的1.5倍,也相當不錯。

      再從研究單位的角度看,WFC最高的是哪一家?答案是中國科學院,高達1209,是第二位哈佛大學(852)的1.4倍。

      也許你會說這不公平,中國科學院是由許多研究所組成的,跟一個大學沒有可比性。然而第三位是馬克斯·普朗克學會(729),第四位是法國國家科學研究院(721),它們都和中國科學院類似。可見至少在科學協會之間比,中國科學院排第一是沒有疑問的。

      再仔細想想,一個大學有很多院系和專業,而像中國科學院化學研究所、中國科學院等離子體物理研究所這樣的研究所只對應于大學的一個學院、一個系甚至一個專業,所以把協會和大學的科技產出做對比也未嘗不可。

      以上結果對科學界之外的人來說可能有點意外,但對科研工作者來說很正常,因為符合我們的日常感覺。僅僅十多年前,中國的一流文章還非常少見,很多教授都從來沒發過,有一篇就顯得很高大上了。

      進入21世紀以來,中國科技論文的數量和質量都出現了爆炸性的增長,對人才的標準也一水漲船高。現在想在科大這樣的單位獲得副教授職位,五篇一流文章算是起步價。出門介紹研究,如果不是這種量級的,簡直不好意思跟人打招呼。

      美國的一流和二流大學的研究水平常高的,隨便拎出一個教授來都是響當當的人物,還有一大波諾貝爾得主。是的,不少諾貝爾得主是在美國二流大學工作的。

      不是很久(十年?)以前,中國大學的研究水平整體而言跟美國還沒得比,相差太遠。不過中國的進步非常快,現在中國一流大學的研究水平我覺得已經接近美國的二流大學了。至少人們的期待值發生了變化,中國的研究單位作出世界一流的被看成理所當然的事,不會令人感到驚訝了。進步也表現在廣度上,以前只有中國的一流院校才能指望作嚴肅的研究,現在連一些二流院校都不時發一篇《自然》、《科學》了。

      中國的上升勢頭之猛可以從2014年與2013年WFC的對比上看出來。美國下降0.8%,上升1.0%,日本下降2.3%,英國上升0.9%,然后六到十位的法國、、西班牙、、韓國都是下降的。中國呢?上升14.9%!這是個什么概念?如果保持14.9%的增速,5年就會翻一番。如果中美都保持14.9%和-0.8%的變化率,8.7年后中國就會趕上美國。

      然而這還沒完。自然出版集團的WFC數據是每月更新的。現在顯示的是從2014年6月到2015年5月的統計,跟2014年12月的數據相比剛好過去了半年。(本文寫于2015年8月)僅僅半年時間里,中國的WFC又從5026變成了6318,增長25.7%!

      按照這樣的速度,兩個半年即一年就會增長58%,達到7942。因此以后如果看到報道中國2015年的WFC達到7000甚至8000,不要感到奇怪。

      與此同時,美國的WFC從18643變成17448,下降6.4%;從4077變成3939,下降3.4%。在半年時間里,美國對中國的比例從3.6縮小到2.8,中國對的比例從1.3擴大到1.6。如果這種令人咋舌的速度持續下去,中國超越美國所需要的時間就不是9年,而是3年!我們有可能在2017年就看到!此外,俄羅斯(338)排在第十九位,中國是俄羅斯的18.7倍。

      還有另外一個維度可以考察一下。前面說的WFC來自對68個一流期刊的統計,但這些期刊的學術地位并不相等,好比《射雕英雄傳》里的裘千仞和王重陽都算一流高手,但王重陽還是比裘千仞厲害不少。

      《自然》和《科學》的學術聲譽和發表難度比其它大多數一流期刊更高,我們可以把它們作為期刊的代表。當然這個代表性低一些,因為歷史上發表在《自然》與《科學》之外的里程碑式論文(包括許多得到諾貝爾的)實在是太多了,遠遠多于發表在那68個一流期刊之外的,不過仍然不妨做個參考。

      自然出版集團也給出了只限這兩個的WFC,我們姑且把它作為各個國家或研究機構發表論文的指標。從2014年6月到2015年5月,國家中最高的是美國(860),然后是英國(144)、(116)、法國(67),中國(58)只排在第五位。研究單位中最高的是哈佛大學(75),而中國科學院(17)只排到第十五位。

      這里固然有《自然》與《科學》對英美特別照顧的因素,不過也反映出我們在論文中的地位比在一流論文中的地位低一截。換句話說,就是我們的優勢主要在于次的。后面將會談到,這是一個具有某種普遍性的現象,而且與的歷史與文化有關。

      基礎研究的產出可以用科學論文度量,下面我們再來看應用技術的產出,用專利度量。世界五大知識產權局是歐洲專利局、日本特許廳、韓國特許廳、中國國家知識產權局和美國專利商標局,五局處理了世界80%的專利申請,承擔了專利合作條約95%的工作。

      從2012年以來,五局每年聯合發布統計報告。2015年初,五局發布了2014年的主要統計數據報告,完整版的2014年五局統計報告將于2015年底完成。專利分為發明專利、實用新型專利和外觀設計專利,顯然發明專利是與科技水平相關程度最高的。五局的主要統計數據報告中列出的全都是發明專利的數據。

      2014年五局共收到230萬件發明專利申請,其中最多的是中國,高達92.8萬件,占了40%!其次是美國,57.9萬件。日本、歐洲、韓國分別是32.6、27.4和21.0萬件。這是中國連續第四年居于發明專利申請量第一的。跟2013年相比的增速,中國也是最高的,達到12.5%。美日歐韓的增速分別是1.3%、-0.7%、3.1%和2.8%。

      再來看發明專利的授權。2014年五局共授權了95.54萬件發明專利,其中最多的是美國,30.1萬件,占31%。其次是中國,23.3萬件。日本、韓國、歐洲分別是22.7、13.0和6.5萬件。中國的增速12.3%最高,美日韓歐的增速分別是8.2%、-18.0%、1.9%和-3.1%。

      有一點需要注意的是,每個知識產權局的申請人都來自全世界,不只是自己國家。在中國國家知識產權局的申請人中,86%來自中國,4%來自美國。而在美國專利商標局的申請人中,只有50%來自美國,3%來自中國。

      在授權方面,中國國家知識產權局的專利權人中,來自中國和美國的分別占70%和7%。美國專利商標局的專利權人中,來自美國和中國的分別占48%和2%。顯然,美國專利的國際化程度比中國高不少,吸收外國智力的能力值得我們學習。

      看完了專利,再來看國家在研究上的人力物力投入。科技部出版的《中國科技人才發展報告(2014)》顯示,2013年我國的研究與發展(R&D)人員總數為353.3萬人,超過美國,居世界第一位。

      根據國家統計局的《2014年國民經濟和社會發展統計公報》,2014年中國的研究與試驗發展經費支出為13312億元,比2013年增長12.4%,占國內生產總值(P)的2.09%。按照1美元兌換6.2人民幣元計算,相當于2150億美元。

      中國的比例處于中等偏低,不過在較快地上升。由于中國的P僅次于美國,超過第三名日本的兩倍,所以可以肯定中國的研發投入處于世界第二位,接近美國的一半。2014年,世界經濟合作與發展組織在《經合組織2014年科學技術與工業展望》中預測,中國的研發支出將在2019年前后超過歐盟和美國,躍居世界首位。

      看完這些統計數據,再來談老百姓的日常生活。現在一個典型的中國中產家庭擁有這些物質財富:房子,汽車,計算機,智能手機,大屏幕電視,空調,冰箱,洗衣機,多種家具、衣服等。

      在這些服務業上花費不菲:教育,醫療,養老,餐飲,電商,娛樂,旅游,健身,美容等。享受這些公共設施:高速公,高速鐵,飛機場,電信,醫院,學校,綠地,劇院等。

      還有軟:良好的治安,高效的服務,快捷的物流等。這樣的生活和美國中產家庭有多大區別?區別不大。中美中產家庭生活的相似之處遠遠多于不同之處。

      區別總是有的,如美國人賺錢更多,買高檔汽車更容易,出國旅游更方便,飛機場更多,如果能進名牌大學,就能受更好的教育。不過中國占優勢的地方也不少,如治安普遍更好,高鐵網絡更發達(美國還沒有高鐵呢),中餐更好吃(美國大部分的飯店就是悲劇),電信網絡覆蓋度更高(中國有村村通,美國在不賺錢的地方就不通)。

      2014年,中國人和美國人的預期壽命分別是75.15歲和79.56歲(美國情報局world ct book的數據)。

      總體而言,中美中產階層的生活屬于同一級別。不同之處屬于各有千秋,而不是瞠目其后。從收入看來似乎相差很多(中國的人均P只有美國的1/7),但實際生活質量卻相差不遠。這是因為中國的中產比例低于美國(但中產人口高于美國),也因為美國的差距比中國大,少數的富人拿走了太多的資源,還因為美國是一個高成本的生活體系,消費效率比中國低(見郭曉明《物質循環的世界》第19節)。

      戰斗機,美國有已服役的F-22和F-35,中國有試驗中的殲-20和殲-31。航空母艦,美國有11艘核動力航母,中國只有一艘從買來的瓦良格號改建的遼寧艦,蒸汽動力,據說國產航母正在建造。衛星系統,美國有GPS,中國有北斗。

      導彈防御系統,中美都有。導彈打衛星,中美都有。彈道導彈打航母,只有中國有。有源相控陣雷達,中美都有。預警機,中美都有,中國的更先進(注:有源相控陣雷達在原理上比無源先進)。超高音速飛行器,中美都在試驗中。空間站,美國、俄羅斯等16國共用國際空間站,中國有天宮。

      太空探索,美國的探測器登陸火星,中國只到月球。芯片,美國有Intel、AMD,中國只有龍芯、華為麒麟。操作系統,美國有windows、iOS、,中國沒有像樣的代替物。電信,美國有思科,中國有華為、中興。4G標準,美國有FDD-LTE,中國有TD-LTE。

      引擎,美國有谷歌,中國有百度。電子商務,美國有亞馬遜、eBay,中國有阿里巴巴、京東。社交,美國有臉書、推特,中國有微信、微博。汽車,美國有通用、福特、克萊斯勒,中國只有奇瑞、吉利、長城。電動汽車,美國有特斯拉,中國有比亞迪。

      手機,美國有蘋果,中國有華為。高鐵,美國還沒有,中國占世界一半以上。大飛機,美國有波音,中國的商飛正在研制C919。液晶顯示,美國幾乎沒有,中國有京東方……

      這個名單可以列很長。基本的特點是,大多數領域美國領先,但差距在縮小中。也有些領域中國領先,如預警機、火力發電。有些領域美國占壓倒性優勢,也有些領域中國占壓倒性優勢。

      能在幾乎所有領域和美國正面對抗,而且還互有攻防的,世界上只有中國一家。其他國家由于體量較小,又缺少國家意志,在四代機、引擎、電子商務、社交、手機等領域基本都放棄了。日本放棄得更多,除這些外還有電信標準、系統、大飛機等。俄羅斯只能抓軍工和航天,在大部分領域里都退出了競爭。只有中國在全面發力,在每場競賽中都不缺席。

      這里有一件很有趣的事。一個選手如果只參加幾場比賽,取得了好成績,那么人們一般就只稱贊他。而另一個選手出現在所有的賽場上,在大部分賽場上都排在前五位,就經常被人批:為什么短跑不如博爾特?跨欄不如劉翔?跳遠不如劉易斯?拳擊不如鄒市明?太弱了!

      對中國,大家批的是:為什么汽車不如?芯片不如美國?機器人不如日本?液晶不如韓國?這種背后的意思是中國應該在每一個領域都做到第一,否則就是失敗。其實任何國家都不可能在所有領域都是第一,這是個脫離實際的要求。怎么不提的社交不如美國,美國的高鐵不如日本,日本的手機不如韓國,韓國的太多東西不如中國?他們是不是也該疾首地反思?

      不過這個脫離實際的要求也有正面意義,就是說明中國人民內心非常驕傲,期許極高。我們知道自己在歷史上全面領先過。面對困難,我們總是認為內因是主導因素,自己搞好了就沒有過不去的檻,人定勝天,君子自強不息,士不可以不弘毅。這其實是大國特有的一種自信。

      對許多小國來說,命運多次不由自己決定,他們很清楚人力有時而窮的道理,適當地選擇大國投靠是他們必備的智慧。大國的這種自信雖然盲目,雖然不合邏輯,但仍然是有價值的。

      它多次使大國的人民煥發出不可思議的勇氣和創造力,完成了許多偉業。正如基辛格《大外交》第18章所言:“大事業往往需要一點天真去推動。”盲目的自信總比盲目的自卑好得多,這種自信是超級大國人民必備的底蘊。

      綜合以上對科學論文、專利、科研人力、研發經費、生活質量、工業水平的討論,就得到了前邊說過的結論:中國的科技水平處于第一集團,跟美國有顯著差距,但屬于同一級別。

      有一點值得注意的是,論文和專利表示的是科技的增量,而不是存量,正如P表示的是財富的增量,而不是存量。由于我們爆炸式發展的時間還比較短,科技和財富的存量可能還不如其他一些國家,換句話說就是那些國家還有老本可以吃。但是在各種增量指標上,我們都已經是數一數二的了。

      而在這些增量指標的增速上,即增量的增量,我們毫無懸念是世界第一,如前面說的2014年WFC比2013年增長14.9%,發明專利申請數增長12.5%,其他國家不下降就不錯了。這是因為我們的經濟在快速發展,科技投入在快速增加,即使其它條件都不變,科技產出也會快速上升的。正如一句老話:能用錢解決的問題就不是問題。

      有人有錢就能搞好科技,這個道理雖然正確,卻不容易讓人相信,因為許多人特別不自信,說得好聽點就是太有憂患意識,憂患過頭了。

      1999年左右,楊振寧到科大《近代科學進入中國的回顧與前瞻》,結論是:“以下的幾個長遠的因素是使得一個社會、一個國家能夠有輝煌的科技發展的必要條件。第一個是需要有聰明的年輕人,有頭腦做科學研究;第二是需要有重視紀律、重視心、重視勤奮的社會傳統;第三要有決心;第四要有經濟條件。……中國在20世紀里有前三者,到了21世紀我認為將四者具備,所以我對21世紀中國科技的發展是絕對樂觀的。”

      當時我十分不以為然,因為中國有太多的問題,,,差距,日下……所以,楊先生,您是不是老糊涂了?后來隨著眼界的擴大,卻越來越發現楊振寧講的是完全正確的。他這些道理看起來很質樸,簡直土得掉渣,但卻是“重劍無鋒,大巧不工”。這正應了《經》里的話:“上士聞道,勤而行之;中士聞道,若存若;下士聞道,大笑之。不笑不足以為道。”

      19世紀末,美國已經是全球最有活力的經濟大國,但科學水平還很低。1883年,美國物理學會第一任會長亨利·奧古斯特·羅蘭(Henry Augustus Rowland,1848—1901)做了一個《為純科學呼吁》,被后世稱為美國科學的宣言。

      “美國的科學只存在于未來,它沒有今天和過去。……我們厭倦平庸,這是我們國家所遭受的。……難道我們總是匍匐在塵土中去撿富人餐桌上掉下來的面包屑,并因為我們有更多的面包屑而認為自己比他更富裕嗎?……教學工作會消耗大部分精力,這也是絕大多數在教授職位上不進行任何科學工作的人的一個借口。

      ……這類的事實(按:美國的許多所謂大學只有幾位教授、十幾名學生和幾萬美元的經費)只會存在于一個的國家,它所自豪的是將所有的東西都降低到同一層次。……要讓他們(按:美國的大學生)知道他們只接受了一半的教育,他們與世界上的一些人相比如原子般微不足道。……那些拿最高薪水并擁有教授職位的人今天所做的事絕對不是純科學研究,而是科學知識的商業應用,目的是增加他們已經很高的收入。

      ……如果這位學生被一些當時所謂的好老師所教育,這些老師所知道的只比學生多一點,并常常被學生超過甚至輕視,那么沒有人會懷疑這位學生的品味低下。這位學生發現只要他稍加努力,他就能超過他所在的大學中擁有最高榮譽的人;他開始認為自己是一個天才,工作的動力隨之消失了。旁邊的小土丘讓他感到自己是一個偉大的人,但他不知道世界上還有他無法比擬的大山。

      ……在美國人的心中,期望與的被混為一談,除了它們的名字不同之外,每個機構都在混沌中昏睡,期望時間的流逝能帶來繁榮昌盛。……有太多的地方學會被冠以大而不當的名稱,每個學會都有自己的知名人士,他們有將他們在早晨散步時發現的某些多出一支腳的螃蟹描述為無價之寶。

      ……它(按:美國科學院)沒有辦法獲得像偉大的英國皇家學會、或者是在巴黎、、維也納和其它歐洲首都和大城市的偉大學院的地位。……在科學方面,我們國家還沒有出版過或者即將出版任何中小學教材以上的書籍。……我們國家所做的物理學工作還不足以支撐一個物理學期刊。”

      看到這些,你會覺得美國的科學弱爆了。當時肯定也有很多“”人士美國不可能搞好科學。但他又說:“給予是美國人最優秀的品質,這個國家所需要的將會在將來的資金中得到支持。……美國人在小事情上不缺乏發明和創造,當同樣的被用到知識和對科學的熱愛上時,它就會變成研究的。”

      羅蘭的結論是熱情洋溢的:“我們知道這個國家前進的速度:我們看見城市在一夜之間拔地而起,其它的宏偉事業也以史無前例的速度前進。我們看見了正在建造的物理學實驗室,我們看見了對接受過全面訓練又不數學的物理學家的大量需求,需要他們做教授或加入到所謂的現實生活中。也許我們與所有真正的美國人有著同樣的感覺,我們的國家正在繁榮昌盛的未來,我們將努力成為世界科學的領導,就像我們今天努力成為世界財富的領導一樣。”

      羅蘭說美國的物理學工作還不足以支撐一個物理學期刊,這正好引出另一個有趣的故事。美國物理學家伊西多·艾薩克·拉比(Isidor Isaac Rabi,1898—1988)年輕的時候去歐洲留學,發現美國的物理《物理評論》是被一年一次用船運過去的,說明在歐洲科學界看來美國的物理研究根本不值得重視,用不著及時看。

      拉比暗下決心,回國后擔任了《物理評論》的主編,和同事們把它打造成了世界物理學界最著名的期刊之一,并且自己因為發現核磁共振獲得了1944年的諾貝爾物理學。美國化學家萊納斯·卡爾·鮑林(Linus Carl Pauling,1901—1994)也是在去歐洲留學之后,把美國的化學提升到了世界先進水平,并因為提出價鍵理論獲得了1954年的諾貝爾化學。

      我們來看一個中國的例子。量子信息現在是一個非常熱的概念,經常上,大家都知道中國的量子信息搞得很好。量子信息究竟是什么?

      量子信息的應用分為量子計算和量子通信兩大部分,前者比后者的技術難度高得多。量子計算在理論上可以解決很多現在無決的問題,或大大加強現有的計算能力,如加速對無結構數據的,模擬真實的量子體系,通過對大整數的質因數分解破解最常用的密碼體系。

      科學家提出了若干種量子計算的實驗方案,但目前還沒有一種達到實用程度的,都只能做一些算法的演示。例如對于因子分解,傳統算法的計算量隨位數的變化是指數增長,而量子算法只是多項式增長。

      這意味著什么呢?分解一個5000位的數字,經典算法(“經典”是跟“量子”相對的詞)需要50億年的時間,量子算法卻只需要2分鐘!但這么美妙的事只是理論,只是潛在的可能性。真正在量子計算機上分解了的最大的數字是什么?是143 = 11 × 13,這是科大的杜江峰、彭新華等人在2012年實現的。

      另一方面,量子通信已經有一個應用了,稱為量子密碼術。這一個就非常了不起,它在物理原理上阻絕了泄密的可能,是真正的絕對保密。前面說的量子因子分解可以稱為最強的矛,而量子密碼就是最強的盾。最強的矛能攻破所有經典的密碼,只有最強的盾才能抵御它。

      中國在量子通信領域是世界領先的,多次刷新了傳輸距離的世界紀錄,有一些試驗性的政務網絡已經在運行中。科大的上海研究院在研制一顆量子衛星,預計2016年發射,用來做衛星與地面之間的量子通信實驗。如果成功,就可望建立星地一體的絕對安全信息系統,有非常高的軍事與民用價值。

      中國的量子信息研究一大半在科大,科大有三個大的研究組:郭光燦院士、潘建偉院士、杜江峰教授。這里來講講潘建偉的成才之。潘建偉在科大碩士畢業后,到奧地利維也納大學的安東·塞林格(Anto Zeilinger)教授組里讀博士。

      1997年,他們在《自然》上發表了一篇題為《實驗量子傳態》(Experimental quantum teleportation)的文章,潘建偉是第二作者。此文第一次實現了量子傳態,即科幻電影中的傳送術(電影當然是大大夸張了的),入選了《自然》的“百年物理學21篇經典論文”。

      后來潘建偉回到科大工作,首先遇到的問題就是人才缺乏。為此他自己繼續到國外開展合作研究,同時有針對性的選派學生跟隨自己或送到歐美各個先進研究機構學習。派出去的每個人做不同的方向,回來后互相取長補短,團隊逐漸成形,就一點點出了合作效果。

      用《經》的話說:“道生一,一生二,二生三,三生。”1997年實現了道生一,那時潘建偉還是博士生。2015年實現了一生二,這時他已經是量子信息的國際領導者。潘建偉團隊從當初的單方向派人去海外學習,已經變成有來有往,目前有2位外籍教授、6名外籍留學生,分別來自、法國、、巴基斯坦等國家。

      我們來比較一下拉比、鮑林和潘建偉。他們的成長道很相似,都是先到先進國家學習,然后回國建立團隊,把本國提升到先進水平。有些過于保守的人反對出國留學和對外交流,認為關起門來自己搞才是正道,這固然是錯誤的。

      但更多的人是過于悲觀,認為中國永遠都只能跟在人家后面跑,不可能搞好科學,這就更加錯誤。我親耳聽到過地位很高的人言之鑿鑿地說“中國人不會創新”,這種人的危害比保守派要嚴重得多。

      正確的態度是,“無難事,只要肯登攀”。如果說中國沒人才,那么耐心培養不就是了?以中國人的文化底蘊、勤奮程度和天分,只要按照科學規律做事,持之以恒地投入,沒有做不成的。

      答:因為你沒有關心這方面的消息。如果你關心的線月,理化所和大學制備了一種液態金屬機器人,含鎵的液態合金吸收一小片鋁以后,就可以在電解質液體中運動很長時間,能夠蜿蜒前進和變形,被比喻為終結者。

      2015年3月,軍事醫學科學院生物工程研究所和天津康希諾生物技術有限公司聯合研發出了2014基因型埃博拉疫苗,針對性強,穩定性好,并具備大規模生產技術條件,優于美國、的需零下80度冷凍保存的1976基因型疫苗,已經治愈了一名英國女兵和一名意大利男。

      固然中國的科學宣傳還有很大的改進余地,但你如果閉目塞聽,只關注明星、飛短流長,那即使有再多的科學成就,你又怎么會注意到呢?

      問:中國的科學界不是黑幕重重嗎?中國的科學體制不是落后嗎?中國的科學不都是造假的、花錢買的嗎?

      答:中國這么大,科技人員這么多,自然難免有面。美國也是如此。但你如果以為全都很,那就大錯特錯了。向一流期刊時,審稿人水平很高,而且卡得很嚴,一心想挑出你的毛病來把你拒掉,造假的有多大幾率過關?

      至于說花錢買,就更可笑了。不要說一流期刊,二流的你去買一篇看看?這都是不可能的事。當然,有些低級的期刊上會有一些甚至很多低價值的以至造假的、花錢買的文章。不過學術界都知道這些期刊水平很低,不會把的文章當成像樣的學術。

      向一流院校求職時,低級別期刊的文章不但沒有正面作用,而且有負面作用。總之,把科學界當成商場,是無識者常犯的毛病。科學是最客觀、最、最富智慧含量的人類事業,許多在別的領域適用的在科學中是不適用的。

      至于說中國的科學體制,當然有很多可以改進的地方。但這個體制畢竟實現了中國科技的快速發展,可見總體上還是成功的。巧婦難為無米之炊,體制再好,沒錢也干不成事。

      用飛機來打比方,體制好比機身布局,投入好比發動機。發動機推力不夠,再符合空氣動力學的機身也飛不起來。推力夠了,一塊磚頭都能飛。投入不足對中國科技的損害比體制問題大得多,許多被一般人歸結為體制問題的,其實是投入不足造成的。地談論體制問題,是缺乏技術含量的無聊行為。

      首先,人類的追求不只有物質生活,好奇心與求知欲也是基本價值。超越功利的思維是一種的樂趣。你完全可以低頭看,但不要冷嘲熱諷那些仰望星空的人。

      其次,基礎研究決定了人類能夠達到的上限。弓箭用得再好,也無法對抗導彈。《三體》里三體人用智子地球人的粒子物理實驗,了地球人粒子物理的發展。由于粒子物理是一切物質科學的基礎,地球人就被鎖定在了當前的水平上。其實三體人的科技水平并不比地球人高太多,可能只高一個級別,在神級文明看來兩者都是秒的對象,但高這一級就足以碾壓地球人了。

      再次,基礎研究的效果要通過應用研究、生產試驗、工業生產等多個環節,才能傳導到日常生活。確實不是立竿見影,但這絕不是輕視基礎研究的理由。正如羅蘭在《為純科學呼吁》中所言:“難道我們總是匍匐在塵土中去撿富人餐桌上掉下來的面包屑,并因為我們有更多的面包屑而認為自己比他更富裕嗎?但我們忘記了這樣的事實:他擁有面包,這是所有面包屑的來源。”當然,中國的傳導機制還不夠通暢,傳化率還不夠高,在這方面有很多需要改進的地方。

      然后,中國的基礎研究已經對生活產生了重大影響。袁隆平的雜交水稻、李振聲的雜交小麥養活了全世界數以億計的人口,屠呦呦等人的青蒿素了全世界數以百萬計的瘧疾患者,師昌緒的材料學研究大大提升了航空發動機的性能,徐光憲的稀土化學研究是中國稀土工業的基礎。看不到這些的人,是自己目光如豆。

      最后,騙經費的人有沒有?有,例如偽造“漢芯”的陳進。我們對及相關負責人處理太輕,這確實是很令人的,需要大力加強打擊學術不端的力度。但合理的結論是打擊假的,支持真的,有些人卻要把孩子連洗澡水一塊倒掉,那就太了。

      答:其實得過了,楊振寧、李政道1957年拿時還是中國國籍。當然,如果把問題改成“為什么還沒有新中國培養的人得諾貝爾自然科學”,那就是一個很有意義的問題了。

      對此簡短的回答是:不要急,會得的。諾貝爾授予的是經過檢驗、得到的,往往是幾十年前做出來的。日本近年來多次獲,是因為日本在20世紀80、90年代科研經費高速增長,獲者的成就大多是那些時候做出的。

      中國現在已經有了一些非常重要的,如薛其坤等人發現量子反常霍爾效應,楊振寧認為這是諾貝爾級別的,而且還在不斷產生新的重要,如最近的預測和發現外爾費米子。可以確信,幾十年后一定會出現中國科學家獲的。至于具體什么時候得,誰因為什么成就得,那就很難預測了。

      重要的是,現在的基本圖像是百花爭艷,不能確定哪一朵最先綻放,而不是只有一兩朵,即使綻放了也不代表春天到來。在諾貝爾問題上,有些人處于悲觀的極端,認為中國永遠得不了(體制問題!),而另一些人處于憤世嫉俗的極端,聲稱諾貝爾純粹是的。

      這話用來說和平、文學或許可以成立,但用來說自然科學就離譜了。不要吃不到葡萄就說葡萄酸,耐心點,自信點。葡萄是甜的,而且你必然有吃到的那一天。

      答:這種說法是典型的以偏概全。中美這樣的大國,都不斷有許多進步。只提美國的進步,假想中國停著不動,才會得出這種離譜的結論。固然可以舉出美國突破的許多關鍵技術,但同樣可以舉出中國突破的更多關鍵技術。

      對于這么大規模的問題,憑印象舉幾個例子是不夠的,需要定量統計。前面列舉的各種數據就是統計。任何沒有預設結論的觀察者都會看出,中美差距是在縮小而不是拉大。

      相信這種奇談怪論的,說到底是對科技了解太少,對美國太多。即使出于親身體驗對中國有了些信心,但信心還很微弱。一聽到有人鼓吹美國不可戰勝,第一反應就是習慣性的相信,膝蓋立刻就軟了。敗軍之氣,累世而不復,說的就是這種心態。治療方案:多學習。

      問:俄羅斯的國際論文發的少,是因為他們不屑于在英文上發文章。俄羅斯的科技比我們強得多!更加以人為本!中國的高檔次論文超過俄羅斯,是恥辱而不是榮耀!

      答:這也是一種典型的錯誤論調,錯誤在于混淆增量和存量。如前所述,我們爆炸式發展的時間還比較短,某些領域科技的存量可能還不如其他一些國家,這其中最典型的就是俄羅斯。但是在各種增量指標上,我們遠超俄羅斯。這無論如何都是好事,把這當恥辱的人,心態太扭曲了。

      俄羅斯的優勢基本只剩軍工、航天和資源開采,這都是蘇聯時期的老本。在其它大多數領域,俄羅斯已經顯著落后于中國。一個非常有性的例子是,中國一汽與俄高爾基汽車集團成立合資企業,在米亞斯烏拉爾汽車制造廠組裝解放牌卡車。

      一汽是當年蘇聯援建的,結果現在老師不會造汽車了,只好請學生幫忙。就像《倚天屠龍記》第24回里,張三豐聽說少林派被滅時,把百年前郭襄送給他的演示羅漢拳的鐵羅漢交給俞岱巖:“你日后送還少林傳人,就盼從這對鐵羅漢身上,留傳少林派的一項絕藝!”

      蘇聯解體后經濟崩潰,俄羅斯科學界遭受了一場大,許多科學家不得不離開了科研,或離開了自己的國家。普京上臺后雖然有所改善,但投入仍然很不足。

      我認識的一位經常訪問俄羅斯的老師說,的科研人員大都是50—70歲的,年輕人很少。因為科研的收入太低,年輕都在外面打兩份三份甚至五六份工,編程序之類。這樣還愿意搞科研的,只能說是真愛了。

      科研人員外流很嚴重。再過10-15年,老的退了,新的補不上來,要完的節奏。中國的情況正相反,每年畢業的博士碩士是世界第一多,在學術圈內找工作成了一題。好的高校、研究所的基本都填滿了,以前名不見經傳的單位也在快速提高標準。

      他證明了龐加萊猜想,卻是個避世隱居的怪人,從來不拿國家的研究經費,連數學界的最高榮譽菲爾茲都去領。但是這個例子很偏頗,因為數學和物理、化學、生物這些自然科學不一樣,數學命題無法用實驗來證明,只能靠數學家的頭腦。所以無論錢多錢少,所有的數學家都處于同一起跑線上。

      這也能解釋為什么數學方面的民科特別多,自己證明了哥德猜想的不計其數。自然科學就不是這樣,實驗是對理論最終的判決,而現代的實驗常燒錢的。拿個試管在自己家里就能做出重大發現的時代,早就過去了。粒子物理的加速器花錢是以百億元計的。

      即使你只做理論,不做實驗,現代的理論研究也往往需要大量的計算,我的專業理論與計算化學就是如此。這些計算不是拿紙筆能夠完成的,需要很多硬件軟件,這也是不菲的花費。俄羅斯由于缺人缺錢,科研每況愈下,這是明擺著的事。

      至于說俄羅斯以人為本,就更是笑話了。俄羅斯人的預期壽命是70.16歲,低于中國的75.15歲,酗酒的、販毒的、走私軍火的一大堆,葉利欽時代差點連核武器都偷賣給,真是相當的以人為本哪!

      問:中國重大的科技成就都是在時代取得的,如兩彈一星、沙眼衣原體、牛胰島素、雜交水稻、青蒿素、哥德猜想的1+2。30多年,論文發了一大堆,有什么比得上時代的?

      時代科學家們的愛國是一座永遠的,如我就讀的科大化學物理系的創始人郭永懷先生(1909-1968),飛機失事時,和警衛員緊緊擁抱在一起,用身體了導彈試驗數據。時代的科研體制也有不少優點值得總結、繼承與發揚,如重點攻關,大協作,學術。

      然而是古非今是不對的,80年代固然是讓科研人員過了一段緊日子,但經費增加后的爆炸式發展也不能否認。高鐵、北斗、四代機、空間站、人工角膜、量子反常霍爾效應、量子信息、外爾費米子等都是重大的,不應該出于貶損它們。

      對時代前輩們的豐功偉績我們非常,同時也應該做一些客觀分析。那時的科技成就可以分為兩類,一類是追趕型,一類是原創型。

      兩彈一星、核潛艇、造汽車飛機等是追趕型,就是已知別人造出了這個東西,我們想辦法也造出來。追趕的難度跟原創有本質區別。

      提出問題之后,又有一大,就是你不知道這個問題在當前的條件下是否可以解決,能判斷出這一點也需要很高的智慧。例如可控核聚變和量子計算,在物理原理上是可以實現的,但實驗徑設計了好幾種,每一種都有嚴重的局限性,將來是否能成功,需要發明新的徑還是只需改進現有的徑,都沒人知道。

      追趕相當于把提出問題和判斷可行性這最難的兩步都跳過去了。有人說最大的秘密就是它可以造出來,只要知道這一點,你就已經獲得了最關鍵的信息,這個說法完全正確。

      說這些不是為了貶低兩彈一星元勛們的偉大成就,前輩們在“一窮二白”的條件下(我們窮則窮矣,其實不是那么“白”的,后文詳述)發揮了很強的創造力,做出了許多新的科學發現,如于敏的氫彈構型。兩彈一星能造出來這一點全世界都知道,但絕大部分國家還是造不了,正是因為他們解決不了這些問題。不過我們應該明白,我們不能永遠處于追趕的,原創是必須要走的。

      殲-20的總設計師楊偉說:“原來,我們曾經是有明確的追趕目標,別人在前面,我們奔著他去。現在,我們接近了,甚至在某些局部平行或超越了,這時我們所面臨的挑戰將更加嚴峻。在這種沒有明確目標的情況下,創新的難度同以前相比不是一個數量級的。”

      他認為,應對這樣的挑戰,核心就是要加強原始創新。如果說以前我們對基礎研究、基礎科學的關注與投入還很有限的話;未來,我們需要更加關注這些領域,加大對基礎科學原理的深度理解與突破。楊偉的這些觀點十分中肯。

      再來看時代的原創型。合成牛胰島素、提煉青蒿素等確實很了不起,但從更高的標準看來,美中不足在于這些大都是點狀的突破,沒有開創一新領域,引出一整套思想、方法、技術。達到這個程度的成就也有,如馮康的有限元方法,但可惜是跟外國科學家平行開創的,別的國家并沒有受到他的太多影響。在這一點上劉耀陽有類似之處,許多人說他的層子模型相當于蓋爾曼的夸克模型,但沒引起國外的注意。不過總體而言,時代還是點狀的突破更多。

      中國在解放前處于農業社會,科技水平比先進國家整整落后一個時代。時代開始引進的學術體系,搭起了框架,培養出了一批人才,但研究還是很稀少的。而且國家處于戰亂之中,即使有也難有應用的機會。時代開始了大規模的和平建設,把已有的人才組織起來,并培養了大量的年輕人,通過接受援助和重點攻關,在一批戰略項目上取得了突破,實現了初步的工業化。

      初期,舊的體制已經過時,新的體制由于投入不足而運轉不良,自主創新經歷了一段低潮期。不過由于技術引進,工業生產水平還是在不斷提高的。隨著中國經濟蓬勃發展,自主創新意識與研發支出從90年代后期開始顯著提高,人才的數量和質量迅速進步,近年來科研出現了爆發。增量的增量毫無疑問是世界第一,各個領域的增量數一數二,差距主要在存量上。目前的基本態勢是全面追趕,重點突破,局部領先。已經在把中國作為現實的而非潛在的科技大國來重視了。這是歷史性的進步!

      如果我們把視線再往歷史和未來的深處延伸,自然就會詢問:在近代之前發生了什么?我們為什么會落到那時的悲慘境地?如何評價中國古代的科技發展?將來會怎么樣?目前的上升勢頭會不會延續?世界和中變成什么樣?

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