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基础科学与军事技术创新关系的历史演变

发布时间:2023-12-07 09:29

  [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

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