学科交叉融合：推动科技创新的新支点
周济，清华大学材料学院教授，中国工程院院士，长期从事信息功能材料的研究。发明了高性能低温烧结陶瓷电磁介质材料，解决了无源电子元器件片式化和集成的关键技术难题，推动了我国片式电感器和无源集成产业的形成和发展；提出了超材料与自然材料融合的思想，基于该理念设计出了一系列具有奇异物理特性和应用功能的新型材料。先后获国家自然科学奖二等奖、国家技术发明奖二等奖等奖励，荣获全国优秀科技工作者等称号。
当前，学科之间的交叉与融合受到了前所未有的关注和重视。近年来，一系列旨在促进学科交叉融合的国家战略举措相继出台，如国家自然科学基金委员会成立了交叉科学部，国务院学位委员会将“交叉学科”列为第14个学科门类等。2021年，国内首个以推动学科交叉融合的专业学术团体——北京交叉科学学会正式成立。我一直在思考一个问题：在全球新一轮科技革命和产业变革的大背景下，从国家战略层面上推动学科交叉的意义何在？换句话说，学科的交叉融合这样一个学术共同体内部的行为在驱动创新、引领国家发展方面能够发挥怎样的作用？
交叉科学有望为新一轮科技革命提供源头新一轮科技革命和产业变革将重构全球创新版图、重塑全球经济结构，成为未来若干年世界各国发展所面临的最大机遇与挑战。然而，关于这一轮科技革命的源头却缺乏共识。人类历史上经历过的三次科技革命和产业变革均以重大科学突破主要是物理学的重大突破为科学源头——第一次科技革命的基础是牛顿力学，第二次科技革命的基础是电磁理论，第三次科技革命的基础是量子力学。因此，研判新一轮科技革命和产业变革的基本特征和发展路向，无法绕开其发生的科学基础。目前流行的观点认为，新一轮技术变革以数字化、智能化以及万物互联等为主要特征，我个人认为这种观点值得商榷。因为从科学基础上看，数字化、智能化技术依然是第三次科技革命，即信息技术革命的延展和成果应用。近一百年物理学领域未能出现可与牛顿力学、电磁理论及量子力学比肩的重大科学突破，其他领域的重大突破也寥若星辰，单一学科的新突破似乎难以支撑像前三次科技革命那样重大的科技变革。相比之下，各大科学领域、各个学科间的交叉融合则存在着巨大的潜力。例如，在物质科学、信息科学和生命科学三大领域之间的交叉融合基础上产生了人工智能、基因组学、脑机融合、人机融合等前沿科技，有可能成为第四次科技革命和产业变革的突破口，进一步引发的新科技有望深刻改变人类文明进程乃至人类本身。从这一意义上讲，抓住了学科交叉融合，就有望把握住新一轮科技革命的源头。学科交叉融合为科学研究的范式变革提供了新路径
科学研究的范式变革往往是重大科技创新的重要标志。而按照“范式”这一概念的提出者、美国科学哲学家库恩的观点，科学研究的范式变革往往是在旧的范式出现危机的时候发生，而这样的机会是随机的、可遇而不可求的。如何通过有组织的科研去推进科学研究的范式变革？我认为，学科间的交叉融合提供了一种可能性。现代科学中学科的划分导致了不同科学领域独立发展，形成了各自迥异的研究范式。而学科间的交叉融合则可能为不同学科间范式的相互借鉴，进而实现学科范式的变革提供了一种路径。材料科学领域的新分支超材料可提供一个典型案例。材料科学是实验科学，其研究的主流范式是先制备出材料，然后去研究材料的性质，再进一步改进材料的组成和制备方法进而改善材料的性质，并在此基础上建立材料组成—结构—性质的关系。本世纪初，超材料这一概念在科学界出现。超材料是通过人工结构获得的、具有自然界所不具备的新的性质的人工结构，其研究范式很类似于电子学，即通过已知功能的单元构筑系统，超材料早期的研究者主要来自于电子学和物理学领域，这种研究范式对于他们来说是习以为常的。而作为最早从材料领域进入超材料研究的研究者，我们深刻认识到，超材料不仅代表了一系列新材料，也给出了一种构筑材料的新范式，因此致力于开发超材料的方法论价值，提出了超材料与常规材料的融合的思想。基于这种思想，不仅率先研制出了介质超材料等具有优异特性的新材料，也为常规材料性能的突破提供了新的思路。
