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恩来关心与过问下，北京大学创办了技术物理系，清华大学创办了工程物理系，1958年创办中国科学技术大学时又分别办了近代物理系和近代化学系。这对培养我国原子科学人才发挥了重大作用，是具有深远的战略意义的决策。
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独立自主、自力更生
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独立和富强是相互关联的。殖民地半殖民地的中国只能是贫弱的中国。只有独立的中国才能实现她的富强，而富强又是独立的根本保证。发展科技、突破尖端，既是实现国家富强的关键途径，也是捍卫国家独立的重要条件。
在发展科技、突破尖端的过程中，怎样处理好国际合作的关系？在这方面，周恩来进行了一系列探索，从理论和实践上丰富和发展了毛泽东独立自主、自力更生的思想。
第一，中国这样一个世界上人口最多的大国，不能依赖世界上任何一个国家去实现富强，只能依靠自己的努力去实现富强。中国必须建立自己相对独立的工业体系和国民经济体系，必须拥有自己的镇国之宝——原子弹和导弹，必须自己掌握高科技，这是任何一个别国所不能替代的。“不然一旦风吹草动，没有任何一个国家能够支援我们完全解决问题。”《周恩来经济文选》第339页。针对苏联的所谓“国际分工论”，周恩来指出：“苏联同志不了解，中国这样一个大国不搞一套完整的工业体系是不成的。”同上书，第330页。针对国内有些人完全依靠苏联的想法，周恩来说：“我们要靠自己，有苏联和人民民主国家的帮助当然很好，没有苏联和人民民主国家的帮助，我们也要建设社会主义。”同上书，第329页。“我们这么个大国，不可能设想一切要靠苏联帮助来解决问题。如果靠到苏联身上，苏联根本不能担负。”同上书，第403页。
第二，任何损害中国独立的外援是绝对不能接受的。1958年7月31日至8月3日，赫鲁晓夫到中国访问，要中方答复不久前苏方提出的“关于建立联合舰队与长波电台的建议”，妄图控制中国，当即遭到毛泽东、周恩来的严正拒绝。此后，中苏关系渐趋疏远。1959年6月，苏联单方面撕毁了1957年10月15日签订的《中华人民共和国政府和苏维埃社会主义共和国联盟政府关于生产新式武器和军事技术装备以及在中国建立综合性的原子工业的协定》。对此，1959年7月，周恩来指出：不理他那一套，自己动手，从头摸起，准备用8年时间搞出原子弹。1960年7月11日，周恩来批示，发展科技，突破尖端要坚持“独立自主、自力更生、立足国内”的方针。在一要、二学、三买、四钻的四个方面，他特别强调“钻”：“不管要到、学到、买到与否，或者多少，主要还靠自己钻研，自己不钻，不仅不能有独特的创造发明，而且也不能把要到、学到、买到的用于实际和有所发展。”参见《聂荣臻回忆录》（下），第807—808页。实践证明尖端科技国外是不会转让给我们的，只能靠自己去攻关，去拼搏，去创造，“独立自主、自力更生、立足国内”是完全正确的。全国人大三届一次会议上周恩来说：我们能不能自力更生地攀登科学技术高峰，这不仅在国外而且在国内，都是有人怀疑的。但是，随着我国第一颗原子弹的爆炸，现在应当是扫清一切自卑感的时候了。我们希望全国所有从事科学技术工作的同志们，树立雄心壮志，大胆发明创造，一个又一个地攻破现代科学技术的尖端，为祖国作出更加伟大的贡献。
第三，独立自主、自力更生、立足国内，不等于盲目排外、闭关自守。周恩来指出：科学技术不分国界，对全人类都是有用的。我们要向一切国家的长处学习。尽可能迅速地用世界最新的技术把我们国家的各方面装备起来。只要我们放眼世界，博采众长，努力拼搏，就可以加快科技发展的步伐，突破尖端，后来居上。他说：“我们落后于世界先进水平，但是我们有先进经验可以学习，有最新科学技术成果可以利用，这样可以扩大我们的眼界，所以我们前进的步伐可以加快。”《周恩来选集》下卷，第412—413页。怎样学习、利用？其一，要重视科学技术的情报信息工作，及时掌握国外科学技术发展的情报资料，知道哪个地方哪门科技是最先进的，明确学的对象。在周恩来关心下，中国科学院建立了情报所。1963年周恩来领导制定“十年科学技术发展规划”时，科学技术情报工作被列为重点之一。科技情报信息工作的发展，在学习、利用国外先进科学技术中发挥了重要作用。其二，从人才培养方面采取走出去、请进来的办法。按照我们所最急需的门类，派遣专家、优秀的科学工作人员和优秀的大学毕业生出国学习、取经。请国外专家来中国传授知识。从技术设备方面采取引进的办法。50年代，周恩来领导了从苏联引进技术、设备的156项重点工程的建设。他要求认真学习和推广这些项目“从设计、施工、安装直到开工生产的技术经验”《周恩来经济文选》第185页。。60年代和70年代，周恩来领导了从西方发达国家引进技术、设备的工作。1974年，周恩来针对我国广东、上海、东北能源短缺的状况，十分关心核电站引进考察情况，要求早日引进核电站。实践证明，他的想法是完全正确的。其三，向外国长处学习，从国外引进先进的技术设备，要同创新结合起来。50年代，周恩来指出：“要独立思考，避免盲从，不要迷信。”同上书，第257页。60年代，他进一步指出：“外国一切好的经验、好的技术，都要吸收过来，为我所用。学习外国必须同独创精神相结合。”同上书，第566页。
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大力协同、集智攻关
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原子弹、氢弹、导弹、人造卫星既是现代科技、工业的产物，又是现代科技、工业的缩影，技术复杂，涉及面广，综合性强，是宏大的系统工程。有鉴于此，周恩来领导科技发展突破尖端的指导思想之一是大力协同、集智攻关。
早在1956年7月，周恩来提出成立原子能事业部，在给毛泽东并中央的书面报告中就初步提出了大力协同、集智攻关的思想。他说：为了争取时间，保证完成任务，同时又考虑到原子能工业本身毫无基础，全部任务不可能由原子能事业部包下来。因此，需要把性质相近的各种工厂由各工业部分别担任。原子能事业部对各业务部门担任的与原子能有关的任务，有责进行经常联系，必要时可召集会议讨论和解决有关技术问题和协作问题。有关部门应指定专人和机构来管理原子能方面的工作。1957年6月，周恩来批评了科学研究工作中的分散主义、本位主义。他指出：“为了有效地发展我国科学研究工作，必须贯彻协作的原则。各有关部门必须协调地进行工作。”“有人只赞成本部门科学工作的发展，不赞成甚至要求限制其他部门科学工作的发展，他们往往反对协调工作，甚至拒绝国家对人力和物力的合理调配，这是一种严重的本位主义作风，应该加以批判。全国科学研究力量，应该统筹安排，一方面是适当分工，另一方面更重要的是密切协作。”他要求“有关部门的负责干部认真地提倡协作精神，推行协调方案，迅速克服本位主义的不良作风”。《周恩来经济文选》第362—363页。
在苏联毁约撤走专家之后，我国决心自力更生突破尖端技术，进一步明确了大力协同、集智攻关的指导思想。1962年11月3日，毛泽东在罗瑞卿关于建议成立中央15人专门委员会的报告上批示：“很好，照办。要大力协同做好这件工作。”此后，周恩来担任中央专门委员会主任，加强了对尖端技术攻关的领导，集中了各有关方面的主要力量，卓有成效地组织了全国大协作。周恩来说：我们发展尖端事业不同于资本主义国家，我们要发扬社会主义制度的优越性，要组织全国大力协同，从科研一开始就组织协作。要发扬风格，通用的技术不要保密，不要有门户之见，要拧成一股绳。有关工业部应当分别组织联合设计，否则各部都自己搞，来个万事不求人，是什么也搞不出来的。他还多次强调，有关部门要做到有人出人，有力出力，共同攻克技术难关。张作文：《周恩来关于发展国防尖端事业的若干思想》，《业绩·方略情怀》第250页。从中央15人专门委员会成立到第一颗原子弹爆炸试验，周恩来亲自主持召开了9次专委会议，及时协调解决了生产、科研和建设中的一系列问题。据统计，这个时期，共有26个部、委（院）和20个省、市、自治区的900多家工厂、科研机构和大专院校联合起来，扭成一股劲，共同为第一颗原子弹的研制进行科技攻关、设备制造和材料生产，解决了近千项重大课题。可以说，每一次原子弹、氢弹、导弹、人造卫星的试验所取得的成功，都是全国大力协同、集智攻关的结果。钱学森说：“那是中央专委的决定，要哪一个单位办一件什么事，那是没有二话的。”“好多协作都是这样办的，有时候铁路运输要车辆，一道命令，车就发出来了。没这套怎么行呢！千军万马的事，原子弹要爆炸，导弹要发射了，到时候大家不齐心怎么行呢！按电钮那么好按呀？按一下全国都有影响，都要跟上动作啊！”钱学森：《周总理让我搞导弹》，《不尽的思念》第291页。
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一次试验、全面收效
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发展科技、突破尖端是需要花钱的。1952年，周恩来开始酝酿研制原子弹、导弹，写信给竺可桢征求意见，竺可桢认为研制原子弹、导弹必须具备的条件之一是要花大钱，动一动都要以亿元来计数。尽管新生的中华人民共和国百废待举、资金短缺，但是为了国家和人民的整体利益和长远利益，即使束紧裤带，也要把原子弹、导弹搞出来，正如后来陈毅所表示的那样，脱了裤子当当，也要把我国的尖端武器搞上去。
同时，我们也不能脱离国力条件，任意地花大钱搞尖端。我们要在国力许可的范围内突破尖端，尽可能少花钱，多办事。
对此，周恩来的指导思想是一次试验，全面收效。
1964年11月2日，周恩来在听取首次核试验汇报时指出，我国的核试验不要多，搞一次试验就要取得尽可能多的资料，要做到一次试验全面收效。1965年3月20日，周恩来主持中央专委会研究了第二次核试验准备工作。周恩来在会上强调指出：这次试验一定要准备好，要吸取上次核试验的经验，更周到、更细致、更妥善地做好全面安排。在效应试验上，要搞清楚在空中、地面各种条件下杀伤和被破坏的威力半径。总之，凡是通过试验应该得到的数据和资料都要得到。中国反对核讹诈和核威胁，不主张搞几百次核试验，因此我们的核试验都要从军事、科学、技术的需要出发，做到一次试验全面收效。《当代中国的国防科技事业》（上），第264、 243页。
我国第一次核试验按照周恩来的要求，在测试和“效应”方面实现了军用、民用“多方收效”。我国第一次核试验只花了几十亿人民币，而美国第一次核试验花了几百亿美元。周恩来说，我们是后来居上，也应该后来居上，因为人家已经为我们探了路。