澳门威尼斯人娱乐场-Venetian Macao Casino(访问: hash.cyou 领取999USDT)狭义上的大科学概念,其具体所指是大科学装置或大科学计划,广义上则是指全球范围内的科学开放与合作网络。大科学作为一个科学的组织化现象最早始于17世纪,二战之后,由于国家力量的介入,依托投资和建设规模巨大的大科学装置开展研究,颠覆了传统上由个人兴趣驱动的小科学研究。冷战之后,伴随国际关系的缓和与科学外交策略的实施、全球高等教育规模扩张及其国际化发展趋势,出现了跨国性大范围指向人类共同利益的科学合作现象如国际大科学计划,由此科学进入了一个全球科学时代。但是,大科学并非是对小科学的替代,两者之间存在互动共生的关系。在今天,大科学的核心内涵和精神意蕴是面向国际的开放合作,以大平台建设与互动网络建构集聚国际高层次人才,推动科学的跨国、跨部门与跨学科的合作共赢。中国的大学以及科技界要顺应大科学时代的发展要求,还面临众多现实障碍与亟待探究的体制机制问题。
科学的发展历程既展现了人类心智结构演化过程,也反映了科学活动组织化与制度化轨迹。现代科学的肇始与发展固然有其个人好奇心驱使的原始动力,但究其根本而言,它还是得益于各方建制性的社会力量扶持与培植。如果没有近代早期王公贵族、富商甚至教廷等各种恩主们的慷慨资助,以及随后欧洲各国官方或民间组织如皇家科学院或皇家学会等的支持,没有近代晚期以来大学提供的庇护和稳定容身之地,科学或许也不过就是止于少数人发自个人好奇的冥想。而自19世纪下半叶以来,随着科学理论成果转化在战争、民生与工业领域应用价值与技术功用的凸显,社会各部门尤其是产业界与政府的全面与深度介入,科学探究不仅被纳入高度建制化的轨道,而且在国家的政策支持以及巨额资金的资助下,出现了由传统个人或少数精英的孤独研究,向人员、资金和设施设备规模日渐扩大的团队研究甚至跨越国界的超大团队研究方向转变现象,这也就是学界尚存争议所谓的“小科学(little science)”向“大科学(big science,megascience)”的转变。然而,如何理解大科学?它是否意味着小科学或传统意义上学院研究的退场?科学界尤其是高校又如何应对这一转变?围绕上述一系列问题,本文在此尝试予以系统性的梳理并做些回应。
大科学的说法,最早来自美国橡树岭国家实验室主任、核物理学家温伯格(Alvin Weinberg),鉴于二战时期美国曼哈顿工程和麻省理工学院(MIT)辐射实验室等机构的非凡成就,以及二战后高能物理领域各种粒子加速器等大装置的纷纷上马与快速进展,1961年,温伯格将这种由政府支持、人员与资金投入巨大的科学组织现象称之为大科学。随后,在1963年,美国科学计量学之父普莱斯(Price)出版了至今影响深远的《小科学,大科学》一书。从科学史与科学社会学的角度,普莱斯把科学界出现的这种现象理解为一种科学活动发展演变及其组织化的必然结果。不同于温伯格的直觉与经验观察视角,普莱斯对“大科学”的理解是立足于他对近代以来科学从业人员增长与科学产出趋势的定量分析,并提出了关于科学发表指数增长定律。在普莱斯看来,所谓大科学之“大”,不仅是指上述温伯格所关注的项目与工程规模之“大”,而且也代表科学从业者以及科学产出数量之“大”,它是相对于传统上由少数博雅之士所主导的传统科学即“小科学”而言的。从小科学到大科学,并非一蹴而就,而是经过了一个循序渐进的过程(Price, 1986)。换言之,普莱斯所言的大科学,不仅仅指涉温伯格的大项目及其表象意义上的人员、资金和设施设备的规模尺度,它还牵涉由科学从业人口迅速膨胀时带来的科学群体规模与结构、组织形式与形态、科学活动内涵与外延的整体变化。
不过,无论是温伯格关注的微观层次项目与工程,还是普莱斯聚焦的宏观性科学从业者与科学产出规模变化,他们关于大科学的界定都属于数量意义的尺度。为便于对其做更简约的理解,斯克莱尔(Sklair)甚至干脆将大科学界定为“资金密集与人力密集”的项目,兰布赖特(Lambright)则增加了时间因素,即“投资数以亿乃至数十亿计、持续十年或以上的研究或开发项目。”然而,这种简约的量化界定过于狭隘,尤其不能覆盖现实中更为复杂的多种形态。为此,格里森(Galison)提出需要从多个维度来定性地理解大科学,包括地理空间、资助渠道与学科多样化以及跨国合作主体的多元化等( Vermeulen. N, 2007)。尤其是在地理与跨国维度上,早在1988年,SCI引文数据库的开创者格菲尔德(Garfield)就敏锐地意识到,随着各国科学快速进展以及在各领域开展合作机会的增加,科学尽管不能完全摆脱国家意志与政治牵连,但是,它越来越离不开各国跨越国界的合作,故而,“我们或许需要实现从大科学向全球科学(from Big science to Global science)的转型(Garfield, 1988)。”
严格而言,格菲尔德提出的“全球科学”概念及其愿景,并不是对大科学概念的替代,它只是赋予了大科学以国际化,或不妨理解为它在组织形式、资源与成果共享和人员流动意义上跨国界乃至超越国家政治与意识形态鸿沟的新内涵。事实上,在全球科学概念提出后的40多年里,伴随冷战结束与经济全球化进程加快,全球科学的组织与生产也的确进入了一个普莱斯当时可能没有预见的变化。2024年,为纪念普莱斯的《小科学、大科学》出版60周年,密涅瓦(Minerva)杂志拟以“小科学、大科学与全球科学:科学的增长及其结果”为主题出版专刊,在征稿函中指出:普莱斯没有注意到,科学的增长过程中由其他各种因素构成的动力机制,如各国高等教育在实现大众化转型后,为科学人力资源供给创造了巨大空间。今天,几乎所有国家都借助研究型大学为全球科学贡献良多,曾经处于科学发展边缘的国家如中国,对全球科学数量的增长贡献最大。不断扩展的全球性和多学科性合作,以团队与网络的组织方式,在推动发表数量增长同时,也引发了科学内部结构与文化的变革(Gläser et al, 2024)。这或许也意味着,在今天语境中的大科学,其所谓“大”的尺度不仅在于研究项目或工程的人员、资金规模与建设运行周期,还在于它的国际化或交流与合作网络广度与密度之大。而促成全球科学合作网络形成的动因,显然与早期以曼哈顿工程为代表的那种带有明确国家军事意图的大科学计划格格不入,它具有一定的超越性,即至少在目标追求上逐渐超越了实施主体(国家或机构)的现实利益,指向人类对未知世界的探索以及面向人类共同福祉的众多重大议题与难题,如气候、环境生态、能源、疾病、太空与海洋资源开发等等。
因此,对于大科学概念内涵的理解,我们不妨将其划分为界限并不分明的两个阶段:第一阶段为二战后的冷战期间,尽管国际上也不乏同一阵营国家之间的科学交流与合作,甚至也出现了部分国家共同建设的大科学装置,如1954年欧洲12国联合创办的欧洲核子中心(CERN)。但此时的大科学所指主要是特定国家内部由政府投资、规模较大、周期较长,包括政府科研机构、大学和产业界等多方参与的大装置、大工程与大项目,其主要特征是以大科学装置为依托,集聚大学、产业界与政府部门的研究人员,以联合攻关或任务分包方式,开展有明确目标导向的基础或应用研究。政府以及产业界对科学功用的青睐,它们以大项目或其他如设立基金方式对科学的支持与介入,为科学研究创造了社会与市场需求,并间接地推动了研究型大学扩张以及研究生层次科学人力资源的扩大再生产,因而,也促成了普莱斯宏观意义上的传统科学或“小科学”向大科学时代的过渡。
第二阶段为冷战结束至今,在国际政治与意识形态的坚冰有所消融后,伴随经济全球化与高等教育的国际化浪潮,在全球范围内,不同区域以及各国之间科学与人才交流网络的迅速扩大。2009年,美国科学促进会(AAAs)与英国皇家学会在其联合主办的会议上正式提出了“科学外交”(science diplomacy)概念,虽然对于科学外交的理解至今尚有争议,但是在基本实践指向上,人们大致形成了如下共识,“科学外交是利用国家之间的科学合作,来解决21世纪人类面临的共同问题,并以此构建建设性的国际伙伴关系(Ruffini, 2020)”。具体到操作框架层面,科学外交依靠3个支柱:即“外交中的科学(science in diplomacy)”,在日常外交事务中,加强各国决策者与领导者为应对如气候变化等有关全球性问题而建立科学的沟通与协商机制;“为科学的外交(diplomacy for science)”,即重视行动,关注全球各国之间在有关重大科学与工程项目方面的密切合作,包括国家层面的资金投入或自下而上的民间自愿参与等;“为外交的科学(science for diplpmacy)”,则是希望以科学为“软实力”,替代乃至超越各国传统如军事硬实力的比拼,软化彼此敌对状态,寻求在竞争与合作、国家利益与全球共同利益之间的平衡。科学外交固然不是大科学以及全球科学的同义语,但是,它关联到冷战结束至今大科学两层内涵的变化:一是项目意义大科学,由个别国家独立承担延伸到国际范围内的联手建设与共同管理,也就是所谓的国际大科学装置或计划;二是开放、交流与合作网络意义上的大科学,推动科学合作与人才流动由局部扩展到全球,也就是被标识为全球科学的大科学时代。
由上,不妨略作总结,所谓大科学具有两层内涵,一是微观意义上规模尺度较大的大科学装置、项目或工程,也就是克莱姆(Cramer)等人所认为狭义或微观意义的大科学装置以及人员投入规模庞大的项目即“大组织(big organization)” (Cramer et al. 2020,P10—12);二是宏观意义上的大科学交流网络,伴随科学从业者规模扩张与科研投入的膨胀,国内外科学组织或机构之间形成的大范围合作网络与人员流动规模,或不妨理解为克莱姆的大政治(big politics)(Cramer et al. 2020,P10—12)。大装置和大组织是大科学具体展开的手段与形式,而大政治其实关联科学活动发生的国际环境,体现了其国际化、开放性与流动性等内涵。前者构成后者得以发生与实现的平台或枢纽,后者则为前者的实施与运作创建了可行的国际环境与条件。当然,这种“大科学”并不意味着“小科学”活动与现象的沉隐,恰恰相反,即使在今天,传统科学组织与形式依旧是大科学得以发生的潜在条件与动因,而大科学则可能是催生和涌现“小科学”的摇篮,具体后文再述。
近代科学的滥觞的确源于个体或少数人的精神好奇,但是,它由小到大、由微而著的发展过程,得益于人们相互之间的思想、理论、知识与文化的交流和散播,更取决于众多社会力量的赞助与支持。克拉夫(Clough)认为,大科学其实并非是二战期间以及二战之后的横空出世,早在16世纪的天文学家第谷·布拉赫(Tycho Brahe),就曾经耗费超过当时丹麦王国预算1%的巨资,在汶岛创建了天文观测台。科学的跨国性大规模组织也并非滥觞于现代,为测量太阳系的大小以及太阳与地球之间的距离,1761年与1769年,在法国皇家学院与英国皇家学会的资助下,分别有120位与138位来自英、法、俄罗斯、奥地利与瑞典的天文学家和天文业余爱好者,以集体合作方式在几十个地点开展观测,从而开创了有史以来人员参与规模最大的科学项目。至于较早的科学大装置,当属1784年由荷兰博物馆馆长、物理学家马丁·范·马鲁姆(Martin van Marum)组织建造的大型静电起电机,其电压高达12万伏,能产生长达60厘米的火花。1813年,英国皇家学会会长戴维(Humphry Davy)设计制造了由2000块铜锌板材组合的世界最大电池,并利用它分离出了镁、钙、锶、钡等化学元素。除此之外,二战之前的大装置还有:1845年由爱尔兰的帕森斯(William Parsons)建造的具有天文学革命意义的巨型望远镜——“帕森城的利维坦”;1917年,海尔(George Ellery Hale)在加州威尔逊天文台建造的胡克望远镜;荷兰科学家、诺贝尔奖得主昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)创建的莱顿超低温实验室等(Kragh, 2023,P 22)。
在科学的社会与技术功用价值尚未得以彰显的时代,上述这些早期的大科学项目、工程或装置,其实主要来自极少数科学精英的奇想,其成功还取决于是否有恩主的青睐与慷慨资助。例如,即使到了20世纪初,为著名天文学家哈勃宇宙膨胀理论提供支持的胡克望远镜,赞助者便是富商胡克(John D. Hooker)。换言之,这些早期项目意义的大科学多孕育于少数精英主导的小科学,其成败与否也带有偶然性,这种局面直到二战之后才发生了根本的改观。
二战之后,鉴于曼哈顿工程与麻省理工学院(MIT)辐射实验室等大规模研究在军事应用领域的卓越表现,在时任美国科研与发展局主任布什(Bush Vannevar)以及众多总统科学顾问的游说与推动下,美国不仅建立了由联邦政府为大学基础研究提供资助的常态制度框架,如创立国家科学基金会(NSF),而且逐步确立了由政府资助乃至直接设立科研机构方式介入科学活动的国家体制。二战后由美国联邦政府资助创建的机构,统称为“联邦资助与研究与开发中心(FFRDCs)。FFRDCs创办有其初始动因,二战结束后,随着大量参与战争期间集体项目的科学家回归大学的纯理论研究,出于对战时有组织科研优势丧失的担忧,特别是进入冷战后美苏大国竞争的需要,联邦政府不仅试图维持战时某些研究机构的存续,如MIT辐射实验室(即如今的林肯实验室)、费米实验室、橡树岭实验室与洛斯阿洛莫斯实验室等,而且还根据军事与民生需要成立了更多新机构。二战后设立的FFRDCs,主要包括3类机构:国家实验室、研究分析中心和系统工程技术指导中心。它们归口的联邦部门分别为国防部、能源部、卫生部与运输部等,其中绝大数归属能源部与国防部。如由国防部负责的林肯实验室,能源部负责的阿贡国家实验室、布鲁克黑文国家实验室、费米实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、劳伦斯弗利莫尔国家实验室、洛斯阿洛莫斯国家实验室、橡树岭国家实验室、普林斯顿等离子实验室等。正是这些联邦实验室,承担了众多大科学项目或装置建设,开启了今天项目、装置与工程意义的大科学时代。
二战期间,由于军事设备与武器的研发更多受惠于物理科学尤其是高能物理领域的研究。战后很长一段时期,美国也进入了一个由国家实验室主导的粒子加速器装备开发与建设阶段。1953年,布鲁克黑文国家实验室建成了当时能量最大的质子同步加速器,次年,劳伦斯伯克利实验室完成了电子回旋加速器建设。1960年与1966年,布鲁克海文国家实验室和斯坦福直线加速器中心,分别建成了交变梯度同步加速器和斯坦福直线电子加速器。这些大科学装置的上马,并不仅仅出于基础理论的探索需要,还有其潜在的军事以及国际政治目的。如乔笑斐(2022)等人认为,战后美国的粒子加速器建设,带有明显的与苏联在粒子物理领域竞争目的,它本身“已经逐渐成为冷战对抗的一部分”。所有这些大装置及其附带设施,都需要大量资金与人员投入,远超出了传统上科学探究者及其民间恩主们的承受能力。正如克拉夫所言,加速器及其辅助设施设备耗资巨大,且只有加速器而无探测器是没有意义的。1959年阿尔瓦雷斯(Luis Alvarez)为加速器引入氢气气泡室探测仪,仅该辅助设备“就耗资二百万美元,还有一百万用于数据分析,更不要说它还需要一批助手与操作员(Kragh, 2023,P 22)”。因此,大科学装置背后的推手必须是国家力量,它的出现也带来了整个科研组织、体制与制度的深刻变革。
正是在美苏争霸这样一个有着强烈敌意的国际环境中,在政府主导、大学与产业界的深度参与下,以大装置为依托的大科学计划取得快速发展。除了在高能物理领域的各种加速器之外,在航空航天、天文观测、信息与计算科学等方面,美国也建成了众多既具科学探索又有应用取向的大科学装置。依托大科学装置,冷战期间的美国在相关科学乃至技术领域获得了巨大优势。MIT校长康普顿(Karl Compton)曾言,美国是以终结了战争,以辐射科学与雷达技术赢得战争。如果该说法成立,那么,战后美国以科学大装置为依托的高能物理、航天航空与空间科学及其附带的材料科学、化学、信息与计算科学等众多领域的进展,以及由上述领域成果转化而形成的军民两用技术领先优势,则至少一定程度上构成美国赢得冷战的谈判资本。冷战结束于1991年,其时美苏太空军备竞赛正酣。但正如戈埃尔(Goel)认为,冷战的结束得益于美国成功地利用其科学外交策略开创的沟通渠道。是时,美国总统里根曾在多个美苏高峰谈判场合,倡导两个超级大国应该在诸如太空探索、医学研究和核聚变能源开发等领域以合作研究造福人类,由此,逐步促成了双方的科学交流(Goel, 2021,P16)。当然,将冷战结束完全归因于科学外交,未免太过于天真与武断,但不容否认的是,如果没有战后美国依托大科学装置形成的科学软实力,没有这种软实力转化而成的军事与经济硬实力,无论是美国单方科学外交的真实意图如何,这一人类历史上的重大事件是否会发生也未可知。
从冷战结束到至今的相当长一段时间,在一度为“历史的终结”乐观氛围所笼罩中,伴随经济的全球化与高等教育国际化浪潮,国际性的科学合作也确实显现出从未有过的发展势头。面对人类社会众多迫切性的全球性问题乃至危机,如气候变化、环境生态、能源与艾滋等疾病等,在世纪之交,众多由个别或少数国家、国际组织或区域组织发起的大科学计划、装置与项目纷纷涌现。如上所述,国际大科学计划的发端源远流长,但早期最有影响的当属二战结束时就创办的国际大科学计划——欧洲核子研究中心(CERN)。1949年,经法国著名物理学家德布罗意(Louis de Broglie)的提议,也是为了阻止欧洲物理学人才流失到北美,缩短与美国在高能物理领域的差距,欧洲12国于1954年联合成立了CERN。CERN可谓是至今国际大科学计划最为成功的典范,目前拥有22个成员国以及47个准成员国、观察成员国或有合作协议的非成员国。它不仅在基础科学领域有出色表现,如发现希格斯玻色子等粒子,在科技应用领域也成就卓著,如万维网、强子癌症治疗与扫描仪等的发明。不止于此,它还是吸纳和培养全球物理以及跨学科领域高层次人才的枢纽,据2016年的数据统计,有来自全球70多个国家的1.2万研究者参与过CERN的研究(Robinson, 2018)。全球范围内约70%的粒子与高能物理领域的科学家参与过CERN有关研究,发表与其大型强子对撞机(LHC)实验关联的论文2.7万篇(Garrido, 2025,P66)。
CERN为冷战之后的国际大科学计划布局开创了先例并发挥了示范作用。长期关注国际大科学计划的罗宾逊(Robinson)认为,CERN以及1998年美国、俄罗斯、欧洲航天局成员国、日本、加拿大等国家共建的国际空间站(ISS),2006年由欧盟、美国、中国、俄罗斯、印度和日本等共同参与建设的国际热核聚变实验堆(ITER),为规模尺度最大的3个国际大科学经典案例,它们的成功,为突破跨国间合作研究的僵局提供了丰富的经验。这些跨国大项目尽管有不同合作方式与运行机制,建设过程中也不乏各种紧张,但是只要善用科学外交策略,建立有效的领导与运行机制,国家之间也可以通过在核心利益上达成共识来形成密切合作(Robinson, 2021)。冷战结束之后,出现了不少类似于上述的国际性大科学装置。如由16个国家合作建设的平方公里阵列(SKA),将成为世界规模最大、性能最强的射电望远镜。该装置分别落脚于澳大利亚与南非,包括中国的20多个国家100多个机构上千名科学家与工程师参与了设计。
与此同时,该期间未必依靠大装置的大型国际合作项目也取得了快速发展,如1996年由美国率先发起的海洋生物普查计划(COML),有超过80个国家2700多名科学家参与。1983年由美国发起的大洋钻探计划(ODP),目前已扩展为由26个国家参与和资助的国际大洋钻探计划(IODP)。此外,还有众多由国际组织牵头的更大规模科学计划,如联合国教科文组织的人与生物圈计划(MAB),其理事会由34个成员国组成,其基本使命在于以覆盖全球的社会科学与自然科学研究,为生物多样性的保护与人类社会的可持续发展提供创新性路径。
概而言之,冷战结束之后的众多国际大科学计划,未必都依托特定的科学大装置,而更接近于大组织。它们主要是基于人类探索未知与寻求共同福祉的目的,利用各国经济、科技资源与优势,以子项目分工、分布式甚至扁平化管理方式开展合作研究。这当中最为成功且为人熟知的案例,便是生命科学领域的第一个大科学计划——人类基因组计划(HGP)。该项目于1990年启动,原定于2005年完成,但因为采用了新的桑格测序(Sanger sequencing)技术,且吸纳了众多国际研究机构的参与,提前2年完成了预期目标。HGP项目的领导者柯林斯(Collins)等人,曾撰文对该项目成功的经验做如下总结:早在酝酿期间,项目就得到美国国家科学院、国立卫生研究院(NIH)与能源部(DOE)的支持;尽管测序工作有些单调,但它在项目启动初期就集聚了一群来自世界各国的杰出科学家,并围绕共同目标而形成了凝聚力;整个项目运行与决策过程不同于曼哈顿计划,它更带有自下而上的特征;不同的管理与资助部门,如国立卫生研究院、能源部以及有关参与公司相互之间始终保持密切协作,广泛分布于世界各地的不同研究机构则保持着顺畅的沟通交流,共享最新技术与信息。最重要的是,它得益于国际性的合作,“人类基因组序列最终是由6个国家的20个研究中心完成,包括中国、法国、德国、英国,日本和美国。所有这些中心,无论大小,都在其中发挥了关键作用。来自不同国家的科学家肩并肩地开展工作,……为这项指向人类福祉的研究赋予了一种令人惊叹的全球意义(Collins, et al. 2003)。”
迄今,HGP依旧可谓人类生物科学史中全球合作范围与受益面最广的大科学项目。它耗时13年、花费约30亿美元、全球参与研究者达2000人。其目标是对人类约30亿个碱基对进行测序。作为一项非典型即不同于传统基于理论假设进行求证的生物学研究,尽管起初围绕其价值、成本、技术和伦理等有不少争议,但在测序完成后,它被公认为是一项仅次于曼哈顿工程、阿波罗计划且在生物学领域具有里程碑意义的大科学工程。HGP的价值不仅体现在生命科学的基础研究领域,更在于它全速推动了生物技术、农业尤其是生物医学与医药领域的研究,丰富了人类对各种疾病机理的认识,因而具有重大的应用价值。正如该项目的其他组织者如格林(Green, et al. 2015)等认为,HGP为生物学领域众多以联合体为基础的研究创新开辟了道路,它将会或正在衍生大量类似的全球合作研究,如国际千人基因组计划(1KGP)、癌症基因组图谱计划(TCGA)、人类大脑计划(HBP)等便是其中的范例。
除此之外,HGP也为全球大型合作研究的展开方式与组织形式提供了范例。如果说,物理学领域的大科学计划,更多还依赖耗资巨大的大科学装置,因而依旧不乏各国之间硬实力竞争色彩,那么HGP的成功则无疑表明,生命科学以及医学等其他领域的大科学计划,则更有可能通过多点分散和自下而上的合作方式来实施。事实上,HGP并非是孤例,如今这种围绕特定主题的全球性大规模合作研究已经屡见不鲜,只是它们未必如HGP这般醒目。通过对科学文献的计量分析,有研究发现,在2009—2013年间,Web of Science(WoS)数据库中单篇论文合作者超过千人以上的论文有573篇,而2014—2018年间则有1315篇。这些论文作者分布的国家也越来越广,如2008—2013年间只有一篇论文的作者来自60多个国家,而2014—2018年间则有49篇,其中2/3的论文作者遍布于世界80多个国家(Chawla,2019)。当然,合作者规模庞大的学术发表未必就代表严格意义的大科学计划,但它至少凸显了当今时代上述宏观意义的大科学特征,即全球研究合作交流网络尺度意义上的大科学理念。
进入21世纪以来,在国际大科学计划之外,更多的区域性以及由各国主导的大科学装置与项目也纷纷启动与落地。欧盟一向倡导加强其成员国之间乃至国际性的科研合作,重视大科学装置建设,除了上述提到的CERN与ITER之外,克莱姆等人提到:如果以10亿美元为门槛,欧洲还拥有欧洲南方天文台(ESO)、劳厄-郎之万研究所的中子束设施(ILL)、欧洲同步辐射装置(ESRF)、欧洲X射线自由电子激光装置(XFEL)、欧洲散裂中子源(ESS)等(Cramer, et al. 2020: 19)。南亚地区尤其是印度,不仅深度参与众多国际大科学计划如ITER和激光干涉引力波天文台(LIGO)等,而且,近年来利用科学外交策略,组织了与南亚其他国家间围绕能源、矿产、医学、人造卫星以及气候变化的众多大规模合作研究。中东地区也不甘落后,在联合国以及欧盟等赞助与支持下,于约旦建成了中东第一个大科学装置——同步辐射光源(SESAME),参与者有来自巴林、塞浦路斯、埃及、以色列、伊朗、巴基斯坦以及土耳其等众多国家的科学家。在这个长期存在敌意乃至敌对的地区,“来自以色列、伊朗、土耳其以及塞浦路斯的政府代表,可以平等共处并建立了良好关系,堪称奇迹(Goel, et al. 2021,P 34)”。
自20世纪80年代以来,中国不仅是众多国际大科学计划的主要或重要参与者,如上述所提及的众多计划如ITER、HGP和IODP、SKA等,而且在大科学装置建设和发起国际大科学计划方面成就显著。1988年,中国建成了第一台大科学装置——北京正负电子对撞机,由此开启了中国大科学装置快速建设的历程。近年来,国家尤为重视大装置建设,据报导,到2023年底,中国已经布局建设77个重大科研基础设施,其中在建和已经运行的有35个大科学装置。除了人们所熟知的中国天眼(FAST)、墨子巡天望远镜(WFST),仅在高能物理领域,由中国科学院高能物理所网站所列举的就包括北京正负电子对撞机、北京同步辐射装置、中国散裂中子源、大亚湾中微子实验、江门中微子实验、高能同步辐射光源、环形正负电子对撞机等10多个已完成或在建项目。众多由大学与多方合作建设的大科学装置,如中科大的合肥同步辐射装置、华中科大与北京大学主导的脉冲强磁场实验装置、哈工大的空间环境地面模拟装置、浙江大学的超重力离心模拟与实验装置等,也相继完成或处于在建或升级建设过程之中。2018年,中国地质大学的王成善院士团队倡议发起的“深时数字地球(DDE)”被视为首个为国际认可(为国际地球科学联合会(IUGS)承认)的中国国际大科学计划。当然,整体上,与欧美发达国家相比,无论在大科学装置还是项目研究水平方面,还存在一定的差距。正如中科院院士高能物理学家王贻芳所言,在大科学装置领域,发展水平不在数量而在质量,中国处于领先地位用于基础研究的装置还比较少,与发达国家存在较大差距。除此之外,在国际大科学计划方面,中国目前还主要是参与者而不是发起方,在国际众多研究领域的影响力与号召力尚需大幅度提升。
由上,简单回溯大科学的发展轨迹,它大致具有如下阶段性特征:二战之前出于雏形期的大科学,其发生更多带有随机性,无论是大科学装置还是有一定规模的国际合作研究计划,都更多源于少数科学家的兴趣与王公贵族和富商等的资助;二战与冷战期间,以高能物理领域为代表的大科学装置与项目实施,则主要是由国家以及区域性的国家联盟主导,它带有服务于国家或不同阵营意识形态与软实力、硬实力比拼的意图;冷战结束之后,在国际关系与意识形态冲突有所缓解的大背景下,共建大科学装置或共同开展大型合作研究,不仅成为增进国际理解、化解国家间紧张的科学外交手段,而且因为面向人类共同议题与难题,促进了科学的国际开放与合作取向。当然,这种取向并没有弱化国家之间的科技尤其是人才竞争烈度,而是在竞争中寻求可以合作的共同利益点。如今,随着生命科学以及数据科学乃至人工智能领域的快速发展,大科学的进展可能正出现某些新特征。如沃莫斯利(Womersley, 2023, P3—6)认为,就大科学装置的投入与建设力度而言,二战以来出现3波高潮:一是战争期间主要聚焦于核物理、粒子加速器以及天文望远镜等技术;二是冷战期间集中在核反应堆、粒子加速器及其相关的材料与分子结构领域的设施建设,形成了众多国家与地区实验室;三是冷战后特别是近10年来,出现了由数据驱动的大科学,大科学已经由原来物理学为主扩及到生物信息、气候、环境、社会科学以及人文学科领域,如云计算等可能成为大科学发展的新方向。
可以说,无论是基于微观还是宏观层面的理解,大科学的确已经构成当代科学活动的基本特征。尽管对大科学现象人们也不乏忧虑,例如,大科学装置往往耗资巨大,占用过多的国家研究投入,因其虹吸效应而导致科研资源分配的不平等。大科学装置的建设存在高风险,如荷朗斯登(Hallonsten, 2015)以瑞典参与ESS建设为例分析指出,大科学装置建设周期长,成本高,由于基础研究本身的高度不确定性,难免存在投资风险;大科学组织也未必一定有利于颠覆性的理论创新,如莫特(Mote, 2016)等人对部分接受美国联邦资助的机构研究发现,组织规模大对创新过程反而有负面影响。福汀(Fortin,2013)等在加拿大的研究也表明,获得大笔资助的研究机构未必会有重大发现。最值得关注的是吴令飞等人的研究,他们对1954—2014年间的近4000万篇论文、1976—2014年间的500万专利、2011—2014年间GitHub上的1600万个软件和900万分叉(forks)的超大数据分析表明,小团队更倾向于产生新想法和颠覆性的理论与技术,而大团队更倾向于立足当前或流行的理论与技术开展研究。大团队的研究可能在当下颇受关注,而小团队的成果更可能指向未来(Wu,Wang & Evans, 2019)。除此之外,沙茨(Schatz,2014)对当下宏观意义上的大科学现象也忧心忡忡,他以生物学领域为例指出,当今科研人员与发表规模呈指数增长的大科学现象,有众多值得警惕的面相:如科学训练更偏重专业化而漠视了教育,重复性研究多而创新性研究少,评价指标化定量化,年轻学者的生态堪忧。韦尔默朗(Vermeulen)等甚至认为,大科学已经出现了某些负面效应,如马克斯·韦伯(Max Weber)早期担心的因为对昂贵设备高度依赖,科学家被剥夺了自主性,普莱斯当初担忧的科学失去独立性,以及温伯格预判的科学活动行政化和金钱万能论等,都多少得到应验。大科学也减少了科学研究方法与路径的多样性,让研究者感到乏味而失去了成就感(Vermeulen et al. 2010)。
也许是为回应人们对大科学尤其是大科学装置的质疑,近年来出现了不少针对大科学的学术、经济与社会收益研究。如2023年查理托斯(Charitos)等撰写了《Big Science in the 21st Century》,系统分析了诸如欧洲航天局(ESA)、极光设施(ELI)、CERN、ESO、ESS、SKA等大科学装置在基础研究领域的贡献及其经济与社会溢出效应。关于CERN的贡献,研究者认为它不仅发现了W、Z粒子与希格斯玻色子,而且为满足研究与精确探测需要,在磁体、射频腔体、超导、探测器和信息通讯技术等领域都取得了众多技术突破。研究还指出,自2012年以来,CERN创建了由10个商业孵化中心构成的网络,有40多家初创与衍生企业使用了CERN的技术,并广泛应用于生物技术、医疗应用和材料科学等领域,获得了巨大的经济效益。据测算,每投入大科学1欧元,将会带来2~4倍的经济回报(Anelli et al. 2023,P 2—13)。此外,书中还有众多学者系统总结了大科学装置的间接收益,如为东道主国带来更多的高水平工作岗位,增加了就业机会,并认为大科学装置是吸纳国际人才和开展科普教育的重镇,提升了国家科技实力与国民科学素养,如此等等。
然而,在此需要特别强调的是,无论是以大科学装置还是组织规模庞大的大科学计划,绝非代表当今科学世界的整体景观。事实上,如今众多的大科学本身就孕育或发端于小科学,如粒子加速器设计源于早期精英科学家关于电场、磁场以及理论物理等领域的理论成就,HGP得益于分子生物学特别是双螺旋结构发现和物理、化学以及信息科学等领域的进展。即使在今天,大科学依旧离不开众多领域“小科学”的理论、思想、方法与技术创新。韦尔默朗等针对分子生物学领域关于大科学争论指出,大科学本身无可厚非,但是有益的投资策略应该是大、中(mezzo)和小3个层次的多样化组合,“尺度大小、周期安排和组织架构,应该根据问题、主题和预期目标而定”,无论是大小合作研究还是个体兴趣驱动研究,都应该有获得支持与发展的机会。不止于此,他还认为,“个体与小规模研究更灵活、更有探索性与抗风险性,可以弥补大科学计划所需,……而好的大科学应该能够支持与衍生出更多好的小科学(Vermeulen, et al. 2010)”。事实上,科学的进步往往源于个体或少数人的偶然发现所带来的突变或者范式变革,这一科学发展逻辑在今天依旧成立。大科学项目与计划因为其带有目标明确、技术路线清晰以及组织结构化乃至官僚化等特征,有时反而妨碍创新尤其是颠覆性的创新。
韦尔默朗在此所谓的个体以及小规模研究或小科学,其实就是更为普遍的为大学庇护的学院科学。从个体的精神好奇到孤独寂寞的学问探究,再到倡导应用乃至学术创业的知识生产模式,的确,如今的大学及其内部科学的精神气质与组织方式,与过往早已不可同日而语。特别是在物理科学领域,莫说类似居里夫妇那种孤守一隅的研究,就是20世纪30年代创立加州大学辐射实验室和开发多个回旋加速器,被誉为“大科学之父”的劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence)研究团队,无论其当时的投入还是组织规模,在今天也极为寻常,远达不到大科学的尺度。说到底,在如今众多硬学科领域的学院科学,即便是小科学,缺乏必要的资金以及仪器和装备条件也几乎寸步难行,因此它同样需要得到扶持。大科学也未必就是排斥小科学,如果大科学装置或平台是封闭的、而不是面向不同机构与学科乃至国际科学家开放,它又难以为小科学,即个体以及少数人的奇思异想提供机遇,为大科学带来额外增益以及各种非预期的溢出效应。
1959年,为纪念劳伦斯的卓越成就,加州大学的辐射实验室更名为劳伦斯伯克利实验室,后归属国家能源部,委托加州大学代为管理。目前,它不仅拥有且正在开发下一代先进的加速器,而且其研究领域覆盖天文、量子、材料化学、微电子、计算机与人工智能以及人类健康、地球科学、气候与环境等众多领域,是一个先后产生了16个诺贝尔奖、拥有全职人员3800多人和年预算达到15亿美元的大科学机构。事实上,只要对该实验室产生的诺贝尔奖成果做简单分析,不难发现,其中众多成果源于装置本身的设计建设过程或利用装置产出的小科学成就。譬如,格拉泽(Donald Glaser)是为追踪粒子痕迹创造了气泡室,李远哲和朱棣文分别利用实验室装备,发现了分子的反应动力机制和设计了精确的原子钟等。一个更为典型的例子是希格斯玻色子的发现,它的探测是依靠CERN的大型强子对撞机(LHC),粒子的精确测量也来自一个极为庞大的研究团队,团队的最终成果发表作者就多达5154人,一篇33页的论文包括作者及其机构的篇幅就占了24页(Castelvecchio, 2015)。但是,希格斯场的理论模型及希格斯玻色子存在的推断,却来自典型的学院式研究者希格斯(Peter Higgs)等少数杰出学者。这足以说明,即使在今天的高能物理领域,重大的发现与颠覆性的创新依然离不开少数乃至个体意义的卓越科学家。物理学领域如是,在其他领域如化学、生物学、计算科学以及经济学领域更是如此。
大组织意义上的大科学,也同样离不开小科学或者学院科学支撑。最早的曼哈顿工程是集结了政府、大学与产业界各方人员的浩大工程。其中,美国众多大学及其实验室的精英科学家团队在其中发挥了关键性的作用。美国能源部网站详列了与曼哈顿工程相关的诸多大学科学家的贡献,他们当中除了奥本海默、康普顿(Arthur H. Compton)、劳伦斯等兼具领导者与科学家双重角色之外,其他如来自MIT的贝斯(Hans Bethe),英国利物浦大学的查德威克(James Chadwick),芝加哥大学的费米(Enrico Fermi)、弗兰克(James Franck)和西拉德(Leo Szilard),普林斯顿大学的费曼(Richard Feynman),威斯康辛大学的魏格纳(Eugene Paul Wigner)等十几位科学家,都各自分担了其中重要的研究子项目,以上学院科学家大多是二战前或者战后的诺贝尔奖获得者。概言之,没有这些学院精英科学家前期的研究积累与项目实施过程中的团队研究,要完成这样一项工程几乎不可想象。即使如HGP这一人员投入巨大、周期长的跨国性项目,因为它的工作主要是测序,更偏重于技术且需要大量的人力投入而并非理论探究取向,以至于被诺贝尔奖获得者布伦纳(Sydney Brenner)嘲讽为:“测序实在是枯燥,它应该由囚徒来完成(Vermeulen, et al. 2010)。”但是,测序存在的技术难度与数据处理复杂性,同样需要分布于全球的各个实验室组织实施,这些实验室除了部分为官方与民间科研院所(中国为中科院遗传学研究所)之外,大多为大学如华盛顿大学、斯坦福大学、庆应义塾大学、德克萨斯大学、俄克拉荷马大学、加州大学相关分校等的小科研团队。
总之,无论是大装置还是大组织意义上的大科学,它与小科学或者学院科学之间存在互动共生关系。在历时性意义上,大科学本身源于众多个体或者少数精英科学家的理论建树,高能物理与生物学领域的大科学生发轨迹足可佐证;在共时性意义上,大科学不仅促成了众多小科学或学院科学之间的合作,而且还通过创造需求不断为小科学形成新问题和开辟新领域。大科学装置的建设以及国际大科学计划的组织,虽然有着明确的科学或应用目的,但是,在实施与运行过程中随机出现的众多未曾预料的理论或技术难题,以及预期或偶然中的科学发现与技术创新,又往往为众多领域的局部理论探究与技术应用前景提供了启发。如此现象早已屡见不鲜,如CERN、ISS以及HGP等,在实施与运行过程中都产生了巨大的外溢效应,取得了众多意想不到的跨域性科学突破、成果转化与应用技术开发成就。
大科学与学院科学之间的互动与共生机制,在于它的平台开放、资源共享、不同机构、学科领域乃至国家之间人员的合作,或者说它作为人才流动和集聚的枢纽功能。据劳伦斯伯克利国家实验室统计,全球超过1.6万人曾利用其设备开展研究,如今它虽然不隶属于加州大学,但超过200多人为来自该大学的共聘教师(shared faculty)。上文所提到的利用CERN的LHC测量希格斯玻色子尺度的发表论文,粗略统计其5000多位作者所属机构,几乎都是来自世界各国的大学,包括中国的南京大学、中国科技大学、清华大学、山东大学、上海交通大学等科学家(Aad et al. 2015)。如此之多的学院科学家参与,尽管其大致组织框架为两个实验团队即超环面仪器实验(ATLAS)和紧凑缪子线圈实验(CMS)团队,但具体任务分工却极为细密,由来自大学的以粒子物理学家领衔且学科背景极为多元的团队或实验室组成。总之,大科学并不是替代小科学,毋宁说它是孵化与催生小科学或学院科学的温床。
更何况,尽管拥有大科学装置或平台的机构也承担了部分人才培养的任务,但是,它更多依赖于大学的学科规训体系。以加速器科学与技术为例,巴勒塔(Barletta)认为,尽管加速器已经成为基础物理、生物与化学领域探索的必备引擎,且在医学以及工业中显现出巨大的价值。但是,鉴于大学学科结构的调整以及资源限制,加速器科学与技术面临着后继乏人的危机。是故,在能源部、国家科学基金会以及众多国家实验室的共同介入下,美国创建了美国加速器学院(USPAS),其基本目的就是“在粒子束科学及其相关加速器技术方面,提供严格的教育计划” (Barletta, 2009,P229—233)。USPAS设计了一系列针对大学本科生与研究生层次的课程模块或项目,其课程计划的实施主要由研究型大学以及相关实验室或国家实验室负责。也就是说,大科学不仅需要大学科学家及其研究团队的参与乃至主导,而且更需要大学承担其后备人才的培养。据美国粒子物理的官网统计,截至2023年,全美有200多所机构的科学家、工程师与技术人员从事有关粒子物理研究与人才培养,其中90%以上是研究型大学。其主要资助与支持部门为能源部与国家科学基金会等政府部门,从而形成了一个由拥有科学大装置的国家实验室到各大学院系与实验室构成的密织合作网络,并广泛吸纳了国际同行的共同参与。
在2023年“美国高能物理项目优先小组”对粒子物理项目的报告中有3个层次要求:一是大型长期性的项目,要求预算至少在2.5亿美元以上,项目目标是具有范式变革意义发现的潜力,成为世界独一无二的领导者;二是中型项目,预算在0.5~2.5亿美元之间,使之具有卓越的理论发现与工具开发潜力,达到世界一流水平;三是预算小于0.5亿美元的小型项目,目标是有发现潜力、能够精确测量和杰出的技术研发水平,具备世界一流水平。大型项目其实就是大装置或大组织,强调广泛跨越各种边界的合作,而小型项目则注重对年轻学者包括科学家、研究生与博士后的训练(Particle Physics Project Prioritization Panel, 2023,P110)。显然,这里的小型项目主要面向大学的相关学科及其研究团队,它们覆盖大学众多学科领域,除了高能物理和加速器科学与技术之外,还有软件、计算与数据科学、微电子、量子信息科学以及当代发展迅猛的人工智能与机器学习等。简言之,大学中的学科与团队不仅是大型项目研究的基本构成部分,而且还被视为美国在粒子科学领域保持长期优势地位的人才与智力保障。
总之,就大装置与大组织意义的大科学而言,大科学并不是替代小科学或传统学院科学,而是在为学院科学提出新问题与新需求同时,又以其特有的枢纽功能和定位促成了学院科学之间的交流与合作。它可能带有自上而下的组织特征,以学科(实验室)、机构乃至国家为合作单位,如类似CERN、ITER和HGP等这样的国际大科学装置或计划,也可能是以小团队甚至个体为单位的自发性合作,因而呈现自下而上的建构路线。尤其是在如今由计算机、互联网以及大数据存储与运算设备所创建的信息交流便捷环境中,由于摆脱了地理空间限制,虚拟环境中的小科学相互间自发性合作更为频繁,以至于有人提出当今以及未来科学将呈现“e-科学”(e-science)的时代特征,它预示着“学者在日常工作生活中所从事的传统科学形式、程序与实践,正在发生一些根本性的变化,……它甚至关系到科学本质的变革”,这一变革不仅发生于自然科学领域,而且正在向人文社会科学领域蔓延(Jankowski,2007)。
正如上文沃莫斯利所言,由云计算所引起的技术变革,为大科学发展开辟了新的方向。2012年,瑞士学者赫尔宾(Helbing)曾提出一个极为宏大的社会科学研究项目——FuturICT。该项目已经被列入欧洲委员会“未来与新兴技术(FET)”6个预选旗舰项目之一,也被视为可堪比LHC、ITER和HGP的社会科学大科学计划。项目的基本目的是通过采集海量数据、利用超大算力,全面系统分析与模拟人类社会的演化过程与走向,预测可能发生的全球经济危机、国际政治与地区冲突、文化变迁、环境气候变化、能源与资源短缺、交通堵塞以及人的集体行为倾向,等等(Helbing, 2012, P55—60)。FuturICT目前尚处于探索阶段,由于涉及复杂性科学以及有关技术与伦理难题,其前景尚难预料。但是,该项目的设计意图至少表明:由信息技术、数据科学以及最新人工智能技术引发的环境急遽变迁,一方面将为人文社会科学领域的大科学展开带来难得的机遇,另一方面也将为大学传统相对封闭的人文社会科学学科结构变革、研究范式转型,以及多学科、跨部门与跨国性的开放合作模式带来深远的影响。
关于大科学,由上述梳理与分析,从中可得出如下基本结论:第一,大科学的提法源于二战时期尤其是战后大科学装置或工程纷纷上马的语境,其初始概念有其具体所指,即大科学就是大装置或大工程;第二,在众多跨学科、跨部门、跨国乃至全球性的大科学计划不断涌现后,大科学逐渐被赋予大组织的内涵,特别是在信息技术、云计算、数据科学和人工智能技术取得实质性进展之后,大科学也越来越具有数据驱动与共享的大平台特征。例如FuturICT拟建的活地球模拟器(Living Earth Simulator (LES))和中国的“深时数字地球”国际大科学计划,其设想就是基于大数据分析与超强算力,分别重建或模拟人类社会和地球乃至生命的演化过程,预测未来演变走向与发展趋势;第三,伴随科学活动组织化趋势的加强,全球科学的确以大科学装置或计划为枢纽形成了中心化程度不同的合作网络,如吕兰德认为,类似ITER与30米望远镜(TMT)等倚重核心大装置等计划便属于强中心化组织,而研究机构与资源相对分散的HBP则为低中心化网络(Rüland, 2023)。但是,远不止于此,全球科学还以自下而上的不同团队乃至个体之间自发性互动,构成了更为广泛弥散的去中心化小科学合作网络,因而逐渐凸显了开放科学与e-科学特征。
归根结蒂,大科学是一个处于不断演变过程中的概念,且其具体所指取决于言说的语境。但万变不离其宗,无论基于狭义还是广义上的理解,大科学的核心理念就是面向国际的全面开放与合作。开放与合作不仅仅表现为科学活动的组织形态与规模,毋宁说它更体现了当代科学的时代特征与精神气质,或者说所有科学人不得不面对乃至主动去嵌入的宏观背景,尽管这并不意味着传统小科学或学院科学的淡出。就此意义而言,大科学概念已远远超出了其初始本义,将之宽泛地理解为一个全球科学时代的宏大图景或境遇或许更为恰切。那么,在这样一个宏观背景下,中国该如何去加以应对?显然,这并不是一个容易回答的问题。以下从大科学的两个层面略微展开探讨。
一是关于大科学装置与大科学计划。如前所述,多年以来,中国政府越来越重视大科学装置的建设,并积极推动科研院所与高校广泛参与国际众多大科学计划。但是,考虑到与发达国家之间的差距与建设创新型国家和世界科技强国的迫切需求,2018年,国务院印发了《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》的通知,提出中国要发挥主导作用,以国际大科学计划为平台,围绕物质科学、宇宙演化、生命起源、地球系统、环境和气候变化、健康、能源、材料、空间、天文、农业、信息以及多学科交叉等领域的优先方向与主题,集聚全球高层次人才,力争在重大科学问题上取得原创性突破,为世界文明做出自己的贡献,并凸显在全球科技创新中的重要角色。2024年,中国科学院、国家航天局、中国载人航天工程办公室联合发布的《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》,提出了空间科学的5大科学主题和17个优先发展方向以及分阶段实施的路线图,其实就是对《方案》的及时回应。
关于大科学装置或工程以及有关国际大科学计划的平台建设,由于所需基础设施投资巨大、周期长、研究难度大、风险高且存在组织与管理的高度复杂性,故多由国家乃至国际组织主导。也因为如此,实行多方以及多国合作,往往作为应对建设和运行过程中高昂成本以及科学探索本身高度不确定性的重要策略。但是,大科学装置和大科学计划更为显要的价值,在于它是否真正能发挥枢纽功能,以全面开放性合作共享平台的定位,广泛吸引和集聚国内外高层次人才,以集体攻关或以分工合作方式,取得重大科学突破和系列成果,并形成高价值的外溢效应。因此,建设大装置与发起大科学计划,在选好题与明确方向的前提下,必须建立一个有效的国际开放合作机制。该机制的核心是评价制度,评价大科学实施运行的效率与效益,绝不能局限于其托管或牵头机构如特定科研院所、国家实验室或高等学校的部门收益,而是它的跨学科、跨机构、跨业界特别是跨国的高层次人才集聚能力、合作网络的广度以及合作性成果(包括科研、人才培养与技术转化)的质量与水平。所谓开放合作,就是大科学装置应面向所有国内外用户特别是高校研究团队或个体研究者,开放自由申报的平台,只要所申请研究主题或项目被认定具有重要科学价值或潜在应用前景且有可行性,不论身份与国别归属都应给予公平的机会。科学大装置的功用与价值不仅在于推进其既定的科学目标,更在于它能否为成为小科学颠覆性理论与技术创新的温床,大科学装置不能成为托管部门或少数人的禁脔。
至于大科学计划或项目的组织实施,领导者的人选是关键。应建立由国际专业权威组成的委员会,由其遴选国际上具有重要学术影响力、卓越领导力和胸襟开阔的科学家,给予充分的自主权,结合主题与任务需要,组建既有分工又有协作的合作团队或网络,开展集体联合攻关。在此,HGP和CERN的ATLAS合作网络堪称典范。如由詹尼(Peter Jenni)以弱科层化架构创建的ATLAS实验团队,将来自38个国家180个大学与研究机构的5000多杰出物理科学家、工程师与计算机科学家整合于一起,以大团队中有小团队,大小团队之间又相互协作的复杂互动网络,共同完成了探测仪的建造、运行与测试实验(Canals, et al. 2017)。总之,无论大科学装置的运行与管理还是大科学计划的组织,它绝不仅仅是有关科学、技术与工程本身的问题,关键还在于领导者如何能够保障各方合作的有序展开,它涉及资金筹措、任务分派、人员安排、利益分配、组织架构乃至政治层面的磋商如此等等众多因素。
曾参与并领导过众多如相对论重离子对撞机(RHIC)、冰立方中微子天文台、LHC和ESS等大科学项目的耶克(Yeck, 2021),将大科学项目成功的经验概括为如下:“确保项目始终为科学界的优先议题;有强有力的资金支持并明确主办方的角色;项目领导者应该能保证所有相关方的成功;围绕问题与解决方案集思广益;确立现实的目标,行胜于言;以公开与透明机制保持互信;尽可能充分利用行之有效的经验;让所有相关方永葆活力和激情。”以上几点,其实大致勾勒了大科学装置建设与大科学计划组织的基本原则,尤其对其领导者——战略科学家的能力素养提出了相关要求:科学领域的远见卓识,强大的组织与协调能力,善于沟通与集体磋商的民主作风、开诚布公的态度,务实而不是好大喜功的行事风格。当然,说易行难,即使选对了人也并不是解决问题的全部,它还涉及复杂的体制与机制问题。
另外是大科学计划的组织架构与组织方式。鉴于目前复杂的国际形势,国家越来越期待高水平研究型大学在参与国际项目的同时,能作为发起方牵头组织相关国际大科学计划。但是,国际经验表明,以个别或少数大学的力量或难以支撑如此浩大的工程或项目。因此,联合在特定领域具备相当实力的国内外其他大学和科研院所,特别是有关实力雄厚的高科技企业共同发起,或许不失为一条务实可行的策略。如在遗传学领域已经具备相当实力的中国华大集团,据“自然指数”的大数据分析显示,在当今国际生命科学领域,全球已经形成了以华大集团为中心的全球合作网络。与华大集团有密切合作的前25家机构,既有中科院与众多中国大学,也有来自美国、丹麦、英国与澳大利亚等国的大学(Wu.B, 2019)。大多国际大科学计划,也往往依赖于发起主体既有的研究基础、装置与设备以及学术网络,即使立足大数据存储与分析的大型项目,也往往需要有人员、资金与设备实力雄厚的云计算平台。故而,实现跨机构以及跨国性的强强联合与共同发起,不仅可以分担投资成本与风险,而且可避免出于部门利益的不良竞争、一哄而上和重复建设。在早期相关重大项目如实验室、重点学科或基地的建设过程中,已有不少值得汲取的教训。以自我部门利益为中心,闭关自守,资源内部瓜分,这种缺乏开放与合作精神的取向,本身就不符合国际大科学计划的基本要义。
二是关于大科学时代的小科学。如前所述,大科学装置、工程以及计划仅仅是当今人类科技领域的标志性项目,它们充其量呈现了当今时代国际性合作的局部景观。而事实上,如今无所不在的小科学之间频繁互动,才真正展现了全球科学开放合作的整体景观。开展小规模团队合作研究,在自然科学领域早已不是新鲜的话题,也是学院科学中司空见惯的现象。但是,大科学时代的开放科学,更凸显了其国际性的交往合作特征。近年来,全球化趋势与国际政治形势尽管出现了某些波澜,但克鲁(Crew, 2019)认为,跨国性科学开放合作的趋势不会逆转,自2012年以来,在自然指数数据库中的期刊中,国际合作发表的物理领域增长了21%,化学则增长了48%。不止于此,相对于传统的学科背景相似的同质性合作,或者即使有学科交叉但多带有主从而不是对等关系的合作,全球研究者及其团队自发的跨领域对等合作研究也正现端倪,特别是在物理、生命科学、信息和数据科学之间,相互之间的结合愈加密切、交流更加频繁。这种围绕特定主题或研究领域所建构起来的小科学或者大学实验室乃至与工业界之间的互动网络,通常不依附于大装置,而是引入更多主体,广泛利用各自专长与实验室设施设备优势,因而更具有国际化、跨领域、多节点、短周期等特征。克里斯(Crease, 2016)等人甚至把这种在材料科学、生物医学出现的新现象称之为有别于传统的“新大科学(new big science)”。
如上所述,颠覆性的创新往往来自小科学团队,或者说是不同的小团队互动特别是跨国合作的结果。有人分析了2022年的自然科学诺贝尔奖得主的跨国合作背景,该年度的物理学得主法国的阿斯佩(Alain Aspect)和奥地利的塞林格(Anton Zeilinger)、瑞典的生理学或医学得主帕博(Svante Pääbo)都与美国的大学有长期合作,其他美国本土出生的4位自然科学诺贝尔奖得主,也要么与出生于国外的学者有合作,要么有美国之外的学术经历,且多有跨学科的国际合作特征(Farago, 2022)。因此,在以开放合作为基调的大科学时代,任何一个国家的科技创新活力不仅在于拥有国际参与的大平台,还在于它能否为小团队乃至个人兴趣驱动的研究,营造一个与国际学术界交流顺畅、信息共享与开放合作的生态。这对于科学探究特别是自然科学研究尤为重要,与处于科学中心位置的国家与机构交往包括留学、访学与合作研究等越密切,越有利于通过非组织化方式建立多维度人际网络,丰富和拓展前沿研究。当前,无论国际形势如何波动,跨国合作趋势都不可逆转。正如OECD在其官网上的倡导:科学本质上是国际性的,它需要各国研究人员和研究机构跨越国界的合作,维持一个运作良好的国际性研究生态系统,应是各国科学政策关注的焦点。
总之,无论是从狭义还是广义的角度理解,大科学的基本内涵与大科学时代的精神意蕴就是面向全球的开放合作。唯有开放合作方能聚拢全球人才,且越是在如今国际形势复杂多变甚至充满敌意的环境中,中国越需要以主动进取的姿态,善用科学外交策略建设国际友好形象,立足国家科技体制机制与组织制度变革,营造有丰富资源支持与健康文化濡染的学术生态,搭建有利于人才能力发挥的平台。如此方能打破人才封锁困境,形成全球高层次人才集聚优势,最终达成世界科技中心和科技强国的目标。不过,客观审视当下的现实,对于大科学以及所置身的大科学时代,当下中国的确还面临诸多难题甚至在某些方面愈加窘迫的困境,以下仅提出相关值得深思并有待展开探究的问题。
第一,在如今科技与政治深度捆绑、地缘政治与科技竞争日趋紧张的国际环境中,在国家层面如何能创新性地施展科学外交策略,塑造国际友好形象,冲破各种围堵与卡压,从而确立中国作为国际科技合作与人才集聚枢纽的地位,并实现作为有全球影响力的世界教育和科学中心的目标?第二,面向人类共同难题,在积极参与国际大科学计划的同时,中国如何通过建设或与他国共建大科学装置,面向国际全面开放,使之成为高层次人才流动的枢纽?如何确定有国际共识关涉人类核心利益的重大选题,主动发起国际大科学计划,以开放包容的格局,从全球遴选战略科学家,吸纳他国科研组织以及高层次人才加盟,实现重大难题的突破,进而凸显中国对人类社会的责任与对国际世界的科技贡献?第三,如何改革与完善当前不尽人意的科研资源分配与成果评价机制,摆脱部门局部利益的掣肘,消除国内强强联合中存在的障碍,推动大学及其全国重点实验室与国家实验室、科研院所与产业界乃至国外学术组织之间的合作,联合发起并推动国际大科学计划的实施?如何通过完善由不同机构主导的大科学装备与设施的共管共用共享机制,扩大受益面,让大科学装置成为孵育有颠覆性创新价值的小科学或学院科学摇篮?第四,如何通过完善相关人才政策与制度,全面支持民间性特别是青年科学家的国际交往,钝化科技合作中的政治敏感性,打通国际人才流动过程中的堵点,充分利用信息技术以数据平台或云端实验室降低合作成本,全面建构以高校、团队乃至个体为重要节点的国际合作网络?如何在科研资源分配与人才聘任过程中,淡化国别与身份意识,体现机会均等、权利与待遇平等,增强中国科学界对外籍高层次人才的吸引力和归属感?第五,如何遵从国际惯例和遵守国际协议,强化法律意识,完善知识产权框架和权益保护制度,构建开放、公开与透明的利益分配机制,以数据共享或合作成果托管第三方等方式,解除各方戒心,提升国际合作所必需的信任与信誉?如何进一步完善学术诚信制度,坚决落实学术不端零容忍政策,树立中国学术界良好国际形象,以消除国际合作方的担忧和疑虑?
以上问题,不一而足,他们涉及整个学术界科技观念的更新与不同层次科学组织方式的变革。故最后有必要特别重申,大科学时代的核心理念是面向国际的科学开放与合作,但是开放合作的前提如何消除国内不同部门、平台、实验室乃至学科之间的壁垒,形成一种互利共赢的竞合机制。这在一个由竞争主导的宏观政策框架下,尤其是推崇部门乃至个人优绩至上的制度环境中,却是一个不易打破的僵局或者说困局,它也是本专题有待进一步探究的难题。概言之,大科学时代固然需要竞争,但更需要有合作共赢,无论在哪个层面上,竞争压倒合作,与大科学的时代精神背道而驰,损多益少!