引力波與大科學(xué)

2016-03-04 15:55:54袁越

三聯(lián)生活周刊 2016年10期

袁越

萬(wàn)有引力定律、進(jìn)化論和相對(duì)論大概可以稱得上是古典時(shí)代的三大科學(xué)里程碑，它們都是由少數(shù)天才科學(xué)家獨(dú)立發(fā)展出來(lái)的，這是那個(gè)時(shí)代科學(xué)研究的普遍方式。載人登月、人類基因組計(jì)劃和引力波的成功觀測(cè)大概可以算作是新科學(xué)時(shí)代的三大里程碑事件，它們都屬于命題作文，是一大群來(lái)自不同領(lǐng)域的科學(xué)家集體合作攻關(guān)的結(jié)果。前者通常被稱為“小科學(xué)”，后者則被叫作“大科學(xué)”?！按罂茖W(xué)”的出現(xiàn)意味著大眾所熟悉的科研方式已經(jīng)發(fā)生了變化，甚至科學(xué)本身的屬性也已經(jīng)變了。

小科學(xué)與大科學(xué)

引力波的觀測(cè)和證實(shí)無(wú)疑是最近數(shù)十年來(lái)科學(xué)界最引人注目的大事件之一，但其實(shí)引力波理論的提出已經(jīng)有100年的歷史了，比較這兩件相隔100年的科學(xué)事件是一件非常有趣的事情。

引力波理論的基礎(chǔ)就是相對(duì)論，這套宏大理論的構(gòu)建幾乎是由愛(ài)因斯坦一個(gè)人完成的，他所用的工具就是幾張紙和一支筆而已，所消耗的經(jīng)費(fèi)就是他個(gè)人的生活費(fèi)，幾乎可以忽略不計(jì)。引力波的觀測(cè)則是由成千上萬(wàn)名科學(xué)家和工程技術(shù)人員分工協(xié)作、共同完成的，項(xiàng)目總投資高達(dá)6.2億美元，是美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（NSF）資助過(guò)的耗資最高的科研項(xiàng)目。

如果說(shuō)提出引力波理論的愛(ài)因斯坦是“小科學(xué)”的代表性人物，那么最終觀測(cè)到引力波的這個(gè)LIGO項(xiàng)目則毫無(wú)疑問(wèn)是“大科學(xué)”的最佳代表。說(shuō)它們一個(gè)大一個(gè)小，顯然不是指成就的大小，也不是指難度的高低，而是一個(gè)數(shù)學(xué)概念。一個(gè)人相對(duì)于一群人是小，6.2億美元相對(duì)于一個(gè)人的生活費(fèi)是大，僅此而已。

不過(guò)，從科學(xué)史的角度來(lái)看，所謂Little Science和Big Science卻有著遠(yuǎn)比簡(jiǎn)單的“比大小”要大得多的區(qū)別，這種區(qū)別也遠(yuǎn)比一般人的樸素直覺(jué)具有更加深刻的含義。具體來(lái)說(shuō)，前者，也就是“小科學(xué)”，指的是一個(gè)人（少數(shù)情況下也可以幾個(gè)人合作）運(yùn)用自己的智慧和想象力，通過(guò)邏輯思辨和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的方法找出大自然的運(yùn)行規(guī)律?！靶】茖W(xué)”通常被認(rèn)為是科學(xué)研究在所謂“古典時(shí)期”的唯一一種類型和方式，從中誕生了一大堆科學(xué)明星，比如牛頓、達(dá)爾文、伽利略、哥白尼、法拉第、圖靈、霍金……事實(shí)上，一般人眼里的“科學(xué)”就是“小科學(xué)”，普通老百姓心目中的“科學(xué)家”指的就是古典時(shí)期出現(xiàn)的那些偉大人物，愛(ài)因斯坦是其中的佼佼者之一?！靶】茖W(xué)”所建立的一整套行為規(guī)范和準(zhǔn)則經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的多年實(shí)踐被證明切實(shí)有效，即使是像愛(ài)因斯坦這樣的絕頂聰明之人也不得不遵循這一規(guī)范。

后者，也就是“大科學(xué)”，是科學(xué)進(jìn)入所謂“現(xiàn)代時(shí)期”才有的東西，歷史并不長(zhǎng)，但卻做出了一系列驚人的發(fā)現(xiàn)，取得了許多完全可以名垂史冊(cè)的偉大成就?！按罂茖W(xué)”的出現(xiàn)改變了科學(xué)研究的行業(yè)規(guī)范和行為準(zhǔn)則，甚至可以說(shuō)改變了科學(xué)本身的定義，這就出現(xiàn)了一系列新的問(wèn)題。

就拿引力波來(lái)說(shuō)，最初愛(ài)因斯坦是在一篇論文里提出了引力波的概念，這篇論文先是在物理學(xué)圈子里小范圍傳播，接受同行們的批評(píng)和質(zhì)疑，然后才被主流媒體報(bào)道，但仍然沒(méi)有被當(dāng)成定論，直到若干年后該論文的一個(gè)重要假設(shè)被天文學(xué)測(cè)量所證實(shí)，愛(ài)因斯坦這才終于脫穎而出，成為天才的代名詞。這是“小科學(xué)”時(shí)代典型的做事方式，即先提假說(shuō)再做實(shí)驗(yàn)，一步一個(gè)腳印，循序漸進(jìn)，隨時(shí)準(zhǔn)備糾正可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。相比之下，引力波的測(cè)量結(jié)果是在一次事先預(yù)熱了很久的新聞發(fā)布會(huì)上當(dāng)眾宣布的，消息一經(jīng)披露立刻成為各大主流媒體的頭條，所有記者都把諾貝爾獎(jiǎng)提前頒給了它。這條消息同時(shí)還引爆了全世界的社交媒體圈，所有人不管看得懂看不懂全都交口稱贊，沒(méi)人提出質(zhì)疑。這是“大科學(xué)”時(shí)代的做法，其研究成果的發(fā)布幾乎和某款新產(chǎn)品的發(fā)布沒(méi)有區(qū)別了。

這一差別所導(dǎo)致的另一個(gè)有趣的后果就是：科學(xué)家不再是明星了。引力波理論和愛(ài)因斯坦直接掛鉤，后者甚至比前者還有名，很多人以前只知道愛(ài)因斯坦，不知道他曾經(jīng)提出過(guò)引力波理論。但引力波測(cè)量事件只捧紅了引力波這三個(gè)字，普通老百姓頂多記住了LIGO這個(gè)項(xiàng)目名稱，幾乎沒(méi)人說(shuō)得出該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人叫什么名字，到底做出了哪些貢獻(xiàn)。換句話說(shuō)，“大科學(xué)”時(shí)代的主角不再是科學(xué)家了，而是科學(xué)項(xiàng)目本身。

那么，從“小科學(xué)”到“大科學(xué)”這一轉(zhuǎn)變究竟是如何發(fā)生的？這就要從歷史說(shuō)起了。

從曼哈頓計(jì)劃到人類基因組計(jì)劃

大家公認(rèn)的第一個(gè)“大科學(xué)”項(xiàng)目就是大名鼎鼎的“曼哈頓計(jì)劃”，這是由美國(guó)陸軍部于1942年開(kāi)始啟動(dòng)的研制原子彈的計(jì)劃，先后有超過(guò)10萬(wàn)名來(lái)自世界各地的科學(xué)家和工程師參與了該項(xiàng)目，最終在耗時(shí)3年多，花掉了美國(guó)政府20億美元后才宣告完成，無(wú)論從哪方面來(lái)看都很大，是研究“大科學(xué)”發(fā)展史的經(jīng)典案例。

從科學(xué)的角度看，核裂變現(xiàn)象是在1938年被德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，其原理也很快就得到了圓滿的解釋?！奥D計(jì)劃”只是讓核裂變這一自然過(guò)程在人為操縱下得以實(shí)現(xiàn)而已，并沒(méi)有給理論物理學(xué)帶來(lái)多么了不起的新發(fā)現(xiàn)。據(jù)說(shuō)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人奧本海默應(yīng)用了系統(tǒng)工程的思路和方法，促成了“二戰(zhàn)”后系統(tǒng)工程這一學(xué)科的大發(fā)展，但這畢竟是該計(jì)劃的副產(chǎn)品，屬于意外之喜。

但是，這并不等于說(shuō)“曼哈頓計(jì)劃”對(duì)科學(xué)發(fā)展沒(méi)有貢獻(xiàn)。人類要想控制核裂變，把核能變?yōu)榭梢岳玫哪茉葱问剑庵篮肆炎兊脑磉€不行，還有很多技術(shù)細(xì)節(jié)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)完善。在當(dāng)年的技術(shù)條件下，這些實(shí)驗(yàn)所需要的人力物力都太大了，如果沒(méi)有美國(guó)政府的大力支持幾乎不可能完成。而美國(guó)政府之所以撥巨款支持，主要目的當(dāng)然不是為了科學(xué)，而是打贏戰(zhàn)爭(zhēng)。事實(shí)證明這筆錢(qián)花值了，美國(guó)比德國(guó)先研制成功原子彈，并最終依靠它加快贏得了“二戰(zhàn)”的勝利。

“曼哈頓計(jì)劃”可以說(shuō)是特殊時(shí)代的特殊產(chǎn)物，它改變了科學(xué)界早已成型的研究規(guī)范和模式，科學(xué)家在科研活動(dòng)中所扮演的角色也發(fā)生了根本性的改變。在“小科學(xué)”時(shí)代，一名科學(xué)家所要做的就是選擇一個(gè)大自然未解之謎作為自己的主攻方向，通過(guò)獨(dú)立思考提出假說(shuō)，再設(shè)計(jì)出一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)方案去驗(yàn)證自己提出的假說(shuō)，甚至還需要自己去籌措實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。如果實(shí)驗(yàn)成功便可以將其上升為科學(xué)理論載入史冊(cè)，自己也名垂千古，但最可能的結(jié)果往往是實(shí)驗(yàn)失敗了，這位科學(xué)家要么改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案再做一次，要么推翻自己的假說(shuō)，再去尋找新的課題。整個(gè)過(guò)程相當(dāng)于科學(xué)家和大自然之間玩的一場(chǎng)捉迷藏游戲，充滿了不確定性。但“曼哈頓計(jì)劃”在很多地方都正好相反，從一開(kāi)始這項(xiàng)計(jì)劃的目標(biāo)就十分明確，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的手段和方法也大致清楚了，只剩下一些小細(xì)節(jié)需要完善，甚至連完成計(jì)劃的時(shí)間表都已寫(xiě)好，大家只要按部就班去做就行了。參與計(jì)劃的每一名科學(xué)家都只在這場(chǎng)大戲中扮演一個(gè)小角色，把其中任何一個(gè)人單獨(dú)拿出來(lái)都沒(méi)有多大的價(jià)值，只有合起來(lái)才能成事。

“曼哈頓計(jì)劃”成功后，美國(guó)政府嘗到了甜頭，撥款建立了好幾個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室，在高能物理、火箭、雷達(dá)、衛(wèi)星系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域獲得了一大批成果。其中比較有名的有橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Laboratory）、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Laboratory）和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）等等，這些龐大的科研機(jī)構(gòu)為進(jìn)一步發(fā)展“大科學(xué)”提供了實(shí)驗(yàn)基地，是“二戰(zhàn)”后的美國(guó)在科學(xué)領(lǐng)域迅速超過(guò)歐洲的關(guān)鍵所在。

這一時(shí)期美國(guó)進(jìn)行了很可能是迄今為止最為成功的一次“大科學(xué)”冒險(xiǎn)，這就是1961年開(kāi)始的阿波羅登月計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)施肯定有“冷戰(zhàn)”的因素，否則肯尼迪政府不太可能說(shuō)服美國(guó)納稅人拿出250億美元的巨款和蘇聯(lián)進(jìn)行如此瘋狂的太空競(jìng)賽。要知道，當(dāng)年載人登月所需要的技術(shù)有很多尚未成熟，項(xiàng)目難度要比“曼哈頓計(jì)劃”大多了。好在最后美國(guó)人齊心協(xié)力完成了這項(xiàng)宏偉的計(jì)劃，被公認(rèn)為是“大科學(xué)”時(shí)代人類所取得的最偉大的科學(xué)成就。

這一時(shí)期的“大科學(xué)”項(xiàng)目幾乎全都集中在物理學(xué)領(lǐng)域，這是有原因的。首先，物理學(xué)和國(guó)防關(guān)系密切，而國(guó)防項(xiàng)目顯然更容易獲得政府青睞，一個(gè)項(xiàng)目如果得不到政府的資助，是很難達(dá)到“大科學(xué)”的投資標(biāo)準(zhǔn)的。其次，當(dāng)年的物理學(xué)研究已經(jīng)告別了日常世界，向微觀和宏觀這兩個(gè)方向挺進(jìn)，研究對(duì)象動(dòng)輒小到和原子差不多，大到銀河系都裝不下，這樣的研究肯定耗資不菲，一般的大學(xué)和研究所根本做不起，需要聯(lián)合很多機(jī)構(gòu)一起合作，共享資金和設(shè)備，著名的歐洲核子研究中心（CERN）就是一個(gè)很好的例子。第三，“大科學(xué)”項(xiàng)目往往會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，科學(xué)家是否有能力儲(chǔ)存并分析這些數(shù)據(jù)就成為項(xiàng)目能否成功的關(guān)鍵因素之一。物理學(xué)研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往比較規(guī)范，更適合不同的研究機(jī)構(gòu)相互交換或者相互借鑒，再加上物理學(xué)家是最早開(kāi)始使用高性能計(jì)算機(jī)的一群人，從某種程度上減輕了數(shù)據(jù)分析的負(fù)擔(dān)，為團(tuán)隊(duì)分工合作創(chuàng)造了先決條件。

最先向物理學(xué)對(duì)“大科學(xué)”的壟斷發(fā)起挑戰(zhàn)的大概要算是美國(guó)前總統(tǒng)尼克松，在載人登月成功的鼓舞下，尼克松于1971年簽署了《國(guó)家癌癥法案》（National Cancer Act），動(dòng)員全美國(guó)的力量向癌癥發(fā)起挑戰(zhàn)。但事后證明抗癌比登月還難，因?yàn)榘┌Y的發(fā)病原理都沒(méi)有搞清，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的路徑和手段都不明確，不適合作為“大科學(xué)”的主攻目標(biāo)，所以美國(guó)最終還是采取了“小科學(xué)”的運(yùn)作方式，把大筆科研經(jīng)費(fèi)分給了眾多實(shí)驗(yàn)室，讓他們各自為戰(zhàn)，所以這個(gè)項(xiàng)目不能算是真正的“大科學(xué)”項(xiàng)目。

但是，正是在這場(chǎng)抗癌攻堅(jiān)戰(zhàn)中，科學(xué)家們終于意識(shí)到癌癥的核心是基因突變，必須先把人類的基因家譜搞清楚才有可能徹底攻克這座堡壘。于是美國(guó)政府于1990年正式啟動(dòng)了“人類基因組計(jì)劃”，由美國(guó)科學(xué)家牽頭，聯(lián)合了全世界多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家集體攻關(guān)，在一共花費(fèi)了38億美元之后于2003年宣告成功，人類終于首次畫(huà)出了自身的設(shè)計(jì)圖紙。

由于DNA測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展，這個(gè)項(xiàng)目在今天看來(lái)似乎并不怎么困難，但當(dāng)年的DNA測(cè)序技術(shù)還相當(dāng)原始，一次只能測(cè)幾百個(gè)堿基對(duì)，而人類基因組一共有30億個(gè)堿基對(duì)，對(duì)于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)這簡(jiǎn)直是個(gè)天文數(shù)字。事實(shí)上，美國(guó)政府在正式啟動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目之前暗中進(jìn)行了6年的準(zhǔn)備工作，調(diào)研結(jié)果認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目符合“大科學(xué)”的所有特點(diǎn)，即目標(biāo)簡(jiǎn)單明確，方法和路徑均已知，耗資雖然巨大，但一旦成功便會(huì)名垂青史，這才決定上馬。事實(shí)證明美國(guó)政府的判斷是正確的，人類基因組計(jì)劃成為“大科學(xué)”歷史上繼“曼哈頓計(jì)劃”和“阿波羅計(jì)劃”之后的第三個(gè)里程碑，并再次鞏固了美國(guó)在生命科學(xué)領(lǐng)域的全球老大的地位。

人類腦計(jì)劃的失敗

人類基因組計(jì)劃的成功極大地?cái)U(kuò)展了“大科學(xué)”的范疇，物理學(xué)對(duì)這一領(lǐng)域的壟斷終于被打破了，之后很快便誕生了人類DNA元件百科全書(shū)計(jì)劃（ENCODE）、1000個(gè)人類基因組計(jì)劃、人類微生物基因組計(jì)劃、人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃，甚至靈長(zhǎng)類基因組計(jì)劃、水稻基因組計(jì)劃、小鼠基因組計(jì)劃等等各種各樣的“大科學(xué)”項(xiàng)目，從設(shè)計(jì)思路到組織構(gòu)架再到運(yùn)作方式等等全都模仿人類基因組計(jì)劃，最終也都取得了不錯(cuò)的成績(jī)。這些項(xiàng)目之所以進(jìn)展如此順利，原因就在于它們的內(nèi)核都是相似的，都不需要太多技術(shù)創(chuàng)新。再加上最近這十幾年正值信息技術(shù)飛速發(fā)展，極大地提升了生物學(xué)家處理大數(shù)據(jù)的能力。如果沒(méi)有高性能計(jì)算機(jī)的輔佐，生物學(xué)領(lǐng)域很難涌現(xiàn)出如此眾多的“大科學(xué)”項(xiàng)目，它們幾乎搶走了本屬于物理學(xué)的光環(huán)。

但是，當(dāng)這些“計(jì)劃”擴(kuò)展到神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域時(shí)終于出了問(wèn)題。2013年1月，歐盟撥出12.9億歐元巨款啟動(dòng)了“人類腦計(jì)劃”（Human Brain Project），沒(méi)想到該計(jì)劃正式開(kāi)始還不到兩年就遇到了大麻煩，幾乎進(jìn)行不下去了。這件事為我們提供了一個(gè)絕佳的案例，可以幫助大家了解一下“大科學(xué)”的優(yōu)缺點(diǎn)都是什么，局限性究竟在哪里。

“人類腦計(jì)劃”背后的大腦是一位名叫亨利·馬克拉姆（Henry Markram）的以色列神經(jīng)生物學(xué)家，他在南非的開(kāi)普敦大學(xué)拿到學(xué)士學(xué)位，又在以色列威茲曼科學(xué)院拿到了博士學(xué)位。讀博士期間他就做出過(guò)很有分量的研究，被認(rèn)為是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的神童。之后他又分別在美國(guó)和德國(guó)深造，迅速成為實(shí)驗(yàn)神經(jīng)生理學(xué)領(lǐng)域的知名學(xué)者，最終被著名的瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)聘為正教授，并擔(dān)任該校人腦科學(xué)系的系主任一職，學(xué)術(shù)生涯可謂一帆風(fēng)順。

之后發(fā)生的一件事徹底改變了馬克拉姆的命運(yùn)：他的兒子被診斷出患了孤獨(dú)癥，醫(yī)生們均表示無(wú)能為力，這讓他產(chǎn)生了深深的幻滅感，覺(jué)得自己研究了那么多年神經(jīng)生理學(xué)，卻連兒子的病都治不好，太沒(méi)有意義了，于是他決定要以一己之力加快研究進(jìn)度，爭(zhēng)取盡早治好兒子的病。

但是，作為一名在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域摸爬滾打很多年的資深研究者，馬克拉姆深知這個(gè)領(lǐng)域的研究水平還很低，單個(gè)神經(jīng)元的生理功能和神經(jīng)元之間的神經(jīng)連接等基本問(wèn)題還存在很多未解之謎，距離更高級(jí)別的思維、記憶和情感的解密就差得更遠(yuǎn)了。要想實(shí)現(xiàn)他為自己制定的目標(biāo)，按部就班是不行的，必須另辟蹊徑，徹底改變研究思路和方法。經(jīng)過(guò)一番考慮，他認(rèn)為唯一可行的辦法就是繞過(guò)單個(gè)神經(jīng)元，不再執(zhí)著于簡(jiǎn)單的神經(jīng)生理、動(dòng)物行為和單個(gè)疾病的研究，而是直接將整個(gè)大腦當(dāng)作研究對(duì)象，從整體的角度來(lái)探究人腦的秘密。

具體來(lái)說(shuō)，馬克拉姆設(shè)想以他兒子的大腦為模板，通過(guò)逆向工程的方法用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)虛擬的大腦，這樣他就可以借助這個(gè)虛擬大腦“看到”他兒子的大腦是如何工作的，究竟哪里出了問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想，他決定先用小鼠練手，于2005年主持啟動(dòng)了“藍(lán)腦計(jì)劃”（Blue Brain Project），用IBM公司提供的一臺(tái)名為“藍(lán)色基因”（Blue Gene）的超級(jí)電腦來(lái)模擬小鼠的部分大腦。這項(xiàng)研究剛開(kāi)始沒(méi)幾年他就又坐不住了，覺(jué)得研究速度還是太慢，他要跳過(guò)小鼠，直接模擬人腦。但人腦有860億個(gè)神經(jīng)元，以及100兆（萬(wàn)億）個(gè)神經(jīng)突觸，要想用計(jì)算機(jī)模擬人腦，所需要的經(jīng)費(fèi)和人力物力資源都將是一個(gè)天文數(shù)字，光靠一些研究機(jī)構(gòu)的撥款或者少數(shù)大款的私人捐贈(zèng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

馬克拉姆是個(gè)長(zhǎng)相英俊的人，口才也很好，無(wú)論在學(xué)術(shù)界還是媒體圈都有不少“粉絲”。他決定好好利用一下自己的這項(xiàng)特長(zhǎng)，通過(guò)媒體把自己的設(shè)想傳播到科學(xué)界以外的地方去，爭(zhēng)取拿到政府投資。于是他精心準(zhǔn)備了一個(gè)TED演講，詳細(xì)解釋了他要做的事情。他還去各大高校和研究所發(fā)表演講，接受了世界各地?zé)o數(shù)媒體的訪談。他宣稱他的這個(gè)設(shè)想中的虛擬大腦不但可以加快神經(jīng)生理藥物的研發(fā)，甚至還能模擬大腦，成為一臺(tái)有“意識(shí)”的人造機(jī)器。

這些宣傳果然收到奇效，全世界都知道瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)有一位名叫馬克拉姆的天才科學(xué)家，有一個(gè)異想天開(kāi)般的神奇設(shè)想，很可能徹底改變?nèi)祟悓?duì)于大腦的認(rèn)知……正是在這種狂熱氣氛的鼓舞下，歐盟委員會(huì)向他伸出了橄欖枝，“人類腦計(jì)劃”正式啟動(dòng)了，馬克拉姆當(dāng)仁不讓地?fù)?dān)任了該計(jì)劃的執(zhí)行主席，負(fù)責(zé)管理所有事宜。

事情發(fā)展到這一步，一切似乎都順風(fēng)順?biāo)?，順理成章，沒(méi)想到一年半之后，也就是2014年7月，媒體曝光了一封質(zhì)疑該計(jì)劃的公開(kāi)信，并迅速征集到了800位歐盟頂尖科學(xué)家的簽名。這些科學(xué)家指責(zé)該項(xiàng)目目的不明確，設(shè)計(jì)思路存在問(wèn)題，不太可能實(shí)現(xiàn)當(dāng)初的設(shè)想。這封信還把矛頭直接指向馬克拉姆，指責(zé)他夸大研究成果，浪費(fèi)了寶貴的研究經(jīng)費(fèi)，號(hào)召全體科學(xué)家聯(lián)合起來(lái)抵制該計(jì)劃。

為了應(yīng)對(duì)這場(chǎng)公關(guān)危機(jī)，歐盟委員會(huì)迅速成立了一個(gè)由27名專家組成的委員會(huì)，負(fù)責(zé)調(diào)查公開(kāi)信上的指控。經(jīng)過(guò)一番討論，27人當(dāng)中有25人都同意公開(kāi)信中所提的意見(jiàn)，認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)理念上就存在問(wèn)題，需要重新考量。

討論結(jié)果出來(lái)后輿論大嘩，不少國(guó)家的政府威脅要撤銷(xiāo)資助，逼得該項(xiàng)目更換了新的領(lǐng)導(dǎo)人，試圖挽回?fù)p失。馬克拉姆自然十分生氣，據(jù)說(shuō)他本人甚至已經(jīng)不再出席該計(jì)劃的內(nèi)部會(huì)議了，只是委派一名代表代替他出席。

事情為什么會(huì)鬧到這一步呢？著名的《科學(xué)美國(guó)人》（Scientific American）雜志發(fā)表過(guò)一篇文章，詳細(xì)分析了該計(jì)劃的失敗原因。首先，這個(gè)“人類腦計(jì)劃”是馬克拉姆一個(gè)人想出來(lái)的，幾乎沒(méi)有其他人的參與。雖然他本人是個(gè)絕頂聰明的天才，但他畢竟是人，不能保證不犯錯(cuò)誤。況且他在構(gòu)思這個(gè)計(jì)劃的時(shí)候受到兒子生病的影響，感情用事，缺乏理性的思考。事實(shí)上，他連那個(gè)“藍(lán)腦計(jì)劃”都沒(méi)有完成，至今連一篇經(jīng)過(guò)同行評(píng)議的總結(jié)性論文都沒(méi)有發(fā)表過(guò)，由此可見(jiàn)他是多么地急于求成，用這種心態(tài)搞科研是很危險(xiǎn)的。

其次，該計(jì)劃的批準(zhǔn)帶有很強(qiáng)的政治目的，歐盟特別希望用這個(gè)聽(tīng)上去極富野心的項(xiàng)目來(lái)挑戰(zhàn)美國(guó)在科學(xué)領(lǐng)域的霸主地位，忽視了可能出現(xiàn)的問(wèn)題。事實(shí)上，這個(gè)腦計(jì)劃違反了很多“大科學(xué)”項(xiàng)目的基本要求，比如目標(biāo)過(guò)于模糊，方法和路徑也不確定，基本理論尚未明確等等，缺點(diǎn)相當(dāng)明顯，很多歐洲科學(xué)家早就表示了懷疑，但歐盟政治家們被這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)和政治愿景沖昏了頭腦，幻想著有一天能當(dāng)著美國(guó)人的面說(shuō)：“雖然你們美國(guó)人把宇航員送上了月球，但我們歐洲人造了一個(gè)能思考的人腦。”

不過(guò)話又說(shuō)回來(lái)，“大科學(xué)”項(xiàng)目要想躲過(guò)政治家的干擾是不現(xiàn)實(shí)的，所有這類項(xiàng)目都必須經(jīng)過(guò)政治家們的批準(zhǔn)，必須讓政治家們滿意才行，這是“大科學(xué)”項(xiàng)目固有的特點(diǎn)，誰(shuí)也無(wú)法回避。

第三，這個(gè)腦計(jì)劃的運(yùn)作不夠透明，很多事情都是馬克拉姆和他的小團(tuán)隊(duì)說(shuō)了算，決策過(guò)程沒(méi)有做到公開(kāi)透明。相比之下，美國(guó)也有一個(gè)類似的神經(jīng)科學(xué)項(xiàng)目叫作“通過(guò)推動(dòng)創(chuàng)新型神經(jīng)技術(shù)開(kāi)展大腦研究”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies，簡(jiǎn)稱BRAIN），和歐盟的“人類腦計(jì)劃”一樣也是在2013年啟動(dòng)的，同樣也有目標(biāo)模糊、方法不明確等缺點(diǎn)。但主持這個(gè)項(xiàng)目的美國(guó)國(guó)家心理衛(wèi)生研究所（NIMH）從一開(kāi)始就清楚地意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，決定借鑒“小科學(xué)”的做法，引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，項(xiàng)目決策公開(kāi)透明。比如，他們花了一年時(shí)間讓委員會(huì)的15名成員在各種場(chǎng)合公開(kāi)闡述自己的觀點(diǎn)和計(jì)劃，交由學(xué)術(shù)界集體討論，最終選擇支持率最高的計(jì)劃給予資助。

從目前情況看這個(gè)BRAIN計(jì)劃進(jìn)展順利，勢(shì)頭良好。但如果仔細(xì)考察一下其中的細(xì)節(jié)不難發(fā)現(xiàn)，這個(gè)計(jì)劃和當(dāng)初尼克松簽署的《國(guó)家癌癥法案》一樣，表面上看似乎是國(guó)家主導(dǎo)的“大科學(xué)”項(xiàng)目，但實(shí)際上只是一個(gè)方便相關(guān)科學(xué)家申請(qǐng)研究經(jīng)費(fèi)的幌子，骨子里走的仍然是“小科學(xué)”的路子。之所以會(huì)有這個(gè)結(jié)果，根本原因就在于神經(jīng)科學(xué)尚處于理論探索的階段，更適合讓科學(xué)家們分別單獨(dú)進(jìn)行探索，不適合集體攻關(guān)。換句話說(shuō)，“人類腦計(jì)劃”太像一個(gè)傳統(tǒng)的“小科學(xué)”題目了，不符合“大科學(xué)”的基本條件，本質(zhì)上并不適合用“大科學(xué)”的方法來(lái)應(yīng)對(duì)。

那么，“大科學(xué)”的本質(zhì)究竟是什么呢？讓我們回過(guò)頭來(lái)重新審視一下“大科學(xué)”的歷史。

大科學(xué)的本質(zhì)

前文說(shuō)過(guò)，“大科學(xué)”起源于美國(guó)的“曼哈頓計(jì)劃”。雖然這項(xiàng)計(jì)劃大獲成功，但有相當(dāng)一部分美國(guó)官員并沒(méi)有喜形于色，反而顯得憂心忡忡。比如，“二戰(zhàn)”時(shí)的美軍最高指揮官、后來(lái)的美國(guó)總統(tǒng)艾森豪威爾在1961年發(fā)表的卸任演說(shuō)中特意提到了“曼哈頓計(jì)劃”，并且用了“軍工復(fù)合體”（Military–industrial Complex）這個(gè)新名詞來(lái)形容該計(jì)劃。他認(rèn)為美國(guó)人既要感謝像“曼哈頓計(jì)劃”這樣的龐大的國(guó)防工程，又必須警惕這種由政府主導(dǎo)的龐大機(jī)構(gòu)會(huì)破壞科學(xué)研究的純潔性，最終導(dǎo)致國(guó)家的法西斯化。

今天看來(lái)，艾森豪威爾的擔(dān)憂似乎有些杞人憂天，但在當(dāng)年的語(yǔ)境下，他的擔(dān)憂是有深刻的政治含義的。眾所周知，當(dāng)時(shí)的世界正處于“冷戰(zhàn)”的高峰，美國(guó)自認(rèn)為代表自由世界，大部分美國(guó)人都崇尚一種可以被簡(jiǎn)單地稱之為“小政府大市場(chǎng)”的自由主義價(jià)值觀，“軍工復(fù)合體”這種戰(zhàn)時(shí)體制無(wú)論從哪個(gè)方面看似乎都與這種價(jià)值觀相違背，遭到了很多自由派美國(guó)人的批評(píng)。

為了應(yīng)對(duì)這些批評(píng)，美國(guó)著名核物理學(xué)家阿爾文·溫伯格（Alvin Weinberg）博士寫(xiě)了篇文章回應(yīng)艾森豪威爾的卸任演說(shuō)，正是在這篇文章中，溫伯格第一次用了“大科學(xué)”這個(gè)詞來(lái)描述像“曼哈頓計(jì)劃”這樣的科研模式。從此這個(gè)詞便流行開(kāi)來(lái)，載入了科學(xué)史冊(cè)。

溫伯格當(dāng)時(shí)的身份是美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，因此他用了不少篇幅為大科學(xué)辯護(hù)。他在文章中寫(xiě)道：當(dāng)未來(lái)的歷史學(xué)家回望20世紀(jì)的時(shí)候，他們將會(huì)發(fā)現(xiàn)科學(xué)和技術(shù)是這個(gè)時(shí)代的主旋律，他們將會(huì)看到一枚枚巨大的運(yùn)載火箭、一臺(tái)臺(tái)高能粒子加速器，以及一座座高能核反應(yīng)堆……它們是“大科學(xué)”的紀(jì)念碑，是我們這個(gè)時(shí)代最顯著的標(biāo)志，就好像巴黎圣母院是中世紀(jì)的標(biāo)志一樣。我們?yōu)榱俗非罂茖W(xué)真理而建造了這些紀(jì)念碑，就好像古人為了追求宗教真理而建造那些教堂一樣。我們用“大科學(xué)”來(lái)提高國(guó)家形象，就好像古人用“大教堂”來(lái)提高城市的形象……

不過(guò)，在文章的后半段溫伯格還是提出了不少質(zhì)疑。他認(rèn)為“大科學(xué)”的出現(xiàn)讓科學(xué)研究變成了新聞事件，違背了科學(xué)的本性。公眾在“大科學(xué)”新聞里看到的是科學(xué)家在花錢(qián)，而不是在思考。因此他建議美國(guó)政府把“大科學(xué)”項(xiàng)目限制在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)，不要讓這種科研模式擴(kuò)大到美國(guó)的大學(xué)體系里去。

這篇文章刊登在1961年7月21日出版的《科學(xué)》（Science）雜志上，一經(jīng)發(fā)表立刻引起了美國(guó)知識(shí)界的廣泛共鳴。大家一方面認(rèn)為美國(guó)政府應(yīng)該盡量想辦法保持科學(xué)的純潔性，另一方面也認(rèn)為“大科學(xué)”太像蘇聯(lián)人會(huì)干的事情了，崇尚自由競(jìng)爭(zhēng)的“小科學(xué)”機(jī)制才更符合美國(guó)精神。

與此同時(shí)，這篇文章傳到了歐洲，引起了英國(guó)學(xué)者德里克·普萊斯（Derek Price）的關(guān)注。普萊斯博士本來(lái)是個(gè)物理學(xué)家，但他的興趣很快就轉(zhuǎn)向了科學(xué)史研究。他認(rèn)為科學(xué)本身也是可以研究的，科學(xué)的發(fā)展是有規(guī)律可循的，但絕不能感情用事，而是必須采用科學(xué)的方法去研究科學(xué)，得出的任何結(jié)論都必須要有統(tǒng)計(jì)數(shù)字作為證據(jù)。為此他設(shè)計(jì)了一套方法把科學(xué)研究的水平進(jìn)行了量化，比如他用高水平論文的數(shù)量、科研經(jīng)費(fèi)的多寡、測(cè)量?jī)x器精確度的進(jìn)步和新化學(xué)元素（或者新物種）的發(fā)現(xiàn)速度等硬指標(biāo)來(lái)衡量科學(xué)發(fā)展的水平和程度。他的這套方法被后人稱之為“科學(xué)計(jì)量學(xué)”（Scientometrics），他本人也被公認(rèn)為是科學(xué)計(jì)量學(xué)之父。

受到溫伯格那篇文章的啟發(fā)，普萊斯在英國(guó)舉辦了一系列講座，向聽(tīng)眾匯報(bào)了他的研究成果。1963年，他把這些講稿匯編成一本書(shū)，書(shū)名就叫作《小科學(xué)，大科學(xué)》（Little Science，Big Science）。他在這本書(shū)中通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)總結(jié)梳理了科學(xué)發(fā)展的歷程，并得出結(jié)論說(shuō)，無(wú)論是科學(xué)研究的規(guī)模還是科學(xué)成果的數(shù)量都是呈指數(shù)增長(zhǎng)的，即不但一直在增長(zhǎng)，而且增長(zhǎng)的速度也越來(lái)越快。比如，他指出人類歷史上出現(xiàn)過(guò)的所有科學(xué)家當(dāng)中有80%～90%都還活著，而一名年輕科學(xué)家如果一直工作到老的話，他會(huì)發(fā)現(xiàn)有80%～90%的科研成果都是在他眼皮底下發(fā)生的，只有10%～20%的成果是由在他之前的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。普通人之所以會(huì)覺(jué)得古代出了很多大科學(xué)家，只是因?yàn)樗麄儾](méi)有意識(shí)到“古代”所代表的時(shí)間是很長(zhǎng)的。如果統(tǒng)計(jì)一下單位時(shí)間出現(xiàn)的大科學(xué)家的數(shù)量，現(xiàn)代絕對(duì)比古代多。

因?yàn)檫@個(gè)原因，他認(rèn)為科學(xué)研究必然會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越高深，科研項(xiàng)目所涉及到的資金、人數(shù)和專業(yè)領(lǐng)域肯定也會(huì)越來(lái)越多，跨行業(yè)的合作必將成為常態(tài)。因此他認(rèn)為“大科學(xué)”的出現(xiàn)是必然的，這是科學(xué)發(fā)展的自身規(guī)律所決定的，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。他甚至認(rèn)為“大科學(xué)”的雛形很早就出現(xiàn)了，只是受到當(dāng)時(shí)科學(xué)水平的限制，無(wú)論是人數(shù)還是投資規(guī)模都不夠大，一般人沒(méi)有意識(shí)到而已。另外，他還認(rèn)為從“小科學(xué)”向“大科學(xué)”的轉(zhuǎn)型也是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，“大科學(xué)”根本不像某些人想象的那樣是因?yàn)椤岸?zhàn)”的需要而突然出現(xiàn)的。

在這本書(shū)的結(jié)尾普萊斯得出結(jié)論說(shuō)，起碼對(duì)于應(yīng)用科學(xué)而言，“大科學(xué)”比“小科學(xué)”效率更高，是落后國(guó)家快速追趕領(lǐng)跑者的一條捷徑。他的這個(gè)預(yù)言很快得到了驗(yàn)證，這就是人工合成胰島素項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目是新中國(guó)在生物化學(xué)領(lǐng)域啟動(dòng)的第一個(gè)準(zhǔn)“大科學(xué)”計(jì)劃，雖然總的體量還不夠大，但確實(shí)符合“大科學(xué)”的所有特征。該項(xiàng)目在實(shí)施的過(guò)程中經(jīng)歷了不少挫折，但最終還是順利地獲得了成功，并在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)的中國(guó)能夠獲得諾貝爾獎(jiǎng)的唯一機(jī)會(huì)。

這個(gè)項(xiàng)目之所以沒(méi)能獲得諾貝爾獎(jiǎng)，有兩個(gè)主要原因：首先，這項(xiàng)成果在科學(xué)上的原創(chuàng)性不夠高。當(dāng)時(shí)科學(xué)家們已經(jīng)掌握了把氨基酸連在一起的技術(shù)，國(guó)外也已經(jīng)有人將若干個(gè)氨基酸串聯(lián)在一起，合成了一小段多肽，只要按照這一思路繼續(xù)走下去，合成出完整的胰島素分子并不是一件太難的事情，再加上胰島素完全可以從自然界中得到，成本要低得多，從經(jīng)濟(jì)的角度講確實(shí)沒(méi)有必要人工合成。

其次，人工合成胰島素項(xiàng)目是由中國(guó)科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所和北京大學(xué)生物系這三個(gè)單位聯(lián)合完成的，沒(méi)有任何一個(gè)人可以獨(dú)享該項(xiàng)目的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但諾貝爾獎(jiǎng)是獎(jiǎng)給個(gè)人的，當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)不太可能把獎(jiǎng)金分給三家研究所，更何況是來(lái)自紅色中國(guó)的三家政府機(jī)構(gòu)。

現(xiàn)在想來(lái)，第一個(gè)原因確實(shí)有一定的道理，但也并不是絕對(duì)不可能的。要知道，當(dāng)年還有很多人不相信人工合成的東西能夠具備生物活性，他們認(rèn)為生命與非生命之間有著某種不為人知的神秘差別。胰島素是用人工方法合成的第一個(gè)具有生物活性的有機(jī)大分子，這個(gè)項(xiàng)目的成功證明有機(jī)體并沒(méi)那么神秘，完全可以從無(wú)機(jī)物合成出來(lái)，從哲學(xué)的角度講具有很重大的意義，獲獎(jiǎng)完全是有可能的。

這樣看來(lái)，第二個(gè)理由才是最關(guān)鍵的。諾貝爾獎(jiǎng)是“小科學(xué)”時(shí)代的產(chǎn)物，從獎(jiǎng)項(xiàng)的設(shè)置到獲獎(jiǎng)人的要求都是按照“小科學(xué)”的特點(diǎn)來(lái)制定的，諾獎(jiǎng)委員會(huì)完全不知道應(yīng)該如何去評(píng)價(jià)這樣一個(gè)依靠集體攻關(guān)才獲得成功的項(xiàng)目。

雖然沒(méi)能獲獎(jiǎng)，但這個(gè)項(xiàng)目對(duì)于中國(guó)的科學(xué)發(fā)展做出了很重要的貢獻(xiàn)。從培養(yǎng)人才的角度講，當(dāng)年參與該項(xiàng)目的鈕經(jīng)義、龔岳亭、鄒承魯、杜雨蒼、季愛(ài)雪、邢其毅、汪猷和徐杰誠(chéng)等人后來(lái)都成了生物研究領(lǐng)域的重量級(jí)人物，為中國(guó)生命科學(xué)躋身于世界強(qiáng)國(guó)的行列做出過(guò)重大貢獻(xiàn)。更重要的是，如果沒(méi)有這個(gè)項(xiàng)目的成功，也就不會(huì)有后來(lái)的“523計(jì)劃”，青蒿素也就不太可能被發(fā)現(xiàn)了。

這個(gè)“523計(jì)劃”是一個(gè)非常典型的“大科學(xué)”項(xiàng)目，起因和越戰(zhàn)有著直接的關(guān)系。當(dāng)年受越南方面請(qǐng)求，中國(guó)政府于1967年啟動(dòng)了代號(hào)為“523”的計(jì)劃，動(dòng)員了全國(guó)60多家科研單位和500多名研究人員集體攻關(guān)，研制對(duì)付瘧疾的特效藥。最終科研人員從超過(guò)4萬(wàn)個(gè)樣本中篩選出了3種抗瘧疾藥物，青蒿素只是其中的一種而已。屠呦呦因?yàn)樵谇噍锼氐暮Y選過(guò)程中起到了很關(guān)鍵的作用，最終被授予諾貝爾獎(jiǎng)，成為第一個(gè)獲獎(jiǎng)的新中國(guó)科學(xué)家。

屠呦呦的獲獎(jiǎng)引起了很大爭(zhēng)議，不少人認(rèn)為她只是“523計(jì)劃”的一名成員而已，不應(yīng)該獨(dú)享這項(xiàng)大獎(jiǎng)。這個(gè)質(zhì)疑當(dāng)然有一定的道理，但這個(gè)思路是典型的“小科學(xué)”時(shí)代的思路。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)不可能不知道“523計(jì)劃”，也不可能不知道這是一大群科學(xué)家集體攻關(guān)的結(jié)果，但諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)還沒(méi)有頒給集體的先例，評(píng)獎(jiǎng)委員們?yōu)榱俗鹬貍鹘y(tǒng)，只能從中選出一名代表去領(lǐng)獎(jiǎng)。換句話說(shuō)，雖然最終獲獎(jiǎng)的是屠呦呦，但真正懂行的人都知道，這個(gè)獎(jiǎng)是頒給整個(gè)中國(guó)科學(xué)界的。作為科學(xué)領(lǐng)域的新軍，中國(guó)科學(xué)家們根據(jù)自己的實(shí)際情況采取了“大科學(xué)”的運(yùn)作方式，終于在很短的時(shí)間里趕上了發(fā)達(dá)國(guó)家的腳步，為提高全人類的福祉做出了自己的一份貢獻(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

說(shuō)了半天“大科學(xué)”，其實(shí)“小科學(xué)”并沒(méi)有消失，無(wú)論是干細(xì)胞領(lǐng)域的飛速發(fā)展，還是基因編輯技術(shù)的日新月異，都離不開(kāi)少數(shù)天才科學(xué)家的貢獻(xiàn)。換句話說(shuō)，如今是一個(gè)“小科學(xué)”和“大科學(xué)”并存的時(shí)代，兩種模式各有千秋，誰(shuí)也無(wú)法完全代替誰(shuí)。