在新一輪科技革命的浪潮中，科技突破的難度和復雜程度日益提升，對于大設(shè)施、大團隊和大協(xié)作的需求愈加迫切。本文深入系統(tǒng)地分析了新形勢下大科學與小世界的邏輯關(guān)系，并就如何促進大科學發(fā)展提出建議。

中國有一句老話叫“三十年河東，三十年河西”，還有一個說法是“三十年為一世而道更”。意思很明確，大約每隔30年，我們所處時代的內(nèi)外部環(huán)境總會發(fā)生一系列的深刻變化，我們必須調(diào)整發(fā)展思路，進行新的路徑選擇。而如今，形勢變化很快，30年規(guī)律似乎不再奏效，發(fā)展環(huán)境每隔20年、10年，甚至5年可能就會發(fā)生巨大變化，這就是我們當下所討論的“新時代”的新特點。

同樣的變化也體現(xiàn)在科學學（Science of Science）上。在“科學學”這個術(shù)語中，我們對前后兩個“科學”的理解也與過去不太一樣。我們對科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)律和機理的認識在不斷地深化，研究的范式及方法持續(xù)迭代升級，這是前面一個“科學”在變化。后面一個“科學”的變化可能更多、更大：以前“科學學”的研究對象更強調(diào)科學發(fā)現(xiàn)，而現(xiàn)在，很難將科學發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新分割開來，必須放在一起來理解；另外，過去“科學學”比較關(guān)注科技活動本身，現(xiàn)在更多將科技活動與它所處的整個社會系統(tǒng)聯(lián)系起來，考慮其間的復雜關(guān)系。因此，前后兩個“科學”都變得很快。在這樣的快速變化中，我們需要關(guān)注三個趨勢：一是知識生產(chǎn)方式快速迭代升級；二是知識的供給側(cè)與需求側(cè)（指廣義的需求，包括市場、企業(yè)、國家和政府的需求）之間的互動界面在不斷更新；三是知識轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的路徑在持續(xù)變遷。這可能是我們把握“科學學”前后兩個“科學”變化的關(guān)鍵。

大家知道，同濟大學周邊有一個非常獨特的經(jīng)濟現(xiàn)象，我們稱之為“環(huán)同濟知識經(jīng)濟圈”。這一經(jīng)濟現(xiàn)象背后，展現(xiàn)了大學的“學科發(fā)展和科學研究”與“區(qū)域經(jīng)濟增長和社會發(fā)展”之間的互動關(guān)系。土木工程、城市規(guī)劃、設(shè)計學、環(huán)境科學與工程、管理科學與工程等優(yōu)勢學科，是同濟大學在全國甚至全球范圍內(nèi)表現(xiàn)最為卓越的學科，這些學科的發(fā)展其實與整個區(qū)域的經(jīng)濟社會發(fā)展是同頻共振的，與“環(huán)同濟知識經(jīng)濟圈”的核心產(chǎn)業(yè)形成了高度契合的關(guān)系。在需求側(cè)的強烈刺激下，學科綜合實力和競爭力得以持續(xù)提升，“環(huán)同濟”也達到了一種狀態(tài)上的平衡?！碍h(huán)同濟”為什么能夠興起？這與改革開放40多年來我國持續(xù)高強度的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)密切相關(guān)，但是現(xiàn)在建設(shè)節(jié)奏明顯放緩，不像過去那么高漲了。我們需要重新審視學科發(fā)展與需求側(cè)的互動關(guān)系，探索新的科學研究范式、科研組織模式及技術(shù)突破模式，看看能不能跟上“大科學”與“小科學”并存時代的節(jié)奏。因此，這里主要討論三個方面的問題：如何理解科學之“大”與世界之“小”、讓大科學造福小世界、以小世界成就大科學。

如何理解科學之“大”與世界之“小”？

首先來看科學之“大”，我認為這是科學研究發(fā)展到一定階段的必然趨勢，“大”主要體現(xiàn)在六個方面。

第一是問題大。之前我們的科學研究以“科學家+實驗室”模式為主，但是這種范式目前難以適應人類需要面對的新問題?，F(xiàn)在的問題更“大”了，涉及人類的生存空間、氣候變化、疾病防治、災害抵御、社會變遷等各方面。譬如，地球作為廣袤宇宙中一顆孤獨的星球，面臨各種各樣的風險。在地球之外的行星還有我們的生存空間嗎？氣候變化盡管可能沒有我們想象的那么快，但是我們已經(jīng)能夠切身感受到這種變化，這樣的變化還會給人類帶來什么樣的挑戰(zhàn)？剛剛過去不久的新冠疫情帶來的影響十分驚人，據(jù)世界衛(wèi)生組織報告，新冠疫情導致全球死亡人數(shù)約1300萬，平均預期壽命水平倒退10年，而我們還沒有完全弄清楚它從哪里來，到哪里去，后面還會有什么情況發(fā)生。此外，我們現(xiàn)在所處的社會與過去熟悉的社會形態(tài)已經(jīng)大不一樣，人的認知方式在變，尤其是年輕人思考問題的邏輯發(fā)生了很大變化，劇烈的社會變遷可能帶來一系列新問題，需要我們面對。

第二是難度大。很多科學問題的解決并沒有之前想象的那么簡單。美國總統(tǒng)尼克松1971年簽署《國家癌癥法案》，雄心勃勃地試圖解決癌癥問題，但是并沒有如愿。癌癥的復雜性遠遠超越人類現(xiàn)有認知，一系列的基礎(chǔ)理論問題還沒有弄清楚，技術(shù)條件也不成熟。該計劃耗資巨大，但終告失敗。近年來，拜登政府重啟“抗癌登月計劃”，設(shè)定了在25年內(nèi)將癌癥的死亡率降低50%的目標，可以預見，該計劃仍然需要面對諸多巨大挑戰(zhàn)。與攻克癌癥難題一樣，當前的許多科學問題呈現(xiàn)出高維、異構(gòu)、超限、跨界等特點，突破的難度越來越大。

第三是投入大。科學研究很燒錢，“大科學”更燒錢。譬如，歐洲核子研究中心（CERN）建設(shè)的大型強子對撞機（LHC），從概念到第一束質(zhì)子產(chǎn)生，歷時25年時間，耗資100億美元，得到了21個成員國的財政和技術(shù)直接支持，其他60多個國家和國際機構(gòu)也以各種方式支持該計劃的實施。當然，“大科學”的帶動性也特別強。

第四是規(guī)模大。“大科學”往往需要動員大量的科研機構(gòu)和科技人力資源，并且歷時漫長。阿波羅登月計劃涉及2萬家企業(yè)，200多所大學，80多家科研機構(gòu)，參與者多達30萬人。英國生物銀行的大型前瞻性隊列研究數(shù)據(jù)庫則跟蹤并積累了50萬名參與者數(shù)十年來的遺傳、生活環(huán)境和健康數(shù)據(jù)。

第五是尺度大。尺度可以從兩個方向理解：極大和極微。極大是指宇觀層面，譬如，中國天眼是500米口徑球面射電望遠鏡，反射面有30個足球場那么大，是世界最大單口徑、最靈敏的望遠鏡，它的靈敏度比世界排名第2的望遠鏡靈敏度要高2.5倍，可以幫助科學家探索諸如宇宙的起源及演化，小行星從哪里來、到哪里去等問題。極微是指微觀層面，如今透射電子顯微鏡分辨率已經(jīng)達到0.2納米以下，可用于無機、有機和生物材料的結(jié)構(gòu)觀測和組成分析，幫助我們更好地探索微觀世界。

第六是效應大。通過發(fā)展“大科學”，可以催生重大科學發(fā)現(xiàn)，并引發(fā)一系列關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)突破。在很大程度上，可以重塑經(jīng)濟社會發(fā)展的動能，改變我們的生產(chǎn)、生活以及社會治理方式，從而深刻影響人類的命運。

當然，科學之“大”并不是“天上掉下來”的，主要得益于三方面的進展。首先是“大科學”的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)不斷夯實。可以看到大家都在轟轟烈烈地推進大科學設(shè)施布局和建設(shè)，全球范圍內(nèi)有400多個。截至2023年年底，中國已規(guī)劃布局77個大科學設(shè)施，在建和已投入運營的有57個。除了大科學設(shè)施，還有各種類型的實驗室、數(shù)據(jù)中心、算力中心等。其次是研究手段和工具持續(xù)精進。AI近年來的表現(xiàn)十分卓越，能夠幫助科學家快速提升研發(fā)效率。過去一位博士研究生可能要花4到5年時間，才能把一種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)大致弄清楚。如今，AlphaFold2在一年時間內(nèi)，就可以預測超過35萬種人類基因組蛋白質(zhì)，以及超過100萬個物種的2.14億種蛋白質(zhì)，效率大幅度提升，這樣可以大大縮短新藥研發(fā)的時間。可以預見，包括科學智能（AI for Science）、技術(shù)智能（AI for Technology）在內(nèi)的智能化科研日新月異，將成為大科學發(fā)展的突破性力量。再次是科研組織方式迭代升級。過去，我們熟悉的科研組織方式有需求導向、使命驅(qū)動等類型。前者比較好理解，在分析市場需求的基礎(chǔ)上，策劃和組織科研活動。后者，也就是使命驅(qū)動型的科研組織方式，其實國內(nèi)外都有。如我國的“兩彈一星”，美國的曼哈頓計劃、阿波羅計劃，以及美國國防部高級研究計劃局（DARPA）模式都是典型的舉國體制，如今我們也在思考如何建構(gòu)新型舉國體制。近年來，一種新的科研組織方式開始出現(xiàn)，我稱之為“愿景驅(qū)動型”。典型的代表人物是馬斯克，他通常會站在一定高度，描繪一個遠大且高尚的前景。譬如，他將星艦發(fā)射的愿景描述為：為人類開拓新的生存空間，努力使人類成為跨行星的物種。在這樣的愿景驅(qū)動下，包括戰(zhàn)略科學家在內(nèi)的大批優(yōu)秀人才被他吸引過來，并帶來許多新的理念、知識和技術(shù)，更重要的是，巨量的具有足夠耐心和耐受力的資本被卷入進來。事實上，馬斯克的SpaceX火箭發(fā)射效率十分高：SpaceX在2024年第一季度完成31次火箭發(fā)射，居全球航天機構(gòu)首位；發(fā)射525個航天器，居全球發(fā)射數(shù)量首位；發(fā)射載荷質(zhì)量約430噸，占全球發(fā)射載荷質(zhì)量（約493.93噸）的87%，而且這一趨勢還會持續(xù)。作為一家企業(yè)，SpaceX居然比美國宇航局（NASA）干得還要好，政府當然很支持它，NASA在人員、技術(shù)、場景方面給予全力支持。可見，馬斯克通過設(shè)定和展示“理解宇宙真實本質(zhì)”的目標，建構(gòu)了獨特的愿景驅(qū)動型大科學模式，裹挾了大量的優(yōu)秀人才、前沿技術(shù)和耐心資本，不斷形成面向特定技術(shù)領(lǐng)域的突破能力，值得我們持續(xù)關(guān)注。

再來看看世界之“小”帶來的挑戰(zhàn)。世界之“小”，既可以從空間和時間角度來理解，也指向資源不足、能源危機、安全威脅、共識稀缺等問題。顯而易見，面向持續(xù)增長的人類發(fā)展需求，地球的空間已經(jīng)相當局促，時間上留給人類從容應對的余地可能更為有限。各種危機、沖突、動亂和意外事件頻頻發(fā)生，資源短缺的形勢愈加嚴峻，能源結(jié)構(gòu)尚未發(fā)生革命性的變化，剩下的化石燃料還能支撐地球運轉(zhuǎn)多少年？可再生能源和可控核聚變真如我們想象的那樣能夠改變能源結(jié)構(gòu)嗎？短時期內(nèi)是否存在來自地球外部的安全威脅？馬斯克認為，地球只是廣袤宇宙中一支閃著微光、隨時可能熄滅的蠟燭，他想做的是讓這根蠟燭燃燒得更持久一些。這可能也是全球科學界需要共同面對的問題。此外，世界上有200多個國家和地區(qū)，種族、宗教、信仰等各不相同，共識相對稀缺。甚至在科學共同體內(nèi)部也沒有形成充分共識，國際科技交流與合作的前景很不明朗，“孤立主義”“封閉主義”“單邊主義”“逆全球化”明顯抬頭。

這就是我們面臨的現(xiàn)實矛盾，一方面，需要合力解決的問題如此之多，難度如此之大；另一方面，科學界無論是達成的共識，還是采取的一致行動都不夠多。大科學在成長，但是尚未形成充分的供給能力，其整體能級和效率還不能滿足小世界應對日趨復雜和嚴峻挑戰(zhàn)的現(xiàn)實需求。

讓大科學造福小世界

“讓大科學造福小世界”說易行難。近年來，中國通過發(fā)展大科學，在塑造增長新動力、開發(fā)和利用新能源、減少貧困、防治重大疾病、保護自然環(huán)境、強化安全保障等方面進行了積極探索，取得了初步成效。譬如，在塑造增長新動力方面，中國科學院自動化研究所人形機器人攻關(guān)團隊研制人形機器人設(shè)計組裝“大工廠”，可以快速設(shè)計構(gòu)建人形機器人硬件和軟件系統(tǒng)，為該產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展積蓄了強勁動能；在開發(fā)和利用新能源方面，通過建設(shè)冷泉生態(tài)系統(tǒng)大科學裝置，實現(xiàn)可燃冰的綠色開發(fā)，為人類安全、環(huán)保、科學地利用可燃冰資源提供基礎(chǔ)保障；在減少貧困方面，作物表型組學國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施在湖北開工建設(shè)，該設(shè)施旨在實現(xiàn)育種過程的設(shè)計性、預見性和可控性，保障國家糧食安全；在防治重大疾病方面，阿里達摩院聯(lián)合多家醫(yī)療機構(gòu)，利用深度學習技術(shù)，在2萬多例病例中識別出31例漏診胰腺癌，這項研究可以極大提升胰腺癌的早期診斷率，過去的診療方式不可能做到，是具有里程碑意義的突破；在保護自然環(huán)境方面，我國運用現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建“空-天-地”綜合監(jiān)測系統(tǒng)，對長江流域進行全方位、實時、動態(tài)監(jiān)測，支撐長江大保護的一系列重大決策；在強化安全保障方面，中國遙感衛(wèi)星地面站在森林火災、特大洪水災情發(fā)生期間，為國家救災總指揮部提供準確災情數(shù)據(jù)，在救災和災后建設(shè)中發(fā)揮了重大作用。這些都是大科學造福小世界的典型中國案例。但是，科學畢竟是大家的事情，需要全球科學界一起行動起來。

以小世界成就大科學

世界很小，資源和能力有限。要讓小世界成就大科學，首先要共情，在同一個星球上，我們是人類命運共同體。在共情的前提下，需要集中意愿，看看哪些領(lǐng)域可以進行廣泛而深入的國際科技合作。譬如，面向重大氣候變化、重大疾病防治、重大災害應對等問題，選定具體合作領(lǐng)域，形成合作共識。

在形成共識的基礎(chǔ)上，集中資源推進以下領(lǐng)域的共建。一是大科學設(shè)施。大科學設(shè)施往往耗資巨大，在全球范圍內(nèi)已建的大科學設(shè)施應該有序開放和有效聯(lián)動，提升運營效能；同時，各國聯(lián)手，集中資源，布局和共建新的大科學設(shè)施。二是全球科研基金。要引入社會資本，包括企業(yè)力量等探索設(shè)立全球科研基金，圍繞選定的領(lǐng)域開展研究。三是學科交叉。通過大學科支撐大科學，通過大科學帶動大學科發(fā)展。四是數(shù)據(jù)流通和算力協(xié)同。大科學需要大協(xié)作，必須著力解決數(shù)據(jù)跨境流通和算力協(xié)同等問題。

在共建基礎(chǔ)上集中力量，面向特定領(lǐng)域，加強策劃和組織，共啟國際大科學計劃和國際大科學工程。最后是研究成果的共享，參與方如何分享合作帶來的科學發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明以及開辟的增量市場等，利益協(xié)調(diào)機制是需要關(guān)注的重要問題。以小世界成就大科學，我們的目標非常明確，就是通過共情、共識、共建、共啟和共享，為人類社會贏得共同發(fā)展的機會。

本文作者陳強是同濟大學經(jīng)濟與管理學院長聘特聘教授，上海市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)研究中心執(zhí)行主任。長期從事科技創(chuàng)新治理等領(lǐng)域的研究，入選國家級人才計劃，獲上海市科技進步獎、上海市決策咨詢研究成果獎、中國高教學會優(yōu)秀高教科研成果獎、上海市教育科學研究成果獎、美國管理學會（AoM ）最佳論文獎等獎項，出版著作十多部。