引力波與大科學(xué)

袁越

萬有引力定律、進(jìn)化論和相對論大概可以稱得上是古典時代的三大科學(xué)里程碑，它們都是由少數(shù)天才科學(xué)家獨立發(fā)展出來的，這是那個時代科學(xué)研究的普遍方式。載人登月、人類基因組計劃和引力波的成功觀測大概可以算作是新科學(xué)時代的三大里程碑事件，它們都屬于命題作文，是一大群來自不同領(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)

引力波的觀測和證實無疑是最近數(shù)十年來科學(xué)界最引人注目的大事件之一，但其實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)就是相對論，這套宏大理論的構(gòu)建幾乎是由愛因斯坦一個人完成的，他所用的工具就是幾張紙和一支筆而已，所消耗的經(jīng)費就是他個人的生活費，幾乎可以忽略不計。引力波的觀測則是由成千上萬名科學(xué)家和工程技術(shù)人員分工協(xié)作、共同完成的，項目總投資高達(dá)6.2億美元，是美國國家自然科學(xué)基金（NSF）資助過的耗資最高的科研項目。

如果說提出引力波理論的愛因斯坦是“小科學(xué)”的代表性人物，那么最終觀測到引力波的這個LIGO項目則毫無疑問是“大科學(xué)”的最佳代表。說它們一個大一個小，顯然不是指成就的大小，也不是指難度的高低，而是一個數(shù)學(xué)概念。一個人相對于一群人是小，6.2億美元相對于一個人的生活費是大，僅此而已。

不過，從科學(xué)史的角度來看，所謂Little Science和Big Science卻有著遠(yuǎn)比簡單的“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具有更加深刻的含義。具體來說，前者，也就是“小科學(xué)”，指的是一個人（少數(shù)情況下也可以幾個人合作）運用自己的智慧和想象力，通過邏輯思辨和實驗檢驗的方法找出大自然的運行規(guī)律。“小科學(xué)”通常被認(rèn)為是科學(xué)研究在所謂“古典時期”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”指的就是古典時期出現(xiàn)的那些偉大人物，愛因斯坦是其中的佼佼者之一。“小科學(xué)”所建立的一整套行為規(guī)范和準(zhǔn)則經(jīng)過科學(xué)家們的多年實踐被證明切實有效，即使是像愛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)代時期”才有的東西，歷史并不長，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的偉大成就。“大科學(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，甚至可以說改變了科學(xué)本身的定義，這就出現(xiàn)了一系列新的問題。

就拿引力波來說，最初愛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，接受同行們的批評和質(zhì)疑，然后才被主流媒體報道，但仍然沒有被當(dāng)成定論，直到若干年后該論文的一個重要假設(shè)被天文學(xué)測量所證實，愛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)”時代典型的做事方式，即先提假說再做實驗，一步一個腳印，循序漸進(jìn)，隨時準(zhǔn)備糾正可能出現(xiàn)的錯誤。相比之下，引力波的測量結(jié)果是在一次事先預(yù)熱了很久的新聞發(fā)布會上當(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提前頒給了它。這條消息同時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，沒人提出質(zhì)疑。這是“大科學(xué)”時代的做法，其研究成果的發(fā)布幾乎和某款新產(chǎn)品的發(fā)布沒有區(qū)別了。

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

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？這就要從歷史說起了。

從曼哈頓計劃到人類基因組計劃

大家公認(rèn)的第一個“大科學(xué)”項目就是大名鼎鼎的“曼哈頓計劃”，這是由美國陸軍部于1942年開始啟動的研制原子彈的計劃，先后有超過10萬名來自世界各地的科學(xué)家和工程師參與了該項目，最終在耗時3年多，花掉了美國政府20億美元后才宣告完成，無論從哪方面來看都很大，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年被德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，其原理也很快就得到了圓滿的解釋。“曼哈頓計劃”只是讓核裂變這一自然過程在人為操縱下得以實現(xiàn)而已，并沒有給理論物理學(xué)帶來多么了不起的新發(fā)現(xiàn)。據(jù)說項目負(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，但這畢竟是該計劃的副產(chǎn)品，屬于意外之喜。

但是，這并不等于說“曼哈頓計劃”對科學(xué)發(fā)展沒有貢獻(xiàn)。人類要想控制核裂變，把核能變?yōu)榭梢岳玫哪茉葱问?，光知道核裂變的原理還不行，還有很多技術(shù)細(xì)節(jié)需要通過實驗來完善。在當(dāng)年的技術(shù)條件下，這些實驗所需要的人力物力都太大了，如果沒有美國政府的大力支持幾乎不可能完成。而美國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。事實證明這筆錢花值了，美國比德國先研制成功原子彈，并最終依靠它加快贏得了“二戰(zhàn)”的勝利。

“曼哈頓計劃”可以說是特殊時代的特殊產(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)家在科研活動中所扮演的角色也發(fā)生了根本性的改變。在“小科學(xué)”時代，一名科學(xué)家所要做的就是選擇一個大自然未解之謎作為自己的主攻方向，通過獨立思考提出假說，再設(shè)計出一個可行的實驗方案去驗證自己提出的假說，甚至還需要自己去籌措實驗經(jīng)費。如果實驗成功便可以將其上升為科學(xué)理論載入史冊，自己也名垂千古，但最可能的結(jié)果往往是實驗失敗了，這位科學(xué)家要么改進(jìn)實驗方案再做一次，要么推翻自己的假說，再去尋找新的課題。整個過程相當(dāng)于科學(xué)家和大自然之間玩的一場捉迷藏游戲，充滿了不確定性。但“曼哈頓計劃”在很多地方都正好相反，從一開始這項計劃的目標(biāo)就十分明確，實現(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，甚至連完成計劃的時間表都已寫好，大家只要按部就班去做就行了。參與計劃的每一名科學(xué)家都只在這場大戲中扮演一個小角色，把其中任何一個人單獨拿出來都沒有多大的價值，只有合起來才能成事。

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

這一時期美國進(jìn)行了很可能是迄今為止最為成功的一次“大科學(xué)”冒險，這就是1961年開始的阿波羅登月計劃。這項計劃的實施肯定有“冷戰(zhàn)”的因素，否則肯尼迪政府不太可能說服美國納稅人拿出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，項目難度要比“曼哈頓計劃”大多了。好在最后美國人齊心協(xié)力完成了這項宏偉的計劃，被公認(rèn)為是“大科學(xué)”時代人類所取得的最偉大的科學(xué)成就。

這一時期的“大科學(xué)”項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)和國防關(guān)系密切，而國防項目顯然更容易獲得政府青睞，一個項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方向挺進(jìn)，研究對象動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）就是一個很好的例子。第三，“大科學(xué)”項目往往會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，科學(xué)家是否有能力儲存并分析這些數(shù)據(jù)就成為項目能否成功的關(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構(gòu)相互交換或者相互借鑒，再加上物理學(xué)家是最早開始使用高性能計算機的一群人，從某種程度上減輕了數(shù)據(jù)分析的負(fù)擔(dān)，為團(tuán)隊分工合作創(chuàng)造了先決條件。

最先向物理學(xué)對“大科學(xué)”的壟斷發(fā)起挑戰(zhàn)的大概要算是美國前總統(tǒng)尼克松，在載人登月成功的鼓舞下，尼克松于1971年簽署了《國家癌癥法案》（National Cancer Act），動員全美國的力量向癌癥發(fā)起挑戰(zhàn)。但事后證明抗癌比登月還難，因為癌癥的發(fā)病原理都沒有搞清，實現(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)，所以美國最終還是采取了“小科學(xué)”的運作方式，把大筆科研經(jīng)費分給了眾多實驗室，讓他們各自為戰(zhàn)，所以這個項目不能算是真正的“大科學(xué)”項目。

但是，正是在這場抗癌攻堅戰(zhàn)中，科學(xué)家們終于意識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。于是美國政府于1990年正式啟動了“人類基因組計劃”，由美國科學(xué)家牽頭，聯(lián)合了全世界多個國家的科學(xué)家集體攻關(guān)，在一共花費了38億美元之后于2003年宣告成功，人類終于首次畫出了自身的設(shè)計圖紙。

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

人類腦計劃的失敗

人類基因組計劃的成功極大地擴(kuò)展了“大科學(xué)”的范疇，物理學(xué)對這一領(lǐng)域的壟斷終于被打破了，之后很快便誕生了人類DNA元件百科全書計劃（ENCODE）、1000個人類基因組計劃、人類微生物基因組計劃、人類蛋白質(zhì)組計劃，甚至靈長類基因組計劃、水稻基因組計劃、小鼠基因組計劃等等各種各樣的“大科學(xué)”項目，從設(shè)計思路到組織構(gòu)架再到運作方式等等全都模仿人類基因組計劃，最終也都取得了不錯的成績。這些項目之所以進(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。如果沒有高性能計算機的輔佐，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“計劃”擴(kuò)展到神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域時終于出了問題。2013年1月，歐盟撥出12.9億歐元巨款啟動了“人類腦計劃”（Human Brain Project），沒想到該計劃正式開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絕佳的案例，可以幫助大家了解一下“大科學(xué)”的優(yōu)缺點都是什么，局限性究竟在哪里。

“人類腦計劃”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和德國深造，迅速成為實驗神經(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：他的兒子被診斷出患了孤獨癥，醫(yī)生們均表示無能為力，這讓他產(chǎn)生了深深的幻滅感，覺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，太沒有意義了，于是他決定要以一己之力加快研究進(jìn)度，爭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，馬克拉姆深知這個領(lǐng)域的研究水平還很低，單個神經(jīng)元的生理功能和神經(jīng)元之間的神經(jīng)連接等基本問題還存在很多未解之謎，距離更高級別的思維、記憶和情感的解密就差得更遠(yuǎn)了。要想實現(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)過一番考慮，他認(rèn)為唯一可行的辦法就是繞過單個神經(jīng)元，不再執(zhí)著于簡單的神經(jīng)生理、動物行為和單個疾病的研究，而是直接將整個大腦當(dāng)作研究對象，從整體的角度來探究人腦的秘密。

具體來說，馬克拉姆設(shè)想以他兒子的大腦為模板，通過逆向工程的方法用計算機構(gòu)造一個虛擬的大腦，這樣他就可以借助這個虛擬大腦“看到”他兒子的大腦是如何工作的，究竟哪里出了問題。

為了實現(xiàn)這個理想，他決定先用小鼠練手，于2005年主持啟動了“藍(lán)腦計劃”（Blue Brain Project），用IBM公司提供的一臺名為“藍(lán)色基因”（Blue Gene）的超級電腦來模擬小鼠的部分大腦。這項研究剛開始沒幾年他就又坐不住了，覺得研究速度還是太慢，他要跳過小鼠，直接模擬人腦。但人腦有860億個神經(jīng)元，以及100兆（萬億）個神經(jīng)突觸，要想用計算機模擬人腦，所需要的經(jīng)費和人力物力資源都將是一個天文數(shù)字，光靠一些研究機構(gòu)的撥款或者少數(shù)大款的私人捐贈是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

馬克拉姆是個長相英俊的人，口才也很好，無論在學(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特長，通過媒體把自己的設(shè)想傳播到科學(xué)界以外的地方去，爭取拿到政府投資。于是他精心準(zhǔn)備了一個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，成為一臺有“意識”的人造機器。

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，有一個異想天開般的神奇設(shè)想，很可能徹底改變?nèi)祟悓τ诖竽X的認(rèn)知……正是在這種狂熱氣氛的鼓舞下，歐盟委員會向他伸出了橄欖枝，“人類腦計劃”正式啟動了，馬克拉姆當(dāng)仁不讓地?fù)?dān)任了該計劃的執(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)樌沓烧?，沒想到一年半之后，也就是2014年7月，媒體曝光了一封質(zhì)疑該計劃的公開信，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)該項目目的不明確，設(shè)計思路存在問題，不太可能實現(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，浪費了寶貴的研究經(jīng)費，號召全體科學(xué)家聯(lián)合起來抵制該計劃。

為了應(yīng)對這場公關(guān)危機，歐盟委員會迅速成立了一個由27名專家組成的委員會，負(fù)責(zé)調(diào)查公開信上的指控。經(jīng)過一番討論，27人當(dāng)中有25人都同意公開信中所提的意見，認(rèn)為這個項目從設(shè)計理念上就存在問題，需要重新考量。

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

事情為什么會鬧到這一步呢？著名的《科學(xué)美國人》（Scientific American）雜志發(fā)表過一篇文章，詳細(xì)分析了該計劃的失敗原因。首先，這個“人類腦計劃”是馬克拉姆一個人想出來的，幾乎沒有其他人的參與。雖然他本人是個絕頂聰明的天才，但他畢竟是人，不能保證不犯錯誤。況且他在構(gòu)思這個計劃的時候受到兒子生病的影響，感情用事，缺乏理性的思考。事實上，他連那個“藍(lán)腦計劃”都沒有完成，至今連一篇經(jīng)過同行評議的總結(jié)性論文都沒有發(fā)表過，由此可見他是多么地急于求成，用這種心態(tài)搞科研是很危險的。

其次，該計劃的批準(zhǔn)帶有很強的政治目的，歐盟特別希望用這個聽上去極富野心的項目來挑戰(zhàn)美國在科學(xué)領(lǐng)域的霸主地位，忽視了可能出現(xiàn)的問題。事實上，這個腦計劃違反了很多“大科學(xué)”項目的基本要求，比如目標(biāo)過于模糊，方法和路徑也不確定，基本理論尚未明確等等，缺點相當(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項目的經(jīng)濟(jì)和政治愿景沖昏了頭腦，幻想著有一天能當(dāng)著美國人的面說：“雖然你們美國人把宇航員送上了月球，但我們歐洲人造了一個能思考的人腦?！?/p>

不過話又說回來，“大科學(xué)”項目要想躲過政治家的干擾是不現(xiàn)實的，所有這類項目都必須經(jīng)過政治家們的批準(zhǔn)，必須讓政治家們滿意才行，這是“大科學(xué)”項目固有的特點，誰也無法回避。

第三，這個腦計劃的運作不夠透明，很多事情都是馬克拉姆和他的小團(tuán)隊說了算，決策過程沒有做到公開透明。相比之下，美國也有一個類似的神經(jīng)科學(xué)項目叫作“通過推動創(chuàng)新型神經(jīng)技術(shù)開展大腦研究”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies，簡稱BRAIN），和歐盟的“人類腦計劃”一樣也是在2013年啟動的，同樣也有目標(biāo)模糊、方法不明確等缺點。但主持這個項目的美國國家心理衛(wèi)生研究所（NIMH）從一開始就清楚地意識到了這個問題，決定借鑒“小科學(xué)”的做法，引入競爭機制，項目決策公開透明。比如，他們花了一年時間讓委員會的15名成員在各種場合公開闡述自己的觀點和計劃，交由學(xué)術(shù)界集體討論，最終選擇支持率最高的計劃給予資助。

從目前情況看這個BRAIN計劃進(jìn)展順利，勢頭良好。但如果仔細(xì)考察一下其中的細(xì)節(jié)不難發(fā)現(xiàn)，這個計劃和當(dāng)初尼克松簽署的《國家癌癥法案》一樣，表面上看似乎是國家主導(dǎo)的“大科學(xué)”項目，但實際上只是一個方便相關(guān)科學(xué)家申請研究經(jīng)費的幌子，骨子里走的仍然是“小科學(xué)”的路子。之所以會有這個結(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)家們分別單獨進(jìn)行探索，不適合集體攻關(guān)。換句話說，“人類腦計劃”太像一個傳統(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)”的方法來應(yīng)對。

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

大科學(xué)的本質(zhì)

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

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

為了應(yīng)對這些批評，美國著名核物理學(xué)家阿爾文·溫伯格（Alvin Weinberg）博士寫了篇文章回應(yīng)艾森豪威爾的卸任演說，正是在這篇文章中，溫伯格第一次用了“大科學(xué)”這個詞來描述像“曼哈頓計劃”這樣的科研模式。從此這個詞便流行開來，載入了科學(xué)史冊。

溫伯格當(dāng)時的身份是美國橡樹嶺國家實驗室的負(fù)責(zé)人，因此他用了不少篇幅為大科學(xué)辯護(hù)。他在文章中寫道：當(dāng)未來的歷史學(xué)家回望20世紀(jì)的時候，他們將會發(fā)現(xiàn)科學(xué)和技術(shù)是這個時代的主旋律，他們將會看到一枚枚巨大的運載火箭、一臺臺高能粒子加速器，以及一座座高能核反應(yīng)堆……它們是“大科學(xué)”的紀(jì)念碑，是我們這個時代最顯著的標(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)”來提高國家形象，就好像古人用“大教堂”來提高城市的形象……

不過，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，而不是在思考。因此他建議美國政府把“大科學(xué)”項目限制在國家實驗室范圍內(nèi)，不要讓這種科研模式擴(kuò)大到美國的大學(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)表立刻引起了美國知識界的廣泛共鳴。大家一方面認(rèn)為美國政府應(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)人會干的事情了，崇尚自由競爭的“小科學(xué)”機制才更符合美國精神。

與此同時，這篇文章傳到了歐洲，引起了英國學(xué)者德里克·普萊斯（Derek Price）的關(guān)注。普萊斯博士本來是個物理學(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)計數(shù)字作為證據(jù)。為此他設(shè)計了一套方法把科學(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)費的多寡、測量儀器精確度的進(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)計量學(xué)”（Scientometrics），他本人也被公認(rèn)為是科學(xué)計量學(xué)之父。

受到溫伯格那篇文章的啟發(fā)，普萊斯在英國舉辦了一系列講座，向聽眾匯報了他的研究成果。1963年，他把這些講稿匯編成一本書，書名就叫作《小科學(xué)，大科學(xué)》（Little Science，Big Science）。他在這本書中通過大量統(tǒng)計數(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，無論是科學(xué)研究的規(guī)模還是科學(xué)成果的數(shù)量都是呈指數(shù)增長的，即不但一直在增長，而且增長的速度也越來越快。比如，他指出人類歷史上出現(xiàn)過的所有科學(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。普通人之所以會覺得古代出了很多大科學(xué)家，只是因為他們并沒有意識到“古代”所代表的時間是很長的。如果統(tǒng)計一下單位時間出現(xiàn)的大科學(xué)家的數(shù)量，現(xiàn)代絕對比古代多。

因為這個原因，他認(rèn)為科學(xué)研究必然會變得越來越復(fù)雜，越來越高深，科研項目所涉及到的資金、人數(shù)和專業(yè)領(lǐng)域肯定也會越來越多，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)時科學(xué)水平的限制，無論是人數(shù)還是投資規(guī)模都不夠大，一般人沒有意識到而已。另外，他還認(rèn)為從“小科學(xué)”向“大科學(xué)”的轉(zhuǎn)型也是一個漸進(jìn)的過程，“大科學(xué)”根本不像某些人想象的那樣是因為“二戰(zhàn)”的需要而突然出現(xiàn)的。

在這本書的結(jié)尾普萊斯得出結(jié)論說，起碼對于應(yīng)用科學(xué)而言，“大科學(xué)”比“小科學(xué)”效率更高，是落后國家快速追趕領(lǐng)跑者的一條捷徑。他的這個預(yù)言很快得到了驗證，這就是人工合成胰島素項目。這個項目是新中國在生物化學(xué)領(lǐng)域啟動的第一個準(zhǔn)“大科學(xué)”計劃，雖然總的體量還不夠大，但確實符合“大科學(xué)”的所有特征。該項目在實施的過程中經(jīng)歷了不少挫折，但最終還是順利地獲得了成功，并在很長一段時間里都被認(rèn)為是當(dāng)時的中國能夠獲得諾貝爾獎的唯一機會。

這個項目之所以沒能獲得諾貝爾獎，有兩個主要原因：首先，這項成果在科學(xué)上的原創(chuàng)性不夠高。當(dāng)時科學(xué)家們已經(jīng)掌握了把氨基酸連在一起的技術(shù)，國外也已經(jīng)有人將若干個氨基酸串聯(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)的角度講確實沒有必要人工合成。

其次，人工合成胰島素項目是由中國科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所、中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所和北京大學(xué)生物系這三個單位聯(lián)合完成的，沒有任何一個人可以獨享該項目的知識產(chǎn)權(quán)，但諾貝爾獎是獎給個人的，當(dāng)年的諾貝爾獎委員會不太可能把獎金分給三家研究所，更何況是來自紅色中國的三家政府機構(gòu)。

現(xiàn)在想來，第一個原因確實有一定的道理，但也并不是絕對不可能的。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具有生物活性的有機大分子，這個項目的成功證明有機體并沒那么神秘，完全可以從無機物合成出來，從哲學(xué)的角度講具有很重大的意義，獲獎完全是有可能的。

這樣看來，第二個理由才是最關(guān)鍵的。諾貝爾獎是“小科學(xué)”時代的產(chǎn)物，從獎項的設(shè)置到獲獎人的要求都是按照“小科學(xué)”的特點來制定的，諾獎委員會完全不知道應(yīng)該如何去評價這樣一個依靠集體攻關(guān)才獲得成功的項目。

雖然沒能獲獎，但這個項目對于中國的科學(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)年參與該項目的鈕經(jīng)義、龔岳亭、鄒承魯、杜雨蒼、季愛雪、邢其毅、汪猷和徐杰誠等人后來都成了生物研究領(lǐng)域的重量級人物，為中國生命科學(xué)躋身于世界強國的行列做出過重大貢獻(xiàn)。更重要的是，如果沒有這個項目的成功，也就不會有后來的“523計劃”，青蒿素也就不太可能被發(fā)現(xiàn)了。

這個“523計劃”是一個非常典型的“大科學(xué)”項目，起因和越戰(zhàn)有著直接的關(guān)系。當(dāng)年受越南方面請求，中國政府于1967年啟動了代號為“523”的計劃，動員了全國60多家科研單位和500多名研究人員集體攻關(guān)，研制對付瘧疾的特效藥。最終科研人員從超過4萬個樣本中篩選出了3種抗瘧疾藥物，青蒿素只是其中的一種而已。屠呦呦因為在青蒿素的篩選過程中起到了很關(guān)鍵的作用，最終被授予諾貝爾獎，成為第一個獲獎的新中國科學(xué)家。

屠呦呦的獲獎引起了很大爭議，不少人認(rèn)為她只是“523計劃”的一名成員而已，不應(yīng)該獨享這項大獎。這個質(zhì)疑當(dāng)然有一定的道理，但這個思路是典型的“小科學(xué)”時代的思路。諾貝爾獎委員會不可能不知道“523計劃”，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)獎還沒有頒給集體的先例，評獎委員們?yōu)榱俗鹬貍鹘y(tǒng)，只能從中選出一名代表去領(lǐng)獎。換句話說，雖然最終獲獎的是屠呦呦，但真正懂行的人都知道，這個獎是頒給整個中國科學(xué)界的。作為科學(xué)領(lǐng)域的新軍，中國科學(xué)家們根據(jù)自己的實際情況采取了“大科學(xué)”的運作方式，終于在很短的時間里趕上了發(fā)達(dá)國家的腳步，為提高全人類的福祉做出了自己的一份貢獻(xiàn)。

結(jié)語

說了半天“大科學(xué)”，其實“小科學(xué)”并沒有消失，無論是干細(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，都離不開少數(shù)天才科學(xué)家的貢獻(xiàn)。換句話說，如今是一個“小科學(xué)”和“大科學(xué)”并存的時代，兩種模式各有千秋，誰也無法完全代替誰。

但是，不可否認(rèn)，“大科學(xué)”的地位越來越重要了，很多表面上似乎是“小科學(xué)”的成功模式背后也有很多“大科學(xué)”影子，這從一個側(cè)面說明科學(xué)的本質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了變化，科學(xué)從一個只有少數(shù)貴族或者聰明人才有資格參與其中的智力游戲轉(zhuǎn)變成一項為全人類謀福祉的系統(tǒng)工程。從這個意義上講，科學(xué)肯定是會越變越“大”的，人類社會肯定會在“大科學(xué)”的幫助下向前飛速發(fā)展。