大科学研究二战后大学科研范式的新范式

大科学研究二战后大学科研范式的新范式

伟大科学（18264）是战后科学发展的一种新模式。1962年美国耶鲁大学D·普赖斯首次提出大科学的概念。普赖斯说:“由于当今的科学大大超过了以往的水平,我们显然已经进入了一个新时代……现代科学的大规模性,面貌一新且强而有力,使人们以‘大科学’一词来美誉之。”1996年,联合国教科文组织在其年度报告中使用了“大科学”这一概念,这表明大科学时代的正式到来。大科学是相对小科学而言,指的是科研难度大,需要复杂的实验仪器设备和大量科技人员参加、投入大量科研经费的大规模科技研究活动。所谓小科学则是指历史上那种以增长人类知识为主要目的,以个人的兴趣和自由研究为主要特征的科学。它一般不受社会干预,至少对大学教师来说是奉行一种“为科学而科学”的“清高”科研观。今天,大科学研究已经成为科学技术最主要的生产方式之一。随着知识经济的到来、国际竞争的日益加剧,大科学已逐渐成为提升国家科技水平,影响国计民生的战略因素。由于科学研究是大学组织的主要职能之一,所以在大科学时代,大学科研势必要遵循大科学时代的科研范式,凸现大科学背景下的科研图景。大科学具有高度的探索性、创新性、综合性、组织性以及高度的风险性等特征。“曼哈顿”计划的实施与成功成为“大科学”到来的重要标志和“大科学”体制的第一个成功案例。一、建立“交易区”,进行交叉研究在大科学时代,一个看似很简单的问题,比如环境问题,就得把相当多的化学、物理、数学、系统工程、计算机科学、社会学、生物学、生态学和其他工程技术专业科学家联系起来。“曼哈顿工程”动用了15万名不同学科、不同层次的科研与工程技术和管理人员;2004年国家技术发明一等奖项目:中南大学的“高性能炭∕炭航空制动材料的制备技术”,则集中了以黄伯云院士为首60多名材料、化学、机械、航空等相关学科的专家学者。此类案例不胜枚举。因为这对于那些只精通一门专业的科学家来说,绝对是力不从心的任务。大科学时代使单一学科无法进行大规模的科学研究。为取得突破性的科学研究成果,必须进行跨学科的合作,综合利用各学科领域的优势,展开前沿性的研究,探索科学世界的奥秘。这就使得学科交叉成为其成功的必由之路。传统意义上的多学科研究(MDR)只在形式上应对了大科学时代的这一客观要求,即根据研究课题的多元要求,多学科的科学家共同参与研究。但是仅仅共同参与研究是不够的,不同学科背景的研究者应从本质上开展合作,而不是物理上的“混合”。由于学科之间划分日益狭窄,不同学科之间的沟通很难展开,因此,合作就只能流于表面。真正的合作意味着要建立起一个在各个群体间思想观点、数据和设备可以来回传递的地带,即不同学科的理论工作者、实验科学家和工程技术人员相互进行观念交易的“交易区”(tradingzone)。在这个半空间化、半概念化的“交易区”内,不同学科背景的交易方不断地交流思想,相互启发,通过不同专业学科的信念和行为的局部协调,以实现各学科内在的、本质的结合,即实现各个不同学科之间的交叉研究(IDR)。大学中跨学科“交易区”的形成是实现交叉科研的关键所在。较之于多学科研究(MDR),交叉科研(IDR)最大的特征在于具有不同学科背景的参加人员在观念上有效沟通的实现。显然,“交易区”的形成正是旨在实现在其中的不同背景研究者之间的交流和沟通。实现不同学科之间有效交流并在实质上交叉结合的“交易区”就如一个“催化室”,不同学科的思想、信念和准则在其中混合,但这不同于多学科研究阶段中不同科学家的简单混编,在这里通过高度约束的谈判、沟通、相互启发和催化,交叉科研得以实现,本来相互分离的不同学科文化在交叉研究中形成一个整体,以原先各学科无法达到的合力应对和解决复杂的研究课题。这里所发生的不同学科间在“交易区”的交流是交叉科研得以发挥其威力的前提。学科严格按照其概念上的特异性被加以界定,不同概念结构的交会是学科交叉的核心,因而交叉科研客观要求不同学科间概念结构的共享和融合。当不同领域成员发展出共同语言用以推动一种共享概念框架的时候,学科的界限才被完全超越,学科交叉才能实现,但由于发展出共同语言的困难性,这种合作最不容易实现。而大科学项目的复杂性又迫使他们不得不进行有效的沟通,这种沟通既不能使用双方各自专业领域内的术语,也没有现成的第三方语言体系。为了能够在理解的基础上进行交易,不同背景的实验工作者、理论工作者和工程技术人员必须简化对各自专业工作的描述,并以此与对方交流,从而在“交易区”内进行有效的沟通。这种为不同学科背景的参与人员所共同接受的简化语言的产生机制、固化过程、架构和扩展,也是交叉研究重要的外在标志。作为进行观念、策略、专业学科知识交易的载体,这种简化语言必须为不同学科背景的科研人员所共同接受和自觉运用。这种独特的功能要求使得“交易区”构建的同时,伴随着一个隐含的语言构造过程:原先严格定义的学科术语被修改或简化,通过类似于“洋泾浜语化”、“克里奥语化”,由原先某一学科所单独使用的语言转化融合成一种可以为不同学科文化背景的参与者在“交易区”中共同使用的表达形式。在大科学时代,这种由不同学科共同参与的科研活动中,“交易区”及在其中使用的新的简约语言的形成和广泛运用实现了不同学科的交叉,使研究工作得以顺利进展,并在交叉点上催化了新的交叉学科的诞生。二战期间麻省理工学院的林肯实验室在研制雷达过程中,成功的交叉研究不仅使这一大科学工程能够及时竣工,为盟军取得制空权立下赫赫战功,而且在推动跨学科新领域发展中产生了积极影响。研制过程中,交叉研究导致经典电动力学与量子力学之间“交易区”的形成,催生了一个崭新的领域——量子电动力学(QED)。二、大科学时代的科学研究与技术生产根据研究目标及其组织形式,可以将大科学研究分为两类。第一类是需要巨额投资建造、维护和运行大型研究设施的“工程式”大科学研究,又称大科学工程,其中包括预研、设计、建设、运行、维护等一系列研究开发活动。如国际空间站计划、欧洲核子研究中心的大型强子对撞机计划(LHC)等,这些大型项目不仅是许多学科领域开展创新研究不可缺少的技术和手段支撑,同时,大科学工程本身又是科学技术高度发展的综合体现,是国家或地区科技实力的重要标志。第二类是需要跨学科合作的大规模、大尺度的前沿性协作科学研究项目,通常是围绕一个总体研究目标,由众多科学家有组织、有分工、有协作、相对分散开展研究,如人类基因图谱研究、全球变化研究等,因此也称大工程。大科学时代背景下,科学与技术之间的相互转换已经成为科学与技术自身的主要增长方式之一。由于大科学时代科研项目的团队化、跨学科、集成性等特征使得每一项重大科研项目都在促进科学技术的自我增长。这种增长主要表现为大科学项目背景下大型工程技术项目对科学知识的增长贡献以及基础性的大科学研究项目对工程技术的发展。大学传统的科学知识生产与技术发展是一种线性模式(如图1所示)。这种线性模式突出了小科学时代的科学与技术生产路线,它在本质上坚持了两个基本命题。命题1:“基础研究是技术进步的先行官”;命题2:“基础研究是应用研究的知识源泉,但应用研究对于基础研究的作用却是不可逆的”。事实上,直到今天,所有的技术发展路线几乎都是重复着这一轨迹。比如,晶体管(20世纪50年代)出自关于凝聚态物质的基本研究(20世纪20年代和30年代);20世纪80年代的核磁共振成像技术来自于拉比在1938年关于核磁运动的研究;光纤是正在引起变革的通信途径,为这种技术提供理论基础的是量子力学的研究。正是基础科学导致了新的认识,并相继导致了进一步的基础研究和技术的进步。这种从科学到技术的生产方式是一种线性的不可逆程序,我们一般用R&D模式来表述。但是大科学时代的科研范式却与此不同,它使科学与技术在同一层面上互相作用,并最终推动科学与技术的总量增长,从而改变了大学传统的知识生产方式。这种科学与技术之间的相互作用可用图2表示。从图2可以看出:基础研究并不必然地排斥应用研究,基础研究的认识目标可以与应用目标兼容,应用研究也可以提高基础研究水平,即大型应用研究往往在现实中探索到了基础理论的最前沿。传统的科学技术的单向线性生产方式R&D模式,已经转变为R&D模式与D&R模式的并存态势。大科学时代使基础科学与技术开发之间原来的单向连接逐渐转换为双向连接,这种“由应用引起的基础研究”,也被称为“巴斯德象限”。这种现象在大科学背景下的科研中已经被无可争议地证明。前文的“量子电动力学”的开创即为D&R模式的佐证之一。此外,在我国的“两弹一星”大工程中,钱学森发展了空气动力学理论并创建了工程控制论这一门学科;MIT主持的“曼哈顿工程”对现代物理学的发展具有巨大的推动作用;“阿波罗登月计划”不仅使工程技术大大进步而且推动了基础科学理论的发展。就我国的大科学项目而言,中国科学技术大学的合肥同步辐射实验室二期工程和上海高性能同步辐射装置的建设为物理、化学、生物、材料、微电子、冶金、能源、地矿、化工、农业等领域提供了先进的研究方法和应用手段,而且促进了学科交叉和新兴学科的生长。三、大科学体制内部组织的科层化在大科学时代,很多科研项目不再依靠个人的力量及作坊式的操作来完成,因为大科学本身就具有团队化和集成性的特征。大科学工程是一项复杂的系统工程,它由许多系统、子系统组成,这些子系统的数量成千上万,而且类型各不相同,通常需要众多科学家和技术人员有组织、有分工地开展研究,需要国内外多个研究单位合作,最终由一个或几个建设单位共同总体集成,完成工程的建造。中南大学“炭/炭航空制动材料的制备技术”项目就集中了材料、化学、冶金、机械、电子、航空六大学科的工程技术人员,分成制造方法和工艺技术、制造关键工艺设备、氧化涂层和涂层技术、材料的组织、结构与磨擦磨损性能、性能测试技术和评价方法、适航标准和地面惯性台试验技术等六大子课题同时进行攻关,最后进行总集成。所以,大科学时代,大学不仅需要爱因斯坦式的大师级科学家,还需要诸如奥本海默、韦布式的战略组织天才,后者出色地组织了“曼哈顿工程”和“阿波罗登月计划”,成功地研制了原子弹和将人送上月球。韦布在总结“阿波罗计划”时说:“使‘阿波罗登月’成功的关键决非仅仅是技术,更重要的是合作,是来自一种整体的、跨领域、跨国界的智慧大集中,最终成功地将分散和独立的成果组合成完整的科学结晶。”大科学时代科研工作的团队化和集成性使大学中的科研组织呈现科层化的倾向。不同的研究人员除了依据其研究水平分层外,还根据其不同的职能划分成不同的角色,也即科研活动依据不同需要而必须进行分工、合作。大科学活动的正常运行仰赖于科研服务人员、科研管理组织人员、科研人员的共同劳动。这些不可或缺的分工体现了科研体制内部组织的科层性,这些不同的角色在大科学体制中都以合法的身份存在着。在这种情况下,科学体制也如同其他社会体制,其组织形式或曰科层功能日趋强大。另一方面,科学研究的庞大开支和复杂组织,需要有更多的行政管理官员。于是许多科学家也裂变为行政官员或准行政官员,这意味着科学的职业角色的变异。为了取得竞争的有利地位,领头的科学家必需变得政治化,并为获得资助、设施准入及其他资源而千方百计地努力。这样,大学体制中传统的科学内部控制系统:知识—承认交换系统和奖励系统的功能被弱化,代之的可能是大学科研集团内部官僚权力和外部政治权力的控制,从而使大学的科研工作者倾向于疏远由同行组成的科学共同体而亲近更大的超科学的共同体。一些大学中的研究人员甚至根据一个人获得了多少资助、花费了多少金钱,而不是根据他的实际成果来衡量其学术声誉。大学体制中科研组织的形式如此变化,在一些人看来简直是一场噩梦,他们甚至断言“大科学趋于毁坏科学自由”。四、第一,学校内部的自由设置在大科学时代,大学的研究人员已不可能像早期那样,完全凭自己的兴趣从事科学研究,大学的科研面临国家和社会的双重约束。这种约束主要表现在:其一,许多研究项目因不能申请到科研基金,而不得不放弃。也就是说,高度选择性的科研基金,不管是由于本身的资金限制,还是政治上的考虑,都为大学的科学研究框定了边界。其二,大学的许多研究目的和手段,要受到社会伦理规范的限制,如核物理学、基因学等领域的研究。作为科学研究的大科学的自由本质在大学校园中正因此而为人所诟病。在传统的大学校园中,许多大学教师似单枪匹马的个体户,同事之间的出于兴趣自由合作则类似于个人合伙,而教授—学生联合体则像师徒关系。这种传统的科研范式恰恰是小科学时代的知识生产方式。而在大科学时代,这种个体研究、合伙关系、师徒关系已日益被更为复杂的组织形式所取代,就像现代经济中的个体制、合伙制、师徒制被现代企业制度所取代一样。随之而来的是,大学校园中小科学研究的边缘化,国家资助的指挥棒效应在消解和左右着大学教师自由探索的兴趣。这就严重摧残着大学引以为傲的学术自由。在更深的层次上还影响着大科学自身的进步,因为小科学是大科学项目的理论和技术基础。这种态势在研究型大学尤为突出,因为大科学的主力军就是那些知名的研究型大学,相对而言,地方院校的影响则相对较小。因此,大科学时代,如何合理选择研究方向,如何公平分配资源,如何在科学的自主性与科学的社会控制之间保持适当的张力等问题已经成为大学、尤其是研究型大学不得不去认真考虑的战略性共识。任何时候大学依然需要科学的自由探索,依然需要相对自由的内外条件,依然需要以闲情雅致为目的的纯(小)科学研究。即便在大科学时代,大学的自由探索精神仍然需要呵护。随着大科学对人类的社会事务的影响越来越大,许多人都注意到科学工作者的作用不仅限于各自的科学专业领域,而且应该在社会政治生活中扮演重要角色。奥本海默曾为原子弹巨大的杀伤力深感震撼并最终拒绝继续从事氢弹的研究。爱因斯坦更不同意科学家对政治问题——在较广泛的意义上来说就是人类事务——应当默不作声。他曾语重心长地对加利福尼亚理工学院的学生说:“如果想使你们一生的工作有益于人类,那么,你们只懂得应用科学本身是不够的。关心人的本身,应当始终成为一切技术上奋斗的主要目标;关心怎样组织人的劳动和产品分配这样一些尚未解决的重大问题,用以保证我们科学思想的成果会造福人类,而不致成为祸害。”大学毕竟是国家公器和社会良心,它不能仅仅关注科学技术本身,而漠视人类的生存状况和科学技术对人类社会的伦理挑战,这显然与它的组织使命不符。五、大学学术评价体系的重建大科学时代的到来对大学