科學的“大”與“小”

杰里米·伯格

《科學》雜志把“雙中子星并合”評選為2017年度重大科學突破，是因為科學家對雙中子星并合事件進行了多維度的詳細觀測，這一突破標志著天文學的發展進入了激動人心的新階段，展現出潛力無限的未來，同時也是“大科學”研究的絕佳范例。

美國激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）的兩個探測器和歐洲“處女座”（Virgo）引力波探測器在這一突破中發揮了關鍵作用。空間上相隔遙遠的三個引力波探測器都發現了一個引人注目的引力波信號，從而能夠確定引力波源的具體位置。而且，伴隨著兩顆大質量的中子星的劇烈并合，產生了很多不同的電磁信號，科學家就能收集和分析這些信號。這些觀測證實了很多伽馬射線暴很可能源自中子星并合，同時也證實了一種涉及很多重元素形成的機制。

別看近年來LIGO探測引力波的進展迅速，其實LIGO項目的科學家和工程師之前有過一段長時間埋頭苦干的階段，而且美國國家科學基金會對該項目給予了長期的支持，從1990年至今已經在LIGO項目上投入了11億美元。LIGO代表了一種具有清晰科學目標的重大項目，它建立在堅實的理論基礎上，長期以來得到充足的經費投入，由一個卓越而專注的研究團隊推進，并且研究團隊充分重視項目管理。對于那些直接參與LIGO項目的研究人員來說，看到自己數十年的努力以這樣一種蔚為壯觀的方式結出豐碩成果，對解決宇宙本質性的問題作出如此重大的貢獻時，一定感到無比的滿足。

相比之下，還有很多其他重大發現來自于小型研究團隊，他們提出了更加開放的問題，在一些例子中，解答這些問題最終將產生深遠影響。比如，入選2017年度重大科學突破榜單的一些成果。“小科學”研究方法允許科學家自由探索各種科學問題，科學家可以根據研究過程中取得的重要發現，相對靈活地調整科學研究方向。在一些“小科學”研究項目的探索過程中取得的成果，可以為更加注重協同創新的“大科學”研究奠定基礎。確實，廣義相對論的發展、干涉儀的發明以及黑洞和中子星概念的提出和發現，都是促使“雙中子星并合”折桂2017年度重大科學突破的關鍵性科學進展。

我曾擔任美國國立綜合醫學研究所（NIGMS）主任七年多，這個隸屬于美國國立衛生研究院（NIH）的研究所有著幾乎專門資助“小科學”研究項目的傳統。不過，我上任后不久，NIGMS在財政預算快速增長的1998—2003年期間，啟動了若干個規模更大的協同創新科研項目。在我的任期內，NIGMS委托了一些業務精湛又公正無私的評估專家對其中一些項目開展了評估。盡管這些評估結果在細節上各不相同，一個總體結論是評估專家察覺到，目標嚴苛明確的“大科學”研究項目比那些諸如把目標定為領域知識新發現這樣目標模糊的研究項目更成功。當我們假設另一種選擇——把同樣體量的科研經費投入到一系列“小科學”研究項目中，我們試圖比較這兩種經費投入方式的成果產出時，我們會越發明顯地感受到目標明確的“大科學”研究項目更加成功。

我們可能忍不住使用一些激動人心之類的詞語來描繪“大科學”研究項目（如人類登陸月球、人類基因組測序等）取得的進展，來描述其他一些有組織、目標更具開放性的科研項目，但是，這種措辭實際上可能會導致科學共同體和普通公眾之間的期望錯位而造成誤解。

把“小科學”研究和“大科學”研究結合起來，是科學向前發展的最佳途徑。“小科學”研究項目可以發現破解重要奧秘的線索，可以互相支撐，為協同創新奠定基礎；構想合理、管理恰當的“大科學”研究項目則可以獲得其他科研組織模式無法取得的重大成果產出。