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美国科研何以鱼与熊掌兼得 《科学:无尽的前沿》介绍
送交者:  2021年05月05日07:55:45 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话

为何美国的科研既能得诺贝尔奖,又能产生高科技产品?

吴军


美国历史上有三个叫布什的大人物,两位担任总统的布什和本书的作者范内瓦·布什,后者和前两者其实没有什么关系。不过,如果把两位布什总统加起来放在天平的一边,范内瓦·布什放在另一边,真的很难讲哪一边更重。



如果要在美国历史上只选一个人,对美国的科研整体贡献最大,这个人就是范内瓦·布什。如果只选一份决定了美国科研决策,而且影响至今的报告,则非《科学:无尽的前沿》莫属。要想了解美国的科研机制是如何运行的,为什么美国的科研既能得诺贝尔奖,又能产生高科技产品,就必须读这本书。


范内瓦·布什(Vannevar Bush)一生大部分时间供职于麻省理工学院,是这所世界排名第一的理工科大学最引以为傲的人之一。



2016年,访问麻省理工的媒体实验室。由于到的时间早了一点,伊藤主任还在前一个会上,他的助理就在接待室接待了我,然后给看了一本珍贵的打字机打印的报告,就是这份《科学:无尽的前沿》,上面有范内瓦·布什的签名。


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《科学:无尽的前沿》英文版


这份报告我读过,但是当我看到这本颇为珍贵的原始文件时,就如同信徒看到了圣物一样激动。正是这份报告,改变了美国科技发展的历史。麻省理工将它给来访的客人看,其实是在宣传该校对于美国科研的影响力。他们非常自豪地讲,在美国的历史上,没有人比范内瓦·布什对美国的科研贡献更大了。


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范内瓦·布什


范内瓦·布什首先是一位学者、一位导师,同时是教育和科研的管理者——不仅在麻省理工,也在全美国。在学术上,范内瓦是“微分分析机”分析仪的发明者,这是一种模拟计算机,在数字计算机诞生之前,它是仅有的能解微分方程的机器。


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信息论创始人香农


当然,模拟计算机的发展很快遇到了瓶颈,于是他派了一位年轻人去改进计算机,这个年轻人因此发明了数字电路,这个人就是后来提出信息论的香农。而香农的那篇有关数字电路的硕士论文被誉为20世纪最重要的硕士论文之一。


范内瓦还有一个有名的学生叫特纳。特纳后来担任了斯坦福大学的教务长,并且因为发现了老斯坦福遗嘱的漏洞,建立了斯坦福工业园, 被誉为硅谷之父。特纳也有两个有名的学生,就是创办了惠普公司的休伊特和派克特。当然,范内瓦对美国科技的最大贡献还不在于桃李满天下,而在于他对美国政府科研政策产生了永久性的影响。


范内瓦第一次担任政府的顾问是在“一战”期间, 他加入了美国国家研究委员会。一战”后,范内瓦担任了麻省理工学院的副校长兼工学院院长,但是不久他又成为罗斯福总统的科学顾问,参与组织和领导了著名的曼哈顿计划。其后,他先后参与领导了美国氢弹计划、航天计划和后来被称为“星球大战计划”的科学技术工程。


此外,范内瓦还创立了国家科学基金会(NSF)和高级研究规划署(ARPA)等科研管理机构。今天,国家科学基金会和从高级研究规划署演变来的美国国防部高级研究计划局(DARPA),是美国研究型大学主要的政府经费来源,它们的存在保证了美国在尖端科技领域的长期领先地位。可以讲,今天美国政府支持科研的传统、方法和机构,都是范内瓦·布什的遗产。而范内瓦最初的这些想法和规划, 其实都和提升美国作为国家的科技竞争力有关。


美国是一个小政府的国家,而且通常是靠商业驱动发明创造。早在第二次工业革命时期,美国贡献了世界上一多半与电相关的重要发明,在电学理论上也不落后。但是,那些成就都是靠民间资本的力量完成的,美国政府很少参与。


在第一次世界大战期间,范内瓦发现美国军方工程和技术需求与当时科学家之间的研究存在极大的鸿沟。当时无论是军方还是民间,都看不太上大学里科学家所做的那些工作。而科学家呢?因为没钱,只能做一些偏理论的研究, 解决不了大的工程问题。


转眼到了二战,虽然一开始美国没有参战,但是范内瓦已经感觉到来自德国的巨大威胁。德国人在二战前拿走了一多半的诺贝尔科学奖项,同时他们的科学家在武器研制上也发挥了巨大的作用。因此范内瓦就向国会提议成立一个政府行政机构,协调并推进以科学研究为基础的国防开发,但是当时的美国国会没有把战争的需求当回事,没有理会他的建议。


于是范内瓦利用担任总统科学顾问和美国航空咨询委员会主席的机会,绕过了美国国会,直接给罗斯福提交了一份建议书,在罗斯福的支持下,美国成立了国防研究委员会(NDRC)。以后的曼哈顿计划以及重大国防项目,都是在这个委员会主导下开展的。


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美国曼哈顿计划主要负责人


由于科学家们在曼哈顿计划和一系列军工计划中发挥了关键作用,美国的老百姓开始相信科学,有些人甚至开始迷信科学,科学家的地位和话语权也得到了很大提升。在罗斯福总统就四个方面的问题征询他的意见之后,范内瓦希望借着这个机会,将科学研究确定为美国永久的国策。他在广泛征求业内的意见之后,给杜鲁门总统写了一份很长的报告,就是这篇《科学:无尽的前沿》。


在报告正式的文本之前,范内瓦用一封简短的信总结了他的四点关键性建议:


  • 第一,在不妨碍国家安全的前提下,把从军工获得的科学知识告知民众,促进民用科学的发展。

  • 第二,成立一个计划,持续进行医学和相关科学领域的工作,以战胜各种疾病。

  • 第三,政府协助公共和私人组织开展研究活动。

  • 第四,开展一个有效的计划发现和培养美国青年科学人才,以确保美国可持续的科学研究,让科研水平可以与战争期间的水平相提并论。


此外,范内瓦在信中还提到了社会和人文学科的重要性。


范内瓦接下来在正式的报告中强调了几个未来的重点科学研究方向:


  • 第一,和抗击疾病有关的医学和基础科学研究。

  • 第二,涉及国家安全的研究。当时他关注的还是导弹、潜艇和无线电等。

  • 第三,和国民福祉有关的科学研究。它涉及创造就业机会,发明新的工业品,提高竞争力。


直到今天,美国科研的目的,依然是围绕这三个方面展开的。


要实现上述任务,范内瓦认为政府必须做四件事情:


  • 第一,培养人才。

  • 第二,支持大学科研。在此之前,美国联邦政府是不给大学研究经费的。

  • 第三,为了确保大学和私营企业研究机构有足够的人才,国家研究机构不能同大学和私营企业抢人才。


这一点是美国和其他国家不同的地方。美国只有很少的政府科研机构,大部分还是二战时为了战争的需要建立的,比如洛斯阿拉莫斯实验室、劳伦斯实验室等,此后几乎没有建立新的实验室。


它甚至把一些国家实验室交给大学管理。即便是在实施阿波罗登月期间,NASA(美国航空航天局)也只是领头的机构,大量的工作交给了大学和公司的研究机构。


今天很多人感叹为什么SpaceX(美国太空探索技术公司)一家私营企业航天技术如此先进,其实SpaceX拿的也是NASA的钱,只是美国的科研运作方式和世界上很多国家不同而已。事实上,美国研究最新飞机、导弹、潜艇的,都是拿了政府合同的私营企业和大学。


  • 第四,为了刺激私营企业加大科研投入,要做好两件事情。一是制定科研经费抵税的税收政策,二是保护好专利。


今天美国大企业的研发经费是非常高的,比如谷歌2019年度的研发经费是260亿美元,微软同时期是200亿美元。这不仅是为了增强自身的竞争力,也和美国政府很多鼓励科研的政策有关。


在人才培养上, 范内瓦强调了三个要点:


  • 第一,能做科学研究的人极少,但是要找到这极少的人需要有一个很大的基础人群。

  • 第二,培养科学家的时间非常长。

  • 第三,政府要通过提供奖学金将人才吸引到科研中。


今天美国大学给研究生的最高奖学金,就是国家科学基金会的奖学金。


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1945年,《诚如所思》文章


范内瓦的思想非常超前。1945年,他在《大西洋月刊》发表《诚如所思》一文畅想未来的科技发展。在这篇前瞻性的文章中,他描述了个人计算机的概念,提出建立通过计算机储存与检索大量信息的数据库系统,此外他还提出了超文本、多媒体、搜索引擎、全球网络及数字图书馆等技术发展的方向。


听到这些,你是否觉得范内瓦是一个穿越的人。当然,这些前瞻性研究对美国的贡献其实和他对美国科研体制的设计相比,依然显得微不足道。关于科学对于一个国家的意义, 范内瓦是这样讲的:



无论是在和平时期还是战争时期, 科学都只是以团队中一员的身份贡献于国民之福祉。但是如果没有科学进步,在其他方面再多的成就也无法确保我们作为一个国家在现代世界中的健康、繁荣和安全。



虽然中美两国之间由于社会制度、文化传统、发展水平、地理环境差异巨大,中国不能简单套用美国的模式,但是,全面了解美国在创新方面的成功经验对当下的中国是非常必要的。


范内瓦关于科研和创新的思想,至今影响着每个人,相信对中国也有借鉴意义。

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《科学:无尽的前沿》中文译本,由中信出版集团出版。该书是美国科学政策的“开山之作”,使得美国迅速摆脱对于欧洲基础研究以及科研人才的依赖,成就了美国今日的科技强国地位,也永久改变了人类科学发展的格局,是我们看懂美国科技政策的由来、科学发展的路径以及其未来走向的重要著作。


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