科学的“大”与“小”

杰里米·伯格

《科学》杂志把“双中子星并合”评选为2017年度重大科学突破，是因为科学家对双中子星并合事件进行了多维度的详细观测，这一突破标志着天文学的发展进入了激动人心的新阶段，展现出潜力无限的未来，同时也是“大科学”研究的绝佳范例。

美国激光干涉仪引力波天文台（LIGO）的两个探测器和欧洲“处女座”（Virgo）引力波探测器在这一突破中发挥了关键作用。空间上相隔遥远的三个引力波探测器都发现了一个引人注目的引力波信号，从而能够确定引力波源的具体位置。而且，伴随着两颗大质量的中子星的剧烈并合，产生了很多不同的电磁信号，科学家就能收集和分析这些信号。这些观测证实了很多伽马射线暴很可能源自中子星并合，同时也证实了一种涉及很多重元素形成的机制。

别看近年来LIGO探测引力波的进展迅速，其实LIGO项目的科学家和工程师之前有过一段长时间埋头苦干的阶段，而且美国国家科学基金会对该项目给予了长期的支持，从1990年至今已经在LIGO项目上投入了11亿美元。LIGO代表了一种具有清晰科学目标的重大项目，它建立在坚实的理论基础上，长期以来得到充足的经费投入，由一个卓越而专注的研究团队推进，并且研究团队充分重视项目管理。对于那些直接参与LIGO项目的研究人员来说，看到自己数十年的努力以这样一种蔚为壮观的方式结出丰硕成果，对解决宇宙本质性的问题作出如此重大的贡献时，一定感到无比的满足。

相比之下，还有很多其他重大发现来自于小型研究团队，他们提出了更加开放的问题，在一些例子中，解答这些问题最终将产生深远影响。比如，入选2017年度重大科学突破榜单的一些成果。“小科学”研究方法允许科学家自由探索各种科学问题，科学家可以根据研究过程中取得的重要发现，相对灵活地调整科学研究方向。在一些“小科学”研究项目的探索过程中取得的成果，可以为更加注重协同创新的“大科学”研究奠定基础。确实，广义相对论的发展、干涉仪的发明以及黑洞和中子星概念的提出和发现，都是促使“双中子星并合”折桂2017年度重大科学突破的关键性科学进展。

我曾担任美国国立综合医学研究所（NIGMS）主任七年多，这个隶属于美国国立卫生研究院（NIH）的研究所有着几乎专门资助“小科学”研究项目的传统。不过，我上任后不久，NIGMS在财政预算快速增长的1998—2003年期间，启动了若干个规模更大的协同创新科研项目。在我的任期内，NIGMS委托了一些业务精湛又公正无私的评估专家对其中一些项目开展了评估。尽管这些评估结果在细节上各不相同，一个总体结论是评估专家察觉到，目标严苛明确的“大科学”研究项目比那些诸如把目标定为领域知识新发现这样目标模糊的研究项目更成功。当我们假设另一种选择——把同样体量的科研经费投入到一系列“小科学”研究项目中，我们试图比较这两种经费投入方式的成果产出时，我们会越发明显地感受到目标明确的“大科学”研究项目更加成功。

我们可能忍不住使用一些激动人心之类的词语来描绘“大科学”研究项目（如人类登陆月球、人类基因组测序等）取得的进展，来描述其他一些有组织、目标更具开放性的科研项目，但是，这种措辞实际上可能会导致科学共同体和普通公众之间的期望错位而造成误解。

把“小科学”研究和“大科学”研究结合起来，是科学向前发展的最佳途径。“小科学”研究项目可以发现破解重要奥秘的线索，可以互相支撑，为协同创新奠定基础；构想合理、管理恰当的“大科学”研究项目则可以获得其他科研组织模式无法取得的重大成果产出。