跨学科知识生产的类型与经验

李立国 赵阔

摘要： 跨学科知识生产在当代知识生产中具有重要的地位与价值。对近20年間164位诺贝尔自然科学奖得主的案例剖析发现，诺贝尔自然科学奖跨学科性表现在知识生产过程与知识生产主体两方面。跨学科知识生产的类型包括理论与概念的跨学科借鉴融合、研究成果的跨学科应用与转化。知识生产主体的跨学科性则表现在研究者自身的教育与工作经历，以及家庭社会关系等方面。跨学科知识生产方式既包括共时空多学科团队合作、多中心跨机构协同创新等组织方式，也包括研究者个体跨时空的思维对话和跨域跨界流动。跨学科知识生产是共时空与跨时空、组织制度构建与人的跨界流动交叠并行的创新过程，与跨学科组织建设相比，跨学科思维和跨学科合作意识的培养更为重要。重大创新的跨学科实践与发生机制是复杂多样的，不仅可能表现在理论视角的相互融合与借鉴，还可能表现为理论与应用的交互作用，是多重交叉中“量的积累”后的“质的飞跃”。

关键词：跨学科;知识生产;诺贝尔自然科学奖;科技创新

中图分类号：G640 文献标识码：A文章编号：1672-0717（2021）05-0014-10

一、引  言

跨学科知识生产在当代知识生产中具有重要的地位与价值。传统学科如数学、物理学、经济学和社会学等是知识发展演化的结果，是知识体系的划分。跨学科知识生产不是多门学科知识的简单拼凑与堆积，而是基于社会重大问题、依照内在逻辑关系而联结渗透形成的知识生产模式。跨学科知识生产既是知识本身的演化结果，也是人类社会发展需求的反映，以科技与经济社会发展的实际问题为出发点而展开，遵循的是社会需求逻辑而非单一的传统学科逻辑[1]。有研究表明，20世纪诺贝尔自然科学奖中交叉研究的比例已从36.23%上升到47.37%，各门学科日益紧密地联系在一起[2]。以交叉融合为表征的跨学科知识生产是当前科学技术发展的重大特征，是新知识产生的重要源泉。当代知识生产和学科发展已经步入多学科交叉融合的时代，单一学科的研究范式与思维模式难以实现科技创新和解决复杂的重大问题。

诺贝尔自然科学奖作为世界自然科学领域的最高荣誉之一，能够代表现今人类最顶尖的科技创新成果。分析该奖得主及其研究经历，对研究跨学科的实现机制具有重要的启示和借鉴意义。不少学者对诺贝尔自然科学奖获奖者的知识背景、研究方法、科研协作情况与代表性成果进行了描述性统计，如刘仲林、赵晓春对20世纪诺贝尔生理学或医学奖得主的描述统计发现，跨学科研究对原创性科学成果起决定作用[3];杨秀兰等的统计则表明，跨学科知识背景是获得创新性成果的基础，医学创新研究建构了新的医学跨学科体系[4]。部分学者从引用关系方面探究了顶尖科学家的跨学科机制，如Chris Fields对共同作者图谱的研究发现，诺贝尔生理学或医学奖得主及其直接合作者要比其他生物医学同行更接近非生物医学学科的边界，更加具有跨学科性[5];Michael Szell等人对Web of Science近10年被引次数最高的1万篇论文（涵盖绝大多数诺贝尔奖的研究成果）的研究发现，生命科学和化学的交叉研究、物理和化学的交叉研究都有显著比例被授予诺贝尔化学奖，影响力最高的220篇论文有很多来自跨学科研究，尤其是新兴的人工智能、网络科学与信号处理等领域[6]。此外，还有学者从人才培养模式、国别区域等视角切入，如汪辉、顾建民以21世纪日本18位诺贝尔自然科学奖得主为例，发现大科学范式、导师组制度、学术研讨制度、跨域团队实践以及推迟专业化（Late Specialization）等跨学科培养模式是日本顶尖科技人才培养的重要特征[7]。

既有研究虽然从历史纵向的视角展示了诺贝尔自然科学奖跨学科成果数量及占比的宏观变化趋势，但方法上仍以基本信息的描述性统计为主，侧重数量比较和全景概述，缺乏对典型案例内在机制的深度解剖，对案例涉及的跨学科知识生产方式尚缺乏充分的挖掘和反思。虽有少量研究能够涉及和延展至跨学科人才培养与知识生产过程，部分研究能够纳入科学哲学视角展开理论思辨，但可以说，从知识社会学和教育学视角的研究还不充分，特别是对21世纪的诺贝尔自然科学奖的跨学科研究还不多。为此，有必要针对近20年诺贝尔自然科学奖展开深入分析，探究自然科学领域跨学科研究的最新趋势及特征，归纳实现突破性创新的典型方式。近20年来，诺贝尔自然科学奖得主的跨学科研究是如何展开的，他们的跨学科知识生产模式有哪些特征或类型？基于上述研究困惑，本文以2000～2020年间164位诺贝尔自然科学奖得主（包括57位物理学奖得主、54位化学奖得主和53位生理学或医学奖得主）为研究对象，对他们的跨学科经历、跨学科成果与跨学科研究机制进行案例剖析，为我国跨学科知识生产与跨学科创新人才培养提供借鉴与启示。

二、诺贝尔自然科学奖跨学科性的多重表现

（一）跨学科知识生产的两种类型

1. 理论与概念的跨学科借鉴融合

不同学科知识体系由不同理论和概念构建。借鉴不同学科的理论或概念，是取得创造性成果的重要途径之一。2016年诺贝尔物理学奖得主戴维·索利斯（David J. Thouless）和迈克尔·科斯特利茨（J. Michael Kosterlitz）的创新成果就是在物理学与数学理论的交叉融合中实现的。他们在20世纪70年代初使用数学的一个分支——拓扑学的概念来描述低温下薄层的相变。后来，索利斯还解释了量子霍尔效应，即薄层电导率的逐步位移。与他们共享诺贝尔奖的邓肯·霍尔丹（F.DuncanM.Haldane）则在20世纪80年代使用拓扑学的概念解释了某些材料中原子链的磁性特性。正是他们大胆将数学中的拓扑学概念应用到物理学的尝试，对他们后来的发现产生了决定性作用。而这些结果可能有助于新材料和电子元件的发展。

物理学理论不但可以借鉴数学理论的新概念，还可以为化学研究的突破性创新提供理论启发。2013年诺贝尔化学奖得主马丁·卡普卢斯（Martin Karplus）、迈克尔·莱维特（Michael Levitt）和阿里赫·沃舍尔（Arieh Warshel）在20世纪70年代成功开发出将量子力学和经典力学相结合的方法，从而利用计算机计算化学反应过程。通过将物理学融入化学，他们为复杂化学系统开发出了多尺度模型。又如2011年诺贝尔化学奖得主丹·谢希特曼（Dan Shechtman），当物理学家们一直认为所有晶体的结构都由一遍又一遍的重复模式组成时，谢希特曼在研究所谓的衍射模式时发现了一种与任何周期性重复结构不匹配的常规衍射模式，这发现表明有些晶体结构虽然在数学上是规律的，但并不会重复，这标志着准晶体的发现。

此外，生物学理论也同样可以启发化学研究。如2018年诺贝尔化学奖得主弗朗西丝·阿诺德（Frances H.Arnold），她的研究借鉴了生物学的进化原则——基因变化和选择——来开发解决人类化学问题的蛋白质。她的研究成果应用于制造更环保的化学物质，包括药物和可再生燃料等。

2. 研究成果的跨学科应用与转化

诺贝尔自然科学奖知识生产的学科交叉创新不仅表现在研究过程借鉴不同学科理论，还表现为研究成果应用于不同的学科领域。2017年诺贝尔化学奖授予了三位生物物理学家雅克·杜波谢（Jacques Dubochet）、阿希姆·弗兰克（Joachim Frank）和理查德·亨德森（Richard Henderson），他们在发展冷冻电子显微镜技术方面取得了重大突破。这项技术使得人们能够认识蛋白质的结构，并有望揭开生命活动机制的奥秘。这无疑展现了物理、化学、生物学与医学的交叉创新，而此种交融在近20年的诺贝尔自然科学奖中绝非个案。

在物理学与生物学、医学的交叉融合方面，2003年诺贝尔生理学或医学奖成果被誉为“物理学与医学的完美结合”。保罗·劳特伯（Paul C.Lauterbur）曾在梅隆研究所工作，并同时在匹兹堡大学化学系学习研究生课程，从那时开始他就对核磁共振技术发生兴趣。他在1969年受聘纽约州立大学石溪分校以后，继续研究核磁共振技术，并将这项技术用于对碳13的研究。在早期核磁共振研究领域，化学家们常常努力创造出均匀的磁场，以便获取分子的清晰信号。但是劳特伯首先意识到在那些不均匀磁场中得到的模糊图象实际上蕴含着大量信息。因此，他最先对试管里的水和重水进行了核磁共振成像处理，继而很快看到了这项技术潜在的医用价值，并试图对活体进行成像处理。与之共摘桂冠的彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）于1972年为核磁共振成像技术所吸引，因为其可能会成为X射线研究晶体结构的替代品。他意识到可以在“k空间”（用于晶体学的数学概念）中形成自旋物理学，对自旋的空间分布进行成像。在一项关键实验中，他把磁场梯度（不均匀的场）应用于塑料板之间的毫米厚的樟脑层样本，并测量了核磁共振波谱。磁场梯度能够将核磁共振信号扩展成一个清晰的层衍射图案，而这些信息可以使用数学的傅里叶变换重建为图像[8]。另一个典型的案例是2018年诺贝尔物理学奖得主亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin），他发明了光镊，即用激光手指抓住粒子、原子、分子和活细胞，1987年，阿斯金成功地在没有伤害活细菌的情况下捕获了它们。光镊现在被广泛用于研究生物系统。

在化学与生物学、医学的交叉融合方面，以2012年诺贝尔化学奖为例。罗伯特·莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）在肾上腺素上附加了碘的放射性同位素。通过跟踪同位素发出的辐射，他成功找到了肾上腺素的受体，并研究了肾上腺素的功能。布赖恩·科比卡（Brian K. Kobilka）成功地鉴定了调节肾上腺素受体形成的基因，他和莱夫科维茨共同研究发现，这种受体类似于眼睛中捕捉光线的受体。后来他们发现了一个完整的受体家族，其外观和行为方式都十分相似，即“G蛋白耦合受体”。而如今我们使用的药物中大约有一半使用的是这种受体。此外，2015年诺贝尔生理学或医学奖得主、我国药学家屠呦呦通过整理中医药典籍、走访名老中医，汇编了640余种治疗疟疾的中药单秘验方集。她以东晋葛洪《肘后备急方》中对青蒿截疟的记载“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”为灵感，通过改用低沸点溶剂的提取方法，富集了青蒿的抗疟组分，其团队最终于1972年发现了青蒿素。她的研究过程无疑融入了人文学科，并将传统中医知识与现代化学知识巧妙结合在一起，促成了重大成果的发现。

（二）知识生产主体的跨学科性

1. 研究者自身的跨学科教育与工作经历

诺贝尔自然科学奖的跨学科性既表现在诺贝尔奖研究成果本身的多学科性，也表现在研究者从求学到科学研究全过程贯穿的交叉学科属性。从某种意义上讲，诺贝尔自然科学奖的跨学科史也是一部诺贝尔奖得主的跨学科史。从研究者的学习经历到工作任职经历、再到个人的家庭生活经历，都可以找到跨学科特征的清晰痕迹。

首先，多学科的受教育经历对于开拓视野、打开新的研究大门至为重要。很多诺贝尔奖获得者从本科到博士学习了不同学科专业，这些不同学科专业知识的融合对于促进创新起到了重要作用。上文提到的2018年诺贝尔化学奖得主阿诺德，她在普林斯顿大学学习机械和航空航天工程后，又于1985年在加州大学伯克利分校获得化学工程博士学位。她很早就对能源技术产生了兴趣，并于2005年成立了一家生产可再生燃料的公司。而2017年诺贝尔化学奖得主雅克·杜波谢（Jacques Dubochet），他在洛桑大学学习物理学，随后在日內瓦大学学习分子生物学。1973年，他在日内瓦大学和巴塞尔大学完成了关于生物物理学的博士论文。他本人以跨学科为一大爱好，他发展的冷冻电子显微镜为药物发展提供了非常重要的知识。又如2006年诺贝尔化学奖得主罗杰·科恩伯格（Roger D. Kornberg）在哈佛大学学习化学后，于斯坦福大学获得化学物理博士学位。他在剑桥大学和哈佛医学院工作一段时间后，于1978年回到斯坦福大学进行了他后来凭此获得诺贝尔奖的研究。他的研究呈现了没有细胞核的细菌中存储在DNA中的信息如何传输到RNA的机理，确定了在这个过程中活跃的酶——RNA聚合酶——的结构。再如2015年诺贝尔生理学或医学奖大村智（Satoshi ?mura），他拥有两个博士学位：一个是1968年在东京大学获得的药学博士学位，另一个是1970年在东京理科大学获得的化学博士学位。近20年来诺贝尔自然科学奖得主典型的跨学科教育经历详见表1。

其次，跨学科、多样化的工作岗位让研究者接触到不同的群体，遇到不同的研究问题。这些不同问题和不同的同事群体对于一个具有创新思维的人来讲，可以让他们发现新的研究视角，从新的维度揭示问题的本质。例如，2019年诺贝尔化学奖得主约翰·古迪纳夫（John B. Goodenough）在耶鲁大学数学系取得学士学位，而后在第二次世界大战期间担任气象学家。1952年他在芝加哥大学获得了物理学博士学位，随后在麻省理工学院和英国的牛津大学工作。他的贡献对锂离子电池的发展至关重要，锂离子电池目前被广泛应用于手机和电动汽车。典型案例还有2014年诺贝尔化学奖的两位获奖者。一位是埃里克·贝齐格（Eric Betzig），他在加州理工学院学习物理后，到康奈尔大学完成了他的博士学业，之后在新泽西州的贝尔实验室工作。厌倦了学术体系后，他开始为父亲的公司安娜堡机械公司工作。在商业遇到挫折之后，他又通过自己公司的研究回到了科学领域。自2005年以来，他一直在弗吉尼亚州的霍华德·休斯医学研究所的珍妮亚农场研究园区工作。与埃里克·贝齐格同时分得诺贝尔奖的斯特凡·赫尔（Stefan W. Hell）也具有同样复杂的跨学科任职经历，他曾在海德堡大学学习物理学，并先后在海德堡的欧洲分子生物学实验室、芬兰图尔库大学和英国的牛津大学等机构工作过，后任马克斯·普朗克生物物理化学研究所的所长。此外，赫尔还在海德堡的德国癌症研究中心工作过。贝齐格和赫尔为开发超分辨荧光显微镜作出了贡献，不仅体现了物理学和化学的交融，也充分彰显了研究者跨学科经历对知识创新的重要作用。

2. 研究者的家庭社会关系

创新人才所处的家庭环境对其成长十分重要，家庭成员的学科背景与研究方向会影响其跨学科思维的培养与跨学科意识的建立。很多诺贝尔奖获得者的父母或其他家庭成员对于激发他们的研究兴趣、开拓他们的研究视野起到了其他人无法替代的作用。2015年诺贝尔化学奖得主保罗·莫德里奇（Paul Modrich），其父亲是一名生物学老师，他的父亲激发了他对大自然的好奇心。1989年，通过对细菌病毒的研究，莫德里奇展示了附着在DNA分子上的甲基如何作为修复DNA错误复制的信号。无疑，他的研究成果与其对生物学的好奇心密切相关。此外，2006年诺贝尔化学奖得主罗杰·科恩伯格的父母均为生物化学家，而他的父亲阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）还是1959年诺贝尔生理学或医学奖的获奖者之一。而2016年诺贝尔物理学奖得主索利斯的父母也都是学者，母亲讲授英国文学，父亲讲授心理学，他的父母影响了他的好奇心和独立思考能力。

除了父母可能带来的跨学科影响，伴侣也有可能成为研究者重要的跨学科纽带。另一位2015年的诺贝尔化学奖得主阿齐兹·桑贾尔（Aziz Sancar），他的妻子格温·博尔斯·萨卡（Gwen Boles Sancar）是一位生物化学和生物物理学教授。1983年，桑贾尔通过对细菌的研究展示了某些蛋白质分子和修复酶如何修复被紫外线破坏的DNA。这些发现增加了我们对活细胞如何工作、癌症和衰老过程的原因的理解。

个体的跨学科社会关系并非仅仅局限于个人的家庭关系，还包括研究者与导师、其他合作者等重要他人之间的关系。上文提到的物理学家索利斯，他进入剑桥大学学习自然科学时遇见了正在卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory）休假的、未来的诺贝尔奖得主汉斯·贝特（Hans Bethe）。贝特邀请索利斯到康奈尔大学攻读博士学位。随后，索利斯于1956年前往美国，并致力于扰动方法在核物质理论中的应用。在此期间，他遇到了他未来的妻子玛格丽特·斯克拉斯（Margaret Scrase）——她后来成为华盛顿大学病理生物学教师。1959年索利斯回到英国，在伯明翰大学做博士后，研究原子核的集体运动。他在导师鲁道夫·佩尔斯（Rudolf Peierls）的指导下工作，而他的导师佩尔斯因其开放的方式和广泛的联系塑造了一个世界级的数学物理系。10年后，索利斯也在伯明翰完成了他最著名的研究[9]。

三、诺贝尔自然科学奖的跨学科知识生产方式

（一）跨学科知识生产的组织形式

1. 共时空、多学科的团队合作

团队合作是知识生产的重要方式之一，诺贝尔自然科学奖的研究成果也不例外。一个好的跨学科研究团队对于实现知识创新尤为重要。2017年诺贝尔化学奖得主弗兰克曾在采访中说：“我力求保持实验室人员的多样性。我的实验室是一个跨学科实验室，聚集了来自计算机、数学、生物化学等各个领域的人才，力求保持全面。”[10]如上文提到的将数学上的拓扑概念应用到物理学的两位科学家——索利斯和科斯特利茨，他们在上世纪70年代最早从事拓扑相变研究。在伯明翰大学从事博士后研究期间，科斯特利茨就曾与索里斯合作。两人合作的关于二维XY模型相变问题研究的发现，即一种自高温无序相向低温准有序相的无穷阶相变，后来被命名为Kosterlitz-Thouless相变。

跨学科研究团队的组织形式是多种多样的，既包括研究中心、研究所，也包括研究基金会、跨国公司等。马克斯·普朗克生物物理化学研究所（Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie）是一个典型的跨学科研究机构，它由1967年诺贝尔化学奖获得者曼弗雷德·艾根（Manfred Eigen）创立，属德国哥廷根马克斯·普朗克研究所八大分支机构之一，充分结合了生物学、物理学和化学三大经典学科。创立者艾根本人曾为马克斯·普朗克物理化学研究所的成员。目前该研究所已经有来自50个国家不同学科的约470名科学家来共同研究复杂的生命过程。该机构产生了厄温·内尔（Erwin Neher）与伯特·萨克曼（Bert Sakmann）两位1991年诺贝尔生理学或医学奖获得者，2013年诺贝尔生理学或医学奖获得者托马斯·塞多夫（Thomas C. Südhof）也从这里博士毕业。2014年诺贝尔化学奖获得者斯特凡·赫尔也曾担任该所所长。此外，该机构还产生了13项莱布尼茨奖、两项Louis Jeantet奖、三项Ernst Jung医学奖与一项Kavli纳米科学奖[11]。

对于诺贝尔自然科学奖而言，这样的跨学科团队并非罕见。德国海德堡癌症研究中心（German Cancer Research Center）产生了2008年诺贝尔生理学或医学奖获得者哈拉尔德·祖尔·豪森（Harald zur Hausen，发现了导致宫颈癌的瘤病毒）和2014年诺贝尔化学奖获得者赫尔（开发了超分辨荧光显微镜）。美国新泽西州贝尔实验室（Bell Laboratories， Holmdel， NJ， USA）产生了1978年诺贝尔物理学奖得主阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）、羅伯特·威尔逊（Robert Woodrow Wilson），他们发现了宇宙微波背景辐射;也产生了2018年诺贝尔物理学奖阿斯金，他发现了光学钳子及其在生物系统的应用。美国北卡罗来纳州霍华德·休斯医学研究所（The Howard Hughes Medical Institute）仅在2003～2017年15年间就诞生了9位诺贝尔自然科学奖，包括4位化学奖和5位生理学或医学奖，其中包括2013年诺贝尔生理学或医学奖兰迪·舍克曼（Randy W. Schekman）和托马斯·塞多夫（Thomas C. Südhof），他们共同发现了细胞中的主要运输系统。英国帝国癌症研究基金会（Imperial Cancer Research Fund）的蒂姆·亨特（Tim Hunt）和保罗·纳斯（Sir Paul Nurse）因共同发现了细胞周期的关键调节器而被授予2001年诺贝尔生理学或医学奖。如果将大学本身也视为一种广义的跨学科团队，那么这样的例子就更是不胜枚举。如美国加州理工学院至今已产生共19位诺尔贝自然科学奖得主，其中物理学奖9人，化学奖5人，生理学或医学奖5人。

2. 多中心、跨机构的协同创新

重大的科学发现和创新成果并非总是在共时空的直接合作下完成的，有时恰恰源自跨区域、跨组织的多方联合。此种通过多中心、多组织、跨机构实现突破性创新的一个代表性案例是高红移超新星搜索队（High-z Supernova Search Team）。这是由布莱恩·施密特（Brian P. Schmidt，当时哈佛大学的博士后研究助理）与尼古拉斯·桑契夫（智利托洛洛山美洲际天文台研究员）1994年共同创建的一个国际宇宙合作项目。施密特和他的合作者亚当·里斯（Adam G. Riess）正是在此联合项目下共同研究了超新星并获得2011年诺贝尔物理学奖。该团队的成员包括约20位天文学家，分布在美国、欧洲、澳大利亚和智利等多地。施密特领导的团队位于澳大利亚国立大学斯特罗姆洛山天文台，1998年在他与里斯共同发表的论文中首次提出了宇宙膨胀率加速的证据。

而获得2011年诺贝尔物理学奖的另一位科学家索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）则是超新星宇宙学项目（Supernova Cosmology Project）的联合创始人，他也是加州大学伯克利分校的物理学教授。他正是在美国劳伦斯伯克利国家实验室进行了被授予诺贝尔奖的超新星研究。超新星宇宙学项目的成员涵盖澳大利亚、智利、法国、葡萄牙、西班牙、瑞典、英国和美国等多个国家的科学家，涉及多个研究中心和实验室，包括澳大利亚望远镜国家设施（ATNF）、美国天文学会（AAS）、美国国家光学天文台（NOAO）、欧洲南方天文台（ESO）、葡萄牙高等技术研究所（IST）等。除了诺贝尔奖，高红移超新星搜索队和超新星宇宙学项目还共同获得了2007年的格鲁伯宇宙学奖和2015年的基础物理学突破奖。

（二）研究者的自主探索与空间流动

1. 跨时空的理论对话与思想传承

部分共同获奖的研究者并非在同一机构共同学习或工作过，而是基于研究文献，通过跨时空的研究成果进行交流对话，共同推动了某一理论的发展与创新。例如，前文提到的2017年诺贝尔化学奖研究。对于这项典型的跨学科研究，获奖的三位生物物理学家分别在各自的实验室从不同角度发展了冷冻电子显微镜技术。1975年至1986年，阿希姆·弗兰克在美国纽约州卫生部实验室和研究部（现为沃兹沃斯中心）开发了一种将电子显微镜模糊的二维图像合并成清晰三维图像的分析方法;20世纪80年代初，雅克·杜波谢在德国海德堡欧洲分子生物学实验室成功将水迅速冷却，使水在分子周围凝固，而没有形成扭曲的冰晶;1990年，理查德·亨德森在英国剑桥MRC分子生物实验室生成了一个分子的详细的三维图像。又如2019年诺贝尔物理学奖得主詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles），其主要贡献在于提供了当代宇宙观念的基础理论框架，包括提出宇宙背景辐射是宇宙形成的剩余痕迹、宇宙中95%是暗物质和暗能量等。而与之共同摘得同年诺奖的两位获奖者——米歇尔·马约尔（Michel Mayor）与迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz），二人是师生关系，他们共同发现了主序恒星周围的第一颗系外行星。他们的贡献恰恰在于验证了皮布尔斯的宇宙理论。

科学研究与知识创新建立在前人的研究基礎之上，这就意味着与过去的顶尖科学家、诺贝尔自然科学奖得主展开超越时空的对话，对推进新的研究十分必要。这尤其体现在物理学奖的研究成果上。如2013年诺贝尔物理学奖得主希格斯，其研究的最初基础来自于日本裔物理学家、2008年诺贝尔物理学奖得主南部阳一郎（Yoichiro Nambu）。南部教授提出了一种被称为“自发对称破缺”的理论，被认为是弦理论的创始人之一。然而，该理论存在一个不正确的预测。希格斯正是利用南部—戈德斯通定理的一个漏洞（相对论理论中局部对称性自发破缺时不需要出现无质量的戈德斯通粒子）写了一篇短文，并将其发表在欧洲核子研究中心的期刊《物理快报》上。另一个典型的跨时空对话发生在2018年诺贝尔物理学奖得主阿斯金身上，他的研究正是建立在1997年的诺贝尔物理学奖朱棣文（Steven Chu）关于冷却和捕获原子工作的基础之上。

2. 研究者自身的跨界流动

除了有形的组织机构建设、研究团队的内部合作以及不同机构之间的联合协同创新，研究者个体的跨区域、跨机构、跨领域流动也是知识生产与知识创新的重要源泉之一。首先，创新人才的跨区域流动经历十分常见。如，2019年物理学奖得主米歇尔·马约尔（Michel Mayor）先后在剑桥大学、智利的欧洲南方天文台以及夏威夷大学工作过;2016年诺贝尔物理学奖得主邓肯·霍尔丹（F. Duncan M. Haldane）曾在法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所、美国南加州大学、新泽西州贝尔实验室、加州大学圣地亚哥分校及普林斯顿大学工作。

其次，部分研究者还实现了不同类型组织之间的跨界流动，主要表现为在大学、企业以及研究机构之间频繁流动。2019年诺贝尔化学奖得主吉野彰（Akira Yoshino）在京都大学学习技术后，于1972年开始在旭化成（Asahi Kasei）化学公司工作，他于2005年在大阪大学获得博士学位。自2005年以来，他一直在旭化成公司领导自己的实验室。而2016年诺贝尔化学奖得主弗雷泽·斯托达特（Sir J. Fraser Stoddart）在加拿大女王大学、英国谢菲尔德大学、ICI公司实验室、英国伯明翰大学、美国加州大学洛杉矶分校以及美国西北大学等多个机构工作过，他对分子机器的发展作出了贡献，分子机器可用于新材料、传感器和储能系统。与之同时获奖的另一位科学家伯纳德·费林加（Bernard L. Feringa）在荷兰和英国的壳牌石油公司工作了几年后加入荷兰格罗宁根大学，他也为分子机器的发展作出了贡献，包括在1999年通过使分子转子叶片向同一方向连续旋转而构建了分子马达。

研究者正是通过携带自己的跨学科背景和知识积淀，游走于不同类型、不同领域、不同性质的组织机构之间，成为多个组织之间联系沟通的纽带，从另一个角度打通了知识交流融合的渠道和平台。一方面，他们是吸收借鉴不同文化和知识体系的学习者和成长者;另一方面，他们也为不同组织和地区带去了新思路和新方法。2014年诺贝尔化学奖得主赤崎勇（Isamu Akasaki）从京都大学电气工程专业毕业后，开始在神户工业株式会社（电子公司）工作。1964年，他回到学术界，在名古屋大学获得博士学位。在松田电子公司工作多年后，他又于1981年成为名古屋大学的教授，并最终在名古屋的名城大学担任教授。与他一起获奖的中村修二（Shuji Nakamura）也具有较为丰富的跨界经历。他在德岛大学学习电气工程硕士毕业后，进入德岛的日亚化学（Nichia）公司工作，后到佛罗里达大学电子工学部留学。1988年，公司又资助他进入美国佛罗里达州立大学研究金属有机物化学气相沉积。1993年，他在公司进行的工作就是他获得诺贝尔奖的研究——成功地使用难以处理的半导体氮化镓，制造出高效的蓝色发光二极管。上述案例可以为这种研究者依靠自身流动促发知识创新提供很好的证明。

四、跨学科知识生产的经验与启示

首先，重大创新的跨学科实践与发生机制是复杂多样的，不仅可能表现在理论视角的相互融合与借鉴，还有可能表现为理论与应用的交互作用，是多重交叉中“量的积累”后的“质的飞跃”。如果说拓扑相变的发展主要是理论的交叉，而冷冻电子显微镜的发现则是从理论到应用的一次飞跃。跨学科不是回到前学科状态，而是不断打破学科界限、破除思维局限的过程。一方面，随着互联网技术的广泛发展，知识的跨时空跨区域传播日益便捷，知识的可获得性逐步提高。这意味着不同学科的知识之间相互碰撞、交互发生作用的空间越来越大，知识的跨学科性、熵值和复杂程度越来越高。在此過程中，学科边界不断模糊甚至消退，取而代之的是新兴学科的建立以及网格化、交互化与拓扑化的知识图景。另一方面，随着知识生产模式Ⅱ逐步取代知识生产模式Ⅰ，跨学科作为知识生产模式Ⅱ的首要形式[12]，日益成为当今世界主流的知识生产过程。单一学科的纵深研究难于取得重大突破，知识创新越来越依靠集成创新、吸收消化融合转化再创新。跨学科性既是当今社会各学科创新人才培养模式的重要特征之一，也是各领域知识生产模式的重要趋势之一。作为现代科技创新的重要动力源泉之一，开展广泛、充分而有效的跨学科研究对于我国实现科技创新强国目标尤为关键。

其次，跨学科知识生产是共时空与跨时空、组织制度构建与人的跨界流动交叠并行的创新过程。团队建设与协同合作对于知识生产活动是至关重要的，而跨学科研究绝非一朝一夕之功，而是长期思考、碰撞、融合的结果，这意味着构建有形的、相对固定的跨学科跨区域合作组织是必要的。只有实现组织化和制度化，跨学科研究才有相对稳定而充足的资金、人员与设备支持。2013年诺贝尔生理学或医学奖得主詹姆斯·罗斯曼（James E. Rothman）在回答新华社采访时说：“应该承认，我上世纪早期开始的研究，是受了政府愿意冒险给年轻科学家出资做研究的支持。”[13]在数十年探索膜融合的过程中，罗斯曼发现了囊泡运输和靶膜融合的机制，为人类解开了生命运动过程之谜。2011年诺贝尔物理学奖得主施密特也强烈支持国家战略驱动下的长期科学和医学研究资助，他认为科学家们如果很难建立和配备大型设施或参与跨国企业，就要花费太多时间申请资金而不是做研究[14]。为此，一方面政府必须加大对跨学科研究的投入，因为跨学科的突破性创新为国家科技发展乃至全人类的社会进步作出了突出贡献，政府有职责为其提供资源保障;另一方面，高校、企业与社会力量等应充分搭建跨学科研究平台，特别是集中打造一批跨学科研究团队，促进多学科人才流动与知识交流，实现部门间跨界协同治理。当然，跨学科机构建设不是万能药，有形的、机械的组织建构无法满足复杂的、有效的知识互动与思维碰撞，这就要求跨学科组织载体既要包含拥有固定人员、经费、设施和工作场所的院系或研究所等传统的实体型组织，又要包含实行双聘体制的半实体组织，以及具有高度灵活性和流动性的虚体型组织[1]。

再次，对研究者跨学科思维和跨学科意识的培养极为重要。跨学科组织可以促进具有多元学科背景和思维方式的学者实现共时空交流，但知识创新活动归根到底是依靠人来实现的。打破学科壁垒与藩篱，关键在人，关键是在人的能动性。研究者自身跨时空的间接合作、学术交流与科研传承也同样重要。绝大多数诺贝尔自然科学奖获得者拥有广泛的兴趣爱好、专深且渊博的科学知识，并依靠众多科学家的相互协作[15]。为此，作为培养科学研究人才重镇的高校，一是要完善跨学科人才培养体系，在研究生教育招生培养全过程、全方位提升开放性和包容性。高校应进一步减少对学生本科硕士学科的招生限制，促进理科和文科之间的相互转换，特别是不要对文科生转理科生抱有成见，支持有真兴趣、学科背景丰富、知识视野宽广的学生跨学科报考。同时，高校需建设更多问题导向的专题性与研讨性课程，鼓励学生围绕具体的研究领域和研究问题展开多学科讨论、科研训练与自主尝试;二是要丰富跨学科交流形式，保障和促进知识共享。跨学科交流的形式既包括正式的学术讲座、学术会议、组会与研讨班等，也包括个体兴趣导向和能力导向的非正式合作交流。研究者应提升跨学科学习意识、交流意识和合作意识，与不同机构、地区与时代的研究者展开知识互动;三是研究者乃至学术界需要转换认识，从传统的学科认同感逐步过渡到超越学科的学术使命感，从各立山头、资源依赖导向的学科建设文化，向人类科学研究共同体、人类学术命运共同体的观念转变，树立整体的大科学观。为激发人才跨学科交流学习的热情，各高校也应支持卓越人才的跨学科从教、跨机构任职、跨组织学习，为人才的学术科研交流提供基本保障，消除科研评价与人事制度上的顽瘴痼疾，促进人才合理有序地跨学科、跨区域、跨机构流动。

最后，跨学科研究的开展与促进应结合不同学科的内在属性和特点，有序有效推进。无论是从既有文献，还是从21世纪诺贝尔自然科学奖的案例均可看出，生理学或医学奖、化学奖的跨学科案例较之物理学奖更多。这是由学科自身的知识特点和本质属性所决定的。物理学更加偏向于基础学科，按照托尼·比彻（Tony Becher）的学科划分，它属于“纯硬科学”，具有更强的客观性、原则性和一致性[16]。因此，物理学的交叉突破比较困难。这还可以从诺贝尔物理学奖往往出自同一学术派系和师承关系中得到进一步印证。2001年诺贝尔物理学奖授予的三位科学家——美国科罗拉多大学的埃里克·康奈尔（Eric Cornell）和卡尔·威曼（Carl Wieman）以及麻省理工大学的沃夫冈·克特勒（Wolfgang Ketterle），均来自1944年诺贝尔物理学奖得主伊西多·伊萨克·拉比（I. I. Rabi）创建的学术家族。而拉比又是1989年诺贝尔物理学奖得主拉姆齐（N. Ramsey）的博士生导师，拉姆齐又是1997年诺贝尔物理学奖得主菲利普斯（W. Phillips）与2001年得主威曼的师爷。菲利普斯还是普里特查德（D. Pritchard）的博士后。而这位普里特查德的另一位博士后正是克特勒，他同时也是康奈尔的博导①。此外，2015年诺贝尔物理学奖的两位得主梶田隆章（Takaaki Kajita）和阿瑟·麦克唐纳（Arthur B. McDonald），他们的博士生导师分别为2002年诺贝尔物理学奖得主小柴昌俊（Masatoshi Koshiba）和1983年诺贝尔物理学奖得主威廉·福勒（William Alfred Fowler）。因此，对于我国物理学科的知识创新，应该着力加强面向前沿的、具有系统性和传承性的研究团队建设，保持一定的学科纯洁性，确保研究的延续性与专深性。而对于生物学与医学，则需加强交叉学科设置和交叉研究中心设立。当然，无论何种学科，跨学科的研究都必须建立在对本学科专业知识的深入掌握之上，不能为“跨”而“跨”，以“跨”为“上”，盲目跟风和包装，造成科学研究的碎片化和形式主义。

参考文献

[1] 李立国，李登.设置交叉学科：打破科学割据，作彻底联合的努力[N].光明日报，2021-02-27（11）.

[2] 张春美，郝凤霞，闫宏秀.学科交叉研究的神韵——百年诺贝尔自然科学奖探析[J].科学技术与辩证法，2001（06）：63-67.

[3] 刘仲林，赵晓春.跨学科研究：科学原创性成果的动力之源——以百年诺贝尔生理学和医学奖获奖成果为例[J].科学技术与辩证法，2005（06）：107-111.

[4] 杨秀兰，赵晓春，陈发俊.医学创新的跨学科特征分析[J].医学与哲学（人文社会医学版），2007（04）：64-65.

[5] Fields C. Close to the Edge：Co-authorship Proximity of Nobel Laureates in Physiology or Medicine，1991-2010，to Cross-disciplinary Brokers[J].Scientometrics，2015（01）：267-299.

[6] Szell M，Ma Y，Sinatra R.A Nobel Opportunity for Interdisciplinarity[J].Nature Physics，2018（11）：1075-1078.

[7] 汪辉，顾建民.大科学范式下顶尖科技人才及其培养模式——基于21世纪日本诺贝尔奖井喷现象的分析[J].高等工程教育研究，2019（03）：69-75.

[8] Turner R. Peter Mansfield（1933-2017）[EB/OL].（2017-03-09）[2021-06-23].https：//www.nature.com/articles/543180a.

[9] Taroni A. David J.Thouless（1934-2019）[EB/OL].（2019-05-02）[2021-06-23].https：//www.nature.com/articles/d41586-019-01424-y.

[10] 程佳祎，傅子敖，秦珂，等.与诺贝尔化学奖得主Joachim Frank对话：跨学科研究促进医学发展的时代已经到来[J].中国生物化学与分子生物学报，2018（01）：13-17.

[11] Karl Friedrich Bonhoeffer Institute.Gründung & Entwicklung des Instituts [EB/OL].（2019-02-25）[2021-06-23].https：//www.mpibpc.mpg.de/4861/history.

[12] [英]邁克尔·吉本斯，等.知识生产的新模式[M].陈洪捷，沈文钦，等译.北京：北京大学出版社，2011：23.

[13] 新华社.诺奖得主詹姆斯·罗斯曼：细胞生物学的发展，将促使身体变成“医药工厂”[EB/OL].（2019-08-06）[2021-06-23].https：//www.sohu.com/a/331838014_100244414

[14] Phillips N. Nobel Laureate Brian Schmidt Fires Broadside at Australia's Research Strategy[EB/OL].（2014-07-23）[2021-06-23].https：//www.smh.com.au/national/nobel-laureate-brian-schmidt-fires-broadside-at-australias-research-strategy-20140723-zw0ru.html.

[15] 陈其荣.诺贝尔自然科学奖与跨学科研究[J].上海大学学报（社会科学版），2009（05）：48-62.

[16] [英]托尼·比彻，保罗·特罗勒尔.学术部落与学术领地——知识探索与学科文化[M].唐跃勤，蒲茂华，等译.北京：北京大学出版社，2018：40.

Types and Experience of Interdisciplinary Knowledge Production： Examples of Nobel Prize in Natural Science in Twenty First Century

LI Li-guo  ZHAO Kuo

Abstract： Interdisciplinary knowledge production plays an important role in contemporary knowledge production. Through the case analysis of 164 Nobel laureates' interdisciplinary experiences， achievements and research mechanisms in the past 20 years， it is found that the interdisciplinary nature of the Nobel Prize in natural science is reflected in the process and subject of knowledge production. The types of interdisciplinary knowledge production include interdisciplinary reference and integration of theories and concepts， and interdisciplinary application and transformation of research results. The interdisciplinary nature of the subject of knowledge production is manifested in the researchers own education and work experiences， as well as family and social relations. The modes of interdisciplinary knowledge production include organizational methods such as team cooperation in the same time and same space， and multi-center and inter-institutional collaborative innovation. It also includes inter-temporal and inter-disciplinary thinking dialogues and cross-domain and cross-border flows of individual researchers. Interdisciplinary knowledge production is an innovation process that overlaps time and space， the construction of organizational systems， and the cross-border flow of people. Compared with the construction of interdisciplinary organizations， the cultivation of interdisciplinary thinking and cooperation awareness is more important. The interdisciplinary practice and generation mechanism of major innovations are complex and diverse. They may not only be manifested in the mutual integration and reference of theoretical perspectives， but also in the interaction between theory and application， which is a qualitative leap after quantitative accumulation in multiple intersections

Key words： interdisciplinary; knowledge production; Nobel Prize in natural science; technological innovation

（责任编辑  陈剑光）