方陵生/編譯

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新的大科學(xué)

方陵生/編譯

“大科學(xué)”（Big Science、Megascience、Large Science）是國際科技界近年來提出的新概念。大科學(xué)研究的國際合作模式主要包括：科學(xué)家個(gè)人之間的合作、科研機(jī)構(gòu)或大學(xué)之間的對(duì)等合作、政府間的合作。近幾十年來，一些重要科研機(jī)構(gòu)的大規(guī)模研究的運(yùn)行特點(diǎn)和研究文化都在發(fā)生變化，大科學(xué)已非昔日之大科學(xué)，而是進(jìn)入了新時(shí)代的新的大科學(xué)。

本文作者羅伯特·克里斯（Robert P.Crease），紐約石溪大學(xué)哲學(xué)教授；凱瑟琳·威斯特法（Catherine Westfall），密歇根州立大學(xué)的科學(xué)歷史、哲學(xué)和社會(huì)學(xué)的副教授。

圖1 一件不同尋常的禮物：布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室在美國能源部長塞繆爾·博德曼于2006年來訪時(shí)贈(zèng)予的禮物，代替了一直以來的加速器磁鐵復(fù)制藝術(shù)品禮物。這是一個(gè)裝有納米顆粒的玻璃瓶，象征著實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)已經(jīng)從高能物理和核子物理轉(zhuǎn)向以新材料為基礎(chǔ)的研究

2006年6月2日，布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室（BNL），一位來訪的重要人物走時(shí)帶走了一個(gè)不同尋常的送別禮物：密封在一個(gè)玻璃瓶里的納米粒子。

幾十年來，來實(shí)驗(yàn)室參觀的貴客都會(huì)收到各種不同的禮物，但幾乎都是有雕刻圖案的加速器磁鐵復(fù)制品，實(shí)驗(yàn)室最有名的重離子對(duì)撞機(jī)和它的前身的象征。新禮物（見圖1）的接受者是美國能源部長塞繆爾·博德曼（Samuel Bodman）。

這個(gè)新的禮物表明，BNL的管理者已意識(shí)到，實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)已從高能物理和核子物理轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)能源科學(xué)，能源部將新的重點(diǎn)定義為：“在電子、原子、分子水平上，理解、預(yù)測(cè)乃至最終控制物質(zhì)和能量的基礎(chǔ)研究，為新能源技術(shù)提供基礎(chǔ)，為能源部在能源、環(huán)境和國家安全方面的任務(wù)提供支持?！敝攸c(diǎn)轉(zhuǎn)移在一定程度上是因?yàn)锽NL曾一度擱置如今又重新啟動(dòng)的達(dá)10億美元的建設(shè)項(xiàng)目：國家同步輻射光源二期工程（NSLS-II）。

此外，這件禮物也標(biāo)志著大規(guī)?？茖W(xué)研究的開始，不僅僅是在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室，而是在美國整個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，雖然這種趨勢(shì)目前還不那么明顯。大規(guī)模材料科學(xué)加速器，而不是高能物理加速器，成為冷戰(zhàn)后大多數(shù)基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的主要項(xiàng)目。與此同時(shí)，這些實(shí)驗(yàn)室研究系統(tǒng)的特點(diǎn)和文化都有了許多重要的改變。我們將自上世紀(jì)80年代以來的逐漸形成的這一階段性轉(zhuǎn)變的結(jié)果，稱為新的大科學(xué)或生態(tài)大科學(xué)。

博德曼的納米粒子禮物之所以值得關(guān)注是因?yàn)?，納米技術(shù)研究是新的大科學(xué)的象征。正如W·帕特里克·麥克雷（W.Patrick McCray）于2005年在《歷史和技術(shù)》上的一篇文章所指出的那樣，納米技術(shù)不是科學(xué)突破獲得實(shí)際應(yīng)用的線性故事，它的意義遠(yuǎn)超于此，從一開始，納米技術(shù)研究和推廣就與烏托邦式的愿景、產(chǎn)業(yè)利益、跨學(xué)科合作和國家目標(biāo)交融在一起。

在這篇關(guān)于大科學(xué)的文章中，我們將特別提及NSLS-II項(xiàng)目前身的研究生態(tài)。最初的NSLS（最早的設(shè)施設(shè)計(jì)是一種同步輻射源）類似于生態(tài)學(xué)家的樣方，隔離出一個(gè)代表性區(qū)域，分析其生態(tài)系統(tǒng)（見圖2）。我們需要考慮新的大科學(xué)的時(shí)代性、特點(diǎn)、資助和挑戰(zhàn)，我們也需要討論認(rèn)識(shí)和研究新的大科學(xué)的特定研究生態(tài)的重要性，這需要新的歷史工具和方法。

圖2 新的大科學(xué)的研究生態(tài)從根本上不同于舊的大科學(xué)。新的大科學(xué)設(shè)施，如圖中布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的國家同步光源項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，這是一個(gè)多樣化的、跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)的合作項(xiàng)目，在同一個(gè)研究設(shè)施中安置有多種不同用途的儀器設(shè)備，還有與其他設(shè)施用戶之間的聯(lián)系

舊的大科學(xué)與新的大科學(xué)

我們以“新的大科學(xué)”這一術(shù)語來描述當(dāng)前的科學(xué)時(shí)代：以材料科學(xué)為主導(dǎo)的大規(guī)模研究的時(shí)代。新的大科學(xué)時(shí)代的特點(diǎn)是對(duì)贊助機(jī)構(gòu)更大的責(zé)任，更傾向于實(shí)用性和產(chǎn)業(yè)的參與。這些特質(zhì)反過來導(dǎo)致高度多樣化和數(shù)量龐大的用戶群體，這有助于尋求資助。與舊的大科學(xué)時(shí)代相比，新的大科學(xué)更能促進(jìn)小規(guī)模的研究和實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)國際和多學(xué)科的協(xié)作，尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

（美國）國家同步輻射光源（NSLS）代表了新的大科學(xué)的崛起，其在1982年開始運(yùn)作，當(dāng)時(shí)材料科學(xué)設(shè)施（同步光源和中子散射設(shè)施）開始取代高能加速器成為美國最大國家實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)項(xiàng)目。與探索核與亞核尺度的核物理或高能物理加速器研究不同的是，材料科學(xué)研究的是原子、分子等更大尺度的物質(zhì)現(xiàn)象。但在這個(gè)新的科學(xué)時(shí)代里，美國國家實(shí)驗(yàn)室的高能物理研究資助項(xiàng)目仍會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，雖然大部分研究活動(dòng)是在國外開展的。為展現(xiàn)新的大科學(xué)風(fēng)貌，我們需要深入了解NSLS，以及它是如何主導(dǎo)BNL的實(shí)驗(yàn)室文化的。

包括BNL和其他實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的舊的大科學(xué)設(shè)施中的儀器設(shè)備主要是反應(yīng)器和加速器，這些大型科研設(shè)備是一般大學(xué)所無法擁有的。到了1960年代，最大實(shí)驗(yàn)室里的高能物理加速器為科學(xué)界廣泛的基礎(chǔ)研究用戶服務(wù)。舊的大科學(xué)的設(shè)施可用于多種目的，因此，BNL和其他一些實(shí)驗(yàn)室都有一系列的項(xiàng)目，包括核物理學(xué)研究、制造材料科學(xué)儀器等。這些規(guī)模和影響都不大的項(xiàng)目提高了實(shí)驗(yàn)室的研究聲譽(yù)，但并不足以保證其持續(xù)發(fā)展。工業(yè)用戶和實(shí)際應(yīng)用都要依托于基礎(chǔ)研究，這也是大科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的主要功能之一。

舊的大科學(xué)的發(fā)展動(dòng)力是高能物理項(xiàng)目規(guī)模的遞增，包括儀器、合作的規(guī)模以及實(shí)驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間。而由于新的大科學(xué)時(shí)代的典型特征是材料科學(xué)項(xiàng)目占主導(dǎo)地位的，所以，NSLS項(xiàng)目的儀器和合作的規(guī)模并沒有越來越大，相反，其研究生態(tài)系統(tǒng)越來越復(fù)雜：越來越多的研究領(lǐng)域（特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)）、更廣泛的儀器設(shè)備、不同研究項(xiàng)目之間的更多聯(lián)系、研究團(tuán)隊(duì)的更快轉(zhuǎn)換等。

NSLS研究文化的幾個(gè)特點(diǎn)

考察新研究生態(tài)的特點(diǎn)和了解其習(xí)慣和問題非常重要，這樣我們可以用系統(tǒng)和謹(jǐn)慎的方式迎接各種挑戰(zhàn)。為此我們提供NSLS研究文化的幾個(gè)特點(diǎn)，以闡明新的大科學(xué)的材料科學(xué)項(xiàng)目與代表舊的大科學(xué)的高能物理項(xiàng)目之間的不同。

第一個(gè)特點(diǎn)是：NSLS的許多研究項(xiàng)目從一開始就是產(chǎn)業(yè)的整合，其目的之一是為一系列產(chǎn)業(yè)用戶和其他感興趣的用戶提供機(jī)會(huì)，而不再是將這類用戶視為一種寄生關(guān)系。1994年光譜技術(shù)公司的掃描紅外顯微鏡就是一個(gè)示例，這是一臺(tái)與諾斯羅普·格魯曼公司、華盛頓卡內(nèi)基研究所地球物理實(shí)驗(yàn)室合作安裝的儀器。光譜技術(shù)公司與寶麗萊合作研究高分子涂層的化學(xué)構(gòu)成，諾斯羅普·格魯曼公司使用該儀器檢查多種工業(yè)用設(shè)備的超導(dǎo)體的缺陷，地球物理實(shí)驗(yàn)室使用該顯微鏡研究地質(zhì)標(biāo)本的化學(xué)成分，美國聯(lián)邦調(diào)查局用它在各種材料中尋找爆炸物痕跡，在人體樣本中發(fā)現(xiàn)藥物殘留，加州大學(xué)的科學(xué)家利用它（與其他研究人員合作）研究分析行星間的塵埃顆粒。

與舊的大科學(xué)設(shè)施中通常固定于某個(gè)位置的儀器設(shè)備相比較，這臺(tái)紅外顯微鏡顯然會(huì)經(jīng)常隨著不同的使命而轉(zhuǎn)移地方。在舊的大科學(xué)模式下，一些儀器的轉(zhuǎn)移，如用于μ介子異常磁偶極矩實(shí)驗(yàn)的g-2環(huán)設(shè)備于2013年時(shí)從BNL轉(zhuǎn)移到費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室時(shí)，就是一個(gè)非常轟動(dòng)的新聞事件。

新舊兩個(gè)科學(xué)時(shí)代的第二個(gè)區(qū)別涉及到跨學(xué)科網(wǎng)絡(luò)的范圍和復(fù)雜性，一個(gè)例子是NSLS資源開發(fā)實(shí)驗(yàn)室的近紅外可擴(kuò)展波蕩器系統(tǒng)（NISUS）。參與NISUS開發(fā)的還有能源部的其他四個(gè)實(shí)驗(yàn)室：托馬斯·杰斐遜國家加速器實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（LBL）、洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室和斯坦福直線加速器中心（SLAC），三個(gè)工業(yè)合作伙伴是波音公司、諾斯羅普·格魯曼公司和STI光電公司，三個(gè)大學(xué)合作伙伴是杜克大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校和密歇根大學(xué)。NISUS是一個(gè)支持不同實(shí)驗(yàn)的科學(xué)網(wǎng)絡(luò)，而不是一個(gè)中樞，其發(fā)展是一種相關(guān)或關(guān)聯(lián)的關(guān)系，而不是簡單的擴(kuò)展。此外，新的大科學(xué)的材料科學(xué)項(xiàng)目通常涉及技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用和推廣，其結(jié)果是，項(xiàng)目的跨學(xué)科網(wǎng)絡(luò)不僅包括有合作關(guān)系的科學(xué)家網(wǎng)絡(luò)，還包括了與這些科學(xué)家接洽進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備和引導(dǎo)進(jìn)入市場(chǎng)的人才網(wǎng)絡(luò)。

第三個(gè)區(qū)別就是我們所說的“如同章魚”的研究網(wǎng)絡(luò)特征：國家同步輻射光源（NSLS）的一個(gè)研究領(lǐng)域，或者甚至某個(gè)具體的研究項(xiàng)目都有可能用到多種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。1992年，在NSLS的地球和土壤科學(xué)研討會(huì)上，研究人員在六個(gè)實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)就使用了六種同步加速器輻射技術(shù)：X射線探針成像、X光射線吸收光譜法、金剛石壓腔技術(shù)、大面積壓制技術(shù)、粉末衍射技術(shù)和顯微層析技術(shù)。NSLS的研究項(xiàng)目也可能涉及到布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室（BNL）和其他實(shí)驗(yàn)室的一些技術(shù)和儀器。

第四個(gè)區(qū)別就是我們所說的技術(shù)的多種穩(wěn)定性，即技術(shù)可以適應(yīng)新的和不可預(yù)見的用途。一個(gè)例子是有著悠久歷史的穆斯堡爾能譜學(xué)，早在1960年代，穆斯堡爾能譜學(xué)已發(fā)展成為一種有多種實(shí)際應(yīng)用的分析技術(shù)。到了1990年代，這些應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展到同步加速器領(lǐng)域。另一個(gè)例子是斷層掃描技術(shù)，這種分段成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到了大量實(shí)際應(yīng)用。事實(shí)上，斷層掃描技術(shù)已經(jīng)不是一種單一的技術(shù)，它已經(jīng)演變拓展為多種分支技術(shù)。

科學(xué)家薩彥·古普塔（Sayan Gupta，左）和里基烏塔·梅洛（Rhijuta D'Mello）正在成為新的大科學(xué)象征的同步光源設(shè)施中制備用于分析的生物大分子樣本

第五個(gè)區(qū)別是：如NSLS這樣的綜合科研設(shè)施傾向于產(chǎn)生分設(shè)施，這些分設(shè)施本身就能支持以上描述的新的大科學(xué)的生態(tài)屬性。一個(gè)例子是超導(dǎo)X射線光刻源存儲(chǔ)環(huán)。這個(gè)計(jì)劃始于1986年，其目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)小型的同步加速器，以作為國防部在高分辨率計(jì)算機(jī)芯片生產(chǎn)上趕超日本和德國制造業(yè)計(jì)劃的一部分。這個(gè)項(xiàng)目涉及到技術(shù)轉(zhuǎn)讓和特定的國家利益目標(biāo)。小型同步加速器的整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施建在NSLS，美國半導(dǎo)體制造商可以在這里學(xué)習(xí)X射線光刻技術(shù)。當(dāng)時(shí)已開發(fā)出兩個(gè)原型，但該項(xiàng)目于1992年終止。

新舊大科學(xué)研究文化的差異

新舊大科學(xué)之間的差異還涉及到研究文化。其中一個(gè)區(qū)別是克里斯凱效應(yīng) （Krinsky effect），這是NSLS已故加速器物理學(xué)家塞繆爾·克里斯凱（Samuel Krinsky）提出的一個(gè)概念。當(dāng)高能物理機(jī)器發(fā)生故障或停機(jī)改進(jìn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)者都會(huì)耐心等待。為什么呢？原因之一是實(shí)驗(yàn)者知道沒有人能搶在他們前面取得成果，另一個(gè)原因是他們別無選擇，因?yàn)樗麄兺ǔＶ挥性跈C(jī)器能夠工作的時(shí)候才能產(chǎn)生相關(guān)的研究數(shù)據(jù)。此外，他們還可以通過關(guān)機(jī)來更新探測(cè)器。

而同步輻射設(shè)施的研究文化則不同。如果機(jī)器壞了，研究可能會(huì)被別人搶先，探測(cè)器通常很少全面升級(jí)，而是替代以大幅度的功能改善。隨著美國和世界加速器數(shù)量的減少，同步光源的數(shù)量隨之上升，如今已有60多個(gè)。研究人員知道還有其他幾十個(gè)擁有類似功能的可用同步光源。如果用戶不滿意還可以去別的地方，甚至將他們的儀器帶走。研究生態(tài)從內(nèi)向外分散，產(chǎn)生了一種以用戶要求為上的氛圍。NSLS的實(shí)驗(yàn)人員約翰·加拉伊達(dá)（John Galayda）將這種趨勢(shì)稱之為“集中模式越來越少，按用戶要求定制的研究文化氛圍越來越濃的后克里斯凱效應(yīng)”。X射線用戶只對(duì)目前能獲得的資源更感興趣，而不是像高能物理學(xué)家那樣耐心等待更好新設(shè)施的出現(xiàn)。

另一個(gè)區(qū)別是：新舊大科學(xué)對(duì)監(jiān)管的擔(dān)憂。高度集中化的研究文化，對(duì)于道德和安全問題制定有嚴(yán)格有效的規(guī)定和措施，即使只是在一些大的研究機(jī)構(gòu)中得到有效實(shí)施。然而，當(dāng)研究模式演變?yōu)樾碌拇罂茖W(xué)的典型分散網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一些規(guī)章制度變得更加難以實(shí)施和執(zhí)行，極端的分散勢(shì)必會(huì)威脅和破壞整體的有效倫理和安全監(jiān)管。

另一個(gè)區(qū)別是知識(shí)的形成：高能物理學(xué)家總是使用加速器在整體知識(shí)上添加知識(shí)片段，而材料科學(xué)家通常使用大型儀器和較小的設(shè)備將知識(shí)片段拼湊為整體，就像馬賽克一樣。此外，當(dāng)新屬性材料出現(xiàn)時(shí)，他們會(huì)改變?cè)鹊挠?jì)劃。

一個(gè)具有諷刺意味的轉(zhuǎn)折點(diǎn)

新的大科學(xué)的起源可回溯到1960年代和1970年代，科學(xué)界對(duì)新材料越來越大的興趣導(dǎo)致美國國家實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)一批大型實(shí)驗(yàn)機(jī)器。在1960年代早期，用于中子散射研究的反應(yīng)器建在布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室里，1960年代末，首個(gè)光源設(shè)備已經(jīng)完成，但其大多數(shù)操作借用了主要用于高能物理的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。與此同時(shí)，國家實(shí)驗(yàn)室對(duì)材料科學(xué)研究的支持力度也在增加。到了1980年，能源部對(duì)基礎(chǔ)能源科學(xué)（投資于材料科學(xué)研究的建設(shè)和運(yùn)營）已增長到了近2億美元。雖然這個(gè)數(shù)額還是低于高能物理研究的3億美元，但卻多于同樣使用大型儀器的核物理研究的1億美元。

美國科學(xué)政策環(huán)境從1980年代開始發(fā)生變化，并于1990年代達(dá)到極致。特別是在這段時(shí)期里，對(duì)于國家實(shí)驗(yàn)室及其大型項(xiàng)目的資助理由也開始有了變化。舊的大科學(xué)的資助理由通常基于冷戰(zhàn)需要，一些大型項(xiàng)目至少要象征性地有助于國防力量?；A(chǔ)研究更多被視為一種內(nèi)在價(jià)值，就像藝術(shù)一樣：提高公眾的幸福。而新的大科學(xué)的興起時(shí)代，日益強(qiáng)調(diào)對(duì)成熟科學(xué)資助機(jī)構(gòu)的責(zé)任，關(guān)注政府與產(chǎn)業(yè)的伙伴關(guān)系和實(shí)際應(yīng)用前景。這種優(yōu)先順序適應(yīng)于冷戰(zhàn)后的道德經(jīng)濟(jì)，其重視企業(yè)家精神和實(shí)用性。

然而，通往新的大科學(xué)之路并不是在舊的高能物理研究和新崛起的材料科學(xué)之間的競(jìng)爭(zhēng)中形成的。具有諷刺意味的是，材料科學(xué)是通過繼承舊的大科學(xué)傳統(tǒng)，以建造超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)（Superconducting Super Collider，簡稱SSC）而進(jìn)入21世紀(jì)的。由于擔(dān)心項(xiàng)目之間的競(jìng)爭(zhēng)引起沖突，破壞對(duì)撞機(jī)的前景，美國能源部能源研究辦公室主任阿爾文·特里維爾皮斯（Alvin Trivelpiece）于1984-85年起草了一份與實(shí)驗(yàn)室分享利益的協(xié)議。

特里維爾皮斯的計(jì)劃呼吁建立三個(gè)材料科學(xué)項(xiàng)目：勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源項(xiàng)目、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源項(xiàng)目和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的反應(yīng)器項(xiàng)目，后者已演變成散裂中子源。另外還支持了兩個(gè)核物理項(xiàng)目：布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)和弗吉尼亞州紐波特紐斯的杰斐遜實(shí)驗(yàn)室。1993年超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目取消，一直待在陰影中的一些材料科學(xué)項(xiàng)目終于占據(jù)了舞臺(tái)中心。

資助和其他挑戰(zhàn)

從表面看，與新的大科學(xué)相關(guān)的特征可能是一個(gè)簡單的資源經(jīng)濟(jì)的改變，大型研究項(xiàng)目通過政府與產(chǎn)業(yè)伙伴關(guān)系獲得資助，但實(shí)際情況并非如此。如圖3所示聯(lián)邦政府、產(chǎn)業(yè)和來自其他方面的研究資助，表明聯(lián)邦政府在過去幾十年里一直在資助基礎(chǔ)研究。

從1950年代初的舊的大科學(xué)時(shí)代到新的大科學(xué)時(shí)代，軍事基礎(chǔ)研究的資助一直較小。最近幾年在不斷增加，但這可能是因?yàn)檐娛略O(shè)施同時(shí)還進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究的原因，例如與桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室合作的Z機(jī)（譯注：據(jù)認(rèn)為，美國新墨西哥州桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室里被稱為“Z機(jī)”（Z Machine）的裝置，或許能找到解決世界能源短缺問題的答案。這個(gè)裝置用少量的電引燃，可產(chǎn)生290太瓦的電量，相當(dāng)于全球發(fā)電總量的80倍。但目前這股電力僅能在持續(xù)七百億分之一秒的脈沖中釋放）。如圖4所示，過去幾十年里具有最顯著特征的，是始于世紀(jì)之交的聯(lián)邦生物醫(yī)學(xué)研究經(jīng)費(fèi)的大幅增長。

圖4 各學(xué)科研究經(jīng)費(fèi)增長示意圖。自1970年代以來，大多數(shù)學(xué)科的聯(lián)邦資助經(jīng)費(fèi)都只有小幅上漲。但約在20年前，對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究的資助開始大幅增加。生命科學(xué)研究資金分解為國立衛(wèi)生研究院（NIH）的生物醫(yī)學(xué)研究和其他部分

理解新的大科學(xué)的資源經(jīng)濟(jì)學(xué)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)：資金來源眾多、資助模式復(fù)雜。在舊的大科學(xué)模式中，（美國）國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）通過大學(xué)贊助一些高能物理研究，但幾乎所有的高能物理加速器及其研究的資助都來自美國能源部及其前身原子能委員會(huì)的單一研究計(jì)劃。在新的大科學(xué)資助模式中，加速器的資金幾乎繼續(xù)全部來自美國能源部，但研究經(jīng)費(fèi)則來自能源部和NSF的各種計(jì)劃以及來自產(chǎn)業(yè)和美國國立衛(wèi)生研究院。此外，新的大科學(xué)設(shè)施的用戶呈多樣化和瞬態(tài)化，其中的復(fù)雜關(guān)系很難理清，這些用戶包括通過大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)獲得資金的不同領(lǐng)域的科學(xué)家，以及從國立衛(wèi)生研究院、醫(yī)院和制藥公司獲得資金的醫(yī)學(xué)研究人員。

圖3 研究經(jīng)費(fèi)在GDP中占一定的比例。在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，作為研究資助者之一的美國聯(lián)邦政府的投入超過了產(chǎn)業(yè)和其他來源

新的大科學(xué)的興起，對(duì)于舊的大科學(xué)的傳統(tǒng)管理和推廣方法是一個(gè)很大的壓力，由此促進(jìn)了新方法的發(fā)展。

同步光源的工業(yè)應(yīng)用，將產(chǎn)生在舊的大科學(xué)模式中不成問題的擔(dān)憂。如知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題和責(zé)任保險(xiǎn)就是比較明顯的例子，及時(shí)獲得使用是另一個(gè)問題。當(dāng)前審批程序的設(shè)計(jì)流程主要針對(duì)學(xué)術(shù)用戶，提議通過的過程可能需要一年時(shí)間。而工業(yè)用戶通常需要更快速的審批時(shí)間。如IBM等擁有自己光束線的大公司，審批過程可以走上“快車道”。但是對(duì)于沒有光束線的小型企業(yè)來說，曠日持久的審批時(shí)間是一個(gè)大問題，一些用戶設(shè)施正在尋求加速獲得使用權(quán)的途徑。

另一個(gè)擔(dān)憂是大型材料科學(xué)設(shè)施的使用涉及到一些政治上的原因。國會(huì)代表通常對(duì)落戶自己地區(qū)的項(xiàng)目更感興趣。而新的大科學(xué)的研究網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，通常需要通過多個(gè)地區(qū)的設(shè)備與用戶相連。這一現(xiàn)實(shí)促使美國能源部開發(fā)了一個(gè)交互式的在線地圖，可以清楚顯示國會(huì)選區(qū)、用戶和能源部用戶設(shè)備的分布情況。圖5顯示的是根據(jù)該網(wǎng)站一幅分布圖生成的屏幕截圖。

新的大科學(xué)的研究生態(tài)

新的大科學(xué)研究生態(tài)的復(fù)雜性導(dǎo)致其模式和變化很難描述。在數(shù)據(jù)和方法都相當(dāng)分散的情況下，如何提取、分析和揭示信息，為歷史學(xué)家和其他研究人員以及政府人員所用呢？跟蹤某個(gè)特定研究項(xiàng)目，甚至是更多的研究項(xiàng)目，對(duì)于鑒別和研究新興趨勢(shì)和總體變化的價(jià)值非常有限，因?yàn)橛刑嗟闹丿B和分支?？茖W(xué)歷史學(xué)家和社會(huì)學(xué)家如何對(duì)整體研究生態(tài)進(jìn)行調(diào)查，以發(fā)現(xiàn)和評(píng)估研究實(shí)踐的差異？

我們可以用不同方式來闡述相關(guān)問題。若干傳統(tǒng)方法可以用于我們的研究。我們可以跟蹤設(shè)備操作的歷史，例如，我們可以觀察設(shè)施儲(chǔ)存環(huán)關(guān)閉進(jìn)行維護(hù)、維修和升級(jí)期間的活動(dòng)：停機(jī)期間新安裝了哪些設(shè)備，做了哪些修改和更新，包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、真空室和電源；停機(jī)期間產(chǎn)生的變化對(duì)機(jī)器的重要性能（如電流和亮度）產(chǎn)生了哪些影響。我們也可以通過負(fù)責(zé)人和主要管理人員跟蹤機(jī)器的管理情況，或者我們還可以跟蹤儀器的使用情況：如合作情況、光束線、研究領(lǐng)域、成果（專利、獎(jiǎng)項(xiàng)和出版物）。除非能與整體網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，否則所列的這些研究仍然價(jià)值不大，由于這些網(wǎng)絡(luò)的錯(cuò)綜復(fù)雜，理清這種聯(lián)系是比較困難的。

顯然，信息是客觀存在的，雖然有些可能會(huì)忽略掉，這些姑且稱之為隱性信息，我們甚至不知道它們是什么。但未來我們有可能創(chuàng)建出新的數(shù)字工具來提取隱含信息，這樣的進(jìn)步將有助于改變我們理解歷史的方式。新型數(shù)字工具可以跟蹤和繪制復(fù)雜而變化的模式，從而將計(jì)算機(jī)分析和可視化技術(shù)用于分析歷史豐富和復(fù)雜的大型設(shè)施（如同步光源）。這類設(shè)施及其覆蓋的研究領(lǐng)域產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)如此龐大和復(fù)雜，很難通過傳統(tǒng)方式進(jìn)行研究分析。

新的數(shù)字工具用戶可能包括：科學(xué)政策管理人員和能源部官員，他們感興趣的是如何優(yōu)化研究資助；科學(xué)歷史學(xué)家感興趣的是特定的發(fā)現(xiàn)和研究項(xiàng)目產(chǎn)生的影響；科學(xué)研究學(xué)者感興趣的是科學(xué)分支是如何出現(xiàn)又如何消失的；機(jī)構(gòu)學(xué)者感興趣的是各種研究設(shè)施是如何連接、相互支持和發(fā)展的。

圖5 用戶分布圖。美國能源部開發(fā)的在線互動(dòng)定制地圖提供了科學(xué)家使用DOE設(shè)施的地理數(shù)據(jù)。這幅屏幕快照中包括的是密蘇里州國會(huì)選區(qū)，2014財(cái)政年度這里有200多名科學(xué)家在美國能源部科學(xué)辦公室安置在其他州的用戶設(shè)施里進(jìn)行科學(xué)研究。點(diǎn)擊標(biāo)記可顯示用戶機(jī)構(gòu)及相關(guān)設(shè)施

在新的大科學(xué)中，大規(guī)模材料科學(xué)加速器已取代了高能物理加速器成為美國最大國家實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)項(xiàng)目。這個(gè)新階段給實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行特點(diǎn)和研究生態(tài)都帶來了很大的變化。國家實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)導(dǎo)特質(zhì)可能也會(huì)有所改變，例如，實(shí)驗(yàn)室可能需要不同專業(yè)技能的領(lǐng)導(dǎo)人，而不是舊的大科學(xué)模式中具有強(qiáng)大個(gè)人魅力的老板，如歐內(nèi)斯特·勞倫斯（Ernest Lawrence）、羅伯特·奧本海默（J.Robert Oppenheimer）和羅伯特·W·威爾遜（Robert W.Wilson）。

高能物理和核物理研究領(lǐng)域不會(huì)消失，也不會(huì)融合到一個(gè)新的領(lǐng)域中，或消失在大科學(xué)時(shí)代美國國家實(shí)驗(yàn)室支持的項(xiàng)目中。學(xué)科生態(tài)位不會(huì)消失，相反研究生態(tài)將更復(fù)雜和延伸。在舊的大科學(xué)時(shí)代，一些主要研究項(xiàng)目的研究都集中于某個(gè)重點(diǎn)，而新的大科學(xué)則呈分散式，機(jī)器設(shè)備也更加多樣化，使用者是一批無定型、不斷變化的用戶群體，研究計(jì)劃也是開放的。因此，管理者和資助者必須開發(fā)新的方法來應(yīng)對(duì)、促進(jìn)和評(píng)估研究。

新的大科學(xué)時(shí)代的歷史學(xué)家和其他學(xué)者都可以通過制作新工具提取、分析和顯示新的研究生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，做出建設(shè)性的貢獻(xiàn)。這些數(shù)據(jù)有助于我們開拓思路，讓新的大科學(xué)走向蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。

［資料來源：Physics Today］［責(zé)任編輯：岳 峰］