李立國 趙闊

摘要： 跨學科知識生產(chǎn)在當代知識生產(chǎn)中具有重要的地位與價值。對近20年間164位諾貝爾自然科學獎得主的案例剖析發(fā)現(xiàn)，諾貝爾自然科學獎跨學科性表現(xiàn)在知識生產(chǎn)過程與知識生產(chǎn)主體兩方面。跨學科知識生產(chǎn)的類型包括理論與概念的跨學科借鑒融合、研究成果的跨學科應用與轉(zhuǎn)化。知識生產(chǎn)主體的跨學科性則表現(xiàn)在研究者自身的教育與工作經(jīng)歷，以及家庭社會關(guān)系等方面?？鐚W科知識生產(chǎn)方式既包括共時空多學科團隊合作、多中心跨機構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新等組織方式，也包括研究者個體跨時空的思維對話和跨域跨界流動?？鐚W科知識生產(chǎn)是共時空與跨時空、組織制度構(gòu)建與人的跨界流動交疊并行的創(chuàng)新過程，與跨學科組織建設(shè)相比，跨學科思維和跨學科合作意識的培養(yǎng)更為重要。重大創(chuàng)新的跨學科實踐與發(fā)生機制是復雜多樣的，不僅可能表現(xiàn)在理論視角的相互融合與借鑒，還可能表現(xiàn)為理論與應用的交互作用，是多重交叉中“量的積累”后的“質(zhì)的飛躍”。

關(guān)鍵詞：跨學科;知識生產(chǎn);諾貝爾自然科學獎;科技創(chuàng)新

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A文章編號：1672-0717（2021）05-0014-10

一、引? 言

跨學科知識生產(chǎn)在當代知識生產(chǎn)中具有重要的地位與價值。傳統(tǒng)學科如數(shù)學、物理學、經(jīng)濟學和社會學等是知識發(fā)展演化的結(jié)果，是知識體系的劃分?？鐚W科知識生產(chǎn)不是多門學科知識的簡單拼湊與堆積，而是基于社會重大問題、依照內(nèi)在邏輯關(guān)系而聯(lián)結(jié)滲透形成的知識生產(chǎn)模式?？鐚W科知識生產(chǎn)既是知識本身的演化結(jié)果，也是人類社會發(fā)展需求的反映，以科技與經(jīng)濟社會發(fā)展的實際問題為出發(fā)點而展開，遵循的是社會需求邏輯而非單一的傳統(tǒng)學科邏輯[1]。有研究表明，20世紀諾貝爾自然科學獎中交叉研究的比例已從36.23%上升到47.37%，各門學科日益緊密地聯(lián)系在一起[2]。以交叉融合為表征的跨學科知識生產(chǎn)是當前科學技術(shù)發(fā)展的重大特征，是新知識產(chǎn)生的重要源泉。當代知識生產(chǎn)和學科發(fā)展已經(jīng)步入多學科交叉融合的時代，單一學科的研究范式與思維模式難以實現(xiàn)科技創(chuàng)新和解決復雜的重大問題。

諾貝爾自然科學獎作為世界自然科學領(lǐng)域的最高榮譽之一，能夠代表現(xiàn)今人類最頂尖的科技創(chuàng)新成果。分析該獎得主及其研究經(jīng)歷，對研究跨學科的實現(xiàn)機制具有重要的啟示和借鑒意義。不少學者對諾貝爾自然科學獎獲獎?wù)叩闹R背景、研究方法、科研協(xié)作情況與代表性成果進行了描述性統(tǒng)計，如劉仲林、趙曉春對20世紀諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主的描述統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，跨學科研究對原創(chuàng)性科學成果起決定作用[3];楊秀蘭等的統(tǒng)計則表明，跨學科知識背景是獲得創(chuàng)新性成果的基礎(chǔ)，醫(yī)學創(chuàng)新研究建構(gòu)了新的醫(yī)學跨學科體系[4]。部分學者從引用關(guān)系方面探究了頂尖科學家的跨學科機制，如Chris Fields對共同作者圖譜的研究發(fā)現(xiàn)，諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主及其直接合作者要比其他生物醫(yī)學同行更接近非生物醫(yī)學學科的邊界，更加具有跨學科性[5];Michael Szell等人對Web of Science近10年被引次數(shù)最高的1萬篇論文（涵蓋絕大多數(shù)諾貝爾獎的研究成果）的研究發(fā)現(xiàn)，生命科學和化學的交叉研究、物理和化學的交叉研究都有顯著比例被授予諾貝爾化學獎，影響力最高的220篇論文有很多來自跨學科研究，尤其是新興的人工智能、網(wǎng)絡(luò)科學與信號處理等領(lǐng)域[6]。此外，還有學者從人才培養(yǎng)模式、國別區(qū)域等視角切入，如汪輝、顧建民以21世紀日本18位諾貝爾自然科學獎得主為例，發(fā)現(xiàn)大科學范式、導師組制度、學術(shù)研討制度、跨域團隊實踐以及推遲專業(yè)化（Late Specialization）等跨學科培養(yǎng)模式是日本頂尖科技人才培養(yǎng)的重要特征[7]。

既有研究雖然從歷史縱向的視角展示了諾貝爾自然科學獎跨學科成果數(shù)量及占比的宏觀變化趨勢，但方法上仍以基本信息的描述性統(tǒng)計為主，側(cè)重數(shù)量比較和全景概述，缺乏對典型案例內(nèi)在機制的深度解剖，對案例涉及的跨學科知識生產(chǎn)方式尚缺乏充分的挖掘和反思。雖有少量研究能夠涉及和延展至跨學科人才培養(yǎng)與知識生產(chǎn)過程，部分研究能夠納入科學哲學視角展開理論思辨，但可以說，從知識社會學和教育學視角的研究還不充分，特別是對21世紀的諾貝爾自然科學獎的跨學科研究還不多。為此，有必要針對近20年諾貝爾自然科學獎?wù)归_深入分析，探究自然科學領(lǐng)域跨學科研究的最新趨勢及特征，歸納實現(xiàn)突破性創(chuàng)新的典型方式。近20年來，諾貝爾自然科學獎得主的跨學科研究是如何展開的，他們的跨學科知識生產(chǎn)模式有哪些特征或類型？基于上述研究困惑，本文以2000～2020年間164位諾貝爾自然科學獎得主（包括57位物理學獎得主、54位化學獎得主和53位生理學或醫(yī)學獎得主）為研究對象，對他們的跨學科經(jīng)歷、跨學科成果與跨學科研究機制進行案例剖析，為我國跨學科知識生產(chǎn)與跨學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供借鑒與啟示。

二、諾貝爾自然科學獎跨學科性的多重表現(xiàn)

（一）跨學科知識生產(chǎn)的兩種類型

1. 理論與概念的跨學科借鑒融合

不同學科知識體系由不同理論和概念構(gòu)建。借鑒不同學科的理論或概念，是取得創(chuàng)造性成果的重要途徑之一。2016年諾貝爾物理學獎得主戴維·索利斯（David J. Thouless）和邁克爾·科斯特利茨（J. Michael Kosterlitz）的創(chuàng)新成果就是在物理學與數(shù)學理論的交叉融合中實現(xiàn)的。他們在20世紀70年代初使用數(shù)學的一個分支——拓撲學的概念來描述低溫下薄層的相變。后來，索利斯還解釋了量子霍爾效應，即薄層電導率的逐步位移。與他們共享諾貝爾獎的鄧肯·霍爾丹（F.DuncanM.Haldane）則在20世紀80年代使用拓撲學的概念解釋了某些材料中原子鏈的磁性特性。正是他們大膽將數(shù)學中的拓撲學概念應用到物理學的嘗試，對他們后來的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了決定性作用。而這些結(jié)果可能有助于新材料和電子元件的發(fā)展。

物理學理論不但可以借鑒數(shù)學理論的新概念，還可以為化學研究的突破性創(chuàng)新提供理論啟發(fā)。2013年諾貝爾化學獎得主馬丁·卡普盧斯（Martin Karplus）、邁克爾·萊維特（Michael Levitt）和阿里赫·沃舍爾（Arieh Warshel）在20世紀70年代成功開發(fā)出將量子力學和經(jīng)典力學相結(jié)合的方法，從而利用計算機計算化學反應過程。通過將物理學融入化學，他們?yōu)閺碗s化學系統(tǒng)開發(fā)出了多尺度模型。又如2011年諾貝爾化學獎得主丹·謝希特曼（Dan Shechtman），當物理學家們一直認為所有晶體的結(jié)構(gòu)都由一遍又一遍的重復模式組成時，謝希特曼在研究所謂的衍射模式時發(fā)現(xiàn)了一種與任何周期性重復結(jié)構(gòu)不匹配的常規(guī)衍射模式，這發(fā)現(xiàn)表明有些晶體結(jié)構(gòu)雖然在數(shù)學上是規(guī)律的，但并不會重復，這標志著準晶體的發(fā)現(xiàn)。

此外，生物學理論也同樣可以啟發(fā)化學研究。如2018年諾貝爾化學獎得主弗朗西絲·阿諾德（Frances H.Arnold），她的研究借鑒了生物學的進化原則——基因變化和選擇——來開發(fā)解決人類化學問題的蛋白質(zhì)。她的研究成果應用于制造更環(huán)保的化學物質(zhì)，包括藥物和可再生燃料等。

2. 研究成果的跨學科應用與轉(zhuǎn)化

諾貝爾自然科學獎知識生產(chǎn)的學科交叉創(chuàng)新不僅表現(xiàn)在研究過程借鑒不同學科理論，還表現(xiàn)為研究成果應用于不同的學科領(lǐng)域。2017年諾貝爾化學獎授予了三位生物物理學家雅克·杜波謝（Jacques Dubochet）、阿希姆·弗蘭克（Joachim Frank）和理查德·亨德森（Richard Henderson），他們在發(fā)展冷凍電子顯微鏡技術(shù)方面取得了重大突破。這項技術(shù)使得人們能夠認識蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并有望揭開生命活動機制的奧秘。這無疑展現(xiàn)了物理、化學、生物學與醫(yī)學的交叉創(chuàng)新，而此種交融在近20年的諾貝爾自然科學獎中絕非個案。

在物理學與生物學、醫(yī)學的交叉融合方面，2003年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎成果被譽為“物理學與醫(yī)學的完美結(jié)合”。保羅·勞特伯（Paul C.Lauterbur）曾在梅隆研究所工作，并同時在匹茲堡大學化學系學習研究生課程，從那時開始他就對核磁共振技術(shù)發(fā)生興趣。他在1969年受聘紐約州立大學石溪分校以后，繼續(xù)研究核磁共振技術(shù)，并將這項技術(shù)用于對碳13的研究。在早期核磁共振研究領(lǐng)域，化學家們常常努力創(chuàng)造出均勻的磁場，以便獲取分子的清晰信號。但是勞特伯首先意識到在那些不均勻磁場中得到的模糊圖象實際上蘊含著大量信息。因此，他最先對試管里的水和重水進行了核磁共振成像處理，繼而很快看到了這項技術(shù)潛在的醫(yī)用價值，并試圖對活體進行成像處理。與之共摘桂冠的彼得·曼斯菲爾德（Peter Mansfield）于1972年為核磁共振成像技術(shù)所吸引，因為其可能會成為X射線研究晶體結(jié)構(gòu)的替代品。他意識到可以在“k空間”（用于晶體學的數(shù)學概念）中形成自旋物理學，對自旋的空間分布進行成像。在一項關(guān)鍵實驗中，他把磁場梯度（不均勻的場）應用于塑料板之間的毫米厚的樟腦層樣本，并測量了核磁共振波譜。磁場梯度能夠?qū)⒑舜殴舱裥盘枖U展成一個清晰的層衍射圖案，而這些信息可以使用數(shù)學的傅里葉變換重建為圖像[8]。另一個典型的案例是2018年諾貝爾物理學獎得主亞瑟·阿斯金（Arthur Ashkin），他發(fā)明了光鑷，即用激光手指抓住粒子、原子、分子和活細胞，1987年，阿斯金成功地在沒有傷害活細菌的情況下捕獲了它們。光鑷現(xiàn)在被廣泛用于研究生物系統(tǒng)。

在化學與生物學、醫(yī)學的交叉融合方面，以2012年諾貝爾化學獎為例。羅伯特·萊夫科維茨（Robert J. Lefkowitz）在腎上腺素上附加了碘的放射性同位素。通過跟蹤同位素發(fā)出的輻射，他成功找到了腎上腺素的受體，并研究了腎上腺素的功能。布賴恩·科比卡（Brian K. Kobilka）成功地鑒定了調(diào)節(jié)腎上腺素受體形成的基因，他和萊夫科維茨共同研究發(fā)現(xiàn)，這種受體類似于眼睛中捕捉光線的受體。后來他們發(fā)現(xiàn)了一個完整的受體家族，其外觀和行為方式都十分相似，即“G蛋白耦合受體”。而如今我們使用的藥物中大約有一半使用的是這種受體。此外，2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主、我國藥學家屠呦呦通過整理中醫(yī)藥典籍、走訪名老中醫(yī)，匯編了640余種治療瘧疾的中藥單秘驗方集。她以東晉葛洪《肘后備急方》中對青蒿截瘧的記載“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”為靈感，通過改用低沸點溶劑的提取方法，富集了青蒿的抗瘧組分，其團隊最終于1972年發(fā)現(xiàn)了青蒿素。她的研究過程無疑融入了人文學科，并將傳統(tǒng)中醫(yī)知識與現(xiàn)代化學知識巧妙結(jié)合在一起，促成了重大成果的發(fā)現(xiàn)。

（二）知識生產(chǎn)主體的跨學科性

1. 研究者自身的跨學科教育與工作經(jīng)歷

諾貝爾自然科學獎的跨學科性既表現(xiàn)在諾貝爾獎研究成果本身的多學科性，也表現(xiàn)在研究者從求學到科學研究全過程貫穿的交叉學科屬性。從某種意義上講，諾貝爾自然科學獎的跨學科史也是一部諾貝爾獎得主的跨學科史。從研究者的學習經(jīng)歷到工作任職經(jīng)歷、再到個人的家庭生活經(jīng)歷，都可以找到跨學科特征的清晰痕跡。

首先，多學科的受教育經(jīng)歷對于開拓視野、打開新的研究大門至為重要。很多諾貝爾獎獲得者從本科到博士學習了不同學科專業(yè)，這些不同學科專業(yè)知識的融合對于促進創(chuàng)新起到了重要作用。上文提到的2018年諾貝爾化學獎得主阿諾德，她在普林斯頓大學學習機械和航空航天工程后，又于1985年在加州大學伯克利分校獲得化學工程博士學位。她很早就對能源技術(shù)產(chǎn)生了興趣，并于2005年成立了一家生產(chǎn)可再生燃料的公司。而2017年諾貝爾化學獎得主雅克·杜波謝（Jacques Dubochet），他在洛桑大學學習物理學，隨后在日內(nèi)瓦大學學習分子生物學。1973年，他在日內(nèi)瓦大學和巴塞爾大學完成了關(guān)于生物物理學的博士論文。他本人以跨學科為一大愛好，他發(fā)展的冷凍電子顯微鏡為藥物發(fā)展提供了非常重要的知識。又如2006年諾貝爾化學獎得主羅杰·科恩伯格（Roger D. Kornberg）在哈佛大學學習化學后，于斯坦福大學獲得化學物理博士學位。他在劍橋大學和哈佛醫(yī)學院工作一段時間后，于1978年回到斯坦福大學進行了他后來憑此獲得諾貝爾獎的研究。他的研究呈現(xiàn)了沒有細胞核的細菌中存儲在DNA中的信息如何傳輸?shù)絉NA的機理，確定了在這個過程中活躍的酶——RNA聚合酶——的結(jié)構(gòu)。再如2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎大村智（Satoshi ?mura），他擁有兩個博士學位：一個是1968年在東京大學獲得的藥學博士學位，另一個是1970年在東京理科大學獲得的化學博士學位。近20年來諾貝爾自然科學獎得主典型的跨學科教育經(jīng)歷詳見表1。

其次，跨學科、多樣化的工作崗位讓研究者接觸到不同的群體，遇到不同的研究問題。這些不同問題和不同的同事群體對于一個具有創(chuàng)新思維的人來講，可以讓他們發(fā)現(xiàn)新的研究視角，從新的維度揭示問題的本質(zhì)。例如，2019年諾貝爾化學獎得主約翰·古迪納夫（John B. Goodenough）在耶魯大學數(shù)學系取得學士學位，而后在第二次世界大戰(zhàn)期間擔任氣象學家。1952年他在芝加哥大學獲得了物理學博士學位，隨后在麻省理工學院和英國的牛津大學工作。他的貢獻對鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要，鋰離子電池目前被廣泛應用于手機和電動汽車。典型案例還有2014年諾貝爾化學獎的兩位獲獎?wù)?。一位是埃里克·貝齊格（Eric Betzig），他在加州理工學院學習物理后，到康奈爾大學完成了他的博士學業(yè)，之后在新澤西州的貝爾實驗室工作。厭倦了學術(shù)體系后，他開始為父親的公司安娜堡機械公司工作。在商業(yè)遇到挫折之后，他又通過自己公司的研究回到了科學領(lǐng)域。自2005年以來，他一直在弗吉尼亞州的霍華德·休斯醫(yī)學研究所的珍妮亞農(nóng)場研究園區(qū)工作。與埃里克·貝齊格同時分得諾貝爾獎的斯特凡·赫爾（Stefan W. Hell）也具有同樣復雜的跨學科任職經(jīng)歷，他曾在海德堡大學學習物理學，并先后在海德堡的歐洲分子生物學實驗室、芬蘭圖爾庫大學和英國的牛津大學等機構(gòu)工作過，后任馬克斯·普朗克生物物理化學研究所的所長。此外，赫爾還在海德堡的德國癌癥研究中心工作過。貝齊格和赫爾為開發(fā)超分辨熒光顯微鏡作出了貢獻，不僅體現(xiàn)了物理學和化學的交融，也充分彰顯了研究者跨學科經(jīng)歷對知識創(chuàng)新的重要作用。

2. 研究者的家庭社會關(guān)系

創(chuàng)新人才所處的家庭環(huán)境對其成長十分重要，家庭成員的學科背景與研究方向會影響其跨學科思維的培養(yǎng)與跨學科意識的建立。很多諾貝爾獎獲得者的父母或其他家庭成員對于激發(fā)他們的研究興趣、開拓他們的研究視野起到了其他人無法替代的作用。2015年諾貝爾化學獎得主保羅·莫德里奇（Paul Modrich），其父親是一名生物學老師，他的父親激發(fā)了他對大自然的好奇心。1989年，通過對細菌病毒的研究，莫德里奇展示了附著在DNA分子上的甲基如何作為修復DNA錯誤復制的信號。無疑，他的研究成果與其對生物學的好奇心密切相關(guān)。此外，2006年諾貝爾化學獎得主羅杰·科恩伯格的父母均為生物化學家，而他的父親阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）還是1959年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的獲獎?wù)咧?。?016年諾貝爾物理學獎得主索利斯的父母也都是學者，母親講授英國文學，父親講授心理學，他的父母影響了他的好奇心和獨立思考能力。

除了父母可能帶來的跨學科影響，伴侶也有可能成為研究者重要的跨學科紐帶。另一位2015年的諾貝爾化學獎得主阿齊茲·桑賈爾（Aziz Sancar），他的妻子格溫·博爾斯·薩卡（Gwen Boles Sancar）是一位生物化學和生物物理學教授。1983年，桑賈爾通過對細菌的研究展示了某些蛋白質(zhì)分子和修復酶如何修復被紫外線破壞的DNA。這些發(fā)現(xiàn)增加了我們對活細胞如何工作、癌癥和衰老過程的原因的理解。

個體的跨學科社會關(guān)系并非僅僅局限于個人的家庭關(guān)系，還包括研究者與導師、其他合作者等重要他人之間的關(guān)系。上文提到的物理學家索利斯，他進入劍橋大學學習自然科學時遇見了正在卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）休假的、未來的諾貝爾獎得主漢斯·貝特（Hans Bethe）。貝特邀請索利斯到康奈爾大學攻讀博士學位。隨后，索利斯于1956年前往美國，并致力于擾動方法在核物質(zhì)理論中的應用。在此期間，他遇到了他未來的妻子瑪格麗特·斯克拉斯（Margaret Scrase）——她后來成為華盛頓大學病理生物學教師。1959年索利斯回到英國，在伯明翰大學做博士后，研究原子核的集體運動。他在導師魯?shù)婪颉づ鍫査梗≧udolf Peierls）的指導下工作，而他的導師佩爾斯因其開放的方式和廣泛的聯(lián)系塑造了一個世界級的數(shù)學物理系。10年后，索利斯也在伯明翰完成了他最著名的研究[9]。

三、諾貝爾自然科學獎的跨學科知識生產(chǎn)方式

（一）跨學科知識生產(chǎn)的組織形式

1. 共時空、多學科的團隊合作

團隊合作是知識生產(chǎn)的重要方式之一，諾貝爾自然科學獎的研究成果也不例外。一個好的跨學科研究團隊對于實現(xiàn)知識創(chuàng)新尤為重要。2017年諾貝爾化學獎得主弗蘭克曾在采訪中說：“我力求保持實驗室人員的多樣性。我的實驗室是一個跨學科實驗室，聚集了來自計算機、數(shù)學、生物化學等各個領(lǐng)域的人才，力求保持全面。”[10]如上文提到的將數(shù)學上的拓撲概念應用到物理學的兩位科學家——索利斯和科斯特利茨，他們在上世紀70年代最早從事拓撲相變研究。在伯明翰大學從事博士后研究期間，科斯特利茨就曾與索里斯合作。兩人合作的關(guān)于二維XY模型相變問題研究的發(fā)現(xiàn)，即一種自高溫無序相向低溫準有序相的無窮階相變，后來被命名為Kosterlitz-Thouless相變。

跨學科研究團隊的組織形式是多種多樣的，既包括研究中心、研究所，也包括研究基金會、跨國公司等。馬克斯·普朗克生物物理化學研究所（Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie）是一個典型的跨學科研究機構(gòu)，它由1967年諾貝爾化學獎獲得者曼弗雷德·艾根（Manfred Eigen）創(chuàng)立，屬德國哥廷根馬克斯·普朗克研究所八大分支機構(gòu)之一，充分結(jié)合了生物學、物理學和化學三大經(jīng)典學科。創(chuàng)立者艾根本人曾為馬克斯·普朗克物理化學研究所的成員。目前該研究所已經(jīng)有來自50個國家不同學科的約470名科學家來共同研究復雜的生命過程。該機構(gòu)產(chǎn)生了厄溫·內(nèi)爾（Erwin Neher）與伯特·薩克曼（Bert Sakmann）兩位1991年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者，2013年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者托馬斯·塞多夫（Thomas C. Südhof）也從這里博士畢業(yè)。2014年諾貝爾化學獎獲得者斯特凡·赫爾也曾擔任該所所長。此外，該機構(gòu)還產(chǎn)生了13項萊布尼茨獎、兩項Louis Jeantet獎、三項Ernst Jung醫(yī)學獎與一項Kavli納米科學獎[11]。

對于諾貝爾自然科學獎而言，這樣的跨學科團隊并非罕見。德國海德堡癌癥研究中心（German Cancer Research Center）產(chǎn)生了2008年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者哈拉爾德·祖爾·豪森（Harald zur Hausen，發(fā)現(xiàn)了導致宮頸癌的瘤病毒）和2014年諾貝爾化學獎獲得者赫爾（開發(fā)了超分辨熒光顯微鏡）。美國新澤西州貝爾實驗室（Bell Laboratories， Holmdel， NJ， USA）產(chǎn)生了1978年諾貝爾物理學獎得主阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）、羅伯特·威爾遜（Robert Woodrow Wilson），他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射;也產(chǎn)生了2018年諾貝爾物理學獎阿斯金，他發(fā)現(xiàn)了光學鉗子及其在生物系統(tǒng)的應用。美國北卡羅來納州霍華德·休斯醫(yī)學研究所（The Howard Hughes Medical Institute）僅在2003～2017年15年間就誕生了9位諾貝爾自然科學獎，包括4位化學獎和5位生理學或醫(yī)學獎，其中包括2013年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎蘭迪·舍克曼（Randy W. Schekman）和托馬斯·塞多夫（Thomas C. Südhof），他們共同發(fā)現(xiàn)了細胞中的主要運輸系統(tǒng)。英國帝國癌癥研究基金會（Imperial Cancer Research Fund）的蒂姆·亨特（Tim Hunt）和保羅·納斯（Sir Paul Nurse）因共同發(fā)現(xiàn)了細胞周期的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器而被授予2001年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。如果將大學本身也視為一種廣義的跨學科團隊，那么這樣的例子就更是不勝枚舉。如美國加州理工學院至今已產(chǎn)生共19位諾爾貝自然科學獎得主，其中物理學獎9人，化學獎5人，生理學或醫(yī)學獎5人。

2. 多中心、跨機構(gòu)的協(xié)同創(chuàng)新

重大的科學發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新成果并非總是在共時空的直接合作下完成的，有時恰恰源自跨區(qū)域、跨組織的多方聯(lián)合。此種通過多中心、多組織、跨機構(gòu)實現(xiàn)突破性創(chuàng)新的一個代表性案例是高紅移超新星搜索隊（High-z Supernova Search Team）。這是由布萊恩·施密特（Brian P. Schmidt，當時哈佛大學的博士后研究助理）與尼古拉斯·桑契夫（智利托洛洛山美洲際天文臺研究員）1994年共同創(chuàng)建的一個國際宇宙合作項目。施密特和他的合作者亞當·里斯（Adam G. Riess）正是在此聯(lián)合項目下共同研究了超新星并獲得2011年諾貝爾物理學獎。該團隊的成員包括約20位天文學家，分布在美國、歐洲、澳大利亞和智利等多地。施密特領(lǐng)導的團隊位于澳大利亞國立大學斯特羅姆洛山天文臺，1998年在他與里斯共同發(fā)表的論文中首次提出了宇宙膨脹率加速的證據(jù)。

而獲得2011年諾貝爾物理學獎的另一位科學家索爾·珀爾馬特（Saul Perlmutter）則是超新星宇宙學項目（Supernova Cosmology Project）的聯(lián)合創(chuàng)始人，他也是加州大學伯克利分校的物理學教授。他正是在美國勞倫斯伯克利國家實驗室進行了被授予諾貝爾獎的超新星研究。超新星宇宙學項目的成員涵蓋澳大利亞、智利、法國、葡萄牙、西班牙、瑞典、英國和美國等多個國家的科學家，涉及多個研究中心和實驗室，包括澳大利亞望遠鏡國家設(shè)施（ATNF）、美國天文學會（AAS）、美國國家光學天文臺（NOAO）、歐洲南方天文臺（ESO）、葡萄牙高等技術(shù)研究所（IST）等。除了諾貝爾獎，高紅移超新星搜索隊和超新星宇宙學項目還共同獲得了2007年的格魯伯宇宙學獎和2015年的基礎(chǔ)物理學突破獎。

（二）研究者的自主探索與空間流動

1. 跨時空的理論對話與思想傳承

部分共同獲獎的研究者并非在同一機構(gòu)共同學習或工作過，而是基于研究文獻，通過跨時空的研究成果進行交流對話，共同推動了某一理論的發(fā)展與創(chuàng)新。例如，前文提到的2017年諾貝爾化學獎研究。對于這項典型的跨學科研究，獲獎的三位生物物理學家分別在各自的實驗室從不同角度發(fā)展了冷凍電子顯微鏡技術(shù)。1975年至1986年，阿希姆·弗蘭克在美國紐約州衛(wèi)生部實驗室和研究部（現(xiàn)為沃茲沃斯中心）開發(fā)了一種將電子顯微鏡模糊的二維圖像合并成清晰三維圖像的分析方法;20世紀80年代初，雅克·杜波謝在德國海德堡歐洲分子生物學實驗室成功將水迅速冷卻，使水在分子周圍凝固，而沒有形成扭曲的冰晶;1990年，理查德·亨德森在英國劍橋MRC分子生物實驗室生成了一個分子的詳細的三維圖像。又如2019年諾貝爾物理學獎得主詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles），其主要貢獻在于提供了當代宇宙觀念的基礎(chǔ)理論框架，包括提出宇宙背景輻射是宇宙形成的剩余痕跡、宇宙中95%是暗物質(zhì)和暗能量等。而與之共同摘得同年諾獎的兩位獲獎?wù)摺仔獱枴ゑR約爾（Michel Mayor）與迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz），二人是師生關(guān)系，他們共同發(fā)現(xiàn)了主序恒星周圍的第一顆系外行星。他們的貢獻恰恰在于驗證了皮布爾斯的宇宙理論。

科學研究與知識創(chuàng)新建立在前人的研究基礎(chǔ)之上，這就意味著與過去的頂尖科學家、諾貝爾自然科學獎得主展開超越時空的對話，對推進新的研究十分必要。這尤其體現(xiàn)在物理學獎的研究成果上。如2013年諾貝爾物理學獎得主希格斯，其研究的最初基礎(chǔ)來自于日本裔物理學家、2008年諾貝爾物理學獎得主南部陽一郎（Yoichiro Nambu）。南部教授提出了一種被稱為“自發(fā)對稱破缺”的理論，被認為是弦理論的創(chuàng)始人之一。然而，該理論存在一個不正確的預測。希格斯正是利用南部—戈德斯通定理的一個漏洞（相對論理論中局部對稱性自發(fā)破缺時不需要出現(xiàn)無質(zhì)量的戈德斯通粒子）寫了一篇短文，并將其發(fā)表在歐洲核子研究中心的期刊《物理快報》上。另一個典型的跨時空對話發(fā)生在2018年諾貝爾物理學獎得主阿斯金身上，他的研究正是建立在1997年的諾貝爾物理學獎朱棣文（Steven Chu）關(guān)于冷卻和捕獲原子工作的基礎(chǔ)之上。

2. 研究者自身的跨界流動

除了有形的組織機構(gòu)建設(shè)、研究團隊的內(nèi)部合作以及不同機構(gòu)之間的聯(lián)合協(xié)同創(chuàng)新，研究者個體的跨區(qū)域、跨機構(gòu)、跨領(lǐng)域流動也是知識生產(chǎn)與知識創(chuàng)新的重要源泉之一。首先，創(chuàng)新人才的跨區(qū)域流動經(jīng)歷十分常見。如，2019年物理學獎得主米歇爾·馬約爾（Michel Mayor）先后在劍橋大學、智利的歐洲南方天文臺以及夏威夷大學工作過;2016年諾貝爾物理學獎得主鄧肯·霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）曾在法國格勒諾布爾的勞厄-朗之萬研究所、美國南加州大學、新澤西州貝爾實驗室、加州大學圣地亞哥分校及普林斯頓大學工作。

其次，部分研究者還實現(xiàn)了不同類型組織之間的跨界流動，主要表現(xiàn)為在大學、企業(yè)以及研究機構(gòu)之間頻繁流動。2019年諾貝爾化學獎得主吉野彰（Akira Yoshino）在京都大學學習技術(shù)后，于1972年開始在旭化成（Asahi Kasei）化學公司工作，他于2005年在大阪大學獲得博士學位。自2005年以來，他一直在旭化成公司領(lǐng)導自己的實驗室。而2016年諾貝爾化學獎得主弗雷澤·斯托達特（Sir J. Fraser Stoddart）在加拿大女王大學、英國謝菲爾德大學、ICI公司實驗室、英國伯明翰大學、美國加州大學洛杉磯分校以及美國西北大學等多個機構(gòu)工作過，他對分子機器的發(fā)展作出了貢獻，分子機器可用于新材料、傳感器和儲能系統(tǒng)。與之同時獲獎的另一位科學家伯納德·費林加（Bernard L. Feringa）在荷蘭和英國的殼牌石油公司工作了幾年后加入荷蘭格羅寧根大學，他也為分子機器的發(fā)展作出了貢獻，包括在1999年通過使分子轉(zhuǎn)子葉片向同一方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)而構(gòu)建了分子馬達。

研究者正是通過攜帶自己的跨學科背景和知識積淀，游走于不同類型、不同領(lǐng)域、不同性質(zhì)的組織機構(gòu)之間，成為多個組織之間聯(lián)系溝通的紐帶，從另一個角度打通了知識交流融合的渠道和平臺。一方面，他們是吸收借鑒不同文化和知識體系的學習者和成長者;另一方面，他們也為不同組織和地區(qū)帶去了新思路和新方法。2014年諾貝爾化學獎得主赤崎勇（Isamu Akasaki）從京都大學電氣工程專業(yè)畢業(yè)后，開始在神戶工業(yè)株式會社（電子公司）工作。1964年，他回到學術(shù)界，在名古屋大學獲得博士學位。在松田電子公司工作多年后，他又于1981年成為名古屋大學的教授，并最終在名古屋的名城大學擔任教授。與他一起獲獎的中村修二（Shuji Nakamura）也具有較為豐富的跨界經(jīng)歷。他在德島大學學習電氣工程碩士畢業(yè)后，進入德島的日亞化學（Nichia）公司工作，后到佛羅里達大學電子工學部留學。1988年，公司又資助他進入美國佛羅里達州立大學研究金屬有機物化學氣相沉積。1993年，他在公司進行的工作就是他獲得諾貝爾獎的研究——成功地使用難以處理的半導體氮化鎵，制造出高效的藍色發(fā)光二極管。上述案例可以為這種研究者依靠自身流動促發(fā)知識創(chuàng)新提供很好的證明。

四、跨學科知識生產(chǎn)的經(jīng)驗與啟示

首先，重大創(chuàng)新的跨學科實踐與發(fā)生機制是復雜多樣的，不僅可能表現(xiàn)在理論視角的相互融合與借鑒，還有可能表現(xiàn)為理論與應用的交互作用，是多重交叉中“量的積累”后的“質(zhì)的飛躍”。如果說拓撲相變的發(fā)展主要是理論的交叉，而冷凍電子顯微鏡的發(fā)現(xiàn)則是從理論到應用的一次飛躍?？鐚W科不是回到前學科狀態(tài)，而是不斷打破學科界限、破除思維局限的過程。一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛發(fā)展，知識的跨時空跨區(qū)域傳播日益便捷，知識的可獲得性逐步提高。這意味著不同學科的知識之間相互碰撞、交互發(fā)生作用的空間越來越大，知識的跨學科性、熵值和復雜程度越來越高。在此過程中，學科邊界不斷模糊甚至消退，取而代之的是新興學科的建立以及網(wǎng)格化、交互化與拓撲化的知識圖景。另一方面，隨著知識生產(chǎn)模式Ⅱ逐步取代知識生產(chǎn)模式Ⅰ，跨學科作為知識生產(chǎn)模式Ⅱ的首要形式[12]，日益成為當今世界主流的知識生產(chǎn)過程。單一學科的縱深研究難于取得重大突破，知識創(chuàng)新越來越依靠集成創(chuàng)新、吸收消化融合轉(zhuǎn)化再創(chuàng)新?？鐚W科性既是當今社會各學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的重要特征之一，也是各領(lǐng)域知識生產(chǎn)模式的重要趨勢之一。作為現(xiàn)代科技創(chuàng)新的重要動力源泉之一，開展廣泛、充分而有效的跨學科研究對于我國實現(xiàn)科技創(chuàng)新強國目標尤為關(guān)鍵。

其次，跨學科知識生產(chǎn)是共時空與跨時空、組織制度構(gòu)建與人的跨界流動交疊并行的創(chuàng)新過程。團隊建設(shè)與協(xié)同合作對于知識生產(chǎn)活動是至關(guān)重要的，而跨學科研究絕非一朝一夕之功，而是長期思考、碰撞、融合的結(jié)果，這意味著構(gòu)建有形的、相對固定的跨學科跨區(qū)域合作組織是必要的。只有實現(xiàn)組織化和制度化，跨學科研究才有相對穩(wěn)定而充足的資金、人員與設(shè)備支持。2013年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主詹姆斯·羅斯曼（James E. Rothman）在回答新華社采訪時說：“應該承認，我上世紀早期開始的研究，是受了政府愿意冒險給年輕科學家出資做研究的支持?！盵13]在數(shù)十年探索膜融合的過程中，羅斯曼發(fā)現(xiàn)了囊泡運輸和靶膜融合的機制，為人類解開了生命運動過程之謎。2011年諾貝爾物理學獎得主施密特也強烈支持國家戰(zhàn)略驅(qū)動下的長期科學和醫(yī)學研究資助，他認為科學家們?nèi)绻茈y建立和配備大型設(shè)施或參與跨國企業(yè)，就要花費太多時間申請資金而不是做研究[14]。為此，一方面政府必須加大對跨學科研究的投入，因為跨學科的突破性創(chuàng)新為國家科技發(fā)展乃至全人類的社會進步作出了突出貢獻，政府有職責為其提供資源保障;另一方面，高校、企業(yè)與社會力量等應充分搭建跨學科研究平臺，特別是集中打造一批跨學科研究團隊，促進多學科人才流動與知識交流，實現(xiàn)部門間跨界協(xié)同治理。當然，跨學科機構(gòu)建設(shè)不是萬能藥，有形的、機械的組織建構(gòu)無法滿足復雜的、有效的知識互動與思維碰撞，這就要求跨學科組織載體既要包含擁有固定人員、經(jīng)費、設(shè)施和工作場所的院系或研究所等傳統(tǒng)的實體型組織，又要包含實行雙聘體制的半實體組織，以及具有高度靈活性和流動性的虛體型組織[1]。

再次，對研究者跨學科思維和跨學科意識的培養(yǎng)極為重要?？鐚W科組織可以促進具有多元學科背景和思維方式的學者實現(xiàn)共時空交流，但知識創(chuàng)新活動歸根到底是依靠人來實現(xiàn)的。打破學科壁壘與藩籬，關(guān)鍵在人，關(guān)鍵是在人的能動性。研究者自身跨時空的間接合作、學術(shù)交流與科研傳承也同樣重要。絕大多數(shù)諾貝爾自然科學獎獲得者擁有廣泛的興趣愛好、專深且淵博的科學知識，并依靠眾多科學家的相互協(xié)作[15]。為此，作為培養(yǎng)科學研究人才重鎮(zhèn)的高校，一是要完善跨學科人才培養(yǎng)體系，在研究生教育招生培養(yǎng)全過程、全方位提升開放性和包容性。高校應進一步減少對學生本科碩士學科的招生限制，促進理科和文科之間的相互轉(zhuǎn)換，特別是不要對文科生轉(zhuǎn)理科生抱有成見，支持有真興趣、學科背景豐富、知識視野寬廣的學生跨學科報考。同時，高校需建設(shè)更多問題導向的專題性與研討性課程，鼓勵學生圍繞具體的研究領(lǐng)域和研究問題展開多學科討論、科研訓練與自主嘗試;二是要豐富跨學科交流形式，保障和促進知識共享。跨學科交流的形式既包括正式的學術(shù)講座、學術(shù)會議、組會與研討班等，也包括個體興趣導向和能力導向的非正式合作交流。研究者應提升跨學科學習意識、交流意識和合作意識，與不同機構(gòu)、地區(qū)與時代的研究者展開知識互動;三是研究者乃至學術(shù)界需要轉(zhuǎn)換認識，從傳統(tǒng)的學科認同感逐步過渡到超越學科的學術(shù)使命感，從各立山頭、資源依賴導向的學科建設(shè)文化，向人類科學研究共同體、人類學術(shù)命運共同體的觀念轉(zhuǎn)變，樹立整體的大科學觀。為激發(fā)人才跨學科交流學習的熱情，各高校也應支持卓越人才的跨學科從教、跨機構(gòu)任職、跨組織學習，為人才的學術(shù)科研交流提供基本保障，消除科研評價與人事制度上的頑瘴痼疾，促進人才合理有序地跨學科、跨區(qū)域、跨機構(gòu)流動。

最后，跨學科研究的開展與促進應結(jié)合不同學科的內(nèi)在屬性和特點，有序有效推進。無論是從既有文獻，還是從21世紀諾貝爾自然科學獎的案例均可看出，生理學或醫(yī)學獎、化學獎的跨學科案例較之物理學獎更多。這是由學科自身的知識特點和本質(zhì)屬性所決定的。物理學更加偏向于基礎(chǔ)學科，按照托尼·比徹（Tony Becher）的學科劃分，它屬于“純硬科學”，具有更強的客觀性、原則性和一致性[16]。因此，物理學的交叉突破比較困難。這還可以從諾貝爾物理學獎往往出自同一學術(shù)派系和師承關(guān)系中得到進一步印證。2001年諾貝爾物理學獎授予的三位科學家——美國科羅拉多大學的埃里克·康奈爾（Eric Cornell）和卡爾·威曼（Carl Wieman）以及麻省理工大學的沃夫?qū)た颂乩眨╓olfgang Ketterle），均來自1944年諾貝爾物理學獎得主伊西多·伊薩克·拉比（I. I. Rabi）創(chuàng)建的學術(shù)家族。而拉比又是1989年諾貝爾物理學獎得主拉姆齊（N. Ramsey）的博士生導師，拉姆齊又是1997年諾貝爾物理學獎得主菲利普斯（W. Phillips）與2001年得主威曼的師爺。菲利普斯還是普里特查德（D. Pritchard）的博士后。而這位普里特查德的另一位博士后正是克特勒，他同時也是康奈爾的博導①。此外，2015年諾貝爾物理學獎的兩位得主梶田隆章（Takaaki Kajita）和阿瑟·麥克唐納（Arthur B. McDonald），他們的博士生導師分別為2002年諾貝爾物理學獎得主小柴昌俊（Masatoshi Koshiba）和1983年諾貝爾物理學獎得主威廉·福勒（William Alfred Fowler）。因此，對于我國物理學科的知識創(chuàng)新，應該著力加強面向前沿的、具有系統(tǒng)性和傳承性的研究團隊建設(shè)，保持一定的學科純潔性，確保研究的延續(xù)性與專深性。而對于生物學與醫(yī)學，則需加強交叉學科設(shè)置和交叉研究中心設(shè)立。當然，無論何種學科，跨學科的研究都必須建立在對本學科專業(yè)知識的深入掌握之上，不能為“跨”而“跨”，以“跨”為“上”，盲目跟風和包裝，造成科學研究的碎片化和形式主義。

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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

（責任編輯? 陳劍光）