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有人说,黑暗之中的未知探索,如盲人摸象,摸见卷长的鼻子,摸见敦实的身驱……可是,每个部位拼在一起,才是大象的完整样貌。
有人说,树林里分出两条路,而我选择了人迹罕至的那一条,从此改变一生……可是,道路阡陌交错,岔路口也远不止一处。
换言前沿科学研究,这正是为什么需要学科交叉的道理。
为推动交叉科学高质量发展,以支持基础研究为主线的国家自然科学基金委员会,在三年前成立了交叉科学部,赋予其破除学科藩篱, 推进原创性、颠覆性创新的特殊使命。
12月7日,由国家自然科学基金委员会主办、西湖大学承办,第二届交叉科学高端论坛在杭州举行。当天的圆桌对话环节,由基金委交叉科学部原常务副主任陈拥军主持,汤超、潘建伟、李静海、施一公等4位中国科学院院士,围绕“交叉科学的机遇与挑战”展开了一场深刻探讨。
本期“西湖笔记”,将摘取这60分钟讨论的精华部分,以启发更多思考。
科研项目
“能走多远算多远,在此基础上做一些没人做过的事”
当一群科学家坐在一起,“做什么样的研究”是他们首要讨论的问题:究竟什么是交叉科学?这类研究课题或路径可以被提前设计吗?
中国科学技术大学常务副校长潘建伟,因其多年来聚焦于量子信息领域的研究,被点到回答问题。
量子信息,作为一个新兴的交叉学科领域,开启了第二次量子革命。在交叉科学部筹建阶段,量子信息技术就被认为是“不能缺席的交叉科学”。潘建伟在会场上讲了一段故事,回溯自己如何一步一步迈入交叉科学、受益于交叉科学,并分享了自己的三条交叉研究心得。
“我自己感兴趣的是量子力学基础的检验,刚开始是被动地往交叉方向走。我们从三光子干涉做到四光子、五光子,1999年我写完博士论文之后,觉得这个东西可能到头了,要赶紧换一个方向。
但找到新方向之前,原来的还得往下做:怎么改进亮度,怎么提升探测效率?我们比较幸运,做着做着就可以做六光子、八光子干涉了,本来觉得不可逾越的那些东西,慢慢能够往前走了。
后来大家都知道,我们发射了“墨子号”卫星,但刚开始我们是不敢申请的。2001年,我们从基金委申请到40万,当时觉得已经很多了;后来我们做自由空间,考虑先申请100万经费,先做实验试试,做好了再去申请500万;之后是1000万……这样把每一步都做好了,最后我们就可以研制卫星了。”
潘建伟的第一条经验:“别一下子心太大,从小做起,先往前走一步,觉得还可以就继续往前走一步;做到哪儿了,诚实地告诉别人,诚实地申请经费。”
“当时最大的困难,这是一个全新的东西,还只能做到几个比特,第一次去基金委申请项目的时候,被认为是“不靠谱的”、“肯定不行的”,最后没有申请到。当时没有交叉科学部,搞物理的人认为你去搞信息,不务正业;搞信息的人,觉得你只做了几个比特……
所以交叉科学部非常重要,能够支持科学家自由探索。一个科研项目,如果慢慢能够往前走了,也许会变成一个大的学科了,比如量子信息;如果走着走着走不下去了,自然就被历史淘汰掉了。”
潘建伟的第二条经验:“要经得起质疑,别人不停地骂你,到现在这种声音也一直都在,但只要你自己觉得有道理,按你自己觉得正常的路线去走。”
“我们当时做实验的时候,会有人问:美国有没有在做?欧洲有没有在做?
其实比较有意思的是,国际上对这个领域开始大量支持,是在中国“墨子号”发射成功之后。前阵子有位朋友回哈佛大学,问他们物理系的人在干什么,对方说我们正在搞量子计算,因为你们中国发射了“墨子号”之后,我们现在都得到充分支持了。”
潘建伟的第三条经验:“能走多远算多远,但在这个基础上,还得敢做一点别人没有做过的事情。”
人才支持
“研究问题是自下而上的,学校支持是自上而下的”
正如潘建伟院士所说,交叉科学的重要性,在于它支持自由探索。而大学,作为科研工作的一线,是否为科学家提供了自由探索的空间?
西湖大学是新中国历史上第一所社会力量举办、国家重点支持的新型研究型大学,创办五年来始终以体系化的创新举措去鼓励并支持交叉科学的发展。其中,一个显眼的细节——西湖大学云谷校区最核心的学术环建筑群,以一个长达500多米的C型连廊建筑,串连起理学院、工学院、生命科学学院的数百个实验室,让不同研究方向的师生能够方便地交流。
除此之外呢?校长施一公在圆桌对话中介绍了交叉科学在西湖大学是如何落地的。
“西湖大学的办学定位是九个字——小而精、高起点、研究型,其中研究型重点指交叉研究。原因很简单,传统的研究往下做有出路,但出路不大,我们希望在交叉学科方向多一点突破,能够在新的方向上实现引领。
具体做法很简单:研究问题是自下而上的,学校支持是自上而下的。
所有交叉研究一定来自一线的科学家,他们彼此之间有交叉的需求,会相互讨论。不是由学校去讨论、去设计或去主导学科交叉,那么学校做什么?
第一,学校提供经费支持。
只要是来自PI(特聘研究员、博导)的、真正意义上的交叉课题,他想做但没有钱,可以告诉学院、学校,学校一般都是支持的。这里需要注意,我说的是“真交叉”,不是随便找两个其他学科的人简单配合一下、打个下手,不是这样的。
第二,学校设计制度支持。
既然是交叉科学,很多情况下涉及跨院系交流,这在很多大学里是挺难的。需要学校给予各方面制度上的支持。在这里我简单举一个例子,比如博士生培养,必须打破传统的学科课程体系,怎么办?以化学为例,假设要求修10门课,但10门课都是化学系的,那还叫交叉科学吗?但如果只学其中两门,化学系一定不愿意给你学位。
在西湖大学,我们采取博导双聘的办法。一个博导聘在工学院后,可以同时聘到生命科学学院,他在这两个学院都可以有博士生名额。导师可以跨院系,学生也可以,我们鼓励学生申请跨院系双导师培养。还是以工学院为例,一个学生学AI的,但他希望我做他的导师,完全可以,只要他能够说服我。他的主聘导师在工学院,但他可以参加我的组会,可以让我指导研究,可以参加生命科学学院的各种学术活动。”
学生培养
“不要把科学问题定义成‘学科问题’”
自然科学基金委交叉科学部主任、北京大学前沿交叉学科研究院执行院长汤超院士,也认同交叉科学“自下而上”自由探索的形式,共同的科研问题和共同的研究兴趣,是一切的基础。延续这个话题,他也特别提到了营造交叉科学环境的重要性。
“刚才一公也说到了,建伟也说到了,交叉科学需要跨很大尺度的交流。过去没有这个条件,也就没有这个氛围,所以我们在大学里一定要创造交叉科学的学术氛围,举办各式各样的活动,把不同方向的导师聚在一起。
谢晓亮和乔杰的合作非常成功,最早就是开“神仙会”开出来的。当时,我们把医学院的人拉来谈自己面临的临床问题,乔杰问人工授精如何排除有遗传缺陷的受精卵,谢晓亮说他最近的单细胞测序技术能不能搞这个问题?就是从那个时候开始合作,后来成果显而易见。”
类似的学术活动,在西湖大学也很多,最具代表性的有两个:
一个是每周一顿饭的“学术交叉午餐会”,由一位PI主讲,大家边吃边聊,五年来很多重要的科研成果,起初都来自某一顿饭。另一个是“News and Ideas”,每期先从一则与前沿科学相关的新闻讲起,比如马斯克的脑机接口,为参加的PI提供了一个“话头”,由此展开的讨论走向往往带来惊喜。这两个活动不设观众限制,不管是什么学院、什么学科,都可以来听。
汤超认为,这种科研氛围特别重要,要鼓励大家去做真正感兴趣的、科学问题主导的一些研究,而不拘泥于本学科的问题,不要被“学科”概念束缚住。
“我们希望从本科生开始就要有很强的交叉科学意识,不要自己先把学科壁垒树立起来。当你去想一个科学问题的时候,不要先入为主地把它定义成某一学科的问题,不要想这是一个数学问题、物理问题还是生物问题,它就是一个科学问题,它需要用什么方法去解决。这些方法可以是你在学校学的知识,也可以是你在实验中学到的。”
组织机制
“为什么口头上都赞成,但就是交叉不起来?
交叉科学问题从哪里来?如何支持交叉科学,尤其是交叉科学人才?这些围绕交叉科学展开的话题之后,在圆桌对话的尾声,曾任自然科学基金委党组书记、主任的李静海院士,把大家的思路拉回到三年前,国家自然科学基金委员会为什么要成立交叉科学部?
“1986年成立以来,基金委一直很重视学科交叉,项目评审时也反复鼓励专家,支持交叉科学研究工作。2018年,我们开始推动三项改革:明确资助导向、完善评审机制、优化学科布局。做好这三项改革,不是一个简单地鼓励、提倡就可以的事,一定需要在组织模式上有所变化。
我们做了一些调查分析:究竟哪些因素阻碍了学科交叉?为什么口头上大家都不反对,而且非常赞成,但就是交叉不起来呢?这种难的事情,长时间做不好的事情,总得做一些变化。”
这次调查的结果是什么呢?李静海主任简单总结了四点:
第一,学科交叉是大势所趋,但全球主要科研资助机构都认为交叉科学的资助非常难,申请难度大、评价体系不完善,都影响科研工作者申请学科交叉项目的积极性。
第二,学科划分越来越细,但交叉是不限学科的。如果没有交叉科学,局限于学科体系内部循环发展,很多研究无法突破边界,知识体系必然有缺失的环节。
第三,科研范式的变革与突破势在必行。想要取得能够影响全世界、全人类发展的重大突破是很不容易的,必须采取一定措施,探索新的科研范式来应对重大挑战,否则会失去科学发展的机遇。
第四,我国已具备学科交叉的一些基础,但交叉科学缺少有效管理,组织模式和评价机制也跟不上,不足以推动系统性的、比较全面的、大家都能得到支持的环境,应该创造这么一个环境。
由此,交叉科学部应运而生。
“如果不成立这样一个交叉科学部,我们在比较容易做到的事情上没有做,那就更不要说真正推动学科交叉、要发生变革了。这会对未来的科学发展留下风险。
所以我们坚定不移,交叉科学部一定要成立。交叉科学部要探索新的科研范式,解决重大交叉科学问题,建立支持交叉研究的新机制,重视培养交叉科学研究人才。
现在做了三年,我看到今天会场上自由的学术交流,如果没有交叉科学部,出席会议的人员结构不会这样多元化。三年前的成立大会上我就讲过,交叉科学部是个新生事物,我们既要充满期望,又要充分包容,尽全力支持交叉科学部的发展。”
诚实,坦率。
这是此次圆桌对话带给观众的最大感受。不论是谈论自己数十年来的科研工作,谈论对年轻学者、学生的培养,还是谈论这个国家科学发展的未来,几位科学家的字字句句,都传递着他们对于科学的热忱与关切。
“在坚守规则的情况下,去试图打破规则。”陈拥军说。
听上去有些矛盾?这是交叉科学的难处,也是交叉科学的空间。
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