今天,世界已經(jīng)進入大數(shù)據(jù)時代,如何適應這樣的時代、引領(lǐng)這樣的時代,是每一個科學領(lǐng)域必須要面對的問題。從某種程度上說,基礎(chǔ)科學的進展依賴于數(shù)據(jù)的獲取與分析。今天,數(shù)據(jù)量爆炸式增長、數(shù)據(jù)處理工具不斷改進,給基礎(chǔ)科學帶來了新機遇和新挑戰(zhàn)。

1 大數(shù)據(jù)賦予基礎(chǔ)研究新特征

面對大數(shù)據(jù)時代空前的數(shù)據(jù)爆炸、更復雜的經(jīng)濟社會需求,基礎(chǔ)研究被賦予新的特征和功能,在促進原始性重大創(chuàng)新、孕育源頭技術(shù)和顛覆性技術(shù)、解決社會實際問題、應對長期挑戰(zhàn)等方面被寄予厚望

基礎(chǔ)科學是人類對自然界基本規(guī)律認識的總和。從事基礎(chǔ)科學問題研究的活動統(tǒng)稱為基礎(chǔ)科學研究,簡稱基礎(chǔ)研究。基礎(chǔ)研究自提出以來,一直都是一個比較寬泛的概念,內(nèi)涵性質(zhì)和關(guān)鍵推動因素不斷豐富。也正是由于其界限模糊,才被各國政府和學者通過不同的政策含義、資助框架、制度安排和研究成果不斷地重新界定。

科技界、政府和社會在不同發(fā)展階段對基礎(chǔ)研究有不同的認知。

1945年,美國科學家布什在《科學:無盡的前沿》中首次提出了基礎(chǔ)研究和應用研究分類,成為“基礎(chǔ)研究-應用研究-技術(shù)開發(fā)-商業(yè)應用”線性模式的思想源頭,影響了很長一段時期主要國家的科學技術(shù)政策。

20世紀60年代,經(jīng)合組織系統(tǒng)地開展了R&D(研究與開發(fā))統(tǒng)計調(diào)查:將基礎(chǔ)研究分為純基礎(chǔ)研究與定向基礎(chǔ)研究,把定向基礎(chǔ)研究和戰(zhàn)略應用研究統(tǒng)稱為戰(zhàn)略研究。這種分類既反映了知識生產(chǎn)方式的融合趨勢,也反映出政府研發(fā)投入對國家戰(zhàn)略目標的關(guān)注。在接下來的幾十年中,基礎(chǔ)科學的內(nèi)涵和定義也在不斷發(fā)生變化。

今天,基礎(chǔ)研究已經(jīng)發(fā)展為“生態(tài)模式”,資源基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不斷演變,驅(qū)動因素不斷豐富,必然帶來管理政策和評價方式的轉(zhuǎn)變。

從歷史發(fā)展進程看,基礎(chǔ)研究的內(nèi)涵界定都是為了適應特定階段社會發(fā)展和政策制定的需要。傳統(tǒng)純基礎(chǔ)研究活動的特征界定是:“不以任何特定的實際應用為目的,保持相對獨立并由科學家按照自身意愿去開展工作。”但隨著基礎(chǔ)研究投入日益多元化以及組織模式持續(xù)變革,主要國家在鼓勵科學家自由探索的同時,更加強調(diào)戰(zhàn)略需求導向和知識的轉(zhuǎn)化應用。

基礎(chǔ)科學事關(guān)國家當前和長遠戰(zhàn)略利益,本身就是戰(zhàn)略需求。政府支持基礎(chǔ)研究的政策導向已經(jīng)由糾正市場失靈演化為提供公共產(chǎn)品服務、保證經(jīng)濟長期繁榮發(fā)展、營造創(chuàng)新生態(tài)和贏得創(chuàng)新競爭等諸多方面。

2 數(shù)據(jù)科學改變基礎(chǔ)科學研究范式

數(shù)據(jù)科學正以勢不可當?shù)牧α肯矶鴣?科學界、政府和社會公眾都需要重新認識大數(shù)據(jù)時代基礎(chǔ)研究的新特征及其影響,特別是對經(jīng)濟社會的影響機制和戰(zhàn)略價值

1998年度圖靈獎得主吉姆·格雷于2007年初最早提出“科學方法的革命”,將科學研究分為四類范式(Paradigm,指科技界普遍遵循的科學規(guī)范和普遍運用的研究套路),依次為實驗歸納,模型推演,仿真模擬和數(shù)據(jù)密集型科學發(fā)現(xiàn)。數(shù)據(jù)密集型科學發(fā)現(xiàn)以大數(shù)據(jù)為主要特征和戰(zhàn)略資源,即“大數(shù)據(jù)科學”和“科學大數(shù)據(jù)”。大數(shù)據(jù)可以幫助科學家們打開探索未知領(lǐng)域的大門,科學家們將以“分析全樣本、接收非精確、發(fā)現(xiàn)相關(guān)性”的新思維探索科學研究。

雖然大數(shù)據(jù)時代帶來了思維方式等認知層面的轉(zhuǎn)向,但基礎(chǔ)科學主體的發(fā)展依然遵循物理、化學、信息、生命科學等基礎(chǔ)學科自身的規(guī)律,并且具有交叉、融合與滲透的邏輯性。不過改變已經(jīng)愈加清晰:與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的科學研究相比,無論是大型望遠鏡列陣收集回來的各種宇宙星系圖像,還是從DNA測序儀形成的各種基因組,或是社交網(wǎng)站的點擊次數(shù),都可以成為數(shù)據(jù)收集目標。以前需要10年才能完成的人類DNA測序,現(xiàn)在一天左右就能完成。基于統(tǒng)計機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡以及深度學習,人工智能的思考能力在提升,人類對未來的預測上變得前所未有地精確。

計算科學和大數(shù)據(jù)方法在提高科學發(fā)現(xiàn)概率、拓寬科學研究視野、促進交叉聚合的同時,也在催生新學科創(chuàng)新增長,使新技術(shù)研發(fā)應用變得更加快捷、簡潔、高效。但是,“大數(shù)據(jù)科學”和“科學大數(shù)據(jù)”會對科學哪一領(lǐng)域哪一階段的發(fā)展產(chǎn)生突破性影響和行業(yè)帶動?大數(shù)據(jù)對基礎(chǔ)研究的影響到底是階段性的還是長久性的、局部的還是全面的?這些問題還并不清楚,需要引起科技界、政府和包括公眾在內(nèi)的更多相關(guān)者予以關(guān)注。

3 大數(shù)據(jù)時代要求基礎(chǔ)科學組織方式與時俱進

大數(shù)據(jù)的意義并不只是海量、多樣的數(shù)據(jù),而是如何采取更合適的支持方式和支持力度將其規(guī)模大、種類多、跨界融合的特征運用到基礎(chǔ)研究和知識轉(zhuǎn)化應用之中

無論從組織方式、資助方式還是從科研行為上,大數(shù)據(jù)使傳統(tǒng)的基礎(chǔ)研究活動和知識生產(chǎn)模式呈現(xiàn)出了新的交叉、融合與滲透特征,不僅促進了不同領(lǐng)域、不同學科科學共同體的深度整合和精細分化,還促進了基礎(chǔ)研究的推動因素和利益相關(guān)者的多樣化。這些特征無疑將對基礎(chǔ)科學的發(fā)展,尤其是給基礎(chǔ)科學的管理及決策帶來巨大影響。

在“大數(shù)據(jù)科學”和“科學大數(shù)據(jù)”的支撐下,數(shù)學、物理、生物等不同領(lǐng)域、學科的思維、模式、方法、工具、概念和數(shù)據(jù)交叉融合在一起,會激變產(chǎn)生出新的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)、理論、知識、思路和方法。基礎(chǔ)研究不再是某一學科、某一領(lǐng)域中的某個科研團隊獨立進行,科學家們可以共享不同學科、不同領(lǐng)域中的其他科研團隊的成果數(shù)據(jù),使用功能更加強大的研發(fā)工具,發(fā)掘更多原始性發(fā)現(xiàn)和新知識。事實上,這一共享不只是數(shù)據(jù)的交叉、融合,更是科學共同體內(nèi)部、外部的交叉與融合,將吸引更多不同學科和領(lǐng)域的研究人員加入到基礎(chǔ)研究中,使得基礎(chǔ)研究的功能得以進一步拓展和融合。

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來,人類認知的“去等級化”轉(zhuǎn)向,在本質(zhì)上帶來了科技創(chuàng)新領(lǐng)域的平等化趨勢,雖然這一轉(zhuǎn)向并不能徹底消除科技領(lǐng)域“馬太效應”的存在,但階層的分化會增加,層級差異會逐漸縮小。這一發(fā)展趨勢必然對基礎(chǔ)科學的資助方式、管理模式以及評價體系產(chǎn)生重要的影響。從無到有的原始性創(chuàng)新,更需要“尊重科學研究靈感瞬間性、方式隨意性、路徑不確定性的特點,允許科學家自由暢想、大膽假設、認真求證”。

總之,大數(shù)據(jù)時代為我國基礎(chǔ)科學跨越式發(fā)展帶來了變革性機遇和復雜性挑戰(zhàn)。研究范式的深度改變要求我們加快建立更加包容和寬容、支持非共識創(chuàng)新項目的基礎(chǔ)研究制度,鼓勵變革性學術(shù)思想,促進創(chuàng)新治理體系從跟蹤型向引領(lǐng)型轉(zhuǎn)變。

(作者單位:中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院)