伟大的实验
伟大的实验
中国已成为领先的科研大国。但能成为伟大的吗？
中国的嫦娥四号探测器上月 3 日登陆月球，不过如今登月已经算不上什么顶尖的成就了。印度政府和以色列一个获得大笔资助的爱好者团队今年都将尝试登月；多家美国公司也打算在 2020 年奔赴月球。但在所有这些中国以外的登月计划中，飞行器都将降落在月球朝向地球这一面，因而能从地球上的控制中心密切观测。以前的登月项目都是如此，无论是美国的、前苏联的，还是中国在 2013 年启动的探月工程。
然而，嫦娥四号在冯·卡门撞击坑内的着陆点却是在月球的背面，望远镜无法观测到，也无法直接接收来自地球的无线电信号。只有在预先精心部署的中继卫星的帮助下，探测器才能在那里着陆并发回数据。其他国家也考虑过这样的做法，但从未实施过。中国一直在认真积聚实力以求探索尚未涉足之地，现在它做到了。
中国热衷于这种标志性的卓越成就，愿意为之付出努力。它希望全世界——还有它自己的人民——知道它是一个世界强国，不仅拥有庞大的经济体量，同时还拥有与之相匹配的地缘政治影响力和军事力量、各种各样的软实力、传奇的过去、荣耀的未来。科学在其中的角色举足轻重。与在其他国家一样，科研在中国被视为一项崇高的事业，以及技术进步不可或缺的基础。中国领导人认为技术进步不仅对本国经济至关重要，对业已增强的军事实力和社会发展也同样重要。他们想要那种有助于中国投射影响力，并能解决其人民特有的问题的科学。他们需要新型清洁能源以摆脱资源的制约。而中国不断增强的科研实力让这些宏图大志似乎都变得可实现。从登月到在月球采矿还有很长的路要走，但在这类事物上常常可以听到各种推断。正如一位微博用户在嫦娥四号着陆后所言：「中国创造了历史！半个月球都将是我们的。」
中国对科学发展寄予的厚望促使它在这方面大力投入。2000 年至 2016 年，中国的研发支出增长了十倍 (见图表 1)。这本敞开的支票簿买回了大量炫目的装备。在科技部以及清华、北大所在的北京海淀区某处，似乎有一位公务员默默地在象征科学地位的成就清单上打勾。载人航天？有了。庞大的基因组测序设施？有了。科考船队？有了。世界上最大的射电望远镜？有了。气候研究人员将钻芯钻入南极冰盖深处？ 有了。世界上最强大的超级计算机？ 有了 (美国重新获得领先后这个勾擦掉了，但敬请关注后续)。地下中微子和暗物质探测器？ 都有了。世界上最大的粒子加速器？这个还下不了笔。
这个「采购狂潮」很容易让人回想起战后美国「大科学」的黄金岁月。从 1957 年国际地球物理年到 1993 年超导超级对撞机 (SSC) 项目取消的这段时间里，美国经济日益强大，政府不断加力，将资源投向本国科学领袖最希望发展的领域。从夸克的发现到基因克隆，再到垄断诺贝尔奖，美国科学开始称霸世界。
在那 40 年里，美国做了各种人类前所未有的科学尝试。欧洲也一样，但规模相对较小。欧美开辟了高能天体物理学和分子生物学等全新的知识领域。它们受益于有史以来最庞大、受到最好教育的几代国民。除此之外它们还敞开怀抱，吸纳来自世界各地的精英。而这一切发生在一个尊崇自由探索的文化中，与前苏联阵营的共产主义文化截然不同。
就科学成就而言，那是人类历史上最令人瞩目的时期之一。与那时的繁荣相比，中国新添置的硬件虽然通常都很宏伟，但仍有所不及。中国一直在奋力追赶，而不是冲在前头。它也没有成为指引他国科学家的灯塔。 中国的科学研究并非受益于自由探索的文化，而是在共产党和政府的密切注视下进行的。党和政府一方面希望取得科学成果，但对于不受约束的信息流动、质疑的精神和批判性的怀疑主义往往又难以放心，而这些通常都是科学成果生长的土壤。
美国的科学繁荣扎根于一个坚实的制度和意识形态基础之上。这个基础源于自 20 世纪上半叶开始显现非凡价值的优秀的研究型大学，它们给予的智力自由吸引了受到其他政权威胁的杰出人才，包括爱因斯坦、恩里科·费米和冯·卡门 (Theodore von Kármán)——嫦娥四号的新家正是以这位匈牙利出生的航天工程学家的名字命名。中国引进的想法和方法多于人才和理想，由此产生的架构并不稳定。这种脆弱性常见于自上而下的指令性机制，而非自下而上建立起的体系。
自上而下的雄心壮志可能导致「还不会走就先跑」。以 2016 年启用的 500 米口径球面射电望远镜 (FAST) 为例，它建于贵州省的一个天然盆地，口径超过美国那台全球第二大射电望远镜两倍。但是 FAST 没有主管科学家。中国在硬件方面一跃到顶，却发现自己处于一个尴尬的境地：手边并没有兼具运行这套设备所需的科学和管理技能的射电天文学家。 而且，直到现在它也没能招募到一个愿意到望远镜所在的偏远地区工作的合格的外国专家。
不只是政府容易去走弄巧成拙的捷径 (无论是有象征意义的项目还是别的)，中国的科学家也会堕入这种诱惑的陷阱。中国不仅仅是在重现美国科学在冷战时期实现的国家声誉大涨，它还是在冷战后的高科技时代里做这件事。在这个时代，任何一所美国大学若没有一个大量风险资本家组成的微生物群落与自己共生，都会觉得自身不完整。研究的经济效益越来越被认为可能是科研人员乃至整个社会的福音。
有一个特别恶劣的例子，那就是 2018 年最出名的中国科学创举。贺建奎看起来像是个典型的现代中国科学家。他曾就读于合肥的中科大，后来去往美国，到同样享有盛誉的莱斯大学和斯坦福大学继续深造。中国政府的「千人计划」将他作为人才引进回国，到位于深圳的南方科技大学的一个新岗位上任职。在那儿立住脚后，他就停薪留职，开始创业。
他创建的项目是编辑人类胚胎的基因，结果诞生了一对双胞胎女婴。到目前为止，她们看起来没什么不健康。但她们也没有得到贺建奎宣称他的基因编辑所能带来的好处，这种好处本身也值得怀疑。这种编辑未经批准，也不合法。贺建奎一对外公布此事就广受抨击。
成功无法克隆
贺建奎事件可能会发生在许多地方，也不能代表广大中国科研人员——他们当中有 122 人共同签署了一封公开信，谴责他的做法。不过，此事件发生在中国也不足为奇。中国科学家为让自己和自己的国家在精英科学界中立足而努力，此事件是这种追求中的一种扭曲的行为。但它又是一个非常能说明问题的例证。
我们需要在这种背景下来看待中国科研论文数量的惊人增长。单看发表数量，2016 年中国超过了美国 (见图表 2)。但有些论文的质量低劣。2018 年 4 月，加州大学圣塔芭芭拉分校的韩雪英 (Han Xueying，音译) 和理查德·阿佩尔鲍姆 (Richard Appelbaum) 公布了他们从中国一流大学的 731 名研究人员那里征集到的意见。正如复旦大学的一位研究人员所说：「很多人论文造假或抄袭，都是为了通过年度绩效考核。」
中国政府明白，质量低下甚至是欺诈性的研究是对声誉的威胁。这是它正在精心打造一个科研架构的原因之一。该体系的一个支柱是被称为九校联盟的精英大学核心组织。复旦就是其中之一，清华和北大以及贺建奎的母校中科大也是其成员。另一个支柱是中国科学院，一个拥有自己的实验室的官方机构，这些实验室将遵循通行的国际标准。政府正在打击劣质期刊，尤其是那些供研究人员付费出版的期刊。以这种方式提高标准不仅会改善科研的质量，还将吸引到最优秀的科学家。
1978 年邓小平上台后，鼓励中国的尖子生到国外深造。许多人按政府预期的那样，满载着在国内无法获得的知识回国。没有他们，政府投再多的钱也无法实现如今的科学繁荣。但顶尖人才经常选择留在国外。2008 年，中国启动「千人计划」，用金钱和实验室空间吸引这些留在国外的人才回国。
该计划理论上是面向所有在海外实验室工作的一流研究人员，无论国籍。而在实际上，很少有非中国人会利用这个计划。但很多中国人会。他们回国后被称为「海龟」，因为人们认为他们就像海龟一样回到自己出生的海滩来产卵。
然而，没出过国的人才也不会被忽视。与「千人计划」并举的还有「长江学者奖励计划」，目标是在数千个省级机构中发掘被埋没但有可能成为一流研究者的人员。一旦得到了长江学者的身份，他们也就会被带进一个有特别影响力的小圈子。
太空人夺回控制权
这样的政策在各个层级都取得了成果，最高层级除外。至今为止，在中国工作的中国科学家只获得过一项诺贝尔奖。除了屠呦呦发现青蒿素 (一种新型抗疟药物) 的研究之外，尚未有任何中国的科学进步在一个公正开明的人眼里可能够得上诺贝尔奖。中国没有发现任何基本粒子，也没有发现任何新一类的天体。中国科学家还没有任何极其重要的科学发现能媲美 CRISPR-Cas9 基因编辑技术的发展 (美国)、多能干细胞的创造 (日本)、DNA 测序技术的发明 (英国) 等成果。
但是，中国现在确实有大量优质的科研成果，特别是在那些有实用前景的较新领域。中国的科研人数众多且不断增长 (见图表 3)，这些人被吩咐去解决有趣的问题，他们本身对此也有强烈的兴趣。 科学出版商爱思唯尔 (Elsevier) 与日经新闻 1 月 6 日发表的一项研究发现，在 30 个具有明确技术应用前景的热门研究领域中，中国在 23 个领域里发表的高影响力论文多于美国。中国的科学就像一个灵活的巨人，可以在任何有前景的新领域中密集投入大量通常受到中央鼓励的科研力量。
双层电容和生物炭 (23 个领域中的两个) 等领域的发展可能很重要，但不太可能引起太多注意，不管是诺贝尔奖委员会、公众，还是外国人的注目。为了能清晰地展示国家实力，中国正沿着美国、欧洲和日本走过的大科学路径前进：发展大型物理实验，把东西尤其是人送入太空。
中国国家航天局已将几名「中国太空人」送入太空轨道，并提供了小型太空实验室，让他们在天上也有地方活动活动。航天局的短期计划是建立一个更大的空间站，由分开发射的模块在轨道上组装而成；长期目标则是完成载人登月，这要借助比如今所有火箭都更强大的全新运载火箭——长征 9 号。
隶属中科院的国家空间科学中心正忙着发射科学卫星；2018 年 4 月，它宣布争取在 2020 年前或随后不久发射六颗新的科学卫星。不过，中国发射的大多数卫星都不是科学卫星，而是用于通讯、地球观测和搜集军事情报的卫星。中国的太空计划始于军用目的，虽然已不再由军方直接管理，但军队仍然密切参与中国轨道能力的发展。2007 年，中国测试了一种反卫星武器；外界认为是解放军的「战略支援部队」在负责协调中国的空间战、电子战和网络战能力。中国的太空人全都是解放军军官。其他物理实验设施也有明显的军事用途，例如用于研究高超音速飞行方式的风洞，这种研究其实仅与军队有关。
除了火箭，中国最雄心勃勃的大科学计划就是建造有史以来最大的粒子加速器。自上世纪 30 年代开始发展以来，环形粒子加速器已经从一个房间大小发展到了大型强子对撞机的规模。这个对撞机位于法国-瑞士边界地区的欧洲核子研究中心 (CERN)，占据了一条长达 27 公里的地下环形隧道。加速器越大，向粒子注入的能量就越高。大型强子对撞机质子对撞产生的能量比上世纪 30 年代在伯克利研发的原始加速器高出一百多万倍。
磨砺基因剪刀
中国计划修建的加速器预计将占据一条长达 100 公里的环形隧道。即便是中国也无法独自为这样的「巨兽」买单。在本世纪头十年，CERN 为大型强子对撞机花费了超过 40 亿瑞士法郎 (50 亿美元)，而其他国家 (包括中国和美国) 对其实验的贡献大大增加了总花费。为了把该设施利用起来，又另外花费了几十亿。中国物理学家的数量又不足以让这种设施利用起来。和大型强子对撞机一样，下一个加速器无论建在哪里，都将成为一个自成一体的世界性实验室：这样的大玩具地球有一个就够了。但是中国似乎比任何国家都更重视在本国建造加速器。当年美国取消了建造巨型超导超级对撞机的计划，CERN 的大型强子对撞机遂成为世界上最大的加速器，这带来的影响不仅局限于粒子物理学界。如果中国摘走了 CERN 的皇冠，也会有同样的效应。
粒子物理学享有特别的声望，这既是因为它早期曾与核武器的发展有关 (现在已经没有关联)，也是因为它所探究的概念很深奥，此外还因为它所使用的工具的规模和费用巨大。但是物理学的其他一些领域有更多前沿性的发展。其中包括将量子力学更深奥的方面应用于计算和密码学，中国在这一领域领跑全世界：它是第一个通过卫星发送量子加密信息的国家。中国在计算机科学领域也罕有对手。虽然它还没有能与其他国家相比的半导体产业，但它在许多应用领域都处在世界领先水平，特别是人工智能。
中国在生物学的热门领域同样领先。贺建奎不是第一个编辑人类胚胎基因的人。这一殊荣属于位于广州的中山大学的研究员黄军就，他的研究无可指摘，且光明正大。和贺建奎一样，黄军就也是利用了 CRISPR-Cas9 技术。2012 年以来，这种形式的基因编辑已成为生物学中最热门的领域之一，中国在该领域成就显著 (见图表 4)； 根据爱思唯尔和日经新闻的研究，世界上引用率最高的基因编辑论文中，由中国发表的论文占总数的 22.6%，是美国发表数量的一半略多，远超其他任何国家。
黄军就希望将 CRISPR-Cas9 应用于治疗遗传性血液病β型地中海贫血。为此，他于 2015 年成功编辑了试管婴儿手术中遗留下来的几个受精卵的 DNA。但他无意将编辑后的受精卵植入任何人的子宫；他用的是因其他异常而无法发育的胚胎。如果一切顺利，他在这些实验中得到的有关基因编辑的知识将用于编辑从 β 型地中海贫血患者的骨髓中提取的干细胞，让它们能够制造更好的红细胞。
干细胞研究是另一个中国正在发力的热门领域。上海同济大学的左为正尝试利用干细胞来修复肺气肿导致的肺部损伤。肺气肿在中国是个严重的问题，因为吸烟在中国仍很普遍，而雾霾又常见。去年，左为进行了一项试验，在四名患者身上取出了少量肺部组织，分离出这部分组织中最健康的干细胞促使其扩增，之后将这些更活跃的干细胞输送回患者肺部。该疗法似乎修复了两名患者的肺部；另外两名患者既无好转也无损伤。后来，左为进行了有 100 名患者参与的第二次实验。他正在研究用类似的方法治疗肾脏疾病，但到目前为止只在小鼠身上进行了试验。
十万基因组百花齐放
左为的研究展示了中国生物科学的另一个特点：应用目的十分明确。过去二三十年里，西方人越来越担心，认为独立学术研究人员领导下的基础生物学已与潜在的医学应用偏离太远。特别是在美国，生物医学研究的实力和人口健康的相关性越来越弱。
这种担心催生了一个新的重点：打造「转化医学」的研究能力以弥合差距。中国人已将这一理念融入到自己的研究工作中。政府在上海设立了一个转化医学中心，让实验室研究人员、临床医生和患者聚集在同一屋檐下，并且鼓励生物技术公司就近开店。北京、成都和西安可能也将开设这样的中心。
基因研究是中国既投入大量资金又看到广阔未来的领域。在前身为北京基因组研究所的华大集团，中国拥有以某些标准衡量堪称世界最大的基因组测序中心。华大集团曾隶属中科院，后来宣布成立公司，变成「民办非营利性研究机构」，现在已成为半商业化的嵌合体，有一家下属企业在深圳证券交易所上市。
华大集团的下属公司也对 β 型地中海贫血感兴趣，已经为这种疾病开发了基因血液测试，并正在中国各地普及这种检测范围不断扩大的测试。测试所使用的基因测序仪是用华大集团在 2013 年收购美国公司 Complete Genomics 时获得的技术开发的。
华大集团的众多仪器还有其他很多用途。其下属的非商业机构将这些仪器用于纯粹的研究。这些机构包括中国国家基因库，该基因库计划存放从人类和其他各种生物中采集的数亿个基因样本。那里已经拥有 14 万名中国人的基因组样本，属于政府希望发展的尖端精准医学的一部分。精准医学将诊断乃至治疗方案个性化，特别强了调解患者的基因组成。
华大集团的众多仪器还有其他很多用途。其下属的非商业机构将这些仪器用于纯粹的研究。这些机构包括中国国家基因库，该基因库计划存放从人类和其他各种生物中采集的数亿个基因样本。那里已经拥有 14 万名中国人的基因组样本，属于政府希望发展的尖端精准医学的一部分。精准医学将诊断乃至治疗方案个性化，特别强了调解患者的基因组成。
中国对能源的需求几乎是无止境的，为此它大力投资风能和太阳能，让世界其他地区相形见绌。如今它还要研究如何更好地存储这两种能源产生的电能。中国对钒液流电池很感兴趣，因为它与大多数电池不同：一般电池内部包含一种电解质，而液流电池使用两种电解质，以及电解质可以通过的开放电池单元。这意味着其容量仅由存储电解质的存储罐的大小决定。这在理论上可以制造出足够大的电池，以大型电网所需的规模来蓄电。该理论由中科院大连化学物理研究所研究员张化民开发，地方电力企业大连融科储能公司下属的位于庄河的工厂正试图将理论付诸实践。如果成功，就可能彻底改变电网级电力的储存方式。
大连化学物理研究所的研究人员也在研究钙钛矿，这种材料在电池和太阳能电池上都可以应用。他们的目标是将钙钛矿溶液应用于日常所用的太阳能电池，让其中各层都能吸收普通太阳能电池无法吸收的波长范围的光。中国其他地方以及其他国家也在做这样的尝试。这就能以相对而言极小的额外成本生产出效率高得多的太阳能电池板。如果说学术出版物可以很好地衡量技术接近市场化的程度，那么中国在钙钛矿领域明显领先美国：中国在这一领域的高影响力论文数占 41.4%，美国为 21.5%。
不予深究
中国的能源研究还延伸到了其他国家回避的领域。中国已建成 45 座核反应堆，还有 13 座在建和 43 座计划建设的新反应堆。如果全部建成，中国将成为世界上核电发电量最大的国家。这些反应堆的设计与世界各地已经在运行的核电站类似。但中国也正在探索新的反应堆技术，或者更确切地说是已经被其他地方放弃的技术。有的反应堆的堆芯用的不是燃料棒，而是小小的陶瓷卵石；如果是钍反应堆，用的就是熔融金属。
核反应堆在西方国家进展不足，主要是因为对新型核电的需求不足，而不是缺乏科学上的合理性。如果中国的胃口够大，研究人员又富有想象力，那么可能很快就会实现进步。中国将可能捷足先登，开发出可量产、廉价又安全的小型核反应堆。面临气候变化困境的世界将真正有理由去庆贺这一成就，并开始从中国进口核反应堆。
然而，这种可能性突显了笼罩在中国未来科学发展上的一层阴影。 要保证全新类型的核反应堆极为安全，需要批判性思维和坚持坦承真相。而在说服别人相信你建成的核反应堆具备高度安全性时，同样需要这两点。如果一种文化只要求提供领导想要的结果，或者对一些麻烦的异常问题不予深究，又或者对好奇的外人隐瞒数据，是不足以做好这件事的。
这些要求非常类似于西方对从事好的科研的基本规范。检验假设、在关系你老师的声誉的研究工作中寻找缺陷、质疑自己的假设、遵循数据所指的任何方向、与对手——哦，应该是同事——坦诚分享数据，这才是从事科研的正确方式，即使在现实中这些理想可能会有点折损。中国的一些实验室和研究机构确实是这样运作的。但它们身在其中的威权体制让中国科学难以对权威说真话或逃脱那些对其诚信的挑战。这侵蚀了它的整个科研群体，也消耗了财政和道德两方面的资源。
在面向中国研究人员的调查中，韩雪英和阿佩尔鲍姆听到了许多关于政府过度干预的抱怨。中山大学的一位受访者告诉他们：「高等教育机构中仍然没有足够的学术自由。中央一发话，即使不公平，所有大学也只能照做。」
在职称晋升、求职面试和经费发放等问题上，人脉在中国要比在西方重要得多 (即使在西方人脉也不可忽视)。过去十年中，中国主要的项目资金资助机构之一国家自然科学基金委员会一直在开展行动打击不正之风。刚刚卸任该委员会主任的杨卫讲到，为了防堵来自外界的干扰，评审小组的成员名单直到最后一刻才会揭晓。小组成员事先不知道候选项目的负责人是谁，并且评审过程中他们以及候选项目负责人的手机都会被没收，以杜绝走后门现象——过去这种情况甚至在评审进行的过程中都会发生。
一些中国科学家担心，威权国家中常见的腐败和沉默会让他们难以实现诺贝尔奖级别的突破性进展。其他人可能对此表示怀疑。中国进入科学界的顶级联赛才十年左右，投资还没有结束。中国的研发支出占 GDP 的比重从 2000 年的 0.89% 上升到了 2015 年的 2.07% (见图表 5)，高于欧洲各国的平均水平，但低于法国、德国或美国。把日本、韩国这样奋起直追的亚洲国家拿来比较可能最自然不过，而中国的这一比重远低于这两个国家。如果中国的这一比重达到韩国的水平，那它的研发预算将会是现在的两倍。凭借这种规模的资源和数百万的科研人员，腐败机构的拖累可能会被蛮力压倒。
也许还有人认为重大突破不是衡量良好科学发展的唯一标准。能解决实际问题的渐进性工作不应被嗤之以鼻。从上至下的科学研究可以为国家目标服务，而一党制可以为这些项目提供持续的支持。中国探月计划的成就可能还赶不上阿波罗计划，但已经稳定地建立了自己的能力，这是西方太空科学计划自阿波罗以来所未有的。
这种有条不紊的科学发展方式通常是以结果为导向的工程师们喜欢的。而从江泽民开始，所有中国国家主席以及几乎所有其他重要领导人都是工科出身。如今的主席习近平就曾在清华学习化学工程。
有观点认为，在一个建立于权威不可被上诉的文化之上的政治体系中，要么能获得真正可靠的科学，要么能获得真正伟大的科学，但这种观点尚未得到证实。也许能，也许不能。也许，在尝试这么做的过程中，你会发现新的思路和丰硕的知识。
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