美國何以成為超級創(chuàng)新大國？

科學家站在粒子加速器的混凝土屏蔽層上 圖片來源：伯克利實驗室

導讀

美國在科技領域實力斐然。在我們大多數(shù)人的有生之年，美國科學家發(fā)表的研究成果數(shù)量、論文被引用的頻次、獲得的專利數(shù)量，乃至斬獲的諾貝爾獎數(shù)量，均位居全球首位。

強大的科技實力不僅有助于美國成為全球最繁榮的國家，還提高了美國及世界各地人們的壽命，讓生活更為便捷。但在二戰(zhàn)之前，美國在科技發(fā)展進程中常處于觀望狀態(tài)。隨著國家安全面臨威脅，聯(lián)邦政府通過出臺相關政策并進行戰(zhàn)略投資，著手將美國打造成全球科技領域的領軍者。

如今，在聯(lián)邦政府對高校研究及受資助機構發(fā)起抨擊的背景下，美國八十年來首次面臨失去科技主導地位的風險。

凱瑟琳?卡森（Cathryn Carson）是加州大學伯克利分校歷史系主任（左），主要研究20世紀美國和歐洲物理學家在量子理論、核能等學科領域的發(fā)展貢獻；帕特里克?麥克雷（W. Patrick McCray）是加州大學圣巴巴拉分校的歷史學教授，專注于研究二戰(zhàn)后美國的科技與環(huán)境領域。

為深入了解美國科技發(fā)展的歷程以及未來可能出現(xiàn)的情況，卡森和麥克雷兩位專家深入解讀美國如何發(fā)展，才成為全球最具創(chuàng)新力的國家。

朱莉婭·布西克|撰文

潘展|翻譯

問：很難想象那個美國不是全球科技領軍者的時代。但其實，那并不是很久以前的事，對嗎？

帕特里克?麥克雷：事實上，自美國成立之初，聯(lián)邦政府就開始對科技領域進行投資。但在我國歷史的大部分時期，這些投資都具有很強的實用性。比如開展海岸測量、漁業(yè)相關研究、地形或地質測繪項目，以及推動農(nóng)業(yè)發(fā)展等。

在20世紀初期，我們現(xiàn)在所說的基礎科學——像物理學、天文學這類探索事物運行根本規(guī)律的學科——美國在這些領域的實力并不突出。當時美國部分高校雖有相關研究，但資金主要來自洛克菲勒、卡內(nèi)基等慈善基金會。舉個例子，如果你是20世紀20年代研究物理學的羅伯特?奧本海默（Robert Oppenheimer），你就會像他當年那樣遠赴歐洲攻讀博士學位。

1849年聯(lián)邦地形工程師隊對大鹽湖展開勘測，圖片來源：美國地質調(diào)查局

凱瑟琳?卡森：直到20世紀30年代，在某些領域，聯(lián)邦政府向高校或企業(yè)的科技項目投入資金的想法仍不被接受。當時人們認為，聯(lián)邦政府通過投入資金來達成自身目的，進而干預公民社會的這些領域，這種做法是不合時宜的。

問：但這種情況顯然在某個節(jié)點發(fā)生了改變，因為近年來，美國約40%的基礎研究資金都來自聯(lián)邦政府。這一轉變是如何發(fā)生的？

凱瑟琳?卡森：第二次世界大戰(zhàn)徹底改變了這種局面。20世紀30年代末，當納粹德國所構成的威脅逐漸清晰時，美國政府開始加大對航空學、空氣動力學和化學工程領域的投資。隨后，隨著核物理學領域的興起（包括在伯克利分校開展的相關研究），政府又將投資延伸到了這一領域。

高校科學家憑借少量聯(lián)邦資金便取得了顯著進展，這引起了一些頂尖高校科學家的關注。他們發(fā)出警示并成功說服羅斯福總統(tǒng)建立起一套完整的體系，用于指導和資助高校開展科技研究，而這一切的唯一目的，就是為了贏得第二次世界大戰(zhàn)。

政府資助下青霉素研制成功，拯救了無數(shù)生命 圖片來源：加州大學伯克利分校

因此，正是二戰(zhàn)這一國家緊急事件，打破了此前政府與高校及企業(yè)科技研究相分離的傳統(tǒng)，構建起了一種全新的合作關系。如今我們所熟知的、聯(lián)邦政府通過合同形式資助高校開展基礎研究的體系，以及高校科學家與聯(lián)邦政策制定者之間長期緊密的聯(lián)系與協(xié)作，都是在二戰(zhàn)期間逐步建立起來的。

問：那么，政府是如何從為戰(zhàn)時需求資助科技研究，轉變?yōu)殚L期致力于資助高校研究的呢？

帕特里克?麥克雷：羅斯福總統(tǒng)在他去世的前一年（1944年）交給自己的科學顧問萬尼瓦爾?布什（Vannevar Bush）一項任務，讓他為國家的未來進行規(guī)劃。布什此前任職于麻省理工學院，后來負責管理美國龐大的戰(zhàn)時科技體系。最終，他主導撰寫了一份著名的報告——《科學：無盡的前沿》，這份報告為二戰(zhàn)后美國在未來數(shù)年乃至數(shù)十年間的科技政策制定了藍圖。

1940年，布什（左三）在加州大學伯克利分校出席會議 圖片來源：美國能源部

問：布什及其繼任者是否為這些政策明確了具體目標？

凱瑟琳?卡森：你可能會認為，聯(lián)邦政府最感興趣的是能直接催生出新型武器或新產(chǎn)品的應用研究。但聯(lián)邦政府的領導層意識到，他們實際上并非只在為研究成果投資——他們更是在為人投資。

帕特里克?麥克雷：他們認識到，美國需要一批訓練有素的科學家和工程師隊伍，并且要在下次沖突最終爆發(fā)前，保障這些人才的生計與收入。當時，科學家被視為一種需要儲備的資源，就像鋼鐵或石油一樣，以便在國家面臨緊急情況時能調(diào)用。

問：到20世紀60年代，聯(lián)邦政府在研發(fā)領域的投入已占到美國國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的約2%。民選官員是如何向美國納稅人說明這些投資的合理性的？

帕特里克?麥克雷：布什說：“我們需要為基礎研究這棵‘樹’澆水。”其核心邏輯是，這棵樹會結出甘甜的“果實”，我們只需伸手采摘即可——而這些“果實”將為我們的健康、經(jīng)濟和安全帶來益處。

健康、經(jīng)濟與國家安全，這三者構成了二戰(zhàn)后科學家與聯(lián)邦政府之間形成的社會契約的核心內(nèi)容。當時的共識是，政府資助的研究應能以某種方式，為國家?guī)砀鼜V泛的福祉。

問：基礎研究的“果實”有哪些具體例子？

帕特里克?麥克雷：我會跟學生們講起湯姆?布羅克（Tom Brock）的故事。他是20世紀60年代的一位微生物生態(tài)學家，當時對黃石國家公園熱泉中的微生物產(chǎn)生了濃厚興趣。他發(fā)現(xiàn)的那種細菌，后來成為20世紀80年代一項生物技術的核心——這項技術就是聚合酶鏈式反應（PCR），它能實現(xiàn)DNA序列的擴增，PCR技術是整個生物技術產(chǎn)業(yè)誕生過程中的關鍵一步，最終還在2020年成為研發(fā)新冠疫苗的核心工具。

黃石國家公園大棱鏡溫泉航拍圖，以及從溫泉水中發(fā)現(xiàn)的細菌，圖片來源Wiki

你無法預測這類研究的發(fā)展路徑，而且政府這些投資的回報周期往往以數(shù)十年為單位。但萬尼瓦爾?布什認為，這正是聯(lián)邦政府應當主導基礎科學投資的原因，因為企業(yè)永遠不會以這樣的思維或模式開展工作。

凱瑟琳?卡森：硅谷的崛起依托于微電子學和航空航天領域，而這兩個領域的發(fā)展都得到了美國國防部的資助。最初，電子設備并非為消費者設計，而是用于彈道導彈、噴氣式飛機以及下一代雷達系統(tǒng)。為滿足軍事需求而投入的所有研發(fā)努力，在20世紀70至80年代逐漸轉向了消費市場。

問：二戰(zhàn)后，想必并非只有美國認識到投資科學的價值吧？

凱瑟琳?卡森：事實上，包括二戰(zhàn)戰(zhàn)敗國在內(nèi)的其他全球大國，都開始逐步追趕。1948年時，華盛頓的領導者們根本無法想象，蘇聯(lián)會1949年就擁有原子彈。20世紀50年代，德國和日本在高端制造業(yè)領域均取得了顯著進展。20 世紀60年代，我們曾以為美國在半導體領域擁有近乎永久性的領先優(yōu)勢，但到了70年代，日本卻崛起成為微電子領域的領軍者。

正因如此，到20世紀70至80年代，政府資助科學研究的核心關注點逐漸擴大——從維護國防安全，延伸到維護美國在全球的經(jīng)濟領先地位。人們愈發(fā)清晰地認識到，無論是在國防、電子還是生物技術或是任何領域，美國擁有的領先優(yōu)勢都必須通過持續(xù)努力來捍衛(wèi)。

喬布斯（左）在調(diào)試蘋果電腦，硅谷生態(tài)系統(tǒng)有賴于聯(lián)邦資金，圖片來源：加州大學伯克利分校

問：對普通美國人而言，只要無論在何處、總有人能解決這些技術創(chuàng)新或疾病治愈的問題，那么究竟是哪個國家的科學家發(fā)明了技術、治愈了疾病，又有什么關系呢？

凱瑟琳?卡森：這個問題可以從兩個角度來看，而這兩個角度都與維護美國的經(jīng)濟主導地位息息相關。

第一個是先發(fā)優(yōu)勢。誠然，其他國家的公司或許能將一項并非由其原創(chuàng)的技術商業(yè)化，但他們的行動必然晚于原創(chuàng)者，這就為原創(chuàng)者提供了建立領先地位的機會。

其次，科學研究的意義遠不止于“發(fā)現(xiàn)”本身，更在于如何讓最初的發(fā)現(xiàn)變得更完善、更具市場價值或更高效。因此，一個能覆蓋從發(fā)明到最終商業(yè)化產(chǎn)品全階段的創(chuàng)新體系，有助于本土企業(yè)在與全球競爭對手的較量中保持領先。

問：政府是如何判斷哪些研究值得資助的，這種判斷方式如今是否在發(fā)生變化？

凱瑟琳?卡森：在此之前，科學研究的資助方向一直由科學界的共識所決定——無論是高能粒子物理加速器研究、社會科學研究，還是環(huán)境研究均是如此。我們擁有一個由科學家組成的自治體系：通過同行評審和資助評審小組，科學家們會實質上主導政府科研資金的流向，將其投入到他們認為能產(chǎn)生最大效益的領域。

直到最近，科學是實現(xiàn)國家福祉與繁榮的有效途徑這一共識，在各個政治派別中都得到了廣泛認同。僅僅是在過去幾年里，我們才看到一種質疑情緒不斷升溫：人們開始認為科學家是出于私利，而非通過相互協(xié)作追求真理，因此對科學家的信任度持續(xù)下降。對那些通過同行評審機制主導科研進程的人產(chǎn)生的不信任感急劇上升。這一現(xiàn)象相當令人擔憂，因為這會為各類意識形態(tài)利益集團介入科研領域留下空間。

問：自今年1月以來，聯(lián)邦政府已暫停或取消了向全美各高校提供的數(shù)十億美元研究撥款。如今，國會正審議明年的聯(lián)邦預算，其中可能包含將部分科研資助機構的資金削減多達50%的計劃。這些削減措施會對美國家庭和社區(qū)產(chǎn)生怎樣的影響？

帕特里克?麥克雷：這段歷史的核心并非僅僅關乎資金，更在于其背后的愿景與雄心。美國曾建造大型粒子加速器、大型研究船以及大型望遠鏡——這些尖端設施對其他國家的人才極具吸引力，促使他們前來美國攻讀學位，甚至可能選擇留在美國創(chuàng)辦企業(yè)，為美國的繁榮發(fā)展助力。從經(jīng)濟層面來看，這些預算削減可能對美國造成的危害之一是美國可能不再是其他國家人才前來利用優(yōu)質科研資源的首選之地。

但在我看來，更具危害性的影響在于，它會削弱專家的價值與專業(yè)知識的重要性。科學的本質是產(chǎn)出關于自然界的可靠知識，而這些知識之所以可靠，關鍵在于其由專業(yè)人士構建而成。這并非意味著專家完美無缺，或完全不存在利益沖突，而是因為現(xiàn)代科學本身就是一套旨在就知識達成共識而非確定性結論的體系。這既是科學的強大之處，同時也是它的脆弱之處。普通民眾與政客往往渴望確定性，但科學從本質上就無法提供這種絕對確定的答案。

人們很容易忘記，美國在科技領域的領先地位并非固定不變的。它有自己的發(fā)展歷程，隨時間推移不斷演變，且與其他任何體系一樣，都可能走向衰退。

遺憾的是，當下正在發(fā)生的恰恰是這樣的衰退，而要重建這一體系將極為困難，尤其是在美國——要知道，這套體系的建立至少耗費了數(shù)十年時間。

https://www.universityofcalifornia.edu/news/how-us-became-science-superpow

青科沙龍第173期：聚焦時間分辨熒光蛋白技術，嘉賓：談自主（西湖大學助理研究員）

Deep Science預印本