馮一瀟：諾貝爾獎為何青睞交叉學科

　　在近萬個獨立學科中，一半左右屬于交叉學科。目前比較成熟的學科大約有5550門，其中交叉學科總數約2600門，占全部學科總數的46.8%之多，其發展表現出良好勢頭和巨大潛力。

　　“大科學”并不是指依賴于大裝置的“大科學”，而是指“綜合性的大科學思維體系”，以區別于“傳統的、狹隘的科學思維方式”。

　　百年諾貝爾獎，有41.02%的獲獎者屬于交叉學科。尤其在20世紀最后25年，95項自然科學獎中，交叉學科領域有45項，占獲獎總數的47.4%。這個統計數據的重要意義，尤其值得不擅長多學科交叉的中國科學家深入思考。

　　交叉學科是指兩門或兩門以上學科融合而形成的一種新的綜合理論或系統學問。交叉學科不是多門學科的簡單拼湊堆積，而是多學科依存于內在邏輯關系聯結滲透形成的新學科。不同的學科彼此交叉綜合，有利于科學上的重大突破，培育新的生長點，乃至新學科的產生。

　　中國科學院院長路甬祥提出：在近100多年里，交叉科學，包括邊緣科學、橫斷科學、綜合科學和軟科學等，運用多種學科的理論和方法，消除了各學科之間的脫節現象、填補了各門學科之間邊緣地帶的空白，將分散的學科綜合起來，從而實現科學的整體化。交叉學科研究正在成為科學發展的主流，不僅活躍研究者的思維，開闊科學研究的視野，同時也大大推動著科學技術的發展。一個最新的例子是納米科學，這是最為典型的交叉學科，它的出現，推動了眾多學科領域的發展。

　　學科交叉是重大科學成就的源泉

　　將某一學科已發展成熟的知識、方法和技術應用到另一學科的前沿，能夠產生重大創新成果，學科交叉是創新思想的主要來源之一，已經取得了杰出的成就。以諾貝爾獎為例，交叉學科所獲獎項一直占據很大比重，評獎委員會更傾向于表彰屬于交叉學科范疇的研究成果。

　　20世紀自然科學最重要的有三大發現，相對論、量子力學和DNA雙螺旋結構。其中DNA雙螺旋結構的發現是科學史上最富傳奇性的“章節”之一，作出重大貢獻的科學家一共有4位：物理學家克里克(Crick)和威爾金斯(Wilkins)、生物學家沃森(Watson)還有化學家富蘭克林(Franklin)。他們4人具有不同的知識背景，在同一時間都致力于研究遺傳基因的分子結構，在既合作又競爭，充滿交流和爭論的學術氛圍中，發揮了各自專業的特長，為DNA雙螺旋結構的發現作出了杰出貢獻，這是科學史上由多門學科交叉滲透、相互借鑒產生的一項舉世矚目的科學成果，成為生命科學發展的重要里程碑。基因工程中的DNA重組技術也是學科交叉的產物。這一技術的開拓者和創始人，美國生物化學家保羅·伯格(Paul Berg)借助類似工程設計的方法，利用限制酶和連接酶處理SV40病毒和大腸桿菌DNA碎片，最終兩個不同來源的DNA片段連接在一起并發揮其應有的生物學功能。這是世界上首次完成的基因重組和DNA人工轉移的重大創新研究，證明了完全可以在體外對基因進行操作，從而為人類主動改變生物的性狀和功能，創造更加適合于人類需要的新生物提供了重要方法，開創了遺傳工程的新紀元。

　　1998年度諾貝爾化學獎的頒布，向人們展示了數學、物理和化學學科的交叉和融合取得的重大成果。美國物理學家瓦爾特·科恩(Walter Kohn)和英國數學家約翰·波普(John Pople)以物理和數學工具，發展了量子化學理論和計算方法，在化學領域取得了驕人成就。通過以科恩和波普為代表的量子化學工作者的不斷努力，今天，量子化學無疑成為化學工作者最有用的工具之一。磁共振成像技術(MRI)的發明實質上是物理學與醫學的結合，也是交叉學科能產生豐富成果的有力證明。這種能精確觀察人體內部器官而又不造成傷害的影像技術，對于醫療診斷、治療及其檢查至關重要。其發明者，美國的保羅·C·勞特伯(Paul·C·Lauterbur)和英國的皮特·曼斯菲爾德(Peter Mansfield)因此項技術獲得了2003年諾貝爾生理學或醫學獎。

　　交叉學科研究是科學發展的主要方向

　　交叉學科是當今科學的前沿研究領域。據統計，在近萬個獨立學科中，一半左右屬于交叉學科。目前比較成熟的學科大約有5550門，其中交叉學科總數約2600門，占全部學科總數的46.8%之多，其發展表現出良好勢頭和巨大潛力。當今，很多熱門話題都涉及交叉學科研究，如基因組學與蛋白質組學、神經系統科學、微陣列技術等;同樣，許多重大的科研成就也都是跨學科合作的成果，如人類基因組測序、“綠色革命”以及載人空間飛行等。前沿學科在交叉融合中獲得新生。2003年由美國硅谷產學研各界組成的智囊機構一致認為，20世紀90年代迅速發展的生物技術、信息技術、納米技術正在共同醞釀下一個科技創新高潮。未來這三大技術的交叉融合將有望廣泛改變工藝和產品，產生新的經濟增長點，形成一次新的產業革命，并將對全球產業產生重大影響。可以說，交叉學科研究是未來科學發展的主要方向，實現科學研究的跨學科性不僅是科學自身發展的需要，也是全球經濟和人類社會發展的需要。

　　世界各國對交叉學科研究極為重視。2002年美國國立衛生研究院(NIH)建立了多個學科交叉研究中心，便于來自不同學科背景的科研人員相互交流和溝通，不僅設立了“多學科交叉研究人員培訓基金”，還舉辦了“技術方法創新研討會”和“生命科學與物質科學交界的機構聯席會”。英國等其他發達國家也相繼成立了學科交叉研究中心，為前沿學科建設開辟道路。1998年，諾貝爾物理學獎獲得者，斯坦福大學教授朱棣文倡導確定了“生物學交叉學科研究計劃”(Bio-X Program)，包含了涉及生物科學、生物工程和醫學領域的眾多學科。Bio-X 計劃將基礎理論、應用研究和臨床科學的前沿結合在一起，促進整個生物醫學領域從分子尺度跨越到人類器官尺度的技術創新。2002年，《自然》雜志設立了一項“交叉學科進步獎”提名，獎勵那些在交叉學科領域作出杰出貢獻的科學家，宗旨是為了促進學科之間的交流。這吸引了大批來自不同學科的科學家，他們有的在交叉學科領域中發明了新的技術，有的則將一些已經成熟的技術以新的形式去解決問題。大家都希望可以在思想上交融并閃出智慧的火花。生命科學界權威雜志《細胞》也特設了一個相關交叉學科領域的介紹專欄，為研究人員打開了進入交叉學科研究的大門。

　　我國政府在“十一五”科學技術發展規劃中，選擇了一批重大科學前沿問題開展研究并給予資助，包括：生命過程的定量研究與系統整合、凝聚態物質與新效應、地球系統過程與資源、環境和災害效應等多學科研究方向。“973”項目8個資助領域之一的“綜合交叉”，通過鼓勵不同學科領域間的交叉融合，培養和造就一大批富有創新精神的科技人才，建設若干學科交叉、綜合集成、機制創新的重點實驗室和研究基地，從而孕育出更多的創新性研究成果。第一批“973”項目——“光合作用高效光能轉化機理及其在農業中的應用”就是一項多學科交叉，把生物學、物理學、化學和農學有機結合開展科學研究的項目，使我國光合作用機理與膜蛋白三維結構研究處于國際領先水平。這樣大跨度的多學科結合具有鮮明的特色在國際上也很少見。2006年，科學出版社出版的《中國交叉科學》創刊，為國內首個交叉科學研究連續出版物，以交叉為特色，反映我國交叉科學研究新思想、新觀點、新成果。同年北京大學成立前沿交叉學科研究院，該院已建立了生物醫學跨學科研究中心、化學基因組學研究中心等若干前沿交叉學科研究群體，承擔國家重大科研項目。國內其他重點高校如浙江大學也相繼成立了相關研究中心，加強交叉學科的建設。中國科學院高能物理所于2006年設立了有200多名研究人員的多學科研究中心，迄今已在納米生物安全性、金屬蛋白質組學、分子影像學、生物大分子結構等方面取得了一批重要成果。

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　　交叉學科研究的創新建設

　　不同學科間的交叉和融合是21世紀科學發展的主要趨勢。交叉學科研究既有一般科學研究的共性又有自己的個性。突破傳統思維方式和體制，促進各學科協作發展的關鍵是建立一套行之有效的組織管理機制、人員聘任評價機制、資源分配機制以及相應的交叉學科學術支撐體系。交叉學科研究應向體制化、制度化及管理的可操作化邁進。2004年，美國科學院協會(American Scientific Affiliation)發表了長篇報告，名為《促進交叉科學研究》(Facilitating Interdisciplinary Science)。該報告全面深入地分析了交叉學科研究的發展現狀，對如何促進交叉學科發展提出了從科學研究、人才培養到管理體制一攬子富有創見性的改革方案，其前瞻性、系統性、深刻性令人深受啟發。

　　與發達國家相比，中國交叉學科的發展還處在不成熟的階段。交叉學科既沒有院系對應，自身也未成學統，從事交叉學科的研究人員只能分散到其他學科。由于交叉學科尚沒有專門的學術建制，因而常會遭受傳統思維的束縛和固有研究體制與模式的阻力，找不到對應的位置，得不到政策、制度的鼓勵和保障，致使學科交叉研究的力度和廣度不足。《中國交叉科學》主編劉仲林教授認為，交叉科學研究要在現有科研和教育體制中立足，就必須從深層突破以傳統學科界限為基礎的科研管理和學科組織模式，建立有利于交叉、開放和共享的運行機制，拓展科研和教學充分自由創造的空間。正如李四光先生所言，要“打破科學割據的舊習，作一種徹底聯合的努力”。

　　建設和發展交叉學科的關鍵取決于構建基于學科交叉的教學科研管理平臺。應根據自身學科建設和發展情況，積極創新平臺建設模式，以優勢學科和特色學科為基礎，組織聯合相關的研究力量，逐步克服現行的教學科研體制、人事制度與學科交叉平臺建設相互矛盾的突出問題，建設一個學科前沿性與學科交叉性相結合、實體與虛體相結合的交叉學科研究平臺。政府和資金贊助部門應有導向性，以鼓勵學科交叉研究的開展。通過優化資源的配置，如設立交叉學科研究項目等，保證資源合理、有效到位，以較好地實現各要素間的優化配置，并使各要素間得以和諧發展。還要構建學術交流平臺，不斷創新學術交流方式，通過不同學術觀點的爭鳴和學術思想的碰撞、切磋、互相滲透和融合，擴大視野，有效溝通，啟迪科技人員的學術思想，激勵創造性思維能力。

　　交叉科學則因其獨特的跨學科性而無法找到自己的應有位置，以至形不成自己的專門隊伍和組織，缺乏人才培養基地和學術研究平臺，發展不得不長時間停留在“業余”的水平上。科技體制應為交叉學科發展培養創新人才，整合人才資源，組建科研團隊。利用不同學科背景的研究者在方法上的相互啟發，科研中的相互配合，真正實現質量上的系統整合效應。通過選拔優秀人才、激勵先進成果來推動科技進步。逐步建立和完善交叉學科建設的彈性績效考核和評價機制，弱化短期考核指標，努力為學科建設特別是交叉學科的建設和發展創造良好的軟環境。正如美國國家科學技術委員會2004年給美國政府的科技咨詢報告中指出：“為使未來科技領域真正有所成就，造就能夠跨越傳統學科進行研究并思考外部世界的新一代科學家是絕對必要的。培育這種要么能夠跨學科研究，要么知道如何在學科交叉領域與他人合作的新一代研究人員，對于未來至關重要。”

　　學科交叉推動“大科學”時代進程

　　學科交叉體現了科學的綜合化發展趨勢。科學上新理論、新學科、新技術的出現常常是在現有學科的邊緣或交叉點上。學科交叉已經形成了大量成熟的交叉學科，如物理化學、生物化學、生物物理學等，并且還將陸續形成其他重要的交叉學科。這些新學科將會大大推動科學進步，尤其在現代“大科學”發展趨勢下，幾乎已找不到沒有學科交叉的純科學問題。隨著學科交叉研究的發展，新興交叉學科的產生以及各種新的理論體系和研究方法的創建與不斷完善，使得科學本身向著更深層次和更高水平發展，推動科學向著多維綜合性、創造性和開放性的思維方式邁進，這就是所謂的“大科學”時代。我們這里所指的“大科學”并不是指依賴于大裝置的“大科學”，而是指“綜合性的大科學思維體系”，以區別于“傳統的、狹隘的科學思維方式”。

　　“分化”是小科學時期科學發展的主要動力，“交叉”則是大科學時代科學發展的主要表征。在大科學背景下，交叉學科得到突飛猛進的發展，受到政府和學界的廣泛關注。國務院2006年發布《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》，部署了四項重大科學研究規劃，涉及蛋白質研究、量子調控研究、納米研究和發育與生殖研究等研究領域，其中的16個重大專項多數都是跨學科領域的。中國科協新批準的34個學會中，有一些就是交叉科學學會。可見，交叉學科的不斷涌現，并逐漸形成各種交叉學科群，乃是當代大科學時代的主要特征之一。

　　國家自然科學基金委員會于2000年開始試點實施“重大研究計劃”，這是提高我國科技持續創新能力的一項新舉措，是重要的制度創新。該項目針對重大科學問題，整合不同學術思路和不同層次的項目形成具有統一目標的項目群，實施相對長期(6～8年)的支持，旨在促進學科交叉和學術爭鳴，激勵創新。這種資助模式強調頂層設計，突出戰略性，在圍繞整體目標進行研究方面作出了積極探索，既保證了科學研究自由探索的需要，發揮了科學家的創造性，又順應了“大科學”時代科學研究的規模性，實現了多學科的交叉和集成。基礎研究中的創新常常來自不同學科之間的互碰、不同理論的互融和不同專業人員的互補。“大科學”時代將會越來越重視科學體系的統一性和完整性，這就是現今科學研究的顯著特點和發展趨勢。我國交叉學科目前總體上處在發展成長階段，并且表現出快速發展的趨勢，具有良好的發展前景和廣闊的發展空間。

　　(作者單位：中科院高能物理所多學科研究中心)