第二次世界大戰深刻影響了人們(men) 對科學的看法，遠超其他曆史事件。特別是在廣島和長崎，科學展現了令人生畏的力量。

科學與(yu) 技術、政府之間的合作有可能會(hui) 帶來嚴(yan) 重的風險。我們(men) 應該重點發展哪些技術？應該怎樣規範科學研究，引導它向特定目標發展？政府又該扮演什麽(me) 樣的角色？

二戰以來，政府資助並組織了許多大規模研究，掌握了技術應用的方向，比如“曼哈頓計劃”“登月計劃”等。曆史學家們(men) 稱之為(wei) “大科學”。

今天，政策製定者普遍呼籲開展新一代“曼哈頓計劃”或“登月計劃”，以應對從(cong) 癌症到氣候變化等重大社會(hui) 和技術挑戰。

正如曆史學家克拉倫(lun) 斯 · 拉斯比（Clarence G. Lasby）所說的那樣，“大科學”的遺產(chan) 之一是科學家的公眾(zhong) 形象“已經成為(wei) 奇跡創造者”，並且“在政治權力上有很高的聲望”。二戰期間的許多標誌性技術（包括核彈、雷達和計算機）要部分歸功於(yu) 政府的發起和資助。

因此，現在許多人認為(wei) ：為(wei) 完成偉(wei) 大的技術成就，政府不僅(jin) 需要資助研究，還要引導研究計劃朝著具體(ti) 的實際目標發展。此外，這也要求我們(men) 不能把資金浪費在非定向的、由好奇心驅動的科學上——它的結果往往是不可預測的，沒法派上用場，甚至是不可靠的。

我們(men) 將會(hui) 看到，這是錯誤的。

僅(jin) 以核彈、雷達和計算機為(wei) 例，它們(men) 都是由於(yu) 理論和技術發展的整個(ge) 網絡才得以實現的。這些理論和技術的發展不僅(jin) 早在戰爭(zheng) 之前數年或數十年，而且多數情況下都來自沒有具體(ti) 目標的非定向研究。

二戰中的各種技術突破，它們(men) 背後的科學理論並不是來自有實際目標的研究，而純粹是好奇心驅動的自由探索。在這一過程中，偶然性有時扮演了關(guan) 鍵角色。

非定向的研究可以產(chan) 生巨大的實際效益，這是創造“大科學”的關(guan) 鍵人物萬(wan) 尼瓦爾 · 布什（Vannevar Bush）宣揚並加以實踐的想法。

他是美國總統羅斯福的科學顧問，也是科學研究與(yu) 發展辦公室主任。這個(ge) 聯邦機構成立於(yu) 1941年，旨在戰爭(zheng) 期間調動科學力量。它對戰爭(zheng) 至關(guan) 重要，支持研製了包括核彈、計算機、雷達在內(nei) 的一係列發明。

萬(wan) 尼瓦爾 · 布什：“不過，這些技術進步得以實現，是因為(wei) 在戰爭(zheng) 之前，我們(men) 已經通過基礎研究在多個(ge) 領域積累了大量的科學數據。”

布什相信，正如戰前的基礎科學研究為(wei) 戰時的技術發明鋪平了道路，和平時期的基礎科學研究也會(hui) 帶來造福社會(hui) 的技術發明。非定向的基礎科學能帶來技術紅利，這個(ge) 想法成為(wei) 布什戰後科學政策的核心願景，並且部分得到了實現。

1950年，美國國家科學基金會(hui) 成立。時至今日，該基金會(hui) 仍在支持各個(ge) 科學領域的基礎研究。

布什的想法一直存在爭(zheng) 議。亞(ya) 利桑那州立大學的丹尼爾 · 薩雷維茨（Daniel Sarewitz）就認為(wei) 布什的主張——由好奇心驅動的研究會(hui) 結出技術果實——是“毫無掩飾的美麗(li) 謊言”，並呼籲將科學引向技術創新。但是，回顧“大科學”的起源，技術發明的路徑漫長而複雜，並且往往是不可預測的。二戰期間的標誌性技術就顯著地表明了這一事實。

如果想要科學產(chan) 生技術效益，那麽(me) 除了目標明確的實際研究項目之外，我們(men) 還需要一個(ge) 堅實的基礎科學研究體(ti) 係。

今天，基礎科學受到的重視程度不斷下降，獲得的資助不斷減少。這很可能會(hui) 威脅到將來的“登月計劃”。

從(cong) 植物學到炸彈

毫無疑問，美國政府的巨大努力使得核武器最終問世。1945年，杜魯門總統在宣布使用原子彈的演講中，把曼哈頓計劃稱為(wei) “曆史上最偉(wei) 大的科學成就”。但是，在此之前，物理學家和化學家們(men) 已經研究了近十年核裂變。許多基礎的科學發現更是要早得多，而且它們(men) 也都沒有什麽(me) 具體(ti) 的實際目標。

1827年，蘇格蘭(lan) 植物學家羅伯特 · 布朗（Robert Brown）把顯微鏡對準了懸浮在水中的花粉顆粒。他觀察到這些微小顆粒在隨機移動，這種現象後來被稱為(wei) 布朗運動。在接下來將近80年的時間裏，它一直都沒有合適的解釋。

1905年，瑞士專(zhuan) 利局一位26歲的職員發表了一篇論文，提出花粉顆粒的行為(wei) 是由看不見的分子運動造成的。幾年後，讓 · 佩蘭(lan) （Jean BaptistePerrin）用實驗證實了這位年輕職員——愛因斯坦的理論。這為(wei) 分子的存在以及物質的原子理論提供了可信的證據。

同樣是在1905年（愛因斯坦“奇跡年”），這位年輕的物理學家還發表了另一篇論文。他假設輻射是由單個(ge) 的能量包組成的，並稱之為(wei) “光量子”。這是一個(ge) 革命性的想法，光電效應不僅(jin) 證實了光的量子理論，還為(wei) 量子物理學奠定了基礎。

這還不是全部。1905年，愛因斯坦還發表了一篇論文，概述了狹義(yi) 相對論，確立了質量與(yu) 能量的等價(jia) 關(guan) 係。後來，它解釋了核裂變為(wei) 何會(hui) 釋放能量。

1934年，布朗做出著名觀察100多年後，在羅馬恩裏科 · 費米鐳研究所工作的一群科學家發現，鈾這種已知的最重元素存在某些特異之處。費米和他的同事觀察發現，當他們(men) 用中子轟擊鈾原子核時，似乎產(chan) 生了一種新的、更重的元素——“超鈾元素”。

1939年，德國化學家奧拓 · 哈恩（Otto Hahn）和弗裏茨 · 斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）仔細觀察中子轟擊鈾核後發現，實驗產(chan) 生的並不是更重的“超鈾元素”，而是鈾核分裂產(chan) 生了更輕的反射性碎片。兩(liang) 位化學家寫(xie) 道：“我們(men) 萬(wan) 分不願邁出這一步，因為(wei) 它違背了以往所有的核物理學。”

1938年，奧托·哈恩和弗裏茨·斯特拉斯曼用這台實驗儀(yi) 器發現了鈾核的分裂

這些發現的重要性很快就變得清晰起來。正如瑪麗(li) · 奈（Mary Jo Nye）在《大科學之前》（1996年）一書(shu) 中敘述的那樣，奧托 · 弗裏施（Otto Frisch）得到這個(ge) 消息的時候，正與(yu) 他的姑姑利斯 · 邁特納（Lise Meitner）在一起，他們(men) 都是物理學家。

弗裏施回憶說，他和姑姑開始明白，在“將鈾核分裂成兩(liang) 個(ge) 幾乎相等部分”的實驗中，“最顯著的特征”就是它“釋放了巨大的能量”。弗裏施將之稱為(wei) “裂變”，並與(yu) 邁特納一起給出了它的理論解釋。玻爾（Niels Bohr）在普林斯頓大學與(yu) 美國物理學家約翰 · 惠勒（John Wheeler）合作，確定鈾的裂變是由鈾的一種稀有同位素鈾-235造成的。他還警告同事，這些發現可以用來“製造炸彈”，但“這需要整個(ge) 國家一起努力才能辦到”。

在二戰爆發前的幾個(ge) 月裏，從(cong) 巴黎到曼哈頓的科學家都在研究鈾。一個(ge) 法國團隊發表結果，高能核鏈式反應至少在理論上是可行的。鑒於(yu) 這些進展，尤金 · 維格納（Eugene Wigner）和匈牙利物理學家利奧 · 斯齊亞(ya) 德（Leo Szilard）——他們(men) 都希望這些發現對德國人保密——敦促愛因斯坦就核裂變的軍(jun) 事意義(yi) 給羅斯福總統寫(xie) 一封信。愛因斯坦的信件直接導致了1940年鈾谘詢委員會(hui) 的成立，該委員會(hui) 受國防研究委員會(hui) 領導。後者是新成立的聯邦機構，由布什領導。該委員會(hui) 運行了一年，隨後被科學研究與(yu) 發展辦公室取代。

起初，布什對核武器計劃持懷疑態度，但越來越多的科學證據表明了它的可行性。1941年底，布什召集鈾委員會(hui) 成員在華盛頓特區探討了這個(ge) 想法。12月，日本轟炸珍珠港。次年6月，羅斯福總統為(wei) 全力製造核武器開了綠燈。

三年後，廣島和長崎毀於(yu) 一旦。然而，使得核彈成為(wei) 可能的基礎科學是在戰爭(zheng) 前十年間發展起來的。從(cong) 花粉微粒到光量子，這些研究促成了21世紀上半葉物理學的發展。如果沒有這段豐(feng) 富的非定向研究，曼哈頓計劃根本就是不可想象的。

從(cong) 邏輯到計算機

計算機的發明過程同樣是漫長而複雜的。

世界上最早的電子計算機——英國的“巨人”和之後不久的美國的“ENIAC”——都來自政府項目。但是，與(yu) 核彈一樣，使得這些發明成為(wei) 可能的基礎理論早已存在。

直到二戰結束幾個(ge) 月後ENIAC才最終完成，並被美國陸軍(jun) 用來計算彈道軌跡

19世紀30年代，喬(qiao) 治 · 布爾（George Boole）還隻是一名青年教師，管理著英格蘭(lan) 的一所寄宿學校。他開始思考是否可以用代數來表示形式邏輯。威廉 · 涅爾和瑪莎 · 涅爾（William and Martha Kneale）夫婦在《邏輯學的發展》（1962年）中寫(xie) 道，布爾出生在一個(ge) 中產(chan) 家庭，基本上靠自學成才。多年後，有兩(liang) 位邏輯學家公開爭(zheng) 論“謂詞的量化”問題。布爾受此影響，決(jue) 定重新回到這個(ge) 問題上來。

1847年，布爾出版了薄薄一卷本《邏輯的數學分析》，概述了所謂的“邏輯計算”。這是一種高度普遍化的在哲學上雄心勃勃的代數，它奠定了現代二值邏輯的基礎。

當布爾寫(xie) 作這本書(shu) 的時候，並不是出於(yu) 現實的或潛在的應用。他認為(wei) 自己隻是在描述“人類理智的數學”。但是，到了1937年，也就是布爾的著作問世一個(ge) 世紀後，美國工程師香農(nong) （Claude Shannon）證明可以用電子繼電器開關(guan) 電路來實現布爾的代數。這個(ge) 想法正是現代計算機的關(guan) 鍵。

從(cong) 布爾的傑作到香農(nong) 的洞見，這條路並非坦途。事實上，香農(nong) 並不是第一個(ge) 注意到數理邏輯對計算具有實際意義(yi) 的人。關(guan) 於(yu) 計算機器的實驗至少可以追溯到17世紀。萊布尼茨認識到代數與(yu) 邏輯之間的對稱性，發明了一種能夠進行基本算數運算的機器。

1869年，英國邏輯學家威廉 · 傑文斯（William Stanley Jevons）在布爾方法的基礎上，製造了一台 “邏輯鋼琴”。這是一台類似小型立式鋼琴的計算機器，在涅爾夫婦看來，“更像是一台收銀機”。

當香農(nong) 發表自己成果時，他還是麻省理工學院的研究生，正在研究一種叫作差分分析儀(yi) 的模擬計算機。巧合的是，這種機器正是幾年前由布什發明的。

香農(nong) 自己的經曆，也充滿了偶然性。

1916年，他出生在密歇根州的一個(ge) 小鎮上。那是有線電報盛行的時代，他曾經搭建了一個(ge) 從(cong) 自己家到朋友家半英裏的電報網絡。後來，香農(nong) 在密歇根大學學習(xi) 電氣工程和數學。1936年，就在他畢業(ye) 前不久，恰好看到一則招聘啟事，職位是麻省理工學院的研究助理，工作是操作和維護布什的差分分析儀(yi) 。正如詹姆斯 · 格利克（James Gleick）在《信息》（2011年）一書(shu) 中所描述的那樣，在研究差分分析儀(yi) （一台滿是電子繼電器的百噸級機器）時，香農(nong) 意識到，每個(ge) 繼電器的狀態，“開”或“關(guan) “，都可以用二進製代數的0和1來表示。布什鼓勵香農(nong) 繼續研究，敦促他專(zhuan) 攻數學，而不是當時更熱門的電機驅動和電力傳(chuan) 輸領域。21歲的香農(nong) 接著寫(xie) 了他的碩士論文，內(nei) 容是布爾代數的機電應用，這被認為(wei) 是數字電路設計的基礎。

1940年從(cong) 麻省理工學院獲得博士學位後，香農(nong) 加入了位於(yu) 新澤西州的普林斯頓高等研究院，當時，愛因斯坦和一些在世的最偉(wei) 大數學家都在那兒(er) ，如赫爾曼 · 外爾、馮(feng) · 諾依曼和庫爾特 · 哥德爾等。

但是到了1941年夏天，美國加入二戰似乎已是迫在眉睫，香農(nong) 轉而去了貝爾實驗室，希望為(wei) 戰爭(zheng) 貢獻自己的力量。在那裏，他與(yu) 計算機先驅阿蘭(lan) · 圖靈相遇，時不時一起討論。圖靈在1943年被英國派到美國工作兩(liang) 個(ge) 月，幫助美國軍(jun) 方破譯密碼。除了破譯密碼外，香農(nong) 還在貝爾實驗室利用計算機將通信理論應用於(yu) 防空技術。這項研究得到了布什領導的國防研究委員會(hui) 一份重要合同的支持。

在戰後的歲月裏，香農(nong) 由於(yu) 在數字計算和信息理論方麵的開創性工作而備受稱讚，並成為(wei) 全美最著名的科學家之一。盡管有政府的經費支持，以及具體(ti) 的指向，香農(nong) 的成功仍是曆史的偶然。

不加控製的支持

二戰期間，政府不遺餘(yu) 力地支持科學研究。到戰爭(zheng) 結束時，政府資金占美國全部研發支出的80%以上。然而，布什擔心，戰後政府可能不再這麽(me) 慷慨。此外，他也擔心，科學研究在和平時期仍被政府控製，被引導到具體(ti) 、實用的目標上去。布什很清楚，許多技術的產(chan) 生離不開政府的控製，但他更明白這些技術是建立在基礎科學之上的。

1945年7月，布什向杜魯門總統提交了報告《科學：無盡的前沿》，這或許是有史以來最著名的科學政策文件。

他指出，“戰爭(zheng) 中，大多數科學研究都是應用現有的科學星空体育官网入口网站來解決(jue) 具體(ti) 問題”。但是，戰爭(zheng) 時期行之有效的做法不適用於(yu) 和平時期。我們(men) 必須取消戰時不得不施加的嚴(yan) 格控製，恢複科學探究的自由，這對擴大科學星空体育官网入口网站的疆域是非常必要的。

戰時的應用研究能夠成功，關(guan) 鍵是科學家在戰前積累了足夠的“科學資本”，那時他們(men) 並沒有義(yi) 務去追求理論的實際應用。布什認為(wei) ，應用研究是以基礎科學為(wei) 前提的。現在戰爭(zheng) 結束了，需要的是更多的星空体育官网入口网站，而不隻是更多的應用。新產(chan) 品、新工藝不是自己就冒出來的，而是建立在新的原則和概念之上的。基礎研究是技術進步的“心髒起搏器”，隻有基礎研究才能發展出新的原則和概念。今天這一情況比以往任何時候都更加真實。

布什是共和黨(dang) 人，民主黨(dang) 人並不認可他的報告。他們(men) 要求政府加強，而非削弱對科學的控製。這被認為(wei) 可以解決(jue) 另一問題：科學與(yu) 工業(ye) 的相互依賴。曆史學家肯德爾 · 伯爾（Kendall Birr）觀察到，“工業(ye) 研究在戰爭(zheng) 間歇期爆發式增長，隻在大蕭條期間受到了輕微抑製”。

從(cong) 1927年到1938年，美國工業(ye) 研究實驗室的數量大約翻了一番，從(cong) 1000個(ge) 增加到1769個(ge) ，其雇員也從(cong) 19000人增加到44000人。美國電話電報（AT&T）等公司為(wei) 這些實驗室提供資金，以此鞏固自身的市場優(you) 勢，最終形成壟斷。

戰爭(zheng) 初期，工業(ye) 研究已經集中在少數幾個(ge) 企業(ye) 實驗室中。據丹尼爾 · 凱弗斯觀察，到戰爭(zheng) 結束，集中程度更加明顯，政府的研究經費66%隻給了68家公司，40%更是隻給了10家公司。羅斯福新政的鐵杆擁護者，參議員哈雷 · 基爾戈爾（Harley M. Kilgore）認為(wei) ，科學正在變成“公司或工業(ye) 研究的婢女”。

這個(ge) 指控在政治上很有分量。在1943年的參議院會(hui) 議上，聯邦法官、司法部反壟斷司前助理檢察長瑟曼 · 阿諾德（Thurman Arnold）呼籲政府“打破私營集團在研究領域的壟斷地位”。《紐約時報》的科學編輯寫(xie) 道：“自由放任作為(wei) 經濟原則已被拋棄；作為(wei) 科學政策，也應該被拋棄。”1945年底，基爾戈爾呼籲建立國家科學基金會(hui) （NSF），監督所有政府研究，引導它們(men) 實現社會(hui) 所期待的目標。

盡管布什並不是羅斯福新政的粉絲(si) ，但和基爾戈爾一樣，他也擔憂經濟壟斷，擔憂工業(ye) 界控製科學。然而，他反對政府控製科學。

他給總統顧問伯納德 · 巴魯克（Bernard Baruch）建言，問題是“科學僅(jin) 僅(jin) 需要被支持，還是同時也需要被控製？”換句話說，它需要被支持，但控製，無論是由工業(ye) 界還是政府，都會(hui) 扼殺新星空体育官网入口网站的發現。

在工業(ye) 界，科學研究一般都會(hui) 受到“之前達成的目標”，以及“持續性商業(ye) 壓力”的約束。政府雖然沒有商業(ye) 壓力，但受到類似的政治壓力。無論是工業(ye) 界還是政府，它們(men) 關(guan) 心的都隻是“應用現有的科學星空体育官网入口网站去解決(jue) 具體(ti) 問題”，而不是“擴大科學星空体育官网入口网站的疆域”。

部分勝利

基爾戈爾提議國家科學基金會(hui) 引導研究朝向特定應用，而布什則主張將資金分散用於(yu) 基礎研究。在《科學：無盡的前沿》中，布什詳細闡述了自己的計劃，這份報告源自他與(yu) 羅斯福總統的一次談話。談話中，布什對戰後科學的命運表示擔憂。事實上，他向總統提出的想法正是為(wei) 了對抗基爾戈爾的計劃。1944年，羅斯福正式要求提交這份報告。1945年，它被提交給了杜魯門總統，並被公之於(yu) 眾(zhong) ，僅(jin) 在基爾戈爾計劃公布前幾天。

在布什的計劃中，基金會(hui) 不會(hui) 指導或監督任何研究，而隻是資助各種非政府機構，“主要是學院、大學和研究機構”。布什認為(wei) ，隻要這些“基礎研究中心”充滿活力和健康，“就會(hui) 不斷有新的科學星空体育官网入口网站流向政府、工業(ye) 界或其他地方”。與(yu) 基爾戈爾的計劃不同，科學研究的”政策、人事、方法以及範圍“都將由具體(ti) 的研究機構自己負責。對布什來說，隻有當科學是自由的，而不是被控製的時候，科學才最有可能蓬勃發展，並最終產(chan) 生出令人震驚的想法。

這場政治鬥爭(zheng) 持續多年。

1950年，杜魯門總統終於(yu) 簽署了一項創建國家科學基金會(hui) 的法案。盡管沿用了基爾戈爾建議的名稱，但這個(ge) 新機構在某些重要方麵反映了布什的願景，包括他對基礎研究的強調。但是，它與(yu) 布什的願景之間至少有兩(liang) 個(ge) 重大差別。

基金會(hui) 主任將由總統任命，而不是布什建議的由基金會(hui) 成員選舉(ju) 產(chan) 生。杜魯門先前曾否決(jue) 了一項排除此條款的法案。此外，基金會(hui) 將有權製定整體(ti) 的研究議程，而非聽任研究機構自身的安排。

在設計思路上，國家科學基金會(hui) 明顯帶有布什的印記：在戰爭(zheng) 期間支持應用研究的，戰後支持基礎研究。但是，布什關(guan) 於(yu) 政府支持非定向研究的願景從(cong) 未得到完全實現。隨著國家實驗室的發展和冷戰研究的興(xing) 起，這一願景更是無從(cong) 談起。

事實上，國家科學基金會(hui) 並沒有成為(wei) 政府研究項目的首要資助者，甚至不是主要資助者。戰後不久，國家科學基金會(hui) 的預算就被新成立的海軍(jun) 研究辦公室和原子能委員會(hui) 超過，就連醫學研究也被轉移到了國立衛生研究院。因此，到成立之時，正如凱弗斯所言，國家科學基金會(hui) “隻不過是美國多元化的研究機構中，一個(ge) 微不足道的小夥(huo) 伴”。

保護無盡的前沿

布什向總統提交報告75年後的今天，基礎科學研究在美國政府科研支出中所占的比例不斷下降。並且，政府支出隻占到全部科研經費的1/3，這個(ge) 數字在戰後十年左右曾是2/3。公共和私營資金越來越多地支持實用的、有具體(ti) 目標的研究，而不是基礎的、非定向的、純粹由好奇心驅動的研究。

科學應該被引導到具體(ti) 的實際目標上，還是自由地追求自己的目標？核彈、計算機、雷達的發明史為(wei) 布什的想法提供了重要支持。正是基礎研究中積累的大量科學數據，才使得這些非凡的技術成就成為(wei) 可能。

值得注意的是，雖然布什對基礎科學的重要性深信不疑，但這並不是基於(yu) 理論推理，而是布什的親(qin) 身經曆。

年輕時，布什在數學方麵表現出色，但更喜歡實際的發明和創造。1916年，他獲得了麻省理工學院和哈佛大學聯合培養(yang) 的工程博士學位。在第一次世界大戰期間，他參加開發了潛艇探測器。正是作為(wei) 電氣工程師的經曆，讓他確信了基礎研究的價(jia) 值。

戰後，布什被任命為(wei) 麻省理工學院電氣工程係的電力傳(chuan) 輸教授，後來成為(wei) 該校電子工程學院院長和副校長。在此期間，布什還幫助他的大學室友勞倫(lun) 斯 · 馬歇爾（Lawrence K. Marshall）創辦了一家專(zhuan) 注於(yu) 製冷和電子技術的商業(ye) 企業(ye) ——雷神公司。這家公司後來成為(wei) 一家大型國防承包商。

20世紀初，科學與(yu) 技術已經相互依存、相互促進。布什的職業(ye) 生涯真切地反映了這個(ge) 曆史現實：他是一個(ge) 橫跨數學、計算機和工程等領域的研究者，同時也是一個(ge) 擁有多項發明專(zhuan) 利的企業(ye) 家，一個(ge) 領導監管計算機、雷達和核彈發展的戰時機構的聯邦官員。科學星空体育官网入口网站已經成為(wei) 現代技術進步不可或缺的東(dong) 西。純粹理論上的發現，隨著時間的推移，能夠產(chan) 生巨大的實際效益。

相比應用研究，政府對基礎研究的資助力度不斷下降。現在是時候重新考慮國家的科技政策了。技術奇跡需要科研機構能夠自由地追求其目標，並有充足的資金這麽(me) 做。

本文作者安東(dong) 尼·米爾斯（M. Anthony Mills）是R街研究所的科學政策主任；馬克·米爾斯（Mark P. Mills）是曼哈頓研究所的高級研究員，也是西北大學麥考密克工程學院的研究員。本文選自《世界科學》雜誌2021年第1期“創新啟示錄”欄目。

資料來源：

The Science Before the War

END


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