为科学提供资源
科学家如何做计划
大多数科学研究直接沿着过去的科学成果铺就的道路继续前进。近期的科研成果能为人们指明未来最有趣的研究方向在何处，同时还带来了某些研究者对未来的展望。更罕见的情况是，某个科学家经过苦心思索，发现了一个不同寻常、彻底革新的研究方向。这种用思考来推动科学演化的方式能从其他研究领域中挖掘出有用的片段，开启新的研究方向。然而，科学的下一步究竟会朝哪个方向发展，在很大程度上取决于资源。每个科学家都梦想着成为领域内的领袖，但回到现实，他们却面临着一个接一个障碍。科学之难，难于上青天。
科学家总是声称他们只愿从事令他们着迷的研究，但我到目前为止已经向你展示了一大堆可能影响科学家的因素。他们在决定下一步要进行什么研究时，也会考虑这些压力：要么旨在获得同僚的尊重，展示自己发表高影响力论文的能力，要么旨在提高自己获得高额科研经费的机会。多种影响因素相互配合，具有重大社会意义的问题因此得以解决。但很少有科研项目从一开始就清楚地显现出它们会影响什么重要的社会问题，这个问题通常是在事后回想结果时，才会浮现出来，但在事前很难预料。在事前起作用的是其他因素。
一个研究项目通常的方向是增加复杂度。每个科学家在各自的核心领域内工作，搜寻着可以推进的下一个方向。但所有简单的东西都已经被探索过了，唯一的方向是在过去的基础上，创造出更复杂的系统。这是典型的构造式科学，但其目的可能是为了促进化简式科学的进步。于是，在这个过程中，会出现越来越多的细节、对某些方面越来越细致的描述。但有时候，奇迹也会发生——一名科学家另辟蹊径，开创出了一条更加简单的路径，因为他们和其他人的研究打开了一个新的探索空间。在这种情况下，他们无须在错综复杂、寸步难行的科学之网中艰难跋涉，而是仿佛来到了一片开阔地，视野一览无遗。这种情况十分罕见。如果一个科学家竟然遇到了这种情况，那将成为他生命中的特殊时刻。在这个时刻，他们会为眼前铺展开的景色兴奋不已。在这片景色中，许多做梦都想不到的联系呈现在眼前，令他们欢呼雀跃。
在生物化学领域，要想理解细胞的运行机制，下一步可能是理解控制某些基因的机理，包括哪些因素控制着基因的激活，什么时候应该激活某些基因，它与细胞内和基因组内的其他什么因素相互作用。其中，让某个科学家与众不同的是他如何选择目标基因，或者如何选择该基因运行的哪些方面来加以研究。研究能力的高下并不仅仅取决于解决问题的能力，还取决于选择最适合的问题的能力。此时，起作用的是“直觉”“凭本能做事”“嗅出一个好方向”，而不是逻辑。虽然研究初期的一些决定很重要，但是，真正决定在研究进行过程中会遭遇何等趣事的是对研究整体大方向的控制。
在探索者领导的科学研究（化简式科学）中，理解自然的奥秘理应是探索的唯一方向，但事实上，人们却常常做出不同的选择。“大挑战”领域的科学家常声称他们正在努力“治愈癌症”、“找到万有引力的量子基础”或者“理解意识”，但是这些名头都太宽泛了，一点也不具体，让人摸不着头脑，不知道下一步应该做何计划。在粒子物理学领域，研究者下一步应该加入什么实验？通常情况下，这样的科学家已经在国际合作团队中工作了多年，脑中已经对该领域的新方向有所了解，一直在为开发各种耗费巨资的新实验进行游说。这样的实验在真正实施之前，往往需要5~20年的时间来寻找经费，做计划，建造大型实验设备，因此，关于这些实验的决定不能冲动和草率，因为它们就像结婚一样，是一项长期投入。通常，他们所信任之人，往往来自同一个研究组，或者联系紧密的其他研究组，他们仿佛是忠诚的“一家人”。相比之下，理论学家在选择他们聚焦的研究方向时，往往更加冲动。一般情况下，他们不需要大量资金，对他们而言，时间和他们在职业生涯中掌握的理论技巧是更加宝贵的资源。他们决定要做什么时，更加受到情感的驱动。因此，科学家在做计划时所考虑的时间尺度是不同的。
科学事业的规模
在现代科学所需要的资源中，最重要的是金钱。当然，很多有趣的科学项目在缺乏强大经济支持的情况下依然意气风发，它们大多分布在气氛温和、竞争较小的领域，规模通常不大。比如，我最喜欢的一个项目就是这样，它研究的是纸张落到地面的过程中，为什么会呈现摇摇晃晃的状态（这个研究其实十分有用，如今它有助于人们理解昆虫尺度上的空气动力学）。然而，即便是这样的项目，想要开展下一步研究，也需要模拟气流旋涡，这就需要大量的计算，因而需要强大的计算机。还有一篇最近发表的论文，研究的是水滴在蜘蛛丝上凝结的过程，证明了蜘蛛丝拥有一种特殊的性质，能够从空气中吸取水分，从而变得潮湿。无独有偶，在这个研究中，除了简单的设备之外，还需要昂贵的电子显微镜，才能在微小的画面上捕捉图像。
一些研究需要巨量的资源，这体现在所需的设备、人力、深度数据处理和研究的广度上。研究者们在这方面并没有什么特别的兴趣，关于解决资源问题的方法，他们更多是从本领域其他研究组那里学来的。这些方法最好能成功，这对他们至关重要，因为这些方法塑造了科学家以及控制资源的经费提供者的观点。科学家必须在三个选项中做出选择，要么加入一个较大的研究组，要么做独行侠，要么组建一个由自己来领导的研究团队。他们最可能做出什么选择，取决于他们过去的经验和他们所处领域的文化。如果他们想要自己组建一个团队，那么，首要任务就是说服别人相信他们的理念是值得追求的。这对申请经费很重要，必须发生在递交经费申请书之前——为了开展新活动，人们需要花费宝贵的时间和精力。达成共识即便在项目开展之前也十分重要。有了项目，才能创造出更多的共识。
科学界不存在神秘的赞助人，供科学家们随心所欲地花钱，因此，他们必须向某人申请经费。经费的来源分为几种：所有纳税人向政府缴纳的税款、抗击疾病的医疗或健康慈善机构（它们从个人那里获取捐款），或者我们当下或未来对产品的消费，因为消费会刺激新的研发。每个经费来源都为研究者带来了不同的压力和可能性，决定了科学项目获得资金的方式。
科研经费从何而来？
在21世纪，各式各样的组织机构都愿意为科研项目提供经费，因为从历史经验来看，他们都相信这是极好的投资（如图7-1所示）。科研经费最主要的来源是政府，特别是在物理学和数学领域。换句话说，纳税人似乎都相信科学是对社会有益的投资。然而，对科学的需求并不是直接由纳税人本身创造出来的（除了治疗疾病方面的研究）。相比之下，政府将科学视为一个有助于实现远大目标、提升社会满意度的工具，比方说创造出稳定和有益的就业机会、安全无虑的环境，或者增加人民选择的余地。
图7-1 科学生态系统中研究经费和产业转化的过程
一笔经费经过一个或多个政府部门或者“研究委员会”，所受到的直接政治和行政影响程度不一。来自政府部门的经费所受影响更直接，来自研究委员会的经费所受影响不那么直接。这些部门在每笔预算中争取科学资源。因此，尽管科学家总希望能远离政治，科学却不可避免地被“政治化”了。在过去，关于究竟应该在科学中投入多少资源，科学家之间似乎达成了一种秘密且静态的共识。但在最近几十年，这个问题越来越暴露出来，因为科学家及其所在的研究机构对资源的需求不断增长。科学家和政客似乎都接受一个观点，那就是科学是一个工具，可供达成某些目标。纵观世界，不管是美国、欧洲还是亚洲，人们都同意范内瓦·布什在“二战”后所写的那篇短文中所提出的观点。在文中，他将科学视为促进社会进步的工具。人们认为，科学是具有“效用”的，在此基础之上，大量的动机被激发出来。如今，科学家为了获得经费，便不得不证明他们的项目具有这种“效用”。
在一些国家，科学经费中有很大一部分来自政府中与军事相关的部门。在英国，研发费用约有15%来自军事部门，在德国则不到5%，美国的比例超过30%，而俄罗斯更是超过了40%。以色列和中国的数据不太容易获取，但很可能也差不多。在美国，国防经费（其数额比其他国家大多了）主要花费在构造式科学而非化简式科学上，与此同时，大部分经费都被投入到开发具有突破性意义的科技上。科技将现代战争划分为两个阵营，一方是发达国家阵营，他们强调保护士兵生命安全的创新技术，另一方则是非政府士兵，他们拥有的科技十分有限，因此，他们最大限度地利用他们拥有的技术。投资军事技术并不是什么新鲜事，人类最早对科学的正式投资，皆因军事而起，比如研制更加稳定的火药，或者寻找侵略外国领土、掠夺外国财富的新路子。
我们日常生活中所使用的许多技术，究其历史，最初的发明都来自军事投资。激光及许多相关技术都来自美国在“二战”之后的大规模军事投资，但这些技术如今却影响着我们所观看的DVD电影和即时聊天工具，并帮助人们“焊”回脱落的视网膜。如果没有军事投资，这一切会发生吗？诚然，科学内部是紧密相连的，激光研究的确属于某个研发框架的一部分，应该不会被完全忽视。然而，一项技术研发的速度取决于投资的规模。军事部门向某些科技领域投入了大量金钱，以期获得迅速回报。如果没有这些投资，大部分科技进步将不会集中在少数几个国家，而是会均匀分布在所有国家，因为知识生态系统内部是十分开放的，于是，军事方面的优势将不复存在。目前，军事对科技的投资集中在自动化、生物、微生物、纳米武器等方面，这些领域成了兵家必争之地，各家都希望能在这些领域占领高地。
在美国，许多基础科学的经费都是通过这种方式获得的。陆军、海军、空军的研究实验室都属于科学生态系统的一部分，他们会投入经费支持创新的点子。美国海军研究办公室声称，50多名诺贝尔奖获得者正是因为使用了他们的经费才获得了诺贝尔奖。还有一个军事科研的金主是美国国防部高级研究计划局（DARPA），它因资助可能在未来几十年带来技术变革的基础科学研究而闻名，比如量子计算。它十分积极地投身于科研，大胆试验，其中一个知名的成果是因特网的早期应用。许多领域的经费在其他国家大都来自科学相关部门，但在美国，这些经费都由军事项目提供。不过，大多数科学家自身并不觉得这个区别有多重要。对他们来说，这只是科学生态系统的运行机制，是他们无法控制的。身为其中的一员，他们只能遵守游戏规则。在美国以外的其他国家，军事投资在产出科学突破方面的作用聊胜于无。但在美国，五角大楼几乎将整个政府对科学的投资翻了一番。不过，有研究显示，非军事投资的科研项目更有益于经济形势。在一份近期发表的报告中，有人批评美国国防部最近过于聚焦短期科学项目，声称“在目前的计划中，占据主流的是推动渐进式进步的项目，而革新性的项目没有受到应有的重视”。
产业经费
在科研经费中，除了政府用纳税人的钱提供的部分以外，企业在开发新点子这方面也扮演着很重要的角色，他们自身也能从中获得利润（如图7-2所示）。创新能有效地保证公司的产品在竞争中领先于市场，并满足顾客的需求，这一点对所有产业都很重要，特别是对高科技产品来说。这种“达尔文式进化”能极大地激励新科技的研发。所有产业科学投资者都面临的困难是找到一个值得聚焦的方向，以及明确处于什么阶段的早期理念适合投资，因为资源是有限的。企业应该进行基础研究、应用研究，还是技术开发？
图7-2 科学的“发动机”。图7-2（a）是位于新泽西州的前贝尔实验室，这里诞生了晶体管。图7-2（b）是位于华盛顿特区的美国国防部高级研究计划局总部，这里资助了因特网的前身。图7-2（c）是位于伦敦的惠康基金会，它主要为生物医药研究提供经费。资料来源：L Aberle /Wikimedia; Coolcaesar/Wikipedia
20世纪下半叶，一个企业能完全在公司内部完成新产品的开发，这是一件值得骄傲的事。他们相信，专利保护和内部知识足以抵御外敌，带来丰厚的回报。公司内部开发的药物可能持续多年带来巨大的利润。半导体计算芯片的新设计能换来今后许多代产品。但是，这种仅靠内部研发的方式也带来了不少问题。第一，风险很大。许多项目尽管雇用了许多极端聪明的人参与研发，最后还是功亏一篑。这说明科学研究并不能总是按照人们预定的计划进行，某个科学思想是否成功取决于许多未知的因素。这些企业对“内部研发”的依赖显示出人们的一个迷思：从科学思想到实践，再到产品研发，是一条持续的单行线。但在这个过程中，许多预料不到的问题纷纷浮现，极大限制了该技术的实际应用，相反，从未知的竞争对手那里得来的点子反而更容易成功。
第二，如果一家公司拥有一系列利润丰厚的成功产品，但这些产品均是基于某一项技术，那这家公司调拨人员支持另一项技术的研发是一件相当困难的事情。比如说，柯达公司在内部研发出了最早使用半导体芯片的数字照相机，并申请了专利，但是，他们却不愿让这项技术影响当时利润丰厚的胶卷生意。结果，他们未能在数字相机产业投入资源。但其他公司（比如佳能）却在这方面投入很多，最终让柯达破产。风水轮流转，如今轮到这些数字相机公司了，它们因手机的出现而纷纷倒闭。近年来，颠覆性的技术通常是由小型公司开发出来的，然后，这些技术会被更大的企业收购。或者，大公司也可能在公司内部投资建立较为独立的创新研发中心。这样，企业能以这些方式将它们的研发业务外包出去。
第三，我们并不清楚，第一个将某种新科学思想转化为实用技术的人是否能够获得相应的回报。这个过程需要花很多钱，其间可能会出现许多无法解决的问题，并且，光有科学思想无法获得专利，只有技术才能申请专利。科学知识在人群中扩散很快。如果某种技术似乎大有前途，其他公司很快就会找到效果差不多、没有专利权的其他方法。因此，第一个吃螃蟹的创新者领先对手的时间极短。有时候，做开发某项新技术的“第二人”反而比做“第一人”更好，因为所有需要花钱的探索以及对新市场的开发已由“第一人”做完了，这样，后面的人只要学得快，就能开发出成本更低、性能更高的相似产品。正因为这个原因，企业真正需要的研究团队不仅需要拥有精湛的技艺，还要能够走出企业，探查广阔的外部世界，了解其他人都在做什么，而不能为了保护自己的产品而故步自封，做井底之蛙。新科学通常会出现在领域交界之处，因此，比起“全力孵化新技术”，“向外看”是一个更佳的策略。
正是因为企业在研发新技术的过程中会遇到这些难题，政府资助科研的方式才得以迅速崛起，这种方式化解了投资早期技术面临的风险。正是这些风险的存在，使得企业在新技术研发面前望而却步，尽管这些新技术对社会大有裨益。政府投资早期科学，还有助于这些新科学向全社会公开，允许所有企业对其加以利用。其结果是，如今的企业争先恐后地想要和世界各地的政府一起投资科学项目，以备后用。作为回报，企业对这些科研成果获得了一些特殊的权利，不过，这些权利因各国文化的不同而不同。在过去，高校曾将他们的科研成果开放给所有公司免费使用。因为他们将其视为对社会的责任。但近期，人们逐渐认为，这种方式令企业不劳而获，导致他们不懂得珍惜，不好好利用那些科研成果。因此，在一些国家，高校开始保留利用他们科研成果的权利。我们稍后将讨论这个话题。
随着经济的全球化，企业的视野日渐开阔，放眼全球，不再局限于本地。支持本地的科学研究固然很好，但实现企业自身的技术雄心才是他们考虑的重中之重。科研项目带来的好处很多，除了从中获得明显的实际成果之外，企业还希望通过与科学家的合作达成其他目的。企业自己的研究者与外部科学家的合作能为企业带来许多新思想，这些新思想可能来自其他知识领域，也可能来自该领域的前沿。这个过程让科学知识更快地扩散到企业内部，进入他们的雷达范围。高校中的年轻科学家如果能与企业进行合作，会对这些企业产生更好（当然也更真实）的印象，这也为企业提供了一条招聘精英的绝佳路子。最后，全球化也会影响公众对企业的看法。资助科学研究有助于企业的品牌建设，能将企业行为与社会发展联系起来，这一招对年轻人尤其有效，因为年轻人通常对高科技充满热情，并认为高科技代表着前瞻思维（在上一章，从日立公司的例子中可见一斑）。企业（比如化妆品、食品饮料、原油开采和核能产业的公司）还可以用这种方式来平衡外界认为他们“剥削民众”的消极看法。这些产业对学术研究的投资向公众传递了这样一个信息：他们并不只是片面地追求利润，他们也追寻真理；他们的目标不仅是一己私利，还包括科学理想。
不过，企业的这种行为进一步加剧了科研领域的竞争，因为他们并不满足于本地的科学家，而是会走出去寻找和聘请顶尖的研究者，哪怕他们隔着一个大洋。于是，来自产业的科研经费更加集中在精英研究机构中，这些机构也因此学会了种种妙招来“招蜂引蝶”，吸引产业经费。这个现象在许多科学领域引起了不安，因为人们担心对商业回报的欲望会污染对科学真理的追求。
为未来的前景投资
新兴科学并不是总能立刻带来产品或市场前景。如果现在人们还不清楚他们能从自己的基因组信息中得到什么好处，就没有人会愿意花钱购买个人基因组的产品。话又说回来，如果没有公司感兴趣，科学家又从何处获得经费来研究那些可能对社会和商业产生重要用途的科学知识呢？满足这些需求的，是那些相信投资科学能带来巨额利润的投资者。这些投资者包括风险投资公司和天使投资人这类金融公司，他们关注的是如何从一笔投资中尽可能快地获取利益。他们的首要目标是找到那些可能带来真金白银的科学项目，并努力将其变成现实。然而，雾里看花似的科学进展让他们的工作难上加难，超过90%的科研风险投资在短短几年时间内就失败了。成功的项目少之又少，而一旦成功，它们便可能平步青云，吸引更多轮的投资。剑桥的ARM公司便是这样一个例子——目前几乎所有移动设备内的芯片都是由他们开发的。
这种科学投资方式的主要问题不是钱，而是时间。从本质上说，科学受制于其思想的发展进程。对某个科学问题一掷千金并不总能加速这个过程。只有少数科学思想最终能克服风投公司为保护投资而设置的种种障碍。一些科学项目需要花费较长时间，它们通常在第一轮就倒下了，因为在风投面前，证明一个科学项目具有实际用途比“炫酷”更重要。并不是所有科学家都有兴趣将科学思想转化为产品，因为这种转化会分散他们的注意力，并带来许多负担。与此同时，尽管许多科学思想最后未能达成当初预想的目标，但它们开启了一些新方向，而在这些新方向之中又诞生了许多有用的科学。为企业的目标服务而从事科学研究的最大困难在于，在科研的过程中不能偏离核心目标，这导致了科学的开放性与企业赚钱以谋生存发展的商业目标之间的冲突。但我个人的经验告诉我，这种以目标为导向的科研并不一定只带来技术进步，也能产生新的科学思想和科学知识。
总体而言，科学生态系统的发展很大程度上并不依赖于这种来自企业的投资。但政府将这种行为视为资助科学的一大理由。由于这个原因，科学家被迫与产业合作，从而导致他们做出来的科研成果数量越来越少。从纳税人的角度来说，那些巨大的成功尽管很少出现，却在人们心中留下了十分深刻的印象，提升了科学在我们生活中的地位，并让人们相信，科学具备一种“炼金”的能力。稍后我们将讨论这方面的证据。
接受礼物
最后，还有一种为科学提供经费的投资者，那就是关注某个问题的慈善机构和慈善基金会。他们看待科学的角度非常功利。比方说，这个领域的研究能否“治愈癌症”、消除艾滋病、满足第三世界国家的用水需求或者实现其他目标？根据管理层的态度和捐款人的不同，这类基金会有时能高瞻远瞩地考虑十分长远的问题，而不只是解决当下的问题（不过有时候他们也会受到企业的“要挟”，因为企业总是想要推销他们自己的产品和解决方案）。捐款的行为通常源自捐款人的情感因素，这些捐款能够聚少成多，为科学研究提供长久的支持，从几天到几十年不等。一些身家亿万的慈善家（就像维多利亚时期的慈善家一样）在这方面产生越来越重要的影响，但在媒体上产生的影响和对科学的操纵并不多。
“科学能帮助一切”说起来容易，但面对实际问题时，选择做什么科学研究才能加速解决问题，却是个很难的选择。有时候，解决某个问题最好的点子是最初谁也想不到的。因此，慈善投资最好能够将新兴科学与它们可能的应用场景联系起来。同军事投资一样，慈善投资也想加速新科学在某些特殊问题上的实际应用。在医疗研究领域，慈善机构是最主要的经费来源之一——人们纷纷向其寻求资金——很受尊敬。环境保护慈善机构用科学知识来应对他们面临的挑战，并游说政府实施某些政策，因此，科研成果可以增加他们的影响力。发展类的慈善机构则聚焦在如何提升人们对某些需求（以及新市场）的关注上，并开发出可以被广泛采纳的开创性解决方案。
从慈善机构拿钱做研究，为许多科学家提供了“将世界变得更好”的道德激励（有趣的是，从军事机构拿钱做研究的科学家也会说同样的话）。这种反应让科学生态系统变得更加复杂，因为这将奖赏划分为两类——内部奖赏和外部奖赏。有用的科学不一定能让人兴奋。其结果是，科学生态系统内的行动者根据科学家等人对自己角色的理解不同而进一步分化。当然，那些位居学科核心的人依然手握权力，在他们眼中，知识之网完全被利益的光芒笼罩，距离中心越远，光芒越黯淡。
由此可见，科研经费的来源必须多样化，才能让科学家得以推行不同的点子，这些点子或是受到智识上的启发，或是受到开发新技术的激励。接下来，我将要讨论今天科学家花费的科研经费到底有多少，以及个中缘由。