大科学工程建设面临的双重危机
1、李侠 2李格菲
（1、上海交通大学 科学史与科学文化研究院 上海，200240；2、早稻田大学 国际文化与传播学院，东京，日本）
摘要：大科学工程的有效运行需要严格的基础支撑条件：知识、人才与资金，在支撑条件并不充分的情况下，仓促上马大量大科学工程项目会给科技界带来严重危害，主要有三点：首先，透支科技界的信任资本，造成信任红利消失；其次，在基础研究经费有限的情况下，大科学工程会挤占其他学科的发展资源，遏制其发展；第三，大科学工程由于资源过度集中，会造成科技界的割据化现象，伴随着边际效用递减，路径依赖效应会导致科技界陷入退化模式。
关键词：大科学工程；信任；资源；危机
中图分类号：G301 文献标识码：A
随着中国经济体量成为世界第二大经济体，以及创新驱动发展战略的实施，国家在科技的投入上也逐年提高，所有这一切都助长了科技界的冒进之风。各种上大项目的浪潮从各个领域渗透到科技界，科技界也开始出现各种大科学工程如雨后春笋般涌现的壮观景象。问题是我们的科技投入养活得起这么多的大科学工程吗？现有的知识与人才储备支撑得起这些大科学工程吗？如果这轮大跃进之风不能得到有效梳理，将从根本上扭曲中国科技发展的正常轨迹。
一、大科学工程的信任危机
大科学工程通常是指：“以大型科研装置、设备、工程等硬件设施为依托，集中多个领域科技资源组织开展的系统性科学工作。大科学工程也是为国际公认、主要以开展原始性科学创新所必须依托的工程项目。”【1】这类定义的一个共性特点就是突出其工程性，即工程规模的庞大与技术的复杂性，问题是，大科学工程首先要考虑到这个载体所承载的科学研究是否具有前沿性与创新性。遗憾的是，在当下语境中科学内容的首要性正在逐渐降低，而工程性则在快速增加。从这个意义上说，明确大科学工程立项的第一标准就是内容的前沿性，这一标准应该在所有考虑中占有绝对的优先性，否则非但不能促进科技的快速发展，反而会扭曲科学发展的整体布局。
由于大科学工程涉及到的内容基本上属于基础研究领域，其未来产出的成果大多具有公共物品的特性，短期内难有商业回报，由于产权问题，市场不会主动投资基础研究，因此，这部分的投入只能依靠政府来推动，这就决定了基础研究从一开始就面临投入的先天困境。一个国家该如何安排科学结构的布局，这与该国的整体社会发展水平密切相关，鉴于中国仍然是一个发展中国家的现实，这就决定了中国在科研结构布局上的选择更偏好于应用研究，这种战略安排短期内很难改变。政策范式一旦成型就会潜在地产生制度惰性，并呈现出高度的路径依赖性。因此，基础研究规模在当下无法达到理想的区间，这是由现实国情决定的。笔者以前曾撰文指出，中国科学刚刚实现了从“穷科学”向“小康科学”的过渡，这就决定了我们必须利用这段时间耐心与努力地夯实科学基础，切不可急躁冒进。近年来国家的科技投入增加了，应该适当发展一些大科学项目，但是不能出现大跃进现象。因此，大科学工程不是不能搞，而是应该仔细评估，尽量缩小规模，力争在资源的硬性约束下，评选出少而精的大科学工程项目，以此达到对科学发展的引领作用，而非科学界的圈地运动。
开展大科学工程需要具备一些基础支撑条件，除去宏观层面的政策支持外，还需要中观层面的基础条件支撑，缺少这些基础支撑条件仓促上马的大科学工程很难取得预期效果，由于工程建设的不可逆性，一旦决策失误，这些项目未来极有可能成为科学界的烂尾工程。为了简要说明这种情况，见图1：
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图1：大科学工程中观层面的基础支撑条件
根据图1大科学工程支撑条件模型，简要分析一下我国开展大科学工程的边界条件问题。在知识储备方面，由于我国自然科学的诸多学科在国际比较中，尚没有一个学科排名世界第一，这就意味着我国在前沿知识领域整体上距离科学发达国家还有一段距离；这就决定了我们不能盲目上马太多大科学工程项目。那么基于现有的知识与人才储备现状，大科学内容该如何选择呢？根据笔者的研究，通常有两个路径：其一，选择基础最好，实力最强的学科作为突破口，这样通过大科学工程的载体能够让该学科很快走到国际前沿；其二，根据美国科技管理专家斯托克斯（Donald Stokes）提出的“巴斯德现象（Pasteur's Quadrant）”理论，我国大科学研究内容的选择应该基于“由应用引发的基础研究”入手，这么做的好处就是，从现实国情出发，虽然不能说是最前沿的研究，但可以解决当下面临的最紧迫的理论问题。如大飞机工程，这类研究内容的市场转化前景比纯粹的基础研究（玻尔象限）要容易，而且，也更适合中国的国情。在研究内容的选择上一定要避免那种理想主义的主张：即研究不要带有任何功利目的，为研究而研究。听起来很崇高，但是，这种做法恰恰是对中国科技的最大不负责任：因为你所花的经费是纳税人的钱，研究者必须对他的投资人负责。在研究者与纳税人之间存在一个无形的“委托——代理”关系。科研人员作为具体研究工作的代理人必须全力以赴完成委托人期待的工作，由此，才能获得委托人的信任，从而在科技与社会之间形成良性循环的局面。否则，完全不顾纳税人的期望与偏好，一味凭自己所好，为科学而科学，到最后就会失去社会对科学的信任与支持。
在人才储备方面，以获诺贝尔奖数量作为参考，高端人才严重不足，而中低端人才数量庞大，在总量上已经是世界第一，在世界主要国家的人才存量结构的比较中：“中国万人劳动力中科学家仅有18人，而第一梯队的英、美则有79人，第二梯队的法国、澳大利亚等国家则有68人。”【2】由于大科学工程的特点决定了其对高端人才存在高度的依赖性，现有的人才储备结构决定了我国开展大科学工程的数量与内容的选择模式：少而精与从应用切入基础研究。在经费支撑方面存在的问题更加明显，对此，下面有详细的分析，不再赘述。因此，上述三项基础支撑条件决定了中国发展大科学工程的边界条件。
幸运的是，我国早期开展的大科学工程之研究内容的选择与数量配置大多处于“巴斯德象限”内，即由应用引发的基础研究，在资金的硬性约束下选取少量的大科学项目。如20世纪50-60年代，为了应对国际上的压力与威胁，开展的两弹一星工程，都是著名的大科学工程，其研究内容的选择与数量配置大多基于隐性的基础支撑条件而定。这也是早期大科学工程成功的内在机制，大科学工程的成败对于后续的科技发展意义重大，如果失败了，科技界整体将陷入规模萎缩与不被信任状态。幸运的是，两弹一星的成功，抛开其广泛深远的政治与社会影响外，对于科学界而言，为其自身赢得了持久的声誉与信任。客观地说，作为中国大科学工程的代表，“两弹一星”工程为中国科技界积攒下大量的信任资本，时至今日，国人对于中国的大科学工程无条件地充满信心，皆源于这份前期积累。这种充分信任对于任何行业来说都是一种宝贵资源，它对于未来的项目立项、支持与认同至关重要，这就是所谓的信任红利。那么，群体信任是怎么形成的呢？通常来讲，群体信任要处理好三者之间的关系：即国家偏好（国家目标）、机构偏好（科研目标）与个体偏好（个人诉求）之间达至兼容，这样就会形成共识，由此会衍生出信任感，兼容度越大信任感越强，反之亦然。如果三者之间的偏好严重背离，将无法形成共识，也就无从谈起相互之间的信任。但是也要清醒意识到中国文化背景下形成的无条件信任暗含一种危机：毕竟这种信任源于对以往成功的认可，而非基于自己独立判断得出的结果，缺乏共识基础，这就意味着这种信任基础薄弱，信任红利也极容易随着不满与失败的增加而迅速消散，群体的盲从效应在信任领域比在其他领域要大得多。塔西佗陷阱恰恰是信任红利消失后的最好体现：不论你说什么，人们都不信任你！对于科技界而言，这是致命的，为了防止大科学工程泛滥导致的信任危机，我们需要从资源约束角度检视大科学工程面临的现实风险。
二、大科学工程的资源危机
所有大科学工程的投入都是非常巨大的，资金约束是任何国家和地区在建设大科学工程时首先需要考虑的问题，为此，不妨看看历史上的大科学工程的投入情况。据介绍：“ITER（国际热核聚变实验堆计划）是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值），其目标是验证和平利用聚变能的科学和技术可行性。由于该计划是人类受控核聚变研究走向实用的关键一步，因此备受各国政府与科技界的高度重视和支持。为实现ITER计划的目标，七个参与方（中国、日本、韩国、印度、俄罗斯、美国和欧盟）签订相关协议。在东道国法国成立了独立的国际组织（ITER组织）协调管理该计划的执行。”【3】再来看看科学史上的其他大科学工程的投入，就更能印证这些工程对于资金的高度依赖性。据英国历史学家彼得•伯克（Peter Burke，1937-）介绍：“曼哈顿计划很有名，也很昂贵：雇佣了25万多名科学家，耗资20亿美元，而这些，不过只是一个更为庞大的故事的一部分……载人登月的阿波罗计划耗资70亿美元，而其实实际花费高达1700亿美元。另一方面，非载人的空间探测任务则便宜很多，探测火星的‘维京计划’（1975-）和探索天王星的旅行者一号、旅行者二号（1977-），分别耗资10亿美元和6亿美元。”【4】欧洲核子研究中心（CERN）建造大型强子对撞机（LHC）花费近90亿美元，１９９０年美国发射的哈勃空间望远镜计划（Ｈｕｂｂｌｅ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ），耗资３０亿美元。再来看看国内研究原子弹的投入也可以佐证这个问题，据学者介绍：“若从工程耗费总量计，从铀勘探到制造出第一颗原子弹，按1957年价格计，约107亿元人民币。而1957年全国财政总支出才290亿元，107亿元相当于1957年国家预算的37%。”【5】另据报道：“中国载人航天工程20年（1992-2012）的发展进程中投入390亿元人民币。”【6】笔者刚刚获悉，国内投资最大的重大科技基础设施项目“硬X射线自由电子激光装置”获批启动，该项目投资额达到83亿人民币（具体数额还有待确证）。联想到2016年国内学界热议的建造超级对撞机项目，即中国科学院高能物理研究所提出的建造正负电子对撞机-质子对撞机（CEPC-SPPC），据王贻芳测算，该项目需要投入1000亿人民币。而杨振宁则估计需要花费要高于200亿美元（1335亿人民币）。【7】不列举了，目前还有一大批大科学项目在排队中，这种大科学项目如井喷式涌现的现象对于中国科学未来的发展有什么影响？还没有人对此做过详细的研究，暂且不论这个现象背后的动机为何？有一个问题是无法绕开的，即当下中国的科技投入是否能够支撑得起这么多大科学项目同时上马以及运行呢？大科学工程一旦建成就要运行以及改造升级，这些费用都是非常庞大的。据学者介绍，“大科学工程是科学研究的重要工具，本身没有产出效益。因此，建成后就应立即安排运行费，同时为保持其先进性，也需不断改进和改造。按照国际惯例，大科学工程年运行费是工程总投资的1/10，技术改造费亦为1/10。”【8】很多时候，实际投入比这个比例还高。如1984年兴建的北京正负电子对撞机（BEPC）投资2.4亿元人民币，2004年北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCII）开始建设，投资人民币 6.4 亿元人民币。由此可知，即便运行与改造的费用合计约占总投资的20%，就拿热议中的超级对撞机来说，按照王贻芳的数据1000亿元人民币的投资来说，用于维护与改造费用也将达到200亿元，试问这些投入从哪里出？这笔庞大的投入对于其他学科来说会造成什么影响？
由于众多大科学项目都是基于基础研究目标立项的，很难产生经济效益，显然这类设施的投入无法通过市场融资来解决，它的建设只能依靠政府投入，而国家的科技投入在任何时期都是有限的，这势必造成对其他学科的挤压效应，为了更清晰地展示这种可能性，我们不妨看看我国科技投入的结构，就拿R&D投入最多的2016年来看，当年R&D投入占GDP的2.1%，达到15676.7亿元，其中，全国基础研究经费822.9亿元，应用研究经费1610.5亿元，试验发展经费13243.4亿元，基础研究、应用研究和试验发展经费所占比重分别为5.2%、10.3%和84.5%。2016年全国基础研究经费823亿人民币，这些基础研究经费根本无法维持如此众多的大科学项目的建设与运营。随着经济运行下行趋势的常态化，尤其是基础研究经费绝大部分来自于政府的财政拨款，在财政收入结构没有大的变动情况下，可以预期，短期内中国的R&D经费投入不会有太大的增加，这就意味着当下的科技经费投入规模与结构根本无力支撑如此众多的大科学项目的建设与运行。
图2：中国R&D/GDP比例及趋势预测（根据统计年鉴相关数据整理）
图2基于我国过去近二十年（1999-2016）的R&D投入占GDP比例的数据，基于此，并对未来的趋势作了一些推测，就整体趋势而言，国家对于科技的投入一直处于缓慢的上升阶段，2016年达到2.1%，随着创新驱动发展战略的实施，科技投入缓慢增加的大趋势不会改变，但是我们要考虑到，随着整体经济下行压力的加大，R&D投入增加的速度会变慢：乐观估计：未来五年置信上限将达到2.72%；悲观估计：未来的置信下限将达到2.26%，取个理想的折中值，2021年的R&D/GDP将达到2.49%，换言之，2.5%将是未来一段时间科技投入的上限。基于制度的惯性，未来的科技投入规模与结构都不会发生太大的变化。由于大科学工程大多集中在基础研究领域，那么，R&D的投入结构会发生大的改变吗？
关于科技投入结构，有两个问题需要厘清：其一，要清醒意识到中国科技投入的水分比较大，尤其是试验发展部分，这部分大多是企业的科技投入。中国科技统计公报的数据显示近10年间（2007-2016），实验与发展经费占R&D的比例一直处于82%-85%之间，而国际上该数据通常在60-70%之间，这种高投入状态与中国企业的真实表现不符。根据苏依依等人的实证研究显示：“基于全球上市公司近10年（2005-2014）的研发数据，研究发现，相对于美德日韩，中印企业的研发回报率并不显著，部分揭示了两国企业研发不足的内在动因。”【9】企业的本性是追求利润，如果企业投入研发却不能获得理想的回报，那么企业是不愿意进行研发投入的。苏依依等人的研究显示，中国企业研发投入回报很不理想，但恰恰是在几乎同一时间段，我国企业的研发投入数据又处于高位运行状态，这种矛盾现象该怎样解释呢？显然，这部分虚增的研发投入只能看做是企业为避税而采取的一种手段而已，尤其是在中国企业税费负担严重偏高的情况下，否则很难解释企业研发投入占R&D接近85%的夸张表现。其二，当下科技界有一个普遍的呼声，即中国的科技投入结构不合理。其中，基础研究经费严重偏低，希望三大领域的投入结构在未来达到国际平均水准，即10-15:20-25:60-65，这种说法学界已经呼吁了很多年，然而实际状况基本上没有任何改变。笔者通过对近20年中国科技投入结构的考察发现，基础研究的比例一直维持在4.5—6.0%之间，见下图2。
图3：我国基础研究占R&D的比例及发展趋势
笔者也认为，这个投入比例严重偏低了，但是实际状况很难改变，造成这种局面的原因有很多，已有学者做过论述，这里不再赘述。清华大学刘立教授称这种现象为：“基础研究经费5%已成为中国特色的规律。”【10】基于当下的科技投入模式，可以对未来基础研究投入的规模做出简单预测，乐观的估计，2021年，基础研究投入达到6.19%；悲观地预测未来将下降到3.88%，折中的预测是5.03%，考虑到全社会都认识到基础研究的重要性，出现置信下限的可能性基本不存在。从这个意义上说，基础研究投入在未来会占到R&D的6%还是有可能的，甚至会更高一些。即便达到了这种比例，基础研究的总盘子还是太小（见图4），根本无力养活这么多大科学工程。当下这种一哄而上搞大科学工程的喧嚣，无异于断送中国科学的未来，这场豪赌对于中国整体基础研究领域将会带来灾难性的后果。这种情形可以用“抽水泵效应”来解释，大科学工程相当于资金池里的巨型吸水泵，在基础研究经费原本就很有限的背景下，这些巨型吸水泵持续不断地侵蚀基础研究的资金池，毋庸讳言，基础研究经费很快会被其吸干榨尽，以崇高的名义形成资源的高度垄断与局部集中，其他学科自然会萎缩，毕竟任何学科的发展都需要资源的支撑。这些大科学工程会极大地改变科技界的生态结构样貌，科技界的割据化会成为全面均衡发展的阻力。因此，大科学工程不论怎样解释都会对其他学科产生强大的挤占效应。问题是，这种以大换小的选择是否符合国家的长远发展，中国的整体科学布局是需要几朵鲜花来点缀，还是趁着难得的国际和平时机采取快速的全面推进发展战略？
图4:1999-2016年我国基础研究的投入规模
大科学工程建设中还面临两个难以回避的道德风险难题：其一，为了获得立项通过，申报者往往会尽量缩小预算，一旦审批通过，该项目就演变为“钓鱼项目”，成为投入的无底洞。毕竟，在目前的制度安排下，项目不能建一半就放弃，一旦开工就没有人敢责令其停下来，否则前期的投入都将变为沉没成本，这是国家、机构以及个人都无法承受之重，因此，国家被裹挟着不得不继续加大投入，没有人想把责任留在自己这一方，其实，更多的是即便计划最后失败也无人负责。稍有工程建设经验的人都知道，由于施工面临的诸多不确定性，经常导致预算超概算，决算超预算。大科学工程涉及到更多的高精尖设计要求，以及诸多的非标设备的制造等，这一切都会导致项目投入严重超过预算。更为严重的是，这种情形会固化路径依赖现象，按照美国科技管理专家内森•罗森伯格的说法：“早期的压力和决策会在随后很长一段时间‘锁定’某一技术或市场结构，并可能远远长于社会最佳时间。一旦做出某种技术的决定，要逆转它就非常困难、也非常昂贵……未来的创新和抉择都建立在今天的选择上，未来创新的回报和代价，取决于今天技术采用的决策。显然，如果创新与当前的系统契合，其潜在的回报便会增值。由于要确保兼容性，决定一旦做出便很难逆转，因此，这些决定会左右未来决策者的算盘……实际选择了的哪一条道路，很大程度上是偶然事件，是早期贫乏的信息导致的结果。”【11】坊间所谓：船小好调头，尾大甩不掉。说的就是这个道理。联想到上个世纪90年代美国国会果断放弃超导超级对撞机项目（SSC），即便如此，也投入了20亿美元，做这个决定是艰难的，好在美国有国会这样的机构敢叫停SSC，如果我们出现这种情况，又有哪个机构来终止错误决策呢？一旦路径依赖现象形成，由于改变的艰难与昂贵，不可避免地造成科技界的割据化局面，而割据化的最大危害在于它导致整个系统处于退化状态。
其二，资源的高度集中一定有利于创新吗？众所周知，科技界的发展水平是不均衡的，那些处于领先位置的学科凭借其优势地位以及话语权，通过影响决策，从而加速使自己成为资源集中的获益者，最近20年这种情况由隐性向显性转变已成不争的事实。遗憾的是，资源的过度集中是否会影响创新绩效以及科技界的布局，这些问题目前还没有多少人给与关注，鉴于市场与科技界在结构上的类似性，可以借助于经济学家的一些工作来推测科学界的一些变化。经济学家Scherer(1967a)很早以前的一项发现备受无数理论家的关注，“一些证据表明研发强度与市场集中度之间存在非线性的倒U型关系……Blundel（1999）和Aghion（2005）的研究指出：具备更强市场力量的企业开展创新活动的动力更大，目的是先发制人以超越新进企业，否则可能会降低其高于正常水平的利润……Aghion等进一步解释了竞争强度与创新之间存在倒U型关系的原因。他们假设创新是逐步发生的，并据此构建了一个渐进式的创新模型。相较之下，竞争强度增加会减弱落后者的创新激励，因为落后者几乎无法从中有所收获……Koeller(1995)发现市场集中度对小企业的创新产出会造成负面影响。”【12】只要把这句话中的企业换成学科，结论几乎完全适用。同理，资源的过度集中对于弱势学科的创新与发展而言会造成明显的负面影响，诸多大科学工程就是基于各个优势学科实现资源集中的最好载体。从宏观层面来看，倒U型关系的存在印证了边际效用递减的规律。资源的垄断与集中以及科技界的割据化的潜在危害在于它阻止了后来者的进入，成为科技界新陈代谢的制度性壁垒。诚如徐匡迪院士最近在演讲中所说：中国颠覆性技术是被专家投没的。图5，清晰展示了在未来科技投入增幅有限（外环上限2.5%，内环2.1%）情况下，过多立项大科学工程项目所带来的后果。
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图5：R&D资源分布结构与基础研究扩张示意图
三、结语
综上所述，在国家科技投入状况有较大改变的今天，量力而行，少而精地上马一些大科学工程项目有利于加速科学发展。由于大科学工程的建设需要比较苛刻的基础支撑条件，在知识与人才储备有限的情况下，更应慎重选择。在基础研究投入增幅有限的背景下，一窝蜂式的上马大科学工程非但不能促进科技的发展，反而会造成资源的非理性过分集中，导致资源边际效用递减以及阻碍其他学科的正常发展，并由此引发恶意透支科技界的信任资本以及造成科技界割据化局面，一旦这种路径依赖现象形成，将导致中国科技界的发展被锁定在退化模式中。在全球化时代，大科学本身就具有全球性，因此，可以采用国际合作共建与共享模式，这既可以解决资金投入的不足，还可以解决知识与人才不足的短板。
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【博主跋】这篇文章最初是应大连理工大学王绪琨教授的倡议而写，转眼有一年了，现在发表在《中国科技论坛》2018（10），合作愉快（其实我挺喜欢这本杂志的）！原本想就中国科技现状写出“三大批判”（重大仪器、大科学工程与重大项目），到目前为止，已经刊出两篇，至于第三篇什么时候写就看时间和心情了。写文章是很辛苦的事，总要折腾很久，为了度过那些漫长的难捱时光，必须要保持足够的激情。哲学家萨特说：人是无用的激情！这哥们太乐观了------
说明：文中图片来自网络，没有任何商业目的，仅供欣赏，特此致谢！
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