Discovery is not the opposite of application

伟大的科学辩论：为什么你不能只选其一

想象一下，科学是一座繁忙且规模宏大的城市。在这座城市里，有两种主要的建设者。一群是应用建设者（Applied Builders），他们正在建造房屋、桥梁和医院。他们解决的是眼前的实际问题，比如“我们如何获得清洁水源？”或者“我们如何治愈这种特定的流感？”另一群是发现建设者（Discovery Builders），他们是仰望星空的梦想家，会追问：“引力是由什么构成的？”或者“宇宙是如何开始的？”他们今天并不建造任何触手可及的东西，他们只是试图理解游戏规则。

长期以来，人们一直在争论这两类人是否在争夺同一笔资金。这种论点是这样的：“我们资金短缺，所以我们应该停止资助那些梦想家，把所有的钱都给盖房子的建设者。毕竟，房子现在就能派上用场，而理解宇宙感觉更像是一种奢侈。”这种观点在美英等大国的政府部门中正变得流行起来。但问题在于：如果这些梦想家其实才是构建房屋而不至于倒塌的基石呢？如果那些“无用”的问题，正是发明未来所需工具的唯一途径呢？这正是来自剑桥大学的科学家希拉尼娅·佩里斯（Hiranya Peiris）在一篇新论文中所探讨的核心问题。她想要向我们展示，将“发现”与“应用”视为敌对关系是一个巨大的错误，这可能会毁掉整座城市。

---

论文的核心思想：这不是一场零和博弈

佩里斯在其题为《发现并非应用的对立面》（Discovery is not the opposite of application）的论文中指出，在“好奇心”与“实用性”之间做选择是一个陷阱。她认为，削减基础科学的经费以节省资金用于应用项目，就像为了省钱而拆除摩天大楼的地基一样。你今天可能省下了几枚硬币，但最终整个建筑会轰然倒塌。

经济陷阱
佩里斯指出，这种“削减基础研究”的想法在数学逻辑上是错误的。政府经常审视预算并认为：“基础科学很昂贵且回报缓慢，所以让我们削减它。”但她解释说，这是一种极其糟糕的经济观察方式。研究表明，在英国，政府每投入一美元进行研究，经济就会回馈约十美元。在美国，即使采用非常保守的估算，每投入一美元的回报也约为五美元。

把它想象成种植森林。如果你只种植下周就能结果的树木，你确实能得到快速的小吃。但如果你种植那些需要数十年才能长成的深根树木，它们最终会提供木材、遮荫，并形成一个支撑一切的完整生态系统。论文指出，资助这种“深根”研究的成本微乎其微——在英国，这还不到总公共支出的 0.1%。失去它并不会节省多少钱，但会让我们损失整整一代科学家及其专业技能。

“重尾”惊喜
佩里斯提出的最有趣的观点之一是关于发现是如何发生的。她说，我们从基础研究中获得的收益并不是以稳定、可预测的流向出现的。相反，它遵循一种“重尾分布”（heavy-tailed distribution）。这是一种高级说法，意思是你大部分时间看不到巨大的回报，但每隔一段时间，你会获得一次巨大的、改变世界的“头奖”，而这种回报是无法预见的。

想象你在买彩票。如果你只买那些看起来“安全”或“极有可能”的中奖号码，你可能会赢一点小钱。但真正的改变命运的大奖，往往来自于那些没人预料到的、稀有的、疯狂的数字。如果你全面削减经费，你就是在停止购买那些通往稀有、疯狂数字的彩票。你可能省了钱，但你也保证了自己永远无法赢得那个大奖。论文认为，你无法预测哪项研究会带来下一个重大突破，因此削减预算只会降低你找到它的机会。

引力猎人的故事
为了证明“发现”与“应用”实际上是同一回事，佩里斯讲述了英国引力波计划的故事。四十年来，英国的科学家们致力于探测由黑洞碰撞引起的时空涟漪。几十年来，这看起来似乎只是在测量“噪音”并追逐一个幽灵。这是纯粹的好奇心驱动。

然而，在 2015 年，他们终于捕捉到了信号。这是一个改变了我们看待宇宙方式的诺贝尔奖时刻。但转折在于：在他们建造用来“聆听”宇宙的工具时，他们无意中发明了现在正在拯救生命并保护地球的工具。

因为他们必须制造出如此完美的镜面，以至于能探测到比质子还小的变化，所以他们开发出了超灵敏的传感器。

• 火山监测者： 格拉斯哥的一个团队利用这项技术制造了一个名为“Wee-g”的微型重力传感器。它极其灵敏，可以比手机的加速度计更好地探测地下变化。现在，它被用于监测火山和地下活动，以确保安全和能源开发。
• 骨骼修复者： 其他科学家利用他们在测量振动方面的专长，创造了“纳米踢击”（nanokicking）技术。这种技术利用微小的振动，在不使用化学物质的情况下，将干细胞转化为造骨细胞。目前，它正被用于测试帮助脊髓损伤患者生长新骨骼。
• 眼科医生： 他们为了清理空间信号中的“噪音”而发明的各种数据处理技巧，现在正被用于拍摄更清晰的人类视网膜图像。

佩里斯强调，这些并不是独立的项目。是同一批科学家，使用同一笔资金，既完成了“无用”的太空研究，也完成了“有用”的医学研究。如果你在四十年前削减了对太空研究的资助，你今天就会失去这些医学突破。

破坏地基的危险
论文警告说，一旦破坏了研究文化，就很难修复。佩里斯将此比作“棘轮”——一种只能单向移动的工具。如果削减了经费，科学家就会离开，而当资金回归时，他们也不会回来。技能已经永久消失了。她提到了阿根廷和葡萄牙等国家，那里的经费削减导致了人才的永久流失，且从未完全恢复。

底线
政府呈现给我们的选择——“我们该资助发现还是资助应用？”——其实是一个幻象。这就像是在问：“我们是要建造地基还是建造屋顶？”你不可能在没有其中之一的情况下拥有另一个。那些提出宏大、抽象问题的研究者，正是那些最终发明治愈疾病和驱动城市运转的技术的人。他们并非刻意这样规划，这只是因为深刻的理解自然而然地导向了意想不到的工具。

佩里斯总结道，基础研究是我们社会的隐形基石。当摩天大楼屹立时，我们察觉不到它的存在；但如果我们移除它，上方的一切都会崩塌。这篇论文敦促我们不要再将科学视为“现在”与“未来”之间的抉择，而应将其视为一个单一且连贯的过程——在这个过程中，我们今天提出的问题，正在构建明天的世界。