前幾天不少人的朋友圈被NASA在火星上發現液態水刷了屏。借著這一發現，NASA中國官方微信號也轉發了劉博洋《如何正確跟國會要錢》的文章，歷數幾十年來與國會鬥智鬥勇要錢的苦逼經歷，簡單說來就是：看在我們做出這樣了不起的成績的份上，這次您多給點吧。
NASA（實際上也是美國航空的基礎研究機構）的這一遭遇反映了高度依賴政府的基礎研究機構的處境。在9月，小編也編譯了NYtimes《當Uber挖走大量機器人科學家，誰來關心基礎研究？》的文章，對企業對基礎科學研究的衝擊以及更長遠的對於創新生態的發展表示了擔憂。今天我們就繼續來聊一聊這個事兒。
你的星辰大海究竟值多少錢？
首先想和NYtimes的同行說一句，您想多了。
（1975-2013年美國基礎研究經費變化情況。來源：《Nature》、美國國家科學基金會）
與NYtime文章的描述相反，從1975年到2013年，來自企業的基礎科學研究投入不但沒有減少，從長期看，無論在數量和比例上都處於一個上升的過程。如科學雜誌《Nature》所言：“一個輝瑞倒下去，千千萬萬個Google站起來”（ For every Pfizer cutting basic
research, there has been a Google picking up the slack）。
正如一句話說，有人負責繁衍生息，有人負責星辰大海。1970年，Marshall 太空航行中心負責火星探索計畫的科學副總監Ernst Stuhlinger
博士收到了來自肯亞的Mary Jucunda 修女的一封信，在信中，修女詢問Ernst Stuhlinger博士，“目前地球上還有這麼多小孩子吃不到飯，他怎麼能捨得為遠在火星的項目花費數十億美元”，Ernst Stuhlinger博士的回答是，諸如探索宇宙這樣的基礎研究，可以為緩解乃至最終解決地球上的貧窮和饑餓問題作出貢獻。這封信的名字叫《為什麼要探索宇宙》，全文見文末，感興趣的讀者可以看一下。
所謂探索宇宙和解決吃不到飯的問題，這大抵就是基礎研究和應用研究的關係——正如Ernst Stuhlinger博士在信中提到的怪人把小玻璃片研磨成鏡片，最終發明了顯微鏡的例子，小玻璃片研磨成鏡片是基礎研究，最終製造出顯微鏡是應用研究。從基礎研究到應用研究的創新過程大致可如下圖表示：
（線性創新模型）
這就是1945年美國科學研究發展局主任Vannevar Bush提交給羅斯福總統的《布希報告》（報告全名為《科學，沒有止境的前沿》）中所提出的線性創新模型。按照這一理論，基礎研究是所有技術創新的起點，反正說那麼多你政府也不懂，你只要確定哪些屬於基礎研究，並給予資助，就大功告成了。餘下的流程，可以由私人企業來資助並從市場獲得回報達到經濟效益社會效益blablabla（阿姆斯壯就是這樣被忽悠上月球的）......
正是因為“你不懂”，所以NASA才敢為基礎研究開那麼高的價格。但國會也不是傻子啊，雖然不懂，但肯定不用那麼多，按這樣的玩法，地主家也沒餘糧啊。於是NASA在火星專案上報預算不斷被國會打臉，從5000億美元的“九十日計畫”壓縮到200億美元就可以搞定兩個火星貨運任務和一個火星載人任務的血淚史，也證明了沒有目的的基礎性研究往往是一個漫天要價亂燒錢的過程。就算你的目標是星辰大海，真的需要花那麼多錢嗎？
看不見的手
NASA say
Yes，Space X say
No.
在國會板著黑臉問NASA“你的底價到底是多少”的時候，有一家叫Space X的公司突然跳出來說話了：選我選我！我發射火箭的價格只有現在方案的十！分！之！一！
現在你該明白，為什麼有時候做基礎研究的，會那麼恨做應用研究的吧。
Space X的低價反映了經濟學最重要的原理：看不見的手。用亞當·斯密的話來說就是：“每個人都試圖用應用他的資本，來使其生產品得到最大的價值。
一般來說，他並不企圖增進公共福利，也不清楚增進的公共福利有多少，他所追求的僅僅是他個人的安樂，個人的利益，但當他這樣做的時候，就會有一雙看不見的手引導他去達到另一個目標，而這個目標絕不是他所追求的東西。
由於追逐他個人的利益，他經常促進了社會利益，其效果比他真正想促進社會效益時所得到的效果為大。”
相對於科研機構勸說政府要多投入，“政府要以社會福利最大化為己任”、“夢想還是要有的，萬一成了呢”的說法，企業在科研投入上的效率更高，這也是為什麼同一件事NASA來做和Space X來做會相差如此之大的原因。
像Uber這樣的企業，挖走卡內基梅隆大學機器人實驗室的研究人員，對卡內基梅隆大學來說是一場災難，但對整個科學研究和創新卻可能是一件好事。
長江商學院訪問教授王硯波告訴我，過去幾十年中美國政府對大學的資金投入中，直接投向學生和教授的錢如果扣除通貨膨脹因素後是差不多的，但投向管理人員的錢是不斷增加的。
換言之，Uber就如同一條游入大學這個池塘中的鯰魚，在Uber出現之前，像卡內基梅隆大學所提防的是MIT、Stanford、UC Berkeley這樣和自己差不多的高校，在這種情況下，卡內基梅隆大學並沒有太多提高教授收入的動力；但Uber這樣的企業進入與高校搶奪科研人才的戰爭中，為留住這些教授們，大學們必須把過去用於提高管理人員收入的一部分轉到提高教授的收入水準上來，從長期來看是有利於科學研究的。
而另一方面，像Google、Facebook、Uber這樣的企業參與到中來，不僅有助於提高科學研究的效率，而且還能更好地促進創新。
不發明東西的矽谷還能繼續創新嗎？
在之前我們提到《布希報告》，這一報告可謂奠定了美國戰後五十年不變的科學政策藍圖，當中提到的線性創新理論同樣也是NYtime記者的理論基礎：如果做機器人理論研究的都被Uber挖走做應用研究了，以後的創新咋搞？對此問題，賈伯斯、拉裡·佩奇、卡拉尼克等矽谷大佬表示呵呵。
仔細算起來，矽谷這個所謂的全球創新中心，自己基本上沒有發明什麼東西：電晶體、電腦、互聯網和智慧手機這些在矽谷發揚光大和改變世界的產品都不是在矽谷發明的。另一個例子是，像日本等新興工業化國家在基礎科學方面相對落後，但在生產技術上卻取得巨大成功，這也說明科學與技術上的聯繫要更複雜得多。
從矽谷企業的例子中也能看出，基礎研究和應用研究有時候並不像《布希報告》中那樣界限分明。在《布希報告》中，Vannevar Bush將基礎研究定義為“沒有任何特定的應用或使用目的研究”（Basic research is performed without
thought of practical ends），像Intel這樣的公司所從事的大部分研究都可以歸為應用研究，而對於Google來說，他們更樂意將自己的研究稱為“需求激發的基礎研究”，許多Google X專案，如Google Glass、Project Loon、基因圖譜研究、無人駕駛等，這些研究與Google未來的商業目標有一定相關，但在具體的使用場景或目的並未完全定型，都可以歸於此類。
（Stephen Kline提出的創新的鏈環模型）
此外，線性創新的理論也過於簡單粗暴，無法解釋為何是矽谷而不是其他地方成為全球創新的中心。1985年，斯坦福大學教授Stephen Kline提出了創新的鏈環模型。不同於線性模型，Kline列舉了創新過程有關的五條不同的路徑，包括：
（1）創新鏈（chain of innovation），在圖中由字母C代表。這是從潛在市場研究開始，到產品解析設計，到詳細設計，到生產產品，最後到分銷與市場的一個鏈條；
（2）回饋環路（feedback links），在圖中由字母f或者F代表，用以連結創新過程的後期與前期；
（3）創新鏈與研究活動的聯繫（connections
to research），在圖中由白色線條表示，這個聯繫是通過（研究活動產生的，或者創新鏈產生的）知識傳遞的；
（4）發明與設計活動與研究活動的直接聯繫，在圖中由字母D代表，這是因為發明往往研究與開發之間的紐帶；
（5）產品與研究之間的直接聯繫， 在圖中分別由字母I和S代表，市場需求（以及國防上的需求）常常帶來科學研究的課題，而且是長期的課題。
（NYtime記者打臉完畢......所以說，記者擁有廣闊的知識面和善於虛心請教是多麼重要啊。)
對於像NASA或者卡內基梅隆大學的研究人員來說，這一模型所揭示的“科學研究不是技術創新的直接來源，更不是唯一的來源”恐怕是他們難以接受的事實。但矽谷的發展卻在確確實實證明，矽谷之所以難以複製，不僅存在以上諸多因素，而且創新的本質是不斷變化的，在創新的過程中需要市場、科研機構、商業公司的不斷參與。如《大話西遊》中的一句臺詞，我猜中了開頭，卻猜不中結局。
這是一段鋪滿荊棘的路程。
本文部分觀點來自王硯波博士的啟發。王硯波博士現為長江商學院戰略與創新訪問助理教授。加入長江商學院之前，王硯波博士擔任波士頓大學管理學院（Boston
University Questrom School of Business）戰略與創新助理教授，並曾先後在清華大學和斯坦福大學管理科學與工程專業擔任訪問學者。
附：《為什麼要探索宇宙》
親愛的Mary Jucunda修女：
每天，我都會收到很多類似的來信，但這封對我的觸動最深，因為它來自一顆慈悲的飽含探求精神的心靈。我會盡自己所能來回答你這個問題。
首先，請允許我向你以及你勇敢的姐妹們表達深深的敬意，你們獻身于人類最崇高的事業：幫助身處困境的同胞。
在來信中，你問我在目前地球上還有兒童由於饑餓面臨死亡威脅的情況下，為什麼還要花費數十億美元來進行飛向火星的航行。我清楚你肯定不希望這樣的答案：“哦，我之前不知道還有小孩子快餓死了，好吧，從現在開始，暫停所有的太空專案，直到孩子們都吃上飯再說。”事實上，早在人類的技術水準可以暢想火星之旅之前，我已經對兒童的饑荒問題有所瞭解。而且，同我很多朋友的看法一樣，我認為此時此刻，我們就應該開始通往月球、火星乃至其他行星的偉大探險。從長遠來看，相對於那些要麼只有年復一年的辯論和爭吵，要麼連妥協之後也遲遲無法落實的各種援助計畫來說，我甚至覺得探索太空的工程給更有助於解決人類目前所面臨的種種危機。
在詳細說明我們的太空項目如何幫助解決地面上的危機之前，我想先簡短講一個真實的故事。那是在400年前，德國某小鎮裡有一位伯爵。他是個心地善良的人，他將自己收入的一大部分捐給了鎮子上的窮人。這十分令人欽佩，因為中世紀時窮人很多，而且那時經常爆發席捲全國的瘟疫。一天，伯爵碰到了一個奇怪的人，他家中有一個工作臺和一個小實驗室，他白天賣力工作，每天晚上的幾小時的時間專心進行研究。他把小玻璃片研磨成鏡片，然後把研磨好的鏡片裝到鏡筒裡，用此來觀察細小的物件。伯爵被這個前所未見的可以把東西放大觀察的小發明迷住了。他邀請這個怪人住到了他的城堡裡，作為伯爵的門客，此後他可以專心投入所有的時間來研究這些光學器件。
然而，鎮子上的人得知伯爵在這麼一個怪人和他那些無用的玩意兒上花費金錢之後，都很生氣。“我們還在受瘟疫的苦，”他們抱怨道，“而他卻為那個閒人和他沒用的愛好亂花錢！”伯爵聽到後不為所動。“我會盡可能地接濟大家，”他表示，“但我會繼續資助這個人和他的工作，我確信終有一天會有回報。”
果不其然，他的工作（以及同時期其他人的努力）贏來了豐厚的回報：顯微鏡。顯微鏡的發明給醫學帶來了前所未有的發展，由此展開的研究及其成果，消除了世界上大部分地區肆虐的瘟疫和其他一些傳染性疾病。
伯爵為支持這項研究發明所花費的金錢，其最終結果大大減輕了人類所遭受的苦難，這回報遠遠超過單純將這些錢用來救濟那些遭受瘟疫的人。
我們目前面臨類似的問題。美國總統的年度預算共有2000億美元，這些錢將用於醫療、教育、福利、城市建設、高速公路、交通運輸、海外援助、國防、環保、科技、農業以及其他多項國內外的工程。今年，預算中的1.6%將用於探索宇宙，這些花銷將用於阿波羅以計畫、其他一些涵蓋了天體物理學、深空天文學、空間生物學、行星探測工程、地球資源工程的小專案以及空間工程技術。為擔負這些太空專案的支出，平均每個年收入10,000美元的美國納稅人需要支付約30美元給太空，剩下的9,970美元則可用於一般生活開支、休閒娛樂、儲蓄、別的稅項等花銷。
也許你會問：“為什麼不從納稅人為太空支付的30美元裡抽出5美元或3美元或是1美元來救濟饑餓的兒童呢？”為了回答這個問題，我需要先簡單解釋一下我們國家的經濟是如何運行的，其他國家也是類似的情形。政府由幾個部門（如內政部、司法部、衛生部與公眾福利部、教育部、運輸部、國防部等）和幾個機構（國家科學基金會、國家航空航天局等）組成，這些部門和機構根據自己的職能制定相應的年度預算，並嚴格執行以應對國務委員會的監督，同時還要應付來自預算部門和總統對於其經濟效益的壓力。當資金最終由國會撥出後，將嚴格用於經預算批准的計畫中的專案。
顯然，NASA的預算中所包含的專案都是和航空航太有關的。未經國會批准的預算專案，是不會得到資金支持的，自然也不會被課稅，除非有其他部門的預算涵蓋了該專案，借此花掉沒有分配給太空項目的資金。由這段簡短的說明可以看出，要想援助饑餓的兒童，或在美國已有的對外援助項目上增加援助金額，需要首先由相關部門提出預算，然後由國會批准才行。
要問是否同意政府實施類似的政策，我個人的意見是絕對贊成。我完全不介意每年多付出一點點稅款來幫助饑餓的兒童，無論他們身在何處。
我相信我的朋友們也會持相同的態度。然而，事情並不是僅靠把去往火星航行的計畫取消就能輕易實現的。相對的，我甚至認為可以通過太空專案，來為緩解乃至最終解決地球上的貧窮和饑餓問題作出貢獻。解決饑餓問題的關鍵有兩部分：食物的生產和食物的發放。食物的生產所涉及的農業、畜牧業、漁業及其他大規模生產活動在世界上的一些地區高效高產，而在有的地區則產量嚴重不足。通過高科技手段，如灌溉管理，肥料的使用，天氣預報，產量評估，程式化種植，農田優選，作物的習性與耕作時間選擇，農作物調查及收割計畫，可以顯著提高土地的生產效率。
人造地球衛星無疑是改進這兩個關鍵問題最有力的工具。在遠離地面的運行軌道上，衛星能夠在很短的時間裡掃描大片的陸地，可以同時觀察計算農作物生長所需要的多項指標，土壤、旱情、雨雪天氣等等，並且可以將這些資訊廣播至地面接收站以便做進一步處理。事實證明，配備有土地資源感測器及相應的農業程式的人造衛星系統，即便是最簡單的型號，也能給農作物的年產量帶來數以十億美元計的提升。
如何將食品發放給需要的人則是另外一個全新的問題，關鍵不在於輪船的容量，而在於國際間的合作。小國統治者對於來自大國的大量食品的輸入會感到很困擾，他們害怕伴隨著食物一同而來的還有外國勢力對其統治地位的影響。恐怕在國與國之間消除隔閡之前，饑餓問題無法得以高效解決了。我不認為太空計畫能一夜之間創造奇跡，然而，探索宇宙有助於促使問題向著良好的方向發展。
以最近發生的阿波羅13號事故為例。當宇航員處於關鍵的大氣層再入期時，為了保證通訊暢通，蘇聯關閉了境內與阿波羅飛船所用頻帶相同的所有廣播通信。同時派出艦艇到太平洋和大西洋海域以備第一時間進行搜救工作。如果宇航員的救生艙降落到俄方艦船附近，俄方人員會像對待從太空返回的本國宇航員一樣對他們進行救助。同樣，如果俄方的太空船遇到了類似的緊急情況，美國也一定會毫不猶豫地提供援助。
通過衛星進行監測與分析來提高食品產量，以及通過改善國際關係提高食品發放的效率，只是通過太空項目提高人類生活品質的兩個方面。下面我想介紹另外兩個重要作用：促進科學技術的發展和提高一代人的科學素養。
登月工程需要歷史上前所未有的高精度和高可靠性。面對如此嚴苛的要求，我們要尋找新材料，新方法；開發出更好的工程系統；用更可靠的製作流程；讓儀器的工作壽命更長久；甚至需要探索全新的自然規律。
這些為登月發明的新技術同樣可以用於地面上的工程項目。每年，都有大概一千項從太空項目中發展出來的新技術被用於日常生活中，這些技術打造出更好的廚房用具和農場設備，更好的縫紉機和收音機，更好的輪船和飛機，更精確的天氣預報和風暴預警，更好的通訊設施，更好的醫療設備，乃至更好的日常小工具。你可能會問，為什麼先設計出宇航員登月艙的維生系統，而不是先為心臟病患者造出遠端體征監測設備呢。答案很簡單：解決工程問題時，重要的技術突破往往並不是按部就班直接得到的，而是來自能夠激發出強大創新精神，能夠燃起的想像力和堅定的行動力，以及能夠整合好所有資源的充滿挑戰的目標。
太空旅行無可置疑地是一項充滿挑戰的事業。通往火星的航行並不能直接提供食物解決饑荒問題。然而，它所帶來大量的新技術和新方法可以用在火星項目之外，這將產生數倍於原始花費的收益。
若希望人類生活得越來越好，除了需要新的技術，我們還需要基礎科學不斷有新的進展。包括物理學和化學，生物學和生理學，特別是醫學，用來照看人類的健康，應對饑餓、疾病、食物和水的污染以及環境污染等問題。
我們需要更多的年輕人投入到科學事業中來，我們需要給予那些投身科研事業的有天分的科學家更多的幫助。隨時要有富於挑戰的研究項目，同時要保證對項目給予充分的資源支持。在此我要重申，太空項目是科技進步的催化劑，它為學術研究工作提供了絕佳和實踐機會，包括對月球和其他行星的研究、物理學和天文學、生物學和醫學科學等學科，有它，科學界源源不斷出現令人激動不已研究課題，人類得以窺見宇宙無比瑰麗的景象；為了它，新技術新方法不斷湧現。
由美國政府控制並提供資金支持的所有活動中，太空項目無疑最引人矚目也最容易引起爭議，儘管其僅占全部預算的1.6%，不到全民生產總值的千分之三。作為新技術的驅動者和催化劑，太空項目開展了多項基礎科學的研究，它的地位註定不同於其他活動。從某種意義上來說，以太空項目的對社會的影響，其地位相當於3-4千年前的戰爭活動。
如果國家之間不再比拼轟炸機和遠端導彈，取而代之比拼月球飛船的性能，那將避免多少戰亂之苦！聰慧的勝利者將滿懷希望，失敗者也不用飽嘗痛苦，不再埋下仇恨的種子，不再帶來復仇的戰爭。
儘管我們開展的太空項目研究的東西離地球很遙遠，已經將人類的視野延伸至月亮、至太陽、至星球、直至那遙遠的星辰，但天文學家對地球的關注，超過以上所有天外之物。太空項目帶來的不僅有那些新技術所提供的生活品質的提升，隨著對宇宙研究的深入，我們對地球，對生命，對人類自身的感激之情將越深。太空探索讓地球更美好。
隨信一塊寄出的這張照片，是1968年耶誕節那天阿波羅8號在環月球軌道上拍攝的地球的景象。太空專案所能帶來的各種結果中，這張照片也許是其中最可貴的一項。它開闊了人類的視野，讓我們如此直觀地感受到地球是廣闊無垠的宇宙中如此美麗而又珍貴的孤島，同時讓我們認識到地球是我們唯一的家園，離開地球就是荒蕪陰冷的外太空。
無論在此之前人們對地球的瞭解是多麼的有限，對於破壞生態平衡的嚴重後果的認識是多麼的不充分。在這張照片公開發表之後，面對人類目前所面臨的種種嚴峻形勢，如環境污染、饑餓、貧窮、過度城市化、糧食問題、水資源問題、人口問題等等，號召大家正視這些嚴重問題的呼聲越來越多。人們突然表示出對自身問題的關注，不能說和目前正在進行的這些初期太空探索項目，以及它所帶來的對於人類自身家園的全新視角無關。
太空探索不僅僅給人類提供一面審視自己的鏡子，它還能給我們帶來全新的技術，全新的挑戰和進取精神，以及面對嚴峻現實問題時依然樂觀自信的心態。我相信，人類從宇宙中學到的，充分印證了Albert Schweitzer那句名言：“我憂心忡忡地看待未來，但仍滿懷美好的希望。”
向您和您的孩子們致以我最真摯的敬意！
您誠摯的，
恩斯特·史都林格
科學副總監
1970年5月6日
0 comments:
張貼留言