1945年至今的美国科学研究简史，本文主要内容关键词为：简史论文,美国论文,科学研究论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 作为科学资本的科学研究 《科学，永无止境的前沿》 ——万尼瓦尔·布什 第二次世界大战接近尾声时，富兰克林·德拉诺·罗斯福(Franklin Delano Roosevelt)总统的战时科学顾问、科学研究与开发办公室(OSRD)主任，万尼瓦尔·布什(Vannevar Bush)博士收到一封非同寻常的总统来信(时间为1944年11月17日)。 罗斯福总统敏锐地意识到，战争时期建立起的联邦政府与国家顶尖大学之间史无前例的研究合作关系，对于美国的胜利至关重要。他在信中指出，OSRD以及政府一大学合作关系是“战时的独特试验，主要用于协调科学研究与运用既有科学知识解决技术难题。”他继续写道：“这种尝试在和平时期同样能得到有益的运用”。罗斯福让布什提出联邦政府达成该目标的行动建议，尤其是“为了在医疗及相关科学领域实践所取得成效的基础上进一步开展工作”，可以设计出怎样的行动计划，以及在“挖掘和开发美国科学人才”方面可以实施哪些方案。概括而言，罗斯福总统提出如下问题：“政府在当前及未来可以做些什么?以帮助公共及私营组织开展研究活动。” 布什还没来得及完成最终报告，罗斯福总统已于1945年4月12日辞世。1945年7月25日，布什致信杜鲁门(Truman)总统，提交其报告《科学，永无止境的前沿》，该报告成为美国科技政策的标志性文本。 布什总结道：国家仍具有充满活力的开创精神，科学为手持工具的开拓者们提供了大片未被探索的腹地，这种探索将给国家和个人带来巨大回报。科技进步对于国家安全、国民健康、增加就业、提高生活水平，以及对于我们的文化进步都有重要意义。在其简要的报告中，布什突出了科学对于国家安全、健康医疗以及大众民生的重要性，强调“我们希望到战争结束时仍有充足的就业”，这要求“诞生大量有活力的新兴企业”。他还强调“新的产品与工艺并非生来就发育完全，它们建立于新的原理和概念之上，而这些原理和概念又是源生于基础研究……显然，更多更好的科学研究是我们实现充分就业目标的必要条件之一。” 布什将科学研究喻为“科学资本”，以表达其观点：研究经费不应被视为成本，而是对美国未来、经济以及民生的投资(这一观点被研究该问题的主流经济学家们认同)。布什对如何提升科学资本进行了详细论述： 首先，我们必须拥有大量受过科学训练的男男女女，依靠他们来创造新的知识并开展以实践为目的的应用。其次，我们还须加强基础研究中心的建设，主要是学院、高校和研究所。这些机构能提供最有助于新科学知识诞生的环境，受直接的、有形的压力影响最小。除一些特例外，大多数产业界或政府里的研究都覆盖了运用现有科学知识解决实际问题的过程，只有学院、大学和少数研究所可以将他们大部分的研究工作致力于拓展知识的边界。 从报告完成之日起，近七十年内这份科学资本的秘方一直引人注目。几十年来，该秘方颇见成效，让许多美国的大学跻身世界前列。它们的研究产出以及培养的学生随之创造出新的产业、就业机会和财富；它们还持续培育出由许多国家顶尖科学家和工程师组成的大学院系，这些科学家和工程师参与学术排名并不断进取。 2 新的产品与工艺并非生来就发育完全 联邦对基础科学研究投入的新时代——国家科学基金会的建立 布什的报告表明了原则性立场，同时也涵盖了关于如何实现罗斯福总统信中所列目标的详细建议。在“通向终点的路径”这一章节中，布什提出一种实现目标的机制，其目标内容本身在报告的前部分曾有概述。他提议成立一个新的联邦机构，即国家研究基金会(NRF)，它将给所有领域的基础研究提供经费支持，包括医学研究、长期的军事研究及先进科学教育。他认为这个新机构应该是一个“独立的机构”，换言之，它不受任何负责非科学领域事物的“运行机构”控制。“在竞争式运行中，研究往往是受害者”。他提出，单一机构是最好的，因为它将允许科学知识流跨越传统的学科边界(例如，从化学到医学)。NRF将接受项目主持大学主动提交的研究计划，聘请专家开展同行评议以评估该计划的价值，然后给被选中的大学提供研究资金，由大学负责管理所拨付的经费。新设立的机构不会取代农业部、商务部、内务部或其他运行机构既有的研究项目，这些项目仍然主要聚焦于满足国家特殊需求的应用研究。相反，NRF将关注不直接指向特别应用的基础研究，当然也不受产业界支撑。布什主张NRF还应支持基础的国防研究，但不支持关注武器系统升级发展以及为应用研究提供服务。 布什博士总结了他认为新组织机构取得成功的五个关键“基本原则”：(1)在一段年限内，经费应保持稳定，以使长期项目得到落实；(2)机构人员应由基于兴趣和专长而选举产生的国民代表组成；(3)该机构应支持政府之外的研究，且不开设自己的实验室；(4)支持学院、大学以及研究所开展的研究，应该给予它们自行设定内部管理政策、用人制度以及研究方法与范围的权力；(5)该机构必须对总统和国会负责。 根据布什博士的划分，NRF由如下部门构成：医学研究部、物理与自然科学研究部、长期军事研究部、科学人力资源与教育部、出版与科学合作部(尤其是国际合作)。他还为NRF设定了如下目标或任务： 国家研究基金会应该促进发展利于科学研究和科学教育的国家政策，应该支持非盈利组织的基础研究，应该通过奖学金等方式培养美国青年中的科学人才，还应该通过合同约定或长期支持等方式支持军事领域的研究。 最后，布什博士建议由总统提名人员构成无薪酬委员会来领导NRF，再由上述委员会成员选举产生基金会主席和主任。 杜鲁门总统读完该报告后表现出消极的态度(尤其是针对政府建议部分)，这引发了一段时间的讨论。然而当那些问题经过辩论之后，二战后的美国科学蓝图迅速发生了改变。许多联邦机构都提高了其研究预算，包括基础研究部分。国会参议员哈雷·吉尔格(Harley M.Kilgore)(民主党，西弗吉尼亚州)提出对研究机构发展模式的主张，他称其为国家科学基金会(NSF)，与布什提出的NRF大不相同。 然而，就在布什博士的NRF设想将要实现之际，国家科学基金会于1950年成立。它与布什提出的NRF相比显得苍白无力，布什难掩其失望之情。NSF的预算规模非常小，且并不承担医学与国防研究任务，其管理构架由一名主任和一个国家科学委员会组成，分别由总统任命，并需经参议院批准。授权NSF成立的立法仅简单陈述如下：“(国家科学)基金会应该由国家科学委员会……及其主任组成”其任务是“促进国家的健康、繁荣与福利，保障国家安全。”具体而言，是“倡导并支持：基础科学研究与工程过程中的基础研究，旨在加强科学与工程研究潜能的项目，在不同的科学与工程领域以及不同层面实施科学与工程教育项目，开展能为政策制定提供信息来源的项目，以及可以促进达成目标的其他举措。” 尽管NSF并非布什所设想的机构，然而在开始运行后很短的时间内，它还是做到了较好地服务于国家。NSF的年度总预算为70亿美元，是美国大多数科学学科开展学术基础研究的重要经费来源，也包括社会科学与工程学，这种政府大力支持基础研究的模式成为全球的典范。另一方面，经过多年发展，NSF被国会重新授予新的职责。机构的经费虽有所增加，但它也开始逐渐偏离严格执行只支持基础研究的方向，这个布什博士认为至关重要的原则。当然，还有其他值得注意的现象，即其他联邦机构也开始支持这些研究。例如，一些人认为美国国立卫生研究院(NIH)应该支持更多的转化研究。 在此重述历史，不是为了介绍某个机构的发展史，而是回忆万尼瓦尔·布什最初设想的目标，以及为国家尤其是联邦政府如何在变化的世界中解决研究经费支持问题提供一个历史背景。如何切实平衡基础研究(不考虑可能的应用)与应用研究(考虑潜在的应用)的问题，是所有联邦研究机构正在激烈争论的话题。 3 不协调的联邦研究支持体系 诞生于二战后，冷战政治加速其发展 在NSF现身的五年前，其他研究资助机构已相继诞生。例如：成立于1948年的国立卫生研究院(尽管NIH的某些组成部门历史更为悠久)；1946年成立的海军研究办公室(ONR)(尽管海军研究实验室可追溯于1932年)；1946年成立的原子能委员会，它于1975年被划分为核能管理委员会和能源研究与开发署(ERDA，后更名为能源部，DOE)。联邦研发经费开始增加，且这些机构深深根植于美国科技体系。此外，上述机构都支持基础研究，通常采用竞争机制，通过专家同行评议的方式来引导基金支持哪些研究计划。因此，当NSF在1950年被最终创立时，联邦研究投资组合在很大程度上已经基本成型。 从学院研究人员视角看，多机构参与有益于支持科学研究。被一家机构或其评审专家认为没有吸引力的研究计划，或许在另一家机构被认为是绝佳的。在物理学领域，某位学院人员或许同时被授权为DOE、NSF以及ONE工作，不一定是同一项目，但肯定是相关活动。在这种情况下，从NSF项目中获得的知识也能在DOE或ONR的项目中派上用场，反之亦然。 二战期间及其后，大部分联邦研发项目，尤其是应用研发项目是由企业和国家实验室承担，包括直属于联邦机构的实验室，如NIH内部实验室、NASA中心，以及在大学和非联邦机构设立但为政府服务的联邦资助型研发中心(FFRDCs)。冷战期间，许多上述实验室的研究任务及活动都与国家安全利益紧密相联，尤其是受DOD和DOE资助的研发活动。近几十年来，这种研究任务越来越不明晰，引发了一些政策难题。 大公司也自行投入经费进行研发，许多重大发明都是产业研究的成果。例如，1947年，贝尔电话实验室的三位科学家约翰·巴顿(John Bardeen)、沃特·布拉顿(Walter Brattain)与威廉·肖克利(William Shockley)制造出第一个晶体管(他们也因此共享1956年诺贝尔物理学奖)。1958年，德州仪器的杰克·基尔比(Jack Kilby)发明了集成电路(获2000年诺贝尔物理学奖)。1960年，休斯研究实验室的西奥多·梅曼(Theodore Maiman)研制出第一部激光器。在此之前，贝尔实验室已于1958年在查尔斯·汤斯(Charles Townes)和阿瑟·肖洛(Arthur Schawlow)的研究工作基础上获得了“光学微波激射器”专利。这些大型产业研发实验室让基础发现与实践运用在同一平台上相互融合，常被视为创新过程中的光辉榜样。尤其是贝尔实验室，不仅开发了晶体管和激光器，还开发了电荷耦合组件(CCD)，UNIX操作系统，C、S与C++程序语言，信息理论以及射电天文学。这些研究机构的消失，再次凸显了大学与产业间合作的重要性。许多成功的案例可以证明，产业界与高校之间的合作仍在进一步加深，当今的能源与制药领域尤为如此。 4 科学、工程与技术：在战争与和平年代都至关重要 人造地球卫星与阿波罗——美国科学与工程的黄金时代 苏联于1957年10月、11月先后发布人造地球卫星第一和第二计划，这似乎意味着美国在空间竞赛中落后了。当时的担忧是，如果苏联可以将卫星放入轨道，那么必然也有发射导弹向北美投放核武器的能力。此外，人造地球卫星也标志着苏联在技术上全线超越美国。作为回应，艾森豪威尔(Eisenhower)总统与国会大幅提升研发支出。1958年，国家科技蓝图发生了变化。至少在联邦层面：美国航空航天局(NASA)诞生，以实现对美国空间探索的民口控制；高级研究计划署(ARPA)成立，以支持长期军事需求的研究与开发。通过关注最具发展前景的技术，ARPA(有些年份是DARPA-D指代国防)与大学和企业合作以促进快速发展。DARPA在计算机与网络领域的影响力尤为突出：由NSF资助的首个互联网便是基于ARPANET平台建立的。同样在1958年，国会还通过了国防教育法(NDEA)，为学院与大学的学生提供奖学金和低息贷款，并支持国家在K-12学校提高科学、数学以及现代语言的教育水平。 1961年4月，也就是约翰·肯尼迪(John F.Kennedy)当选总统仅三个月后，苏联再次实现突破，成功地将俄国宇航员尤里·加加林(Juri Gagarin)送入太空轨道并让其安全返回地球。肯尼迪意识到空间发展已成为当务之急，1962年9月12日，他在位于休斯敦的莱斯大学足球场发表演讲时宣告其大胆的决定，尝试在十年内将人类送上月球。肯尼迪知道，他所面临的挑战不仅仅是先于冷战对手登月，而是保障美国在科技领域不可挑战的世界领先地位。用于NASA的阿波罗计划、民用研发以及科学与数学教育的预算均迅猛增长，激发了青年男女在科学与工程领域的职业潜能。形成于二战期间、由万尼瓦尔·布什倡导的政府-大学合作关系在战后得以加强与稳固，这在很大程度上是人造地球卫星及其随之而来的冷战时期“赢回太空竞赛”政策影响的结果。许多人在回顾这段历史时都将其称为美国科学的“黄金年代”。1969年7月20日，美国的阿波罗11号首次登月，早于肯尼迪的预期，但也是在1963年11月22日肯尼迪被暗杀6年之后了。 20世纪60至70年代，尽管美国科学取得了显著进步，但美国政策制定者与美国人民对科学的关注度有所降低。尼克松(Nixon)总统对抗癌症的战争推动了生物医学基础研究，进而挖掘出埋藏在大自然以及癌症源里的新知识，并推动了该疾病的防御和治疗。NIH伙伴培训计划所取得的成功以及他们那些身着“黄色贝雷帽”制服的研究人员被认为是NIH内部影响力高度的标志。然而，美国在这十年间因日渐深入地陷入越南战争，导致5万余名美国人和上百万越南人、柬埔寨人、老挝人丧生，政府变得越来越不得人心。越南战争是导致全美大学教师及学生与林登·约翰逊(Lyndon Johnson)总统之间关系紧张的一个特定原因。尽管出于冷战需要持续加强研发投入的呼声依然很高，但是华盛顿政府鲜有热情为那些反对其观点的学术界拨付经费。1973年，“凯斯-丘奇”修正案通过，美国结束越战。 随着1972年12月阿波罗17号最后登月，登月的高昂费用、冷战氛围的缓解、来自国会对国内事务关注的压力，以及公众对空间旅行热情的减弱等原因，导致尼克松总统削减了用于NASA以及人类太空漫游的经费支出。新的NASA面临着更窄的视野、更小的任务与更低的预算。NASA在历史上这一新阶段的首个项目是运行于1973-1979年的太空实验室——第一个轨道空间站。 阿波罗逐渐降温，NASA开始关注被称为航天飞机的第二代空间运输系统(STS)，它能够将人类以及重物运送至低地球轨道并返回。1981-2011年，航天飞机共执行了135次任务(包括两次灾难性事故的运行，分别是1986年的挑战者号与2003年的哥伦比亚号，导致两名航天员丧生)。通过这些任务，美国将卫星运送至太空轨道，将宇航员、供应及设备输送至国际空间站(ISS)，也将哈勃太空望远镜置入其轨道，并对其进行修缮与升级。 1972年，尼克松总统与苏联总理阿列克谢·柯西金(Alexei Kosygin)签署了太空合作协议，协议中规定美国和前苏联的宇宙飞船可以在太空停泊，也由此启动了阿波罗-联盟测试计划。该合作使得美俄(苏联解体后)得以与其他国家共建ISS，首个联合空间站始建于1993年。如果尼克松与柯西金没有签署上述协议，美国可能不会多次往返于ISS，尤其是在发生事故后航天飞机停飞的情况下，美国的太空计划也将因此而被终止。 美国民众对NASA的了解大多是它的载人航天，然而NASA的大部分机器人科学探索成果也同样蔚为壮观，从行星任务(“好奇号”探测车无情地穿越火星地表)到太阳物理学、太空望远镜(哈勃空间望远镜帮助我们从根本上改变对宇宙的概念)，再到地球观测卫星帮助我们理解天气、气候变化以及人类活动对地表的影响。除此之外，NASA还与其他联邦机构一起支持在大学校园里开展各领域的研究。 至少有两个理由可以表明，NASA促进了美国这一历史时期科学、工程与技术的发展。首先，阿波罗时代是美国历史上唯一将如此大规模联邦投入用于非军用活动的时期，尽管冷战也是其理由。因此，有必要了解这些经费的用途，以及它们如何影响了公众对科学技术的态度和相关的政府政策。其次，阿波罗计划激励了年轻人学习科学与数学，并成长为科学家与工程师，他们帮助美国成为科技领域不可挑战的世界领先者。 与二战时期一样，冷战早期优先发展的研究领域仍是物理科学与工程。上述领域的大学教职人员不断增多，大学也增加了基础设施方面的投入以帮助教职人员开展研究，同时吸引联邦政府的补助，以支持学校与科研人员的工作，支持他们培养研究生和博士后。在物理学院，核物理以及随后的高能粒子物理成为优先发展学科。随着对高能光速需求的增加及其成本的上升，只有少数国家实验室(如费米国立加速器实验室、阿贡国家实验室与布鲁克黑文国家实验室)与大学实验室(斯坦福直线加速器中心与康奈尔的威尔逊实验室)有能力建造并维持运行设备。在发展过程中，同步辐射，原本是弯曲高速带电粒子束的一个并不合意的副产品，成为研究物理和生物材料的重要工具。这一时期，所谓小科学，例如凝聚态、原子和分子物理学，在许多学院都受到欢迎。DOE与NSF给予物理学的支持也最多。直至今日，DOE的科技办公室仍是物理科学基础研究最大的联邦资助方。化学、数学与计算机科学均由不同机构共同资助。天体学与天体物理学由NASA(注重天基望远镜及理论)和NSF(注重地基望远镜及理论)资助。生命科学与社会科学由NSF与其他一些机构资助，其中包括关注于生物医学研究的NIH。 5 冷战及之后：美国医学的黄金年代 “我们如果不是一个健康的国家，则很难成为强国。我们不仅需要人力和物力，更需要知识与科学来为增强国力服务。” ——富兰克林·D·罗斯福，1940年10月31日在国立卫生研究院的致辞
