科学交叉——变离散为整体的混凝剂，本文主要内容关键词为：混凝剂论文,科学论文，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。
随着社会经济活动的规模日益扩大，科学研究活动经历着一条从个体行为到集体规模，再到多学科、跨学科的综合研究的道路，并正向国家规模和国际规模发展，中国科学院是国家规模的科学研究实体机构，实力强大，从总体建制上说，无疑适应于当代社会化大科学研究活动。她下辖123个研究所，分布于全国21个省市、自治区，拥有各类专业技术人员近6万名，每年承担上万个科研课题，其中半数来自国家任务。其研究领域涵盖了数、理、化、天、地、生等全部基础性学科及若干技术科学分支，人员素质、科研效率、成果产出均高于国内其他科研系统，是具有显著优势的一支科研方面军。然而，中科院各所基本上是以单学科建所。全院的学科虽然堪称齐全，却分散于各所。由于 研究所学科的单一化以及人力、物力规模的局限性，事实上又难以单独适应现代的大科学活动。作为基本的竞争单元，势必困难重重。如何解决这个矛盾？答案只能是开放、联合、交流。
科学研究是知识形态的活动，属于文化范畴，而文化系统必须是一个开放系统，孤立封闭必然落后。在全方位开放的前提下联合，在联合的基础上交流，大力开展多学科、跨学科的联合攻关和交叉综合研究，是发挥中科院整体优势的重要措施之一，从研究所的角度说，在自己的学科范围内继续纵向掘进的同时，不妨分兵一路进行横向开拓，在学科之间的交叉地带联合行动，以学科间固有的内在联系为纽带，相互渗透，有机融合，协同攻关，不仅有利于迅速发现科学技术的突破口，解决重大科技问题，而且有利于形成新的知识结构，推出新的知识产品，甚至开创崭新的交叉学科。
1 科学交叉是科学发展的必然
自然界和人类社会是一个统一的整体，是从低级运动形式到高级运动形式过渡与转化的连续体，对这个连续体进行探索的科学认识也应该是连续的。或者说，从物理学、化学，经过生物学和人类，一直到各种社会科学，是一条完整的锁链，这条锁链在任何环节都不应人为地断裂。但是由于人类认识能力的局限性和为了研究的方便，人们把科学分成许多不同的学科，每一个学科在连续体中都只占有一个具体的部分，而各个具体部分之间尚留有许多有待开垦的科学处女地，要真实、正确地反映研究对象的全貌，有必要开垦这些边缘地带，发展边缘科学。从本质上讲，人们为了研究方便而划出来的各个元学科之间固然存在着很大差异，但不存在无法逾越的鸿沟，它们之间也存在相互交叉的耦合关系，存在某种固有的内在联系，通过科学交叉研究可将这种联系逐步揭示出来。因此，科学交叉是自然界物质运动形式联系与转化在人类认识中的必然反映。只要科学沿着全面认识自然规律的道路前进，它就必然会进入科学交叉阶段。
实际上，几乎在近代科学兴起的同时，科学交叉活动就相伴发生了。早在17世纪，笛卡尔创立了解析几何，把代数学与几何学结合起来，以代数方程研究曲线，以图形直观表达代数规则，为科学交叉树立了成功的典范。18世纪中叶形成的物理化学，则是首次在一级学科间诞生的混生科学。
生命活动是高级而复杂的运动形式，本身就是一个跨学科的研究对象，近代生命科学迅速发展的历史就是一部科学交叉和综合产生丰硕成果的历史。20世纪以前的生物学，主要是由一些描述性的分支学科组成，发展缓慢。19世纪下半叶，以细胞理论和有机化学结构理论的建立为契机，以发酵研究为开端，在生物学与化学之间发生了交叉，并逐步发展成为一个独立的交叉学科——生物化学，这是继物理化学之后又一个在一级学科之间诞生的混生科学。此后，由于广泛运用了物理学的理论、技术和方法去研究生命物质的物理性质和生命过程的物理规律，从而产生了生物物理学——生物学与物理学之间的混生科学。
到了本世纪初，物理学和化学的概念继续向生物学领域渗透，先进的物理、化学仪器和方法，如同位素示踪、色层分析、色谱技术、质谱技术、X射线衍射等被大量引入，从而迎来了生物学突破的新时期，交叉于物理、化学、生物学之间的分子生物学，成为当代最活跃的科学前沿之一。可以看出，在生物学发展的历史上，每当引入一种新的科学方法，往往就开辟出一片生物学的新天地，例如数学方法—生物数学，物理方法—生物物理学，化学方法—生物化学，物理与化学的分子研究方法—分子生物学，分子遗传学。
有趣的是一些划时代的生物学核心概念不是由生物学家而是由物理学家或化学家首先提出来的，充分展现了科学交叉的魅力。例如大物理学家薛定谔正确运用物理学概念分析解释生命运动，最先提出遗传密码的概念，而宇宙物理学家伽莫夫进一步提出DNA中核苷酸的不同组合可能就是人们最初猜测的遗传密码，并提出由三个核苷酸组成一个遗传密码的三联密码假设，这一假设后来被光辉地证实了。经过众多生物学家、物理学家、化学家的不懈努力，如今分子生物学迎来了从未有过的辉煌时期。
有人统计，迄今自然科学中基础性分支学科约500多门，而交叉学科已达2000余门（一说为1000余门），在这些交叉学科中，有二元交叉的，如物理化学、生物化学、生态经济学、地球物理、地球化学等；有三元交叉的，如物理生物化学、生物地球化学等；也有多元交叉的或多学科综合的，如分子生物学、环境科学、海洋科学、空间科学等。而控制论、信息论和系统论则是在广泛的跨学科研究基础上，以各种运动形式的共同点为研究对象，经过高度的概括和抽象而形成的工具性、方法性较强的学科，具有独特的辐射优势，成为适用于众多领域的横断学科。横断学科的出现更加有力地推动了科学交叉的全面实现，它使得各门学科由离散状态过渡到集约方向，促进了科学向整体化发展的大趋势。
2 科学交叉是现实的需要
近代科学交叉潮流的出现，不仅是科学自身发展规律的必然表现，更是科学发展的内在要求和社会实践的迫切需要。人类社会进入20世纪以来，生产力的发展日新月异，技术革新周期越来越短，社会经济活动比以往任何时期都更需要获得科学的支持，不断寻求新的科学突破已不是科学家或科学界自己的事，而是已成为社会的要求、国家的行为。但是当某一学科发展到一定程度时，在学科内部的纵向突破往往受挫，在这种情况下，人类强大的科学能力又不能弃置不用，这就迫使人们将智力、物力、财力作横向转移，迂回前进，从而为科学交叉创造了机会与条件。历史表明，交叉学科往往是科学前沿的生长点，也是高新技术的发祥地。
纵观现代科学发展的轨迹，我们可以看到，古代的科学先行者对自然界和自然科学曾持有朴素原始的整体观。此后由于分析方法的盛行，学科越分越细，极大地促进了科学认识的深入。当前，学科的分化并未停顿，仍在向精细专深的方向前进，新发现层出不穷。但是在现代科学的复杂背景下，要揭示高难研究对象和复杂运动形式的规律，以往单科独进的科研模式已难以维系，为此，科学结构出现了从分化转移到综合的趋势，科学的思维方式也以分析方法占多导地位向着以系统方法占主导地位转变。
生态学和经济学本是分属于自然科学和社会科学的两门差异很大的学科分支。生态学研究有机界的物质循环和能量流动，而经济学研究人类社会的生产 — 流通 — 消费。但是两者都是开放的系统，生态学家发现，除少数原始地区外，各种类型的生态系统无不深受人类经济活动的影响，物质循环已不能说纯粹是生态系统内部的循环，经济学家们也发现，没有地球各类生态系统正常运转的支撑，经济的运行将是一句空话。而且生态系统持续运行的原理也给经济学以莫大的启迪。在这种背景下，有必要把生态与经济作为统一的大系统加以研究，于是，生态经济学应运而生。以此为基础，更孕育出“可持续发展原则”，成为当今指导和规范各国社会经济行为的普通准则。
生态学和分子生物学无论在研究范围、对象、理论、概念和方法上都存在巨大差异。但是为了探索生态学关系中的复杂机理，从本质上阐明群落演替、种群动态、个体变异、生物的多样性、种群竞争等一系列生态学问题，生态学家希望引进分子生物学的技术和方法，使研究活动从宏观层次深入到分子水平。另一方面，鉴于近年来遗传工程生物大量产生并势必进入自然界，分子生物学家也极度关注其环境后果，希望在宏观层次上探讨其生态效应。据此，分子生态学产生并获得了发展机遇。分子生态学的诞生，不仅使生态学从描述性、观测性、累积性的研究向严格的实验科学转移，而且从微观到宏观全方位地揭示了生命本质的高度统一性，这是人类认识自然的又一次极大飞跃。
以往，自然科学和技术往往分轨运行，中间脱节。科学理论由于缺乏技术支撑，知识形态难以转化为直接的现实生产力。而生产技术由于未渗入科学理论，难以获得本质的飞跃，难以提炼、升华出普适性的概念或理论。这就迫切地需要在两者之间实行交叉，促使科学和技术双向渗透，使科学成果的转化获得坚实的内在基础。当前，科学技术化、技术科学化的趋势越来越明显。渔业生态学——以生态学的基本原理指导渔业，以渔业技术支持和验证生态学—是科学与技术交叉的一个例证。
即使在纯粹的技术领域，交叉方法也大有用武之地。将不同领域的技术交叉结合，已成为创造新型技术、获得新型产品的重要途径。例如航天领域的尖端技术项目，几乎都有高度的交叉综合性。
3 遵循规律，主动引导科学交叉
科学交叉是科学认识和科学创造的一般方法，又是目的与手段的辨证统一。当它作为目的时，旨在主动认识客观世界的普遍联系在学科间的反映，去填补基础学科间尚未涉及的知识空档。当它作为手段时，则是我们解决复杂科技问题、寻找科学突破口的有力工具。以往，不论作为目的还是作为手段，科学交叉活动多是一些知识结构独特的科学家个人或群体的行为，多少带有偶发性和随机性。一些交叉学科的诞生也是瓜熟蒂落的产物，所历周期甚长。目前，由于科学交叉对于发展科学和解决实际科技问题的重大作用已为人们所公认，也由于科学交叉规律和方法已有比较丰厚的积累，因此，我们现在应该主动拿起这个武器，按其内在规律，自觉地、有目地的引导和组织科学交叉活动。
科学交叉方法是一系列具有跨学科特征的研究方法的有机合成，诸如工具、类比、移植、渗透、互补、综合等方法，是在不同阶段、不同层次、不同目标上发展起来的。
工具法，指的是把一门学科的研究手段用于另一门学科，类比法是相互启发和借鉴。这些都是低层次上的交叉。
移植法，是将一门学科的概念移植到另一学科领域，用于研究新问题。一定时期的带头学科的核心概念尤其会被多种学科移植，刺激一大批学科的相继跟进。例如上个世纪“力”的概念，不但在无机界被广泛移植，而且在生物学和社会科学也得到成功的应用。所谓“移植”，不等于照搬。对移来的概念必须加以必要的修正和改造，使其植根于新学科。例如薛定谔提出遗传密码概念，最初只是一种假说，尚未取得生物学实证。以后经过一大批生物学家、物理学家、化学家群力破译密码的生物学内涵，密码的概念才被充实改造成为分子生物学的概念。分子生物学的创立过程，生动地展现了概念移植的操作规范及一般进程。
渗透，是指两个不同领域的理论彼此交融，有机结合成独具特色的逻辑演译体系，它可以成功地解决跨学科的研究课题，并从而构建出新的交叉学科。如果说概念的移植只是局部的交叉，理论渗透则是全局性的交叉，是高层次的交叉，是科学交叉成熟和深化的标志，是科学交叉的主导机制。
在不同学科的相互渗透过程中，耦联着它们之间的相互作用、相互补充、相互契合，但不能相互代替。在生命科学的发展过程中，生物学充满了物理学与化学的渗透，但永远不能从物理和化学的规律中得出生物过程的全部答案。
互补与综合，是以特定的问题或目标为研究对象，综合应用分支学科的理论、技术和方法、联合攻关。这种方法在近代大科学活动中已被广泛地应用，有一些综合研究可以形成综合科学，例如环境科学、海洋科学、空间科学等。
鉴于科学交叉在发展近代科学中的重要作用，其理论与方法应当在实践中继续得到综合、锺炼、发展和完善，使其成为科学工作者熟悉掌握、自觉运用的具有时代特征的新工具，但是任何科学活动或方法学的发展都不能离开现实的社会环境，也离不开组织管理机制的保障。由于长期以来单科演进的惯性制约，当前在观念、体制、组织形式、教育制度等方面均存在不利于跨学科活动的因素。为了促进科学交叉研究，我们应该顺乎改革潮流，实行大胆革新。
（1）主动打破学科壁垒，树立跨学科交流的新观念。
目前，学科间壁垒森严的观念仍普遍存在。一方面，某些专业人员自我封闭、划地为牢、抱残守缺，不愿也不敢涉足邻近领域；另一方面，又对其他领域的主动介入采取排斥态度，从心理上，行动上树立一道屏障。
（2）尝试组建新的边缘学科研究所
目前绝大部分研究所是单科建所，主要是在本领域内纵向掘进。另有一些研究所的学科（如生物化学）在历史上本是交叉学科，但发展至今也已成为新的元学科。笔者认为，在找准新的生长点后，不妨大胆建所。当然，在目前形势下从无到有组建新所并不现实，但是以某个研究所为基础，通过人员调配完成组建是可行的。
（3）组建跨学科研究中心和工程中心
科学研究中心和工程中心已在中科院和全国得到发展，其初衷也是组织综合研究。但现有的研究中心看来跨度不大，基本上仍局限于一个领域。在不同学科研究所众多的大城市组建跨度较大的研究中心，结成较为紧密的联盟，是可以做得到的。
（4）在不同行业系统之间实行多边合作
研究所、高校、产业部门各有特点和优势，它们之间不同形式的联合或交流，不仅对于学科之间的交叉，同时对于科学技术一体化，对促进成果转化都有莫大好处。但是目前部门分割严重，在部门保护主义的控制下，那些具有不同学科特点的部外单位很难介入，从而各自形成在学术上近亲繁殖的局面，应该以开放的态势，探索各种协作形式，在协作中共同受益。
（5）在宏观管理层次上形成多学科联合作综合性研究的有效机制
以中科院为例，组织许多研究所开展大课题综合研究是一个好形式。前些年黄淮海地区综合治理与开发项目，曾向社会展示了联合攻关的强大力度，是生态、资源、环境领域大合作的一次成功的尝试。
中科院的学部是严格以一级学科划分的，对于规划和指导跨学科研究势必不利，也许成立跨学科的专业委员会可以弥补这个缺陷。此外，在院长基金中划一块，设立科学交叉专项基金，可以促进交叉研究的起步。
（6）学会、协会等学术团体的协同
目前的学会是以单学科设置的，可以考虑在相关学科的学会间联合举办全国性的学术会议，使精选的科学交叉成果（包括理论）在不同学科间得以交流。
（7）大力培养T型科技人才
历史上大凡在科学交叉研究中取得成就的科学家都是知识渊博的T型人才，即既在本领域内有深厚的基础，又对其他领域有较为广泛的了解。反观我国的专业人员，一向分工过细，知识面过窄，又过分强调专业对口，这不利于T型人才的成长。应该根据不同人才的特点，因才施教，因才使用，鼓励一专多能。
（8）加强与社会科学研究系统的交流与联合
钱三强先生曾经说过：“各门自然科学之间、自然与社会科学之间的交叉地带一贯是新兴学科的生长点。”随着大科学活动的增多，自然科学与社会科学交叉渗透的需求也将与日俱增。自然科学家应主动涉猎有关的社会科学，国家科技宏观管理者也应为这种交流营造合适的环境和气氛。
钱三强先生还说过：“本世纪末到下一个世纪初，将是一个交叉科学时代。”中国科学院应该以满腔热情接受时代的挑战，在发展交叉科学方面作出无愧于科技国家队的贡献。