錢與競爭：眾議國家實驗室的挑戰

美國伊利諾伊州的阿貢國家實驗室。來源：John Hill for Argonne National Laboratory

撰文 | Jane Qiu

翻譯 | 陶夢縈

校譯 | 劉美幸

責編 | 陳曉雪

中國是世界上科研力量最為強大的國家之一，但中國的大多數研究機構都只專註於某個特定的研究領域，在很多人看來不足以應對中國複雜的發展需求。作為科研機構改革和創新驅動發展戰略的一部分，中國政府計劃設立多個綜合性的國家實驗室，希望以此來提升中國的科研能力，並為大規模項目提供支持。

為了增強國家實驗室的建設和管理，中國邀請12名世界頂級國家實驗室專家參加於2016年2月2日在北京舉行的國家實驗室建設管理國際研討會，分享他們的經驗和洞見。研討會由中國科學院副院長譚鐵牛主持，科學家們就多目標國家實驗室的重要性、實驗室的有效管理之道及其面臨的主要挑戰進行了討論。

部分研討會嘉賓

丁洪

中國科學院物理研究所凝聚態國家實驗室常務主任

杜恩·吉布斯(Doon Gibbs)

美國能源部布魯克黑文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)主任

安東尼奧·馬塞洛(Antonio Masiero)

義大利國家核物理研究所(National Institute of Nuclear Physics)副主任

約爾·梅索特(Jo?l Mesot)

瑞士保羅謝勒研究所(Paul Scherrer Institute)主任

譚鐵牛（主持人）

中國科學院副院長

建設國家實驗室

譚鐵牛：中國現在已經有了幾個國家實驗室，它們與其他國家相比，比如說美國，怎麼樣？

丁洪：我在美國能源部的阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）工作過七年，當前負責中國國家科學技術部下面的一個國家實驗室。大多數現有的中國國家實驗室都是出於單一目的，專攻某一個特定研究領域的，而美國的國家實驗室是融合了多個學科的多目標實驗室。另外，中美國家實驗室的規模也有差距。例如，我現在所在的實驗室只有500人，而剛才提及的阿貢國家實驗室有超過4000名工作人員。

譚鐵牛：也就是說中國的國家實驗室建設需要步入一個新的時代，使得其體量更大、目標更高。

丁洪：確實如此。建設綜合性的國家實驗室很重要。和單學科實驗室相比，綜合性的國家實驗室能夠承擔更大規模的科研項目，進行一些國家迫切需要的領域的跨學科研究。

譚鐵牛：建設這樣的國家實驗室需要考慮哪些重要因素？

吉布斯：廣義上講，國家實驗室與能源部的任務是保持一致的，都是通過科學和技術來處理和國家利益相關的關鍵問題，如經濟安全、國家安全和環境安全等。國家實驗室的研究包括基礎研究和應用研究，其科研設備較高端、昂貴，是大部分大學實驗室和行業組織很難負擔得起的。雖然說能源部建立了一個國家實驗室體系來執行其任務，但每個實驗室都根據自身能力設立了自己的願景和任務。

丁洪：國家實驗室應該著力於宏大的長期研究，這類研究是大學和企業做不了的。

馬塞洛：雖然國家實驗室是任務驅動型的，但它們必須保持一定的靈活性，這樣才能與時俱進。另外，和地方大學以及地方企業建立合作、在不同國家實驗室之間構建協同關係以及根據國家需求確立區域中心，這幾點也是很重要的。

托馬斯·梅森（Thomas Mason，美國能源部橡樹嶺國家實驗室主任）：雖然說國家實驗室的國家性質體現在其研究項目是著眼於國家利益的，其在設備試用方面也可以是全國性，甚至國際性的。另外，大多數國家實驗室在合作方面具有區域特色，比如說和大學、企業或者地方政府合作。這樣的區域特色對中國和美國這樣的大國來說尤其重要，因為同一個國家不同地區的利益、需求和工業特徵存在很大的差異。

王貽芳（中國科學院高能物理研究所所長）：我認為國家實驗室有許多不同類型。要去原樣複製別人的類型其實是很難的，因為每個國家的情況都不一樣。我所在的研究所是在40多年前作為粒子物理學專用實驗室建立的。在過去的15年中，我們一直在拓展研究方向，以成為多學科的國家實驗室（雖然沒有被正式命名），不僅承擔基礎研究，還要涉及各項應用。我們研究天體物理並在研製5顆衛星；我們在建設世界上最大的地下實驗室，還在計劃環形對撞機和世界領先的與阿貢國家實驗室的先進光源（Advanced Photon Source）類似的同步輻射光源；我們還力爭把自己的研究領域擴展至生物、納米和環境科學等領域。

梅索特：在投入最初的資金後，修建大規模設施還需要花費很多年的時間，而且預算有可能隨著物價上漲而超標。所以，長期穩定的預算也要考慮在內。這是一項長期投入，而且大家會以首次的成功來衡量你。如果短期內沒有成功，就會產生各種不利影響。這一點也需要考慮清楚。

馬塞洛：國家實驗室集中了大量財力和人力資源，這一點很獨特。在義大利，大學拿不到這個級別的資金，但大學可以隨意使用國家實驗室。國家實驗室必須具有研究優先性，並隨著時間的推移源源不斷地提供資源。國家實驗室為科學界服務，同時也是很多研究生完成部分論文研究的地方。

梅索特：而且國家實驗室和國際組織之間也存在一種微妙的平衡。現在有一種趨勢是弱化國家實驗室的活動，並把一切重心放在國際組織上，比如像歐洲核子研究組織（European Organisation for Nuclear Research）這樣的國際機構。這樣是不好的，國家實驗室和國際組織應該相輔相成。國家實驗室在提供設施、設備和工作人員方面發揮著重要的作用。與此同時，我們應該利用好國際組織，把它們變成真正的優勢。

國家實驗室和大學之間的關係

亥姆霍茲聯合會18個國家研究中心在德國內的分布圖。來源：helmholtz.de

譚鐵牛：國家實驗室和大學之間應該保持怎樣的關係？

梅索特：我們要確保國家實驗室不去重複大學的研究，而是補充大學的研究。這一點很關鍵。我們應該和大學建立合作關係。在瑞士，做到這一點很容易，因為大學和國家實驗室都從屬於同一個機構。對中國科學院來說，很重要的一點是把現有的研究所綜合到即將設立的國家實驗室中。

何宏（德國亥姆霍茲國家研究中心聯合會北京代表）：德國亥姆霍茲聯合會是一家由多個國家實驗室共同組成的獨特的科研單位。我們的科研特點是具有明確的國家任務導向、以規劃運行大型科研設施、從事多學科交互的前瞻性應用基礎研究、致力為經濟、科技和社會的重大挑戰尋找關鍵解決方案。作為聯邦政府直接管理的國家級研究機構，我們相比由所在州政府支持的德國高校有更為充裕的科研經費。作為國家實驗室，我們有固定劃撥、而且還保證逐年按比例穩定增長的機構性科研經費。這部分固定經費佔到每個國家實驗室年度開支的80%左右，而且其中90%來自聯邦政府，10%來自州政府。

但凡事總是有一利則有一弊，實際上我們也時不時地會因為自己的機構特點和經費優越性而受到自高校和其他研究機構的抨擊，甚至馬克斯·普朗克學會（Max Planck Institutes）也會被抨擊。高校指責在相同科研投入的情況下，我們體系科研人員平均發表的研究論文數量不及高校，還批評我們這種以科研為主的模式所能培養的青年科學家相對更少。比如，除非我們聯合德國高校團隊、並由高校夥伴挑頭，德國科學基金會（German Science Foundation）從政策上就限制亥姆霍茲聯合會的科學家自由申請主要對高校科研單位開放的DFG基礎研究項目。

梅索特：這是一個根本上的問題。瑞士之前也有這樣的情況，但我們現在可以申請國家科學基金會的資助和歐洲方面提供的各類資助了。這對我們來說是一個關鍵的轉折點。

譚鐵牛：保羅謝勒研究所的固定預算資金佔總預算的多少？

梅索特：大約是70%。但這不只是關於錢的問題，還關乎競爭。我們研究所的科學家可以和大學的研究者一樣申請國家科學基金會的補助；他們也開始有了一些知名度，因為他們的研究提案整個科研圈子裡的人都能讀到。所以我們不會區別對待國家實驗室的科學家。同時我們也需要確保大學可以免費使用國家實驗室的設施。

維多利亞·賴特（Victoria Wright，英國研究理事會科學與技術設施委員會主任）：在英國，大學和那些擁有強大預算和大型設施的機構之間也存在類似的緊張關係。我們的解決方法就是聯合所有研究機構成立一個代表委員會，這些代表們都深知運營大型設施的重要性和必要性。他們一起決定應該從總預算中拿出多少資金用於建設大型設施，以滿足所有人的需求。

丁洪：我在阿貢國家實驗室工作了7年，在美國大學工作了10年，因此我對兩者都有一些見解。在阿貢，有設施，但沒有研究生；在大學，有學生，但缺乏設備。我認為中國科學院在這方面是很獨特的，因為它兩者都有。這是很大的優勢。

何宏：亥姆霍茲聯合會當下由18個國家實驗室共同組成，其中有些已經有超過60年的歷史，也還有一些要年輕得多。這些依次成立的國家實驗室和亥姆霍茲聯合會的成立是一系列持續的科技改革的直接結果，這些改革即要彌補高校科研、小體量科研之不足，建設和運行大型科研設施，提供公共服務，要實現在有限的政府經費框架之內既保證科學研究的卓越性又保證科研方向的戰略相關性。為此，我們既強調競爭也強調合作，既推動實驗室內部、不同國家實驗室之間的競爭，同時也推動各個國家實驗室不同團隊之間、國家實驗室與德國高校和其他科研單位以及國際機構之間合作。其實，社會、政府和科學家個人都有不同的利益訴求，如何做好管理和平衡這是很大的挑戰。我相信在中國也存在同樣的挑戰。如果要向國家領導人提議建立大型國家實驗室，你肯定需要來自中國高校合作和競爭單位的肯定與支持，為此，你必須做好充分的論證準備。

遠大期待：綜合基礎研究和應用研究

譚鐵牛：國家實驗室在基礎研究和應用研究之間如何達成良好的平衡？

王貽芳：我認為，僅僅專註於基礎研究的國家實驗室在未來可能會遇到問題，因為科學研究總歸來說有好日子，也有壞日子，特別是對粒子物理學而言。最好是既有長遠的應用研究，比如我們正在進行的同步輻射光源研發，也有基礎研究，如粒子物理。我認為把兩者分開不是個好主意；把兩者綜合起來，位於同一個場址，大家一起討論、一起工作，是有益的。我希望中國科學院在規劃國家實驗室的未來時能考慮到這點。

吉布斯：除了其他的科學和技術目標之外，美國很多國家實驗室感興趣的是那些能提供現實應用、創造工作崗位和經濟效益的研究。這次會議讓我認識到，中國的研究者和我們有同樣的目標。

梅索特：是的，我們背負著很大的期待。然而一大風險是，我們需要在很短的時間裡達到這些預期。我們愈發感到壓力。工業領域中的創新鏈和基礎研究完全不匹配。我們通常思考的是未來10-15年，而他們想的是2-3年。要達到這樣的預期是很具有挑戰性的。基礎研究是關鍵，但要把基礎研究變成創新的工業產品則需要很長的時間。

譚鐵牛：這是很重要的一點。基礎科學和應用研究之間應該有一個合理的平衡關係。我們還應該有一套機制來穩定支持長期的項目，但目前大多數資金周期只有3-5年。要達成這兩者之間的平衡確實很具挑戰性。

彼特·利特爾伍德（Peter Littlewood，美國能源部阿貢國家實驗室主任）：我不認為基礎研究和應用研究之間存在真正的區別。我們面對的是那些需要著手幾十年、能帶來長期願景的大型國家級重要問題；要解決這些國家級問題，我們要採用基礎科學的方法，逐步地實現目標。就像眾所周知的那樣，我們能從科學中獲得技術，也能從技術中發現科學。

一個好的例子就是二維電子氣這一奇怪現象的發現過程，雖然這個過程並不是特別有趣。貝爾實驗室（Bell Laboratories）和IBM在試圖研發出完美晶體來製造速度更快的晶體管時，二維電子氣被發現了。一旦有了完美晶體，你就可以製成完美的二維電子氣，然後你也會有極大的可能發現一些新的基礎物理的規律。

管理國家實驗室

青島海洋國家實驗室。來源：qnlm.ac

譚鐵牛：管理國家實驗室的最好方法是什麼？

梅森：國家實驗室的重要特徵之一就是把人才和資源聚集在了同一個地方。我認為地點比組織結構更重要。中國科學院面臨的一個巨大挑戰是，你們已經具備了實驗室、研究所和設施，也就是國家實驗室的基本構架，但你們缺乏可以讓研究人員密切合作的共同場所。你們可以遠程合作，但這樣難度更大。我們會儘可能把人員集中到同一個地方工作。比如說，氣候變化科學家、計算機科學家和環境科學家之間一般是沒有溝通的，但如果他們在同一棟樓里，就可以一起吃午飯、一起討論問題，很快他們就能建立工作上的合作。如果他們之間相隔幾千米，這種情況是不可能發生的。

丁洪：確實如此。中國科學院有100多個研究所，各自專註不同的領域，這些研究所和大學、企業之間應該形成一定的區域研究基礎。我們正在建設的國家實驗室可能會以不同的模式為基礎，而區域性國家實驗室在理論上會是一個值得探索的模式，但如何把現有的機構和未來的計劃相結合是一個有挑戰性的問題。

王貽芳：我不認為遠距離一定會成為問題。這實際上取決於相關人員是否有相同的理念，是否能成為一個團隊來一起工作。我們在離北京3000公里之外的廣東省東莞市和開平市修建了大型科研設施。以現在的通訊技術，距離不是問題。我們可以遠程管理此類項目。如果相關人員無法像一個團隊那樣一起工作，即使他們坐在同一個辦公室里也無濟於事。許多粒子物理方面的項目就是很好的例子，通常這些大型設施（及團隊）都散布在世界各處。我們把他們組織起來，做同一個實驗。距離不是根本的問題，至少對我們來說不是的。

利特爾伍德：我想和大家分享一下我們在運營能源儲存研究聯合中心（Joint Centre for Energy Storage Research）時遇到的挑戰。這個國家級項目涉及了很多個體研究人員、大學、國家實驗室和產業界。我們試圖建立一種和傳統方法不一樣的模式。這相當困難。我們剛開始是通過電郵、電話、語音郵件和視頻系統來建立聯繫。但之後我們不得不放棄這種做法。最後，我們實際上組織了很多面對面的小組會議，有的是周會，有的是月會，大家都在不停地飛來飛去。如果想要改變研究方向，那得需要進行大量的討論。如果你想要改變他人的行事方式，你在交際方面需要做大量的工作。

在這種情況下，如果你接手了一個項目，而且真正想推動項目前進，你需要進行非常緊密的合作。這是極大的挑戰。我們花了很多時間來做從上至下的管理，花了很多時間來思考我們的研究應該以何種模式來推進。在某些情況下，你真的可以效仿歐洲核子研究組織這種軍事化的精密合作模式。這樣一來，每個人都清楚他們在某個特定的階段應該交付怎樣的成果。但每一個項目都是不同的。

歐美國家實驗室的前景

譚鐵牛：歐美國家實驗室的前景如何？

馬塞洛：每個歐洲國家都有自己的研究機構和國家實驗室，雖然其規模小於中國或美國的同類機構，甚至小很多。如今，歐洲研究機構在大力推行泛歐洲的科研基礎設施，其中最引人注目的就是歐洲核子研究組織，該組織運行著世界上規模最大的高能加速器。

接下來要建立的設施還有歐洲散裂中子源（European Spallation Source），這是世界上最先進的超高倍顯微鏡。大規模泛歐洲基礎設施的重要性在於，它是當前歐盟第七框架計劃（7th Framework Programme）的重要組成部分。第七框架計劃是歐盟針對研究和科技的重點資助計劃。諸如地平線計劃2020（Horizon 2020）這樣的項目著重強調的是創新，發明新技術，以及把人力財力資源集中到重點大規模歐洲基礎設施上，實現科研機構和工業產業之間的科技轉化。

利特爾伍德：在美國，我們正在興緻勃勃地討論神經科學的未來，該學科當前依然被短期的醫療問題所主導。但我們現在有機會通過大規模成像來繪製一幅神經連接的藍圖，從而推動所有科學領域的長足發展。歷史上也有前例，比如科學家用美國能源部國家實驗室研發的技術來識別人類基因組序列。當時醫學界和生物界對這個項目並不是很感興趣，還認為能源部是在和他們搶經費，為此能源部花了很大的工夫才把這一計劃提上議程。

在我看來，國家實驗室的目標就是把他們認為應該推動的長期項目做成型。他們要堅持不懈，有時候不得不拼一拼，在面臨權威圈子的反對時也不能退縮。只有這樣，國家實驗室才能取得顯著和重要的進展。

楊學明（中國科學院大連化學物理研究所）：我們現在正在籌建針對清潔能源的國家實驗室。我們面臨的挑戰是，如何確定國家需求及國家戰略。在美國，多學科實驗室似乎是為了國家需求而建立的。美國政府對國家級實驗室體系有效性的評估是怎樣的？

梅森：這是一個很熱的話題。過去幾年來的科研項目非常多，其中大部分問題最為尖銳、催生了相關研究的領域集中在核安全方面，其中一些相關實驗室成為了爭議和批評集中的對象。其他實驗室的這類問題不是很嚴重，其規劃和管理也被認為是大體上做得比較好的。

當前最大的擔憂之一是成本效益，尤其是考慮到過去幾年的預算壓力。有人認為，現在可能建了太多國家實驗室。但要是你讀報告，報告又告訴你當前的體系非常好。當然，目前的體系可以變得更好，效率可以更高，官僚主義也可以進一步減少。如果你看看這些年的成績，不管是以諾貝爾獎項、經濟影響力、還是突破性的發現來衡量，我們取得的成績都是很突出的。你絕對可以這樣講：納稅人的投資得到了好的回報。

結語

譚鐵牛：我們進行了非常精彩的討論，觸及了很多話題。專家們是否可以用幾個要點來總結你們對國家實驗室的看法？

梅索特：國家實驗室解決的是大學研究範圍之外的、國家層面甚至是國際層面的社會挑戰。我的建議是，建立一個機制來確保國家實驗室的科學家和其他機構的科學家平起平坐，用同樣的標準來衡量他們。

吉布斯：國家實驗室是任務導向型的。重要的是，我們要確定國家的需求是什麼，以及如何去滿足這些需求。

馬塞洛：確立清晰的目標是理所當然的，但我們也需要一定的靈活性，這樣我們的研究方向才能與時俱進。需要強調的一點是，國家實驗室必須要堅持開放政策，即任何一個其研究計劃被實驗室所在國際科學委員會選中的研究者，都有使用該實驗室設施的權利。

丁洪：國家實驗室是發展科技方面大規模能力和實現長期願景的重要平台。很多有國家迫切需求的研究領域都需要國家實驗室負責。一些跨學科的研究領域需要前沿的研究設施，而這些設施只有政府有財力資助，還需要數百甚至數千名科學家協力合作。多目的國家實驗室是我們迫切需求的。

英文原文2016年9月12日發表於《國家科學評論》（National Science Review, NSR），原標題為「Building national laboratories to meet China s development challenges」。 NSR是科學出版社旗下期刊，與牛津大學出版社聯合出版。《知識分子》獲NSR和牛津大學出版社授權刊發該文中文翻譯。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！