前沿研究：聯合國可持續發展目標：技術不確定性背景下的長期項目｜中國工程院院刊
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歐洲的大型對撞機要不要建？專業人士的分析。
本文選自中國工程院院刊《Engineering》2020年第6期
作者：Fred Phillips
來源：The SDG Project: A Long-Term Project Under Technological Uncertainty[J].Engineering,2020,6(6):600-603.
編者按
可持續發展目標是從涉及多個地區的大範圍訪談中提煉而成的，就目標內容以及2030年的目標完成期限已經達成了廣泛共識，然而關於如何實現可持續發展目標目前尚無定論。就工程領域而言，一些工程項目耗時多年，有的甚至超過10年，如何在技術不確定性背景下管理好長期項目，實現可持續發展目標？
中國工程院院刊《Engineering》刊發《聯合國可持續發展目標——技術不確定性背景下的長期項目》，旨在敦促工程師將項目管理經驗以及技術能力投入到最能拯救人類的工作當中去。文章主要描述了聯合國可持續發展目標項目的獨有特徵，並將其與粒子物理學家在不確定性下開展的長期項目進行比較，提出了一些值得工程學家與政策制定者關注的重點問題，同時還介紹了一個旨在攻克技術問題的開放科學程序。
一、引言
由全球15 000名科學家發布的第二封《致人類警告信》（Warning to Humanity）、「令人失望的」（disappointing）COP25會議（《聯合國氣候變化框架公約》第二十五次締約方會議），以及「形勢嚴峻的」（grim）聯合國報告均表明，地球環境能夠維持人類生存的時間將比物理學家斯Stephen Hawking所預言的200年要短得多。
本文旨在敦促工程師將項目管理經驗以及技術能力投入到最能拯救人類的工作當中去。本文主要描述了聯合國可持續發展目標（SDG）項目的獨有特徵，並將其與粒子物理學家在不確定性下開展的長期項目進行了比較，提出了一些值得工程學家與政策制定者關注的重點問題，同時還介紹了一個旨在攻克技術問題的開放科學程序。
二、聯合國可持續發展目標——好消息與壞消息
聯合國制定了17個可持續發展目標，其中169個子目標被稱為「targets」。與之前被普遍認為是由「自上而下」的權威機構所制定的千年發展目標（Millennium Development Goals）不同，可持續發展目標是從涉及多個地區的大範圍的訪談中提煉而成。
人們就目標的內容以及2030年的目標完成期限已經達成了廣泛共識。然而，關於如何實現可持續發展目標目前尚無定論。此外，人們普遍認同的是，使用當今的技術也無法實現可持續發展目標。未來，在減少廢物、凈化排放、回收利用、地球工程、生態系統恢復、清潔技術和能源效率等方面的創新將對人類產生重大影響，並且對實現可持續發展目標至關重要。
一些工程項目耗時多年，有的甚至超過10年的時間。它們的成功完成取決於項目啟動之日尚不存在的技術。如果實現該項目的主要設計所需的技術遲遲沒有出現，那麼管理此類項目的關鍵則在於靈活多變，即隨時靈活調整項目計劃或啟動備用設計方案。而至於技術本身，項目負責人必須決定是被動地等待所需進展還是主動地支持、參與其發展。以可持續發展目標項目為例的技術在不確定性條件下開展的項目與在固定技術下進行的傳統短期產品開發的項目有很大的不同。
實際上，距實現可持續發展目標僅剩10年，歐盟進一步承諾到2050年實現CO2的「凈零排放」。The Economist指出，為實現後一個目標，人類將需要採用「創造性的新技術」對CO2進行回收。
在通往2030年和2050年的道路上，綠色技術、生產成本和資金來源、生產者和消費者的接受程度以及許多其他社會、政治和人道主義因素，都存在著不確定性。
三、如何實現可持續發展目標
從事「原子粉碎」（atom smashing）和太空粒子探測工作的物理學家所面臨的項目困難，與我們在實現可持續發展目標時所面臨的困難非常相似。本節列舉了對上述項目具有指導意義的異同點。
首先，在構建下一代粒子加速器和實現可持續發展目標之間存在明顯的相似之處。粒子物理設施的規劃與建設需要花費很長時間。例如，歐洲核子研究組織（法語：Conseil Européenn pour la Recherche Nucléaire；英語：European Organization for Nuclear Research）所計劃的未來環形對撞機（FCC）項目將至少需要30年的時間才能完成。Lucibella寫道：「這樣一個龐大的項目，面臨著各種技術、經濟和政治挑戰，有些挑戰相對容易克服，有些則較難。」我們可以將它同實現可持續發展目標所需的10年時間（樂觀地講）進行比較，後者也面臨著類似的挑戰。
與氣候變化倡議相同，設計下一代粒子加速器或地下粒子探測器也是一項需跨國協作的工作。Gilchriese等提到，在加拿大、中國、西班牙、美國、日本、法國、印度和義大利均建設有當代探測器開發項目的合作站點。
粒子物理開發項目以及可持續發展目標項目均涉及多個組成類別。對於可持續發展目標項目而言，它涉及受氣候變化影響的所有人口、政府和企業。對於周長為100 km的未來環形對撞機而言，則需要考慮土地所有者、考古學家、建設公司、政府資助機構、儀器開發商和多個領域的物理學家的綜合意見。文獻中提到：「由歐洲核子研究組織主持的未來環形對撞機研究是由 135個研究機構和大學以及來自世界各地的25個行業合作夥伴共同參與的國際合作。」
上文已經簡述了對於環境問題進行補救的至關重要的未來技術。對於粒子探測而言，「下一代暗物質和粒子衰變實驗需要其檢測器、靶材以及屏蔽材料均達到前所未有的放射純度水平，部分靈敏度極高的實驗需要在高純鍺（HPGe）探測器射線光譜儀中進行」。對於加速器而言，「工程挑戰包括為巨型粒子加速器的儲存環設計足夠強的磁鐵、容納由粒子束髮射的同步加速器輻射，以及推斷未來20年的計算機技術的發展」。如果這些技術未能在項目規劃範圍內實現，那麼粒子檢測設施的建造將毫無意義。
這兩種項目的成本都極高，未來環形對撞機將最終耗資240億歐元，而這與可持續發展目標項目可能消耗的數萬億美元相比，只能算是「小巫見大巫」。
上述兩種項目的資金不確定性也很高。物理學家擔心，執政者對於項目無法保持30年的興趣並持續進行投資，對他們而言，這很可能就是個無底洞。對項目成功至關重要的專業人員可能會辭職、退休、死亡或投身到更能立即獲得回報的項目當中去。從可持續發展目標項目來看，商業經濟體的激勵是不當的，其傾向於支持環境污染而不是對環境補救進行支出。
物理學家與環保主義者都在各自的項目要素之間進行權衡取捨與協同。Gilchriese等指出，粒子探測器可能「與核不擴散運動具有協同作用」，並且「為中微子物理學所建設的大型地下探測器亦可被用於重子數反常（baryon number violation）的相關研究」。相較於其他設計，加速器或檢測器的每種設計替代方案均有特定的優勢以及相應的短板。一個關於項目要素「權衡」的具體實例是「下一代（噸級）無中微子雙β衰變實驗可能面臨著G2/G3規模的暗物質對於空間的競爭」。本文的下一節將重點關注可持續發展目標項目中與之類似的取捨和協同作用。
理想的組織結構對於可持續發展目標項目以及粒子物理學項目而言也同樣是一個挑戰。「將現有的地下設施全部部署在一個傘狀組織當中，可以更好地提高美國的測定能力」。實現可持續發展目標的重要組織（雖然目前還不能實現高效協作）包括地方政府、企業圓桌會議、世界經濟論壇以及《巴黎協定》（Paris Accords）的簽署國。可持續發展目標項目沒有一個特定的項目經理，而是否應當設置該項目經理目前也尚無定論。
最後，可持續發展目標項目與加速器項目相似的是，它們甚至都可能使人類的生存出現問題。物理學家曾考慮過，用於尋找希格斯玻色子的大型強子對撞機是否帶有產生一個吞噬地球的黑洞的風險，但最終，學者們認為不會存在這一風險，事後看來，也確實是這樣。
可持續發展目標項目與粒子研究計劃之間的相似性令人驚訝。儘管如此，兩者還是有著顯著的區別。差異之一在於設計備用方案的思路。「未來環形對撞機的最終設計與設計緊湊型線性對撞機或CLIC的並行工作背道而馳。」Lucibella指出，「一旦兩個設計都完成，歐洲核子研究組織只會從中選擇一個。」同樣，如 Gilchriese等所言，「噸級0νββ實驗的地下深度要求取決於相應技術的選擇，因此目前還不完全清楚。」
儘管人們會說我們只有一個星球，因此沒有其他的設計方案可供選擇，但我們的星球的確存在地理與文化的多樣性。這使得這些實驗成為可能。Phillips等闡明了該類實驗的哲學基礎。本文稍後將探討其實際含義。
與粒子物理相關的所需技術大部分均已得到充分定義，只需在工程水平與生產技術方面不斷提升。而對於可持續發展目標項目而言，儘管我們可以提出問題，但我們並不知道將來有哪些特定的技術可以回答這些問題，我們希望實現根本性的科學突破。
加速器的設計將在明確的操作規範指導下開展，同時將具有明確的科學目標（在某種程度上還附加政治或國防利益）。然而對於可持續發展目標而言，儘管我們已經提出了一定的進度指標，但其定義仍然模糊不清。可持續發展目標項目涵蓋了社會、經濟、環境和政治目標的方方面面。
為實現可持續發展的環境目標而採取的任何措施都將對一些根深蒂固的既得利益造成經濟損害。對於未來環形對撞機研究計劃的反對聲音一方面來自科學家，因為它可能無法為物理學開拓足夠的新視野，而另一方面則來自民眾，因為他們認為應當在社會項目上進行更多的花費。表1對可持續發展目標項目和粒子項目進行了比較。
表1 可持續發展目標項目與粒子項目的比較
技術路線圖是針對尚未出現的技術的常用項目規劃工具，但似乎並不適用於可持續發展目標的項目，因為該項目涉及多個地位相同但情況與開展計劃各不相同的利益相關方，除此之外，還涉及許多尚未實現的技術。然而，我們制定了「未來高能物理項目的10年路線圖」。
四、對可持續發展目標項目的建議
Gilchriese等提出，識別粒子探測器的「夾點」（pinch point，其使用的術語）。這些都是「全球有限的測定基礎設施，同時也是未來G3暗物質實驗的空間，可以探測不可還原的中微子背景」。需要注意的是，這些「夾點」不是未來的技術，也不是可以快速獲得的任何金額的資源。
可持續發展目標的要點包括改變政治家和商人的思想和心理，以及農業、消費和其他的人群習慣。然而，更適合工程解決方案的是在可持續發展目標的權衡中所表示出的「夾點」。
現在有大量文獻詳細敘述了可持續發展目標之間的協同效應和權衡，儘管文獻對如何處理這些目標幾乎沒有提供多少建議。Lusseau和Mancini的 /–交互的映射顯示出令人高興的結果，提示大多數對聯交互具有積極性質，即當朝著目標x取得進展時也會推進目標y。然而，有相當一部分相互作用是負面的。在後一種折中方案中，有些是本地的——A地的工作越多意味著A的污染就越多——而另一些則是非本地的。例如，在位置 A的學校（推進SDG 4，「素質教育」）使用的信息技術越多，就意味著地球另一端會有越多的童工（設置SDG 8，「體面工作」），因為眾所周知，童工挖掘電子平板電腦中使用的金屬。
五、地理和文化多樣性
在消除飢餓（T2.1）和能源生產的目標之間可能會有一些取捨，特別是在依賴生物燃料擴大能源獲取的國家（T7.1、T7.2）。創新和可持續的農業做法有助於提高農業生產力（T2.3），併產生可再生能源（T7.2）。例如，在斯里蘭卡，用椰子雜交的Gliricidia（一種生長迅速的固氮豆類樹）的做法正在大幅度提高農業產量，並提供可持續的生物能源原料。
在上述摘錄中，Mainali等確定了斯里蘭卡的可持續發展目標權衡方案（使用T7.1表示SDG 7下的第一個目標）。他們表明，通過改變農業生產方式有效減少了權衡。他們暗示，同樣的解決方案可能對世界其他地區有幫助，因為那裡的氣候、土壤條件和飲食習慣都允許這樣做。
圍繞本地可持續發展目標的權衡，我們可能會問：在所有可持續發展目標的權衡中，本地人究竟佔多大比例？一種特定的權衡實際上是多個本地人的權衡嗎？也就是說，這種權衡在全世界大部分地區都適用嗎？如果是的話，它是否在一些地方是不成立的，或權衡的幅度較小？如果發現這種權衡其實是異常情況（如上例中的斯里蘭卡），那麼為什麼存在異常？是因為當地的地理條件，還是當地的人類活動？如果能夠查明異常區域的因果關係或做法，這種關係或做法是否可以擴展到其他區域，以減緩全球氣候變化？
我目前正領導著一個美國-歐洲-中國研究聯盟，希望能回答這些問題。該聯盟目前由中國科學院、新墨西哥大學和歐洲的OKRE天文台組成。概念驗證階段將使用文本挖掘和機器學習工具來識別和嘗試解釋上面所定義的「異常」。我們希望通過一個更全面的項目來進一步開發人工智慧工具，並輔之以全球人類信息網路——由參加可持續發展目標研究的學生以及土著居民組成——利用異常情況盡量減少可持續發展目標的權衡。
六、技術預測
假設一個矩陣，利用其中的條目表示當前測量的可持續發展目標之間的相互作用的幅度（正、負、零或未知震級）。同時考慮logistic（或類似sigmoidal）曲線，該曲線代表了與特定可持續發展目標權衡對相關的技術領域中專利（或其他進步指標）的增長。曲線的參數可能表示技術進步的快或慢，但在任何情況下，都會在每個後續時間段內改變交互矩陣。
在S曲線參數的定位範圍內，我們可以從理論的角度提出問題：迭代是否會收斂到沒有負項的矩陣？可持續發展目標是否會及時實現？如果不是，矩陣結構的哪些方面阻礙了及時收斂？
在回答了這些問題之後，我們可以著手實際的實施、監測和有選擇地鼓勵「減少消極的可持續發展目標之間的相互作用的技術」（TRNI）。
七、工程和政策影響
本文通過將可持續發展目標的工作與粒子物理設施規划進行比較，強調了實現可持續發展目標的「項目」的特點，這些特點突出表現在成本高、時間跨度長和技術不確定性上。可持續發展目標的研究人員和決策者最好與「以前做過這種事」的物理學家進行交談。
本文接著提出了一個實施可持續發展目標項目的高槓桿策略，即關注可持續發展目標之間的權衡。資源無法同時被用於所有可持續發展目標，但必須從某處開始實現這些目標。由於可持續發展目標是通過與多個組成群體的對話制定的，並且每個可持續發展目標對其中至少一些群體是至關重要的，因此可持續發展目標的任何任意優先順序工作都會遇到組成者的抵制。首先關注最嚴重的權衡是有科學依據的，因此可能更容易為所有利益攸關方所接受。
「可持續發展目標3和12被確定為121個國家中的最佳的權衡對」。由於世界上大約有200個國家，這一聲明意味著，在其中約80個國家中，可持續發展目標3 和12的權衡較少。這意味著正如我所定義的，異常現象確實存在。發現和解釋這些異常現象對於工程、人工智慧、農學、人類學和其他學科的研究至關重要。
當可持續發展目標x顯示出與可持續發展目標y的負交互作用時，通過專利的增長來預測x-y的TRNI似乎是明智的，這些關鍵字與這兩種可持續發展目標相關。這是一個信號，表明圍繞此類專利的工程工作會對可持續發展目標的實現產生實際的影響。
從政策角度來看，本文的邏輯意味著一個國家或一個省不應將單一的可持續發展目標作為一項關鍵戰略，或過於專註於其在減少碳排放上「國家制定的目標」，因為這樣做會忽略對其他目標可能產生的負面影響。相反，至少應該在政策上同樣強調減少可持續發展目標的取捨（當然，還要加強可持續發展目標的協同作用）。
緊急TRNI應享有政策優先權，每個負責任的政府都首選它們並提供補貼或獎勵。
拯救地球應該比優先發布專利更重要。因此，我們歡迎以開放科學的形式分享思想、數據、部分結果和協作。
註：本文內容呈現略有調整，若需可查看原文。
改編原文：
Fred Phillips.The SDG Project: A Long-Term Project Under Technological Uncertainty[J].Engineering,2020,6(6):600-603.
