2018年3月28日，国务院正式印发《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》，明确了我国牵头组织国际大科学计划和大科学工程“三步走”发展目标。这意味着我国牵头组织国际大科学计划和大科学工程迈入“快车道”，将为解决世界性重大科学难题贡献中国智慧，并将可能开启人类新的大发现时代。
发现是科学的基石。发现，基于对已知世界的认识和对未知领域的探索；重大发现，既要坚实的积累推动，又需天才的思想牵引。科学史上，积累可以持续而恒速，而天才的思想历来是可遇不可求，因此“厚积薄发”的现象屡见不鲜：当人类对某个领域的认知经过长时间的积累而达到一定程度时，会突然出现一个甚至数个划破历史长空的科学大家，应承时代的召唤，指引纪元的更替，促发重大发现蜂拥而至，并迅即汇聚成滚滚洪流，冲破已有理论信条的桎梏，将该领域的理性认识革命性地推上全新的境界，使一个或多个相关领域呈现爆发式成长，脱胎换骨，乃至革命性突变，促使该领域进入“大发现时代”。
史上的大发现时代
两千多年前，古希腊毕达哥拉斯学派开启了自然科学的第一个大发现时代。他们相继发现：算术的本质是“绝对的不连续量”，音乐的本质是“相对的不连续量”，几何的本质是“静止的连续量”，天文学的本质是“运动的连续量”。他们因此认为，数学是通向理性世界的必备工具。后来两千余年的历史表明，数学作为整个自然科学的灵魂与“通天塔”，正是其不断地推陈出新，才奠定了以后各学科“大发现”的基石。
地理学的“大发现时代”爆发于短短的40年，却影响了世界近来数百年的格局。15、16世纪之交，以“地球说”为理论指导，地球上不为文明世界所知的地域和航线不断被发现。1485年，哥伦布发现北美大陆；1497年，达·迦马发现印度洋和印度次大陆；1498年，哥伦布又发现南美大陆；1519年，麦哲伦发现南美大陆最南端海峡，找到大西洋直达太平洋的通路；1521年，麦哲伦发现太平洋，从此开启西方和现代文明的新篇章。地理学大发现所引起的观念革命不亚于它所带来的经济后果，它突破了亚里士多德和托勒密创建的知识范畴与视野，促使欧洲知识阶层从近两千年来对经典神条的顶礼膜拜中猛醒，为近代科学革命开启了批判的理性天窗和革新的精神动力。
天文学虽与数学一样古老而成熟，但在16、17世纪之交，以革命性的“日心说”为指南，凭借望远镜技术，还是迎来了新的大发现时代。1572年，第谷发现木星、土星及其运行规律，5年后又发现彗星，太阳系存在46亿年的九大行星10年内被发现三分之一！1600年，开普勒在第谷观测数据的基础上，力求“拨云见日”、苦寻宇宙秩序，很快发现了开普勒第一定律（椭圆定律）和开普勒第二定律（面积定律），并将其推广至太阳系所有行星。不久，他又发现开普勒第三定律（调和定律），并用三大定律将所有行星运动与太阳紧密联系于一体，使哥白尼“日心说”由悬空的假说落地为有实证依据的理论体系。
18世纪气体、元素的相继大发现催生了化学革命。1756年，布莱克发现二氧化碳；1760年，丹尼尔·卢瑟福发现氮气；1766年，卡文迪许发现氢气；1774年，普利斯特发现氧气。这些气体的发现，使拉瓦锡于1789年将燃烧科学定义为“氧化”，推翻了统治化学界上千年的“燃素说”，提出了元素学说，开创了化学的新纪元，并将此后的数十年带入化学元素大发现的时代。存在于宇宙138亿年的上百种元素，一半以上在此历史瞬间被人类发现！
19世纪下半叶，迎来了微生物的大发现时代，成就了现代医学史上第一次革命。1856年，巴斯德指出“所有的发酵都是由微生物引起”；1859 年，他推翻“自然发生论”；1860—1880 年，又以工业上酒发酸、农业上丝蚕病、医学上传染病等系列惊世难题的成功处置，奠定“疾病病菌说”。半个世纪里，微生物学不仅突破传统、直观意义上动物界、植物界的边界，打开了其种类、其作用不亚于前两界的微生物界，而且使人类理性之光推动蔓延并横行人间数千年的“瘟疫”“瘴气”从黑暗与愚昧中现形！并迅即为现代医学的第二次革命――抗生素革命开启大门！
20世纪被称为“基因的世纪”，“基因”几乎主宰了20世纪生命科学的神话。1900年，德佛里斯等独立重现孟德尔遗传定律。1910—1930年，摩尔根发现基因连锁定律，建立了完整的基因遗传理论体系。1928年，格里菲斯发现肺炎双球菌转化因子，艾弗里于1944年用生化方法证实其为DNA。1951年，德尔布吕克等用同位素标记法确证遗传物质为DNA。1952年， 查伽夫发现DNA碱基组成定律。1950年，阿斯特伯里等获得DNA的X射线衍射图。1953年，沃森等提出DNA双螺旋模型，并指出：碱基特异性配对可能是遗传物质复制的基础，碱基排列顺序可能就是携带遗传信息的密码。这些革命性猜想迅即掀起了划时代的分子生物学的兴起！它揭示了38亿年的遗传之谜及其遗传密码！揭示了统一万千生命世界的中心法则！产生了比“创世纪”更伟大的基因工程！
已有的大科学计划
科学的诞生，源于人类理性觉醒后至真、至美、至善的可思性内生张力，力在悟性；而科学的鼎盛，则赖于其实用价值、尤其是独特价值突显后至实、至用、至效的可视性外在引力，力在物性。正因如此，科学在最近500百年间不断鼎新人类文明的同时，自身也被现代文明彻头彻尾地重塑，如科学研究体制与模式。17世纪以前的上千年，科学研究活动一直以最初的个人或学派自由研究为主，18世纪发展到松散的学会形式，再到19世纪的集体模式，20世纪则迅速上升到国家规模甚至国际规模。进入21世纪，科学已成为一项重要的社会事业，甚至成为国家或地区重要的战略产业，科学技术纵横捭阖的一体化潮流势不可挡。一方面科学整体化、技术群体化，一方面科学技术化、技术科学化。其中，大科学研究范式一马当先，谱写了不朽的春秋，当代全球产业的风向标从信息技术、空间技术到新一代生物技术，无一例外均源于大科学工程。美国更是凭借一系列大科学计划拔地而起、脱颖而出，首超欧洲之师、继越苏联之敌，“一骑绝尘”，迅速成为科技史上新的“盟主”。
美国科学的兴起，得益于英国的科学传统和德国的科学体制。美国国内资本生产力创造的强大物质基础，加上独立战争与南北战争创造的社会民主空气和实用主义哲学的深刻影响，使其科学的起飞一开始就踏在“巨人的肩膀”上。整个19世纪，这个年轻的国家以其技术上的创造性闻名天下。1890年，美国工农业生产总值超过英、法、德，位居世界首位，但此时的美国科学只是“再版的英国小科学”和“再版的德国实验室”。美国虽然爬上了“巨人的肩膀”，但并未在其肩膀上站起来。美国科学的起飞，严格来讲是在第一次世界大战以后，更确切的说是在创造性地实施两大科学计划（曼哈顿计划、阿波罗计划）后。
1941年，珍珠港事件爆发；次年，曼哈顿原子弹研制计划实施，标志着美国“大科学”研究的开始，同时也揭开了人类进入“大科学”时代的序幕；1945年，两颗原子弹相继在日本爆炸，迫使日皇求败、宣告“二战”结束。1957年，苏联人造卫星上天，美国随即掀起以“阿波罗”登月计划为标志的第二次“大科学”研究浪潮。后来正是凭借曼哈顿计划发展的原子能技术以及阿波罗计划开发的制导和控制领域的新技术，美国主导了战后50年全球武器装备的革新。而曼哈顿计划发展的1—5代计算机技术、尤其是网络技术以及阿波罗计划完善的卫星技术，直接构成了当前信息化军事革命的基石，正是它们把美国送上了一尊独大的“霸主”地位。
两大科学计划还不仅保障美国赢得了“二战”和“冷战”，而且令其茅塞顿开、进而确立了政府不因党争、轮替而动摇的“铁石战略”：全力实施大科学计划，稳固其超一流科技大国的地位，并以此为龙头带动美国高技术的发展。确实，每当美国政府需要调动全国科技力量联合攻关，用科技促进国家安全和美国工业在国际上竞争力的时候，它就会推出“大科学计划”；而且，美国政府“领导世界”的欲望越强，面临世界经济和军事竞争的压力越大，其大科学计划的规模就会越大，项目就会越多。美国一直自我标榜长期搞市场经济、崇尚自由、反对“计划”，但就是这样一个国度能再三动员和集中国家规模的科技资源于大科学研究，足见其大科学计划背后国家战略至上、原创战略制胜的灵魂和“法宝”。美国这种单独“领导”和独霸世界的欲望，决定了它必然把有益于提高综合国力的“大科学计划”继续下去。“冷战”结束，星战计划受阻，中国崛起，脑计划新启：其中况味，值得深思。
正如信息化军事革命中美军全盘借用苏军革命性理论一样，“规划科学”、甚至“大科学”模式，美国同样是悄悄接受的苏联“十月革命”后创立的理念。苏联在20世纪20年代首创的“大科学”事业和“规划科学”思想，在西方起初被视为“布尔什维克瘟疫”。但是，战争和经济大萧条迫使资产阶级政治家懂得“科学的应用并不是科学本身能解决的问题，而先发现人类的各种需要，然后再经精心思考和严密计划，才能找出方法，从而满足这种需要。科学功能的这种意识，确是20世纪社会革命最突出的特征之一”。这里，英国科学史家贝尔纳一针见血地指出了“十月革命”对“大科学”形成的历史贡献。
苏联的“规划科学”思想，通过1931年在伦敦召开的第二次世界科学史大会传到西方。此次大会，苏联派出了以布哈林为首的代表团，苏联学者充满革命与科学精神的论文，把一个科学史的全新视野展现在西方地平线上。正是此次会议后，贝尔纳开始了其英国与苏联的穿梭式访问，考察后发现：借助“大科学”计划，苏联的科技事业特别是关系到国家安全的国防科技和工业科技突飞猛进，发展水平与美国旗鼓相当，发展速度甚至高出一筹。进而令他确信：“苏联的‘大科学’模式是对的，其规划科学取得了成功。”以其为首的西方左翼集团从此开始科学学、“大科学”研究，继而出版了享誉全球的著作《科学的社会功能》。“二战”后，贝尔纳还自觉将“大科学”原则，用于英国和西方各国科学事业的重建。1962年，美国科学学家普奈斯出版名著《小科学，大科学》，使“大科学”思想登堂入室，美国集“大科学”实践、理论之大成。
苏联的“大科学”思想随着共和国的新生也传到了我国。20世纪50年代初，积弱积贫上百年的祖国几近崩溃的边缘，我党执政后面临百废待举、百业待兴的紧迫任务。在西方全面围堵、封锁的背景下，我国别无选择地走上了苏联兴国强军的国防科技发展道路，这就是“规划科学”“大科学”的发展道路。我们在确定国防科技发展方向、选择重点攻关领域方面，充分借鉴苏联“老大哥”“规划科学”“大科学”的成功经验；在调集力量、组织攻关方面，大力发扬我党在长期武装斗争中积累的“集中优势兵力打歼灭战”“大兵团协同作战”的成功经验；在兼顾科学决策与行政管理权威方面，我党大胆起用钱学森、钱三强等一批培养于旧中国、成长于西方列国，但拥有强烈爱国心和卓越科研、管理能力并在专业领域具有强大号召力的科技领军人才。事实证明，这条道路是正确的，大科学模式不仅在美国、苏联可行，在我国也是完全可行的。“两弹一星”，不仅护佑了新生的人民共和国，而且令中国人民从此挺起腰杆，并正为中华民族的伟大复兴保驾护航。不难看出，“大科学”之道，是自强之道，更是王者之道。
大科学引领新的大发现时代
人类理性对物质世界、人类社会和精神世界的认识，其最高境界是智慧；而要达此境界必然经过数据、信息、知识3个层阶；其中，数据是信息之母、知识之初、智慧之源。大科学的王者之道始于大数据的产生。人类历史上的大数据，源于科技领域，确切地说源于大科学研究。曼哈顿计划打开了微观世界，并开创了借用人造大科学设施洞开微观世界的崭新方法论，以此为依托启动了系列大科学计划，产生了史无前例的超大规模数据。如位于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心、由全球85国逾8000位物理学家合作兴建的大型强子对撞机，2008年试运行时，数据量即达到25PB（1 PB=10万亿比特）/年，2020年完全建成后将达到200PB/年，因此他们率先提出了“大数据（BigData）”概念并首创“大数据”理论与技术体系。无独有偶，旨在测定人类基因组30亿碱基遗传密码的基因组计划，进行个体基因组测定时数据量已高达13PB/年。此后，生物医学界受其鼓舞又开展了一系列遗传背景迥异、不同疾病人群以及大量其他物种的基因组测序，数据量迅速逼近ZB级（PB的百万倍），他们终日与海量数据为伍，因此不约而同地创造了“大数据”科技体系。今日的互联网最初就是这些领域的专家为解决海量数据传输而发明的。由此可见，正是“大科学”开启了“大数据时代”。
21 世纪的大科学研究，不仅开启了大数据时代，也光大了大发现时代。例如，人们通过大型强子对撞机，在不到5年的时间里，就实现了对“上帝粒子”( 希格斯玻色子) 的重大发现。它的存在是最新一代大一统理论“标准模型”的预言，而此模型是统一描述物质世界强力、弱力和电磁力3种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论，从而揭示了基本粒子为何拥有质量并演化为万物的“密钥”，向人类破解宇宙诞生之谜迈进了决定性的一步，因此在其发现的第二年，预言者被授予诺贝尔奖。
被誉为“生命登月计划”的人类基因组计划开启了生命世界的大科学时代，中国作为6个参与国中唯一的发展中国家，承担1%的任务。10年间，人类测定了自身已存世20万年的基因组这部“天书”的完整序列，初步确认其拥有2万余个蛋白质编码基因，而此前一个世纪人类仅发现其总数的零头。此外，由于人类基因组中蛋白质编码序列不足总序列的3%，因而在物理世界发现暗物质、暗能量之后，在生命世界可能革命性地开启了“暗信息”这一人类理性发现的“最新大陆”！人类理性得以阅读亿万年生命进化中亘古累积、造化“神就”、“通灵达慧”的奥秘，仅此意义就不亚于燧人取火、点亮文明之光。况且其后10年间还完成人类700余种疾病和性状的基因组关联研究，新发现5000余种致病基因和重要性状基因，10倍于前100年的总和！
被称为“生命返地计划”的人类蛋白质组计划，起步于人类基因组草图公布的2002年，旨在解读人类基因组“天书”、揭示人体各器官其基因组相同而功能迥异的“达芬奇密码”。中国，从始至今，发挥着计划的总体设计与实施引领作用，开创了现代中国领导世界重大科技项目的先河。2005年，我国参与的“血浆蛋白质组计划”公布首个人体体液蛋白质组。2010年，我国领导的“人类肝脏蛋白质组计划”宣布首个人体器官蛋白质组，鉴定6788种蛋白质，其中半数以上为人类肝脏中首次发现，1/4为人体首次发现蛋白。人类首次撩开构成机体体液、器官“达芬奇密码”的神秘面纱。
“人脑是自然界最复杂的系统，认知、意识、情感产生机理是自然科学的终极疆域，解读人脑成为国际科技竞争的巅峰战场”。2013年初以来，“人类脑计划”相继在欧洲、北美洲、亚洲依次展开。2013年1月，欧盟启动了10年内投入12亿欧元的“人脑项目”，主要目标是采用大型计算机模拟人脑运行方式，即“创造脑”。4月，美国总统奥巴马宣布准备10年内投入45亿美元实施“推进创新性神经技术脑研究计划”，旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图，并最终开发出针对大脑疾病的疗法。9月，日本宣布其脑科学计划主要通过对非人灵长类动物狨猴的研究来加快人类大脑疾病（如老年痴呆和精神分裂症）的研究。论证中的中国脑计划，其共识是从认识脑、保护脑和模拟脑3个方向展开研究，逐步形成以脑认知原理、脑重大疾病、类脑人工智能3方面交织的“一体两翼”研究格局。
概言之，科技已成为人类文明进步的引擎，更是近代以来大国崛起的发动机，大科学范式已被证明为现代强国的发射塔。国务院近期颁布的《积极牵头国际大科学计划和大科学工程方案》，吹响了我国迈向科技强国新征程的进军号！我国科技正开启大科学时代！我们准备迎接人类新的大发现时代！
文章来源：院士论坛 ACADEMICIAN FORUM 2018年第7期
作者：贺福初 1962年5月出生。1982年毕业于复旦大学，1994年获军事医学科学院放射与辐射医学研究所博士学位。2001年当选为中国科学院院士。军事科学院副院长、研究员。主要从事基因组学、蛋白质组学、生物信息学与系统生物学研究。
