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冯一潇:诺贝尔奖为何青睐交叉学科

时间:2013-03-09 15:51:49  来源:  作者:

在近万个独立学科中,一半左右属于交叉学科。目前比较成熟的学科大约有5550门,其中交叉学科总数约2600门,占全部学科总数的46.8%之多,其发展表现出良好势头和巨大潜力。

  “大科学”并不是指依赖于大装置的“大科学”,而是指“综合性的大科学思维体系”,以区别于“传统的、狭隘的科学思维方式”。

  百年诺贝尔奖,有41.02%的获奖者属于交叉学科。尤其在20世纪最后25年,95项自然科学奖中,交叉学科领域有45项,占获奖总数的47.4%。这个统计数据的重要意义,尤其值得不擅长多学科交叉的中国科学家深入思考。

  交叉学科是指两门或两门以上学科融合而形成的一种新的综合理论或系统学问。交叉学科不是多门学科的简单拼凑堆积,而是多学科依存于内在逻辑关系联结渗透形成的新学科。不同的学科彼此交叉综合,有利于科学上的重大突破,培育新的生长点,乃至新学科的产生。

  中国科学院院长路甬祥提出:在近100多年里,交叉科学,包括边缘科学、横断科学、综合科学和软科学等,运用多种学科的理论和方法,消除了各学科之间的脱节现象、填补了各门学科之间边缘地带的空白,将分散的学科综合起来,从而实现科学的整体化。交叉学科研究正在成为科学发展的主流,不仅活跃研究者的思维,开阔科学研究的视野,同时也大大推动着科学技术的发展。一个最新的例子是纳米科学,这是最为典型的交叉学科,它的出现,推动了众多学科领域的发展。

  学科交叉是重大科学成就的源泉

  将某一学科已发展成熟的知识、方法和技术应用到另一学科的前沿,能够产生重大创新成果,学科交叉是创新思想的主要来源之一,已经取得了杰出的成就。以诺贝尔奖为例,交叉学科所获奖项一直占据很大比重,评奖委员会更倾向于表彰属于交叉学科范畴的研究成果。

  20世纪自然科学最重要的有三大发现,相对论、量子力学和DNA双螺旋结构。其中DNA双螺旋结构的发现是科学史上最富传奇性的“章节”之一,作出重大贡献的科学家一共有4位:物理学家克里克(Crick)和威尔金斯(Wilkins)、生物学家沃森(Watson)还有化学家富兰克林(Franklin)。他们4人具有不同的知识背景,在同一时间都致力于研究遗传基因的分子结构,在既合作又竞争,充满交流和争论的学术氛围中,发挥了各自专业的特长,为DNA双螺旋结构的发现作出了杰出贡献,这是科学史上由多门学科交叉渗透、相互借鉴产生的一项举世瞩目的科学成果,成为生命科学发展的重要里程碑。基因工程中的DNA重组技术也是学科交叉的产物。这一技术的开拓者和创始人,美国生物化学家保罗·伯格(Paul Berg)借助类似工程设计的方法,利用限制酶和连接酶处理SV40病毒和大肠杆菌DNA碎片,最终两个不同来源的DNA片段连接在一起并发挥其应有的生物学功能。这是世界上首次完成的基因重组和DNA人工转移的重大创新研究,证明了完全可以在体外对基因进行操作,从而为人类主动改变生物的性状和功能,创造更加适合于人类需要的新生物提供了重要方法,开创了遗传工程的新纪元。

  1998年度诺贝尔化学奖的颁布,向人们展示了数学、物理和化学学科的交叉和融合取得的重大成果。美国物理学家瓦尔特·科恩(Walter Kohn)和英国数学家约翰·波普(John Pople)以物理和数学工具,发展了量子化学理论和计算方法,在化学领域取得了骄人成就。通过以科恩和波普为代表的量子化学工作者的不断努力,今天,量子化学无疑成为化学工作者最有用的工具之一。磁共振成像技术(MRI)的发明实质上是物理学与医学的结合,也是交叉学科能产生丰富成果的有力证明。这种能精确观察人体内部器官而又不造成伤害的影像技术,对于医疗诊断、治疗及其检查至关重要。其发明者,美国的保罗·C·劳特伯(Paul·C·Lauterbur)和英国的皮特·曼斯菲尔德(Peter Mansfield)因此项技术获得了2003年诺贝尔生理学或医学奖。

  交叉学科研究是科学发展的主要方向

  交叉学科是当今科学的前沿研究领域。据统计,在近万个独立学科中,一半左右属于交叉学科。目前比较成熟的学科大约有5550门,其中交叉学科总数约2600门,占全部学科总数的46.8%之多,其发展表现出良好势头和巨大潜力。当今,很多热门话题都涉及交叉学科研究,如基因组学与蛋白质组学、神经系统科学、微阵列技术等;同样,许多重大的科研成就也都是跨学科合作的成果,如人类基因组测序、“绿色革命”以及载人空间飞行等。前沿学科在交叉融合中获得新生。2003年由美国硅谷产学研各界组成的智囊机构一致认为,20世纪90年代迅速发展的生物技术、信息技术、纳米技术正在共同酝酿下一个科技创新高潮。未来这三大技术的交叉融合将有望广泛改变工艺和产品,产生新的经济增长点,形成一次新的产业革命,并将对全球产业产生重大影响。可以说,交叉学科研究是未来科学发展的主要方向,实现科学研究的跨学科性不仅是科学自身发展的需要,也是全球经济和人类社会发展的需要。

  世界各国对交叉学科研究极为重视。2002年美国国立卫生研究院(NIH)建立了多个学科交叉研究中心,便于来自不同学科背景的科研人员相互交流和沟通,不仅设立了“多学科交叉研究人员培训基金”,还举办了“技术方法创新研讨会”和“生命科学与物质科学交界的机构联席会”。英国等其他发达国家也相继成立了学科交叉研究中心,为前沿学科建设开辟道路。1998年,诺贝尔物理学奖获得者,斯坦福大学教授朱棣文倡导确定了“生物学交叉学科研究计划”(Bio-X Program),包含了涉及生物科学、生物工程和医学领域的众多学科。Bio-X 计划将基础理论、应用研究和临床科学的前沿结合在一起,促进整个生物医学领域从分子尺度跨越到人类器官尺度的技术创新。2002年,《自然》杂志设立了一项“交叉学科进步奖”提名,奖励那些在交叉学科领域作出杰出贡献的科学家,宗旨是为了促进学科之间的交流。这吸引了大批来自不同学科的科学家,他们有的在交叉学科领域中发明了新的技术,有的则将一些已经成熟的技术以新的形式去解决问题。大家都希望可以在思想上交融并闪出智慧的火花。生命科学界权威杂志《细胞》也特设了一个相关交叉学科领域的介绍专栏,为研究人员打开了进入交叉学科研究的大门。

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