圖靈獎(jiǎng)得主姚期智：大科學(xué)時(shí)代來(lái)了

斯坦福大學(xué)《AI指數(shù)報(bào)告》

向是國(guó)際AI界關(guān)注的“年度成績(jī)單”

。今年新發(fā)布的報(bào)告里，唯一一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)的成果，出現(xiàn)在AI for Science領(lǐng)域：

阿里達(dá)摩院聯(lián)合多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在2萬(wàn)病例中識(shí)別出31例漏診的胰腺癌，這項(xiàng)研究可能極大提高胰腺癌的早期診斷率。

業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)該成果“令人驚嘆”，因其集齊了科學(xué)突破的幾大原則：年輕的專(zhuān)家、新穎的思路、交叉的技術(shù)。

這三條原則，或許也闡釋了AI for Science最好的突破方向。圖靈獎(jiǎng)得主姚期智：大科學(xué)時(shí)代來(lái)了。

當(dāng)2020

年谷歌旗下DeepMind公司研發(fā)的人工智能系統(tǒng)AlphaFold問(wèn)世的時(shí)候，很多人驚呼，科學(xué)家的飯碗要被AI砸掉了。因?yàn)锳lphaFold預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的精確程度，甚至讓科學(xué)家懷疑是自己的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)了問(wèn)題，Nature新聞聲稱(chēng)“它會(huì)改變一切?！?/p>

時(shí)至今天，AI不但不會(huì)砸掉科學(xué)家的飯碗，反而帶來(lái)了一個(gè)新的時(shí)代。

AI幾乎可以與所有學(xué)科進(jìn)行交叉融合。青年科學(xué)家們跨越傳統(tǒng)的學(xué)科界限，邁向一個(gè)以問(wèn)題為中心的大科學(xué)時(shí)代，這個(gè)愿景在AI的支持下有了成為現(xiàn)實(shí)的可能。

圖靈獎(jiǎng)得主、中科院院士姚期智剛剛上任清華大學(xué)新成立的人工智能學(xué)院院長(zhǎng)，他在2024年達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)啟動(dòng)時(shí)說(shuō)道：“當(dāng)今AI正在給所有的科學(xué)帶來(lái)不可阻擋的變革，AI科學(xué)正在引領(lǐng)學(xué)科交叉創(chuàng)新改變世界的面貌。過(guò)去數(shù)百年來(lái)，科學(xué)家們?cè)诟髯缘念I(lǐng)域以內(nèi)發(fā)展，而今，我們將進(jìn)入一個(gè)更廣闊的大科學(xué)時(shí)代?！?/p>

作為發(fā)掘中國(guó)科研新星的重要“風(fēng)向標(biāo)”獎(jiǎng)，青橙獎(jiǎng)和往年一樣，面向在中國(guó)全職工作的35周歲以下科研人員，本屆將評(píng)選出15位青橙獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人，每人將獲得由阿里巴巴公益專(zhuān)項(xiàng)支持、可自由支配的100萬(wàn)元獎(jiǎng)金。

但在今年，學(xué)科間交叉創(chuàng)新的研究成為了焦點(diǎn)。本次青橙獎(jiǎng)明確提出關(guān)注那些利用AI技術(shù)在交叉學(xué)科領(lǐng)域取得突破的科研新星，鼓勵(lì)和支持跨學(xué)科的創(chuàng)新研究。

面向國(guó)家科技發(fā)展的中堅(jiān)群體——青年科學(xué)家，它傳遞了一個(gè)積極的信號(hào)：AI for Science將會(huì)徹底打破學(xué)科邊界，交叉研究會(huì)獲得實(shí)打?qū)嵉恼J(rèn)可和支持。

跨學(xué)科一直是偉大的創(chuàng)新發(fā)生的地方

在阿西莫夫的科幻小說(shuō)《基地》系列中，曾經(jīng)描述了新文明在遙遠(yuǎn)的、遠(yuǎn)離核心的基地邊緣誕生。其原因之一：在基地邊緣地區(qū)，存在著各種各樣的外來(lái)文明和勢(shì)力，這使得那里的人不得不不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)，以應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。這種開(kāi)放包容的態(tài)度也促進(jìn)了新文明的進(jìn)步。

邊緣孕育新文明，這幾乎是跨學(xué)科作用的一個(gè)譬喻。跨學(xué)科，是一群科學(xué)家們出于自己的研究興趣和需要，行至了學(xué)科的邊緣，不斷學(xué)習(xí)、適應(yīng)、溝通的產(chǎn)物。

進(jìn)化論的出現(xiàn)來(lái)自當(dāng)年的動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、生理學(xué)、地質(zhì)學(xué)與古生物學(xué)的交叉，而孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)則來(lái)自生物學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)的交叉。

化學(xué)推動(dòng)了病原微生物學(xué)與藥學(xué)的發(fā)展，阿司匹林的發(fā)明便是明證；而以X射線為代表的物理學(xué)的進(jìn)展，來(lái)到了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這才有了臨床影像診斷技術(shù)的發(fā)展。

而DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一上個(gè)世紀(jì)生物學(xué)界最偉大的發(fā)現(xiàn)，正是依托于當(dāng)時(shí)最前沿的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的先進(jìn)技術(shù)和深邃思想，才得以璀璨問(wèn)世。

在這一歷史性的發(fā)現(xiàn)之前，生物學(xué)家們已經(jīng)知道了遺傳物質(zhì)藏身于細(xì)胞的染色體中，而染色體則主要由蛋白質(zhì)和核酸組成；在生物化學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家們對(duì)核酸的結(jié)構(gòu)和功能已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)。而物理學(xué)方面，羅莎琳·富蘭克林運(yùn)用X射線晶體學(xué)技術(shù)對(duì)DNA進(jìn)行了精確的晶體結(jié)構(gòu)分析，拍攝到了著名的“照片51”，為理解DNA的三維結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵線索。而DNA雙螺旋的兩位核心發(fā)現(xiàn)者——詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克，一個(gè)是生物學(xué)家，另一個(gè)則是轉(zhuǎn)行生物學(xué)的退役物理學(xué)家。

來(lái)自交叉領(lǐng)域的輝煌成就也可以用數(shù)據(jù)來(lái)證明。

在一項(xiàng)2022年的研究中，澳大利亞國(guó)家科學(xué)局利用文獻(xiàn)計(jì)量方法，基于經(jīng)合組織（OECD）通過(guò)專(zhuān)家咨詢給出的214個(gè)與AI相關(guān)的關(guān)鍵詞，對(duì)1960年至2022年間的學(xué)術(shù)出版物進(jìn)行了全面的篩選。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，2016年后，AI相關(guān)論文的份額增長(zhǎng)迅猛。影響力已經(jīng)擴(kuò)展到了自然科學(xué)、醫(yī)學(xué)、社會(huì)科學(xué)、藝術(shù)和人文學(xué)科等幾乎所有領(lǐng)域，和其他學(xué)科迅速融合。

日本文部科學(xué)?。∕EXT）進(jìn)行了一項(xiàng)研究，基于2007年至2016年間發(fā)表的高被引論文數(shù)據(jù)庫(kù)Research fronts（RFs）中的2560篇論文，評(píng)估學(xué)科交叉對(duì)研究影響力的潛在作用。研究發(fā)現(xiàn)，一篇論文所涉及的學(xué)科數(shù)量每增加一項(xiàng)，其研究影響力平均提升約20%。

而這一點(diǎn)，早在2018年的《自然物理學(xué)》雜志中已有端倪。在那份研究中，研究者對(duì)108篇諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)撐牡谋灰闆r進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)撐亩技性谖锢?化學(xué)和化學(xué)-生命科學(xué)的邊界上。

進(jìn)入AI時(shí)代之后，由于它幾乎可以與所有學(xué)科進(jìn)行交叉融合，科學(xué)家們開(kāi)始跨越傳統(tǒng)的學(xué)科界限。

比如在天文學(xué)界，現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡收集的數(shù)據(jù)量已達(dá)到前所未有的水平，即使是構(gòu)建星表這一最基本的任務(wù)，傳統(tǒng)工具完成得也非常吃力。而利用智能算法，就能夠高效處理數(shù)據(jù)。

據(jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，之江實(shí)驗(yàn)室研究員、2023年達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)得主馮毅曾在快速射電暴起源研究中，面對(duì)“中國(guó)天眼”FAST提供的海量數(shù)據(jù)，利用之江智能計(jì)算天文平臺(tái)的算法處理數(shù)據(jù)，破解了數(shù)據(jù)篩選和分析難題?！爸悄苡?jì)算為基礎(chǔ)研究帶來(lái)了新工具和新范式?？蒲腥藛T未必預(yù)料得到的創(chuàng)新突破，也許就會(huì)在智能計(jì)算與天文研究的融合創(chuàng)新中涌現(xiàn)出來(lái)?！瘪T毅說(shuō)。

但AI賦能各個(gè)學(xué)科的交叉研究，只是AI影響科學(xué)的第一步。AI for Science更宏偉的藍(lán)圖，是徹底打破學(xué)科界限。

中國(guó)科學(xué)院院士鄂維南在一次公開(kāi)演講中提到，像通用大模型一樣，在AI的幫助下，科學(xué)研究也可以有通用的大平臺(tái)。平臺(tái)能夠幫助科學(xué)家解決物理模型設(shè)計(jì)、分子動(dòng)力學(xué)模擬等基本問(wèn)題，在這些平臺(tái)上科學(xué)家只需要做感興趣的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。由此，無(wú)論是學(xué)科的界限，還是理論、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)之間的界限都會(huì)被打破，形成徹底的交叉科學(xué)文化。

因此，2024年達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)除延續(xù)往屆信息科學(xué)與工程、新興交叉、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、材料、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、天文、地理之外，新設(shè)農(nóng)學(xué)和大氣科學(xué)，更是進(jìn)一步鼓勵(lì)青年科學(xué)家基于數(shù)據(jù)科學(xué)，與更多領(lǐng)域建立交叉創(chuàng)新。

有趣的是，青橙獎(jiǎng)也成為了獲獎(jiǎng)科學(xué)家之間進(jìn)一步“交叉”的契機(jī)。中國(guó)科學(xué)院大氣物理所研究員成里京瞄準(zhǔn)“過(guò)去中國(guó)并沒(méi)有自己的海洋數(shù)據(jù)集”的空白，自主構(gòu)建了一套國(guó)內(nèi)外廣泛使用的數(shù)據(jù)集，有力支撐了應(yīng)對(duì)氣候與海洋變化的國(guó)家需求，他和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授曾也魯因同年斬獲達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)而結(jié)識(shí)，聊著聊著，就溝通起了兩人的研究方向能否合力，如何將遙感數(shù)據(jù)深入用于氣候變化背景下的全球海洋研究。在前往夏威夷參加國(guó)際會(huì)議的飛機(jī)上，成里京就寫(xiě)出了一頁(yè)思路，令曾也魯十分驚喜，他們很有信心能在這個(gè)方向上做出一些前沿的交叉研究成果。

中國(guó)能借此彎道超車(chē)嗎？

上世紀(jì)80年代初，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校副校長(zhǎng)西奧多·布朗決定募集4000萬(wàn)美元來(lái)發(fā)起一個(gè)大型交叉學(xué)科項(xiàng)目，將不同院系、學(xué)科的成員聚集在一起，并引導(dǎo)他們?cè)诠餐捻?xiàng)目上合作。

對(duì)于布朗的這次大膽嘗試，頗有些人嗤之以鼻，一位杰出的物理學(xué)家就曾評(píng)論道：“跨學(xué)科研究適合那些在自己的領(lǐng)域不夠優(yōu)秀的人”。然而，10年之后，利用這筆捐款成立的貝克曼先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所擁有了200多名研究人員，取得了矚目的成就，包括幫助創(chuàng)建了第一個(gè)圖形網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。

也是從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，中國(guó)也出現(xiàn)了第一次交叉學(xué)科建設(shè)的高潮。

北京大學(xué)原常務(wù)副校長(zhǎng)王義遒曾對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》回憶到：“當(dāng)時(shí)北大新設(shè)的專(zhuān)業(yè)基本上都是交叉邊緣學(xué)科，如文科有社會(huì)工作與社會(huì)管理、行政管理、國(guó)際文化交流、科技情報(bào)學(xué)等；理科則有信息數(shù)學(xué)、工程科學(xué)（后改為結(jié)構(gòu)工程）、微電子學(xué)、環(huán)境生物學(xué)與生態(tài)學(xué)等。”

“到了1994年，北大在制訂 ‘211工程’計(jì)劃的時(shí)候，曾有意將全校的學(xué)科分布做成了’矩陣結(jié)構(gòu)’，并將全校幾乎每個(gè)教學(xué)科研人員都放在一個(gè)’矩陣元’的位置上，由此顯示其在縱向上屬于哪個(gè)院系，在橫向上又參與哪個(gè)學(xué)科交叉的研究項(xiàng)目或課題。”

當(dāng)年中國(guó)交叉學(xué)科的高潮與改革開(kāi)放緊密聯(lián)系，王義遒曾說(shuō)：那“是我國(guó)從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變?cè)趯W(xué)科上的體現(xiàn)，同時(shí)也是從第三次工業(yè)革命到第四次工業(yè)革命在學(xué)科上所作的準(zhǔn)備”。

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這可能是作為后發(fā)國(guó)家的一種優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楹蟀l(fā)國(guó)家學(xué)科建設(shè)的傳統(tǒng)不那么深，所以對(duì)待新的變化往往態(tài)度也更開(kāi)放，能跟上科學(xué)發(fā)展的趨向。

2000 年，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)自然科學(xué)基金委，NSFC）制定了一項(xiàng)跨學(xué)科研究計(jì)劃，之后各大學(xué)紛紛成立了多個(gè)跨學(xué)科中心，其中包括北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院。自然科學(xué)基金委原政策局局長(zhǎng)鄭永和曾在采訪中提到了發(fā)展中國(guó)家反應(yīng)迅速、調(diào)整靈活的優(yōu)點(diǎn)，“中國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，它的大學(xué)和研究所能夠迅速建立一些新中心，以反映跨學(xué)科研究的新趨勢(shì)。”

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《泰晤士高等教育》的一項(xiàng)調(diào)查，也證明了在跨學(xué)科研究上后發(fā)國(guó)家具有彎道超車(chē)的潛力。

研究發(fā)現(xiàn)，與亞洲學(xué)術(shù)上領(lǐng)先的國(guó)家和地區(qū)相比，世界傳統(tǒng)研究強(qiáng)國(guó)（如美國(guó)、英國(guó)和澳大利亞）對(duì)跨學(xué)科研究的關(guān)注程度要低得多。相反，學(xué)術(shù)傳統(tǒng)更短、投入充分的香港和新加坡的大學(xué)在亞洲表現(xiàn)最為強(qiáng)勁，包括香港科技大學(xué)和新加坡南洋理工大學(xué)。一些發(fā)展中國(guó)家也表現(xiàn)亮眼，在非洲，埃及的開(kāi)羅大學(xué)和威特沃特斯蘭德大學(xué)在產(chǎn)出指標(biāo)方面表現(xiàn)非常出色。

而今天，信息革命之后的AI革命即將到來(lái)，這一切，為科學(xué)帶來(lái)的，將是新的問(wèn)題，新的研究方法和新的理論框架。如同信息革命時(shí)代一樣，一場(chǎng)新的交叉學(xué)科研究的高潮同樣一觸即發(fā)。而且不同于過(guò)去跨學(xué)科研究的是，這次AI引領(lǐng)的跨學(xué)科變革，將是全方位、徹底的變革。

對(duì)于中國(guó)的科學(xué)發(fā)展來(lái)說(shuō)，這也是一個(gè)關(guān)鍵的機(jī)會(huì)。AI和傳統(tǒng)學(xué)科的深度融合，未來(lái)可能會(huì)徹底打破學(xué)科的界線。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，各國(guó)還沒(méi)有拉開(kāi)關(guān)鍵的差距，如果能擺脫舊學(xué)科體制的束縛，打造適合跨學(xué)科研究的資助評(píng)價(jià)體系，在未來(lái)的科技競(jìng)爭(zhēng)中，后發(fā)的我們是否能就此彎道超車(chē)？

對(duì)于AI for science, 我們還缺什么？

中國(guó)近年已經(jīng)迅速行動(dòng)了起來(lái)，2018年自然科學(xué)基金委響應(yīng)科技戰(zhàn)略，在基金申請(qǐng)上新增了人工智能與交叉學(xué)科兩大領(lǐng)域。但還不夠，現(xiàn)實(shí)中交叉學(xué)科研究仍舊處于一個(gè)尷尬的境地，對(duì)于交叉學(xué)科，當(dāng)下的科研體系之下，很難完全兌現(xiàn)成資金和制度上的支持。

《泰晤士高等教育》的一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，大學(xué)在跨學(xué)科科學(xué)方面并沒(méi)有說(shuō)到做到，約有三分之一參與調(diào)查的大學(xué)沒(méi)有對(duì)跨學(xué)科研究人員進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，也沒(méi)有衡量此類(lèi)工作的成功與否。

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不只是研究機(jī)構(gòu)，科學(xué)資助機(jī)構(gòu)同樣對(duì)交叉學(xué)科的支持有限。一項(xiàng)利用澳大利亞全國(guó)性資助計(jì)劃連續(xù)5年18476份提案數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，研究提案交叉學(xué)科的程度越大，獲得資助的可能性就越低。

[13]

這主要還是因?yàn)榭缭綄W(xué)科太反傳統(tǒng)了，尤其是反學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)。

對(duì)于研究機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，交叉學(xué)科研究本身就是高風(fēng)險(xiǎn)高回報(bào)的。一項(xiàng)基于32000篇論文數(shù)據(jù)的研究，評(píng)估了跨學(xué)科研究的收益和代價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)，跨學(xué)科研究的生產(chǎn)率平均來(lái)說(shuō)更低，但是引用較高，對(duì)于日益看重考核學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，對(duì)跨學(xué)科研究未必有耐心。

而跨學(xué)科研究的人才，需要的恰恰是時(shí)間和耐心。

《Communications Physics》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究，分析了英國(guó)研究委員會(huì)資助的44419項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)具有跨學(xué)科資助記錄的研究人員會(huì)占據(jù)學(xué)術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)地位，但這種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并不能轉(zhuǎn)化為立竿見(jiàn)影的回報(bào)?？鐚W(xué)科研究人員在短期內(nèi)發(fā)表的論文影響較小，這直接影響到他們吸收資助的能力。

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然而，這些學(xué)者最終在論文數(shù)量和價(jià)值方面都優(yōu)于同行。也就是說(shuō)，跨學(xué)科人才的合作網(wǎng)絡(luò)，將來(lái)會(huì)給它們帶來(lái)更高的成就，他們只是需要時(shí)間來(lái)成長(zhǎng)。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，類(lèi)似達(dá)摩院青橙獎(jiǎng)的嘗試，就非常有價(jià)值。在國(guó)外，傳統(tǒng)科學(xué)資助模式的不足，常由私人基金會(huì)的資助來(lái)補(bǔ)充，私人基金提供長(zhǎng)期穩(wěn)定、不計(jì)回報(bào)、鼓勵(lì)突破的資助，為高風(fēng)險(xiǎn)的創(chuàng)新提供安全網(wǎng)，和傳統(tǒng)資助模式發(fā)揮互補(bǔ)作用。

青橙獎(jiǎng)旨在發(fā)掘和支持在中國(guó)高校及科研院所中全職從事科學(xué)研究工作的青年學(xué)者，特別是那些在跨學(xué)科領(lǐng)域有潛力取得突出成就的科研新星。

舉辦6屆以來(lái)，青橙獎(jiǎng)累計(jì)發(fā)掘了來(lái)自中國(guó)27家高校、科研院所的69名青橙學(xué)者。今年是青橙獎(jiǎng)的第七年，交叉學(xué)科更是成為了關(guān)鍵詞。今年青橙獎(jiǎng)的申報(bào)較往年有兩個(gè)明顯不同：首先，評(píng)審將從理論貢獻(xiàn)、科學(xué)探索、技術(shù)突破、工程實(shí)踐四個(gè)維度分類(lèi)評(píng)審，更加重視研究獎(jiǎng)項(xiàng)的權(quán)威性和公平性；其次，學(xué)科間交叉創(chuàng)新的研究成為了青橙獎(jiǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)，本次青橙獎(jiǎng)特別關(guān)注那些利用AI技術(shù)在交叉學(xué)科領(lǐng)域取得突破的科研新星，鼓勵(lì)和支持跨學(xué)科的創(chuàng)新研究。

這不僅是對(duì)青年科學(xué)家的一種資助，更重要的是它傳遞了一個(gè)積極的信號(hào)，是一種對(duì)跨學(xué)科研究?jī)r(jià)值的認(rèn)可和鼓勵(lì)。

它的評(píng)審機(jī)制特別強(qiáng)調(diào)研究的創(chuàng)新性和未來(lái)潛力，而非僅僅關(guān)注短期成果。這種評(píng)審原則與跨學(xué)科研究的特點(diǎn)相契合，為那些可能需要更長(zhǎng)時(shí)間才能顯現(xiàn)影響力的研究項(xiàng)目提供了支持。圖靈獎(jiǎng)得主姚期智：大科學(xué)時(shí)代來(lái)了。

清華大學(xué)信息學(xué)院院長(zhǎng)、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士戴瓊海說(shuō)，探索一個(gè)原創(chuàng)問(wèn)題是很難的，你走過(guò)的路是別人沒(méi)走過(guò)的?！跋Ｍ嗄昕茖W(xué)家敢于挑戰(zhàn)困難，勇于探索未知，用智慧和勇氣攀登科學(xué)的新高峰。同時(shí)，也需要社會(huì)各界力量給予他們支持和鼓勵(lì)?！?/p>