中國為何始終缺乏原始創(chuàng)新？

來源：知識分子

撰文 | 張崢（亞馬遜云計算上海人工智能研究院院長）

“盡管中國古代對人類科技發(fā)展做出了很多重要貢獻(xiàn)，但為什么科學(xué)和工業(yè)革命沒有在近代的中國發(fā)生？” 這就是著名的李約瑟之問。從李約瑟在上世紀(jì)三十年代提出這個問題，時間已經(jīng)過去了近一百年，雖然李約瑟問題還經(jīng)常被提起，但困擾我們的是一個新版本：為什么當(dāng)代中國不能從0到1，只能從1做到無窮大？換句話說，為什么步入資訊通達(dá)的二十一世紀(jì)，中國始終缺乏原始創(chuàng)新？

前一陣朋友圈里讀到吳國盛老師的一篇文章，指出”一個國家的綜合科技實力，由基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、面向市場的開發(fā)研究三方面組成，如果其中一個是短板，那么科技實力是偏頗的?！?nbsp;

針對中國缺乏原創(chuàng)這個現(xiàn)象，吳老師認(rèn)為我們對基礎(chǔ)研究和基礎(chǔ)學(xué)科缺乏正確的認(rèn)識，我們的文化缺少對科學(xué)、真理和創(chuàng)造的支持，更多從功利角度、實用角度來看待科學(xué)。

吳老師的這個觀點(diǎn)，可以在知識分子上刊登的另一篇熊衛(wèi)民老師的文章里得到一部份佐證。熊文分析了中國科學(xué)家為什么選擇了中國特色的“人工合成生命”系列研究，從而錯失分子生物學(xué)革命的各種原因。（見文章“中國為何會錯失分子生物學(xué)革命？”）他指出，從1958年到1977年近二十年間，除了冷戰(zhàn)階段和國際同行脫軌的國際原因之外，中國反對“為科學(xué)而科學(xué)”，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實際，經(jīng)常性的批判基礎(chǔ)研究，由非科學(xué)家主導(dǎo)研究。

從無線電、計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明，

我們能學(xué)到什么？

吳老師文章里舉了三個例子，無線電、計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)。我們不妨對這它們的起源和發(fā)展軌跡做些分析。
 

無線電發(fā)明極簡史  麥克斯韋方程組被稱為人類歷史上最偉大的公式。這位英國物理學(xué)家在十九世紀(jì)六十年代把人類對電磁現(xiàn)象的認(rèn)識歸結(jié)為漂亮的四個微分方程，并預(yù)見到電磁波的存在。二十年后，德國物理學(xué)家赫茲設(shè)計了一套簡單的電磁波發(fā)生器和一個檢測器，于1887年，成功地用實驗驗證了電磁波的存在，電磁波從理論上的可能性變成可見、可測量、可量化的實驗現(xiàn)象。有意思的是，對這一個巨大的突破，赫茲本人固執(zhí)地認(rèn)為一點(diǎn)實用價值都沒有。

1894年，也就是赫茲去世的那年，愛科學(xué)愛折騰的意大利年輕富二代馬可尼，偶然讀到了電氣雜志上赫茲的實驗介紹和論文，馬上想到無線電可以用來編碼傳遞信息。和他同時競爭的英國同行一開始認(rèn)為無線電和可見光一樣，傳播路徑上必須沒有遮擋。偏偏非科班出身、基礎(chǔ)并不扎實的馬可尼無知無畏，在家里動手裝了一個簡陋的裝置，用無線電波打響了樓下的電鈴。他不停改進(jìn)設(shè)備，在發(fā)射和接收端裝上天線。1895年秋天，他將實驗轉(zhuǎn)移到室外，通信距離增大到2.8千米，不但打響電鈴，而且還在紙帶上記錄莫爾斯電碼。

無線電商用化的障礙在于，有線通信已經(jīng)非常成熟，最早的海底話纜已于1891年英法海峽敷設(shè)。當(dāng)時一個最有希望的應(yīng)用是海上救援，尤其在夜晚和迷霧中。馬可尼沒能說服忙于鋪設(shè)電纜的意大利政府，不得已前往英國集資成立公司。在一連串近乎賭博的瘋狂實驗之后，于1901年成功驗證了跨大西洋的傳輸，距離3500公里。1912年4月15號，泰坦尼克號撞上冰山，相距近六十海里的Carpathia號花了近17分鐘接受和解析出求救信號，最終七百多人獲救。馬可尼的設(shè)備，立了大功。

計算機(jī)發(fā)明極簡史 要說計算機(jī)如何成為一門科學(xué)，離不開英國科學(xué)家圖靈和圖靈機(jī)。那么，圖靈機(jī)又怎么來的？事實上，圖靈機(jī)的發(fā)明是一個意外。1900年，被譽(yù)為歐洲數(shù)學(xué)界的教皇的大數(shù)學(xué)家希爾伯特，在巴黎國際數(shù)學(xué)大會上的演講中提出了23個有待解決的數(shù)學(xué)難題，為20世界的數(shù)學(xué)發(fā)展制訂了計劃。圖靈對其中的第十個問題的更一般化的形式感興趣：能不能按照一串機(jī)械化的步驟——我們現(xiàn)在通稱為“算法”——來判斷一個數(shù)學(xué)陳述是正確的？這就是希爾伯特的“可判定性”問題的泛化版。

圖靈意識到，為了解決這個問題，他首先得構(gòu)造出一個抽象的機(jī)器來執(zhí)行這些步驟，這個抽象的機(jī)器就是圖靈機(jī)，簡單到只有一條無限長的紙帶和一個讀頭，讀頭能讀寫紙帶上的字符并且移動。這個圖靈機(jī)所做的就是執(zhí)行證明數(shù)學(xué)陳述的步驟。然后圖靈進(jìn)行了一個巧妙的轉(zhuǎn)換，把可判定問題轉(zhuǎn)換成圖靈機(jī)能不能停，隨后構(gòu)造了一個巧妙的悖論，證明有可能停不下來，也就是說不可判定的情況是存在的。

在這個過程中，圖靈隨手給出了一個通用機(jī)的版本，這個機(jī)器可以把做證明用的那臺圖靈機(jī)的算法作為輸入，因此可以變身成任何算法的執(zhí)行者。這個抽象的計算機(jī)，完全是圖靈為了證明可判定性問題的副產(chǎn)品，卻不意間奠定了計算機(jī)的基礎(chǔ)。

然而，要不是需要破譯德軍密碼，圖靈機(jī)的思想不可能那么快落地，計算機(jī)在曼哈頓計劃后期也被投入使用。戰(zhàn)后不久，計算和存儲分離的馮諾伊曼結(jié)構(gòu)成型，至今仍是主流框架，但是軟硬件一直在不斷迭代發(fā)展，在云里從超級計算機(jī)到服務(wù)器集群，在云下從工作站到個人計算機(jī)到今天的智能手機(jī)、智能手表。同時，計算機(jī)作為一門新興學(xué)科分出諸多大類（人工智能、算法和理論、體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、軟件工程、計算機(jī)語言、人機(jī)界面、計算機(jī)安全……），每大類又有諸多子類，層層疊疊。比如單看人工智能之下自然語言處理這一“小”支，要是細(xì)分到底層子任務(wù)，就有幾十個，每年三四個頂會，每個會議都有上千篇文章。

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)明極簡史 戰(zhàn)后，計算機(jī)被投入商用和科學(xué)計算，但都是獨(dú)立使用，互不相連。事實上，要是單考慮效率，最好的方案是把計算資源堆積在一起，傾力打造一個超極計算機(jī)。把超級計算機(jī)用網(wǎng)絡(luò)連起來，有兩個動因。第一是“怕”，在冷戰(zhàn)的大背景下，一個指揮中心萬一被一顆核彈擊中，整個系統(tǒng)就癱瘓了；第二是方便分散在各處的研究者合作。這些原因催生了一開始只有四個大計算節(jié)點(diǎn)的ARPANet，也催生了兩個新領(lǐng)域：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)。90年代左右由美國美國國家科學(xué)基金會（NSF）資助的NSFNet取代ARPANet成為主干網(wǎng)，伯克利大學(xué)開發(fā)的TCP/IP作為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，形成網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，接入眾多局域網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)的“基建”——因特網(wǎng)（Internet）隨之逐步成熟、穩(wěn)定。

但真正讓互聯(lián)網(wǎng)火爆起來的卻源自一個古老的應(yīng)用：文檔管理。把文件存放在一層層的文件夾里很簡單也最基本，但論文可能互相引用，對研究者不方便。在一篇文章里埋下鏈接，讓用戶一鍵跳轉(zhuǎn)到另一篇相文檔，就是超文本。超文本有很長的發(fā)展時間，但相對小眾，蒂姆·伯納斯-李1980年在日內(nèi)瓦的歐洲核子研究組織（CERN）擔(dān)任獨(dú)立承包人，也建了一個超文本原型，已方便研究人員分享及更新訊息。

蒂姆·伯納斯-李之所以被稱為“互聯(lián)網(wǎng)之父”，在于他在1991年提出、實現(xiàn)并規(guī)范化了一個回頭看幾乎理所當(dāng)然的想法：把超文本網(wǎng)絡(luò)化：點(diǎn)擊鏈接可以跳轉(zhuǎn)到存放在另一臺機(jī)器上的文檔。這種被網(wǎng)絡(luò)化的文件，就是我們現(xiàn)在熟知的網(wǎng)頁，格式稱作HTML。到1995年，微軟發(fā)布了一個Windows95，這是一個里程碑，因為它支持了TCP/IP，廣大的PC用戶可以上網(wǎng)了。就這樣，因特網(wǎng)+HTML+廣大PC用戶，萬維網(wǎng)終于爆發(fā)式增長，大量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用又推動了服務(wù)器產(chǎn)業(yè)，也發(fā)展出搜索引擎、云服務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò)等等現(xiàn)象級的新產(chǎn)業(yè)。

從“紙上談兵”的萬能圖靈機(jī)，赫茲的相距最多不過幾米的震蕩器和天線，發(fā)展到上致星鏈、下致腦機(jī)接口、萬物互聯(lián)無往不在，真正是走過了千山萬水，包括了有無數(shù)個原創(chuàng)，中國在其中的缺席，十分刺眼和醒目。

原始創(chuàng)新是怎樣發(fā)生的？
 

面對和歐美原創(chuàng)的巨大差距，這些年有不少人提出要重提上世紀(jì)八十年代恢復(fù)高考之后的一句流行的口號，“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”。這是一個簡化也是比喻，但背后藏著一個重要的假設(shè)，指數(shù)理化這些傳統(tǒng)科學(xué)才是基礎(chǔ)科學(xué)。其實，這是對前沿科學(xué)不了解的一種體現(xiàn)。

原創(chuàng)之源一定出自基礎(chǔ)科學(xué)嗎？ 這似乎理所當(dāng)然——就像熊老師的文章里分析的，錯失分子生物學(xué)這個新基礎(chǔ)研究，讓中國科學(xué)家丟了二十多年。但有意思的是，例外也不少。馬可尼于1909年獲得諾獎，而無線電訊號能超遠(yuǎn)距離傳播是因為電離層反射的這個原理，卻一直要等到1924年，他之所以敢于走向市場并領(lǐng)先英國的競爭對手，是因為他用簡陋的設(shè)備打響了樓下的電鈴；大語言模型的很多基本工作原理，到現(xiàn)在都還在研究之中，但是大思路并沒有問題，也足以引爆市場。在這些糧草未到而車馬先行的案例中，基礎(chǔ)科學(xué)更像是事后諸葛，其作用在于提供更深入的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)可能的優(yōu)化點(diǎn)，推動下一輪的進(jìn)步，而每一個進(jìn)步，都有原創(chuàng)的可能。

科學(xué)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)從一棵樹，成為根脈纏繞、野蠻生長的一片林，而且很多樹還在不停的生長；越往上越年輕，越前沿，越不穩(wěn)定，也是產(chǎn)生新知識最活躍的地方。這個盤根錯節(jié)、互相勾連的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，在它的每一個結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部也分支龐雜，互相勾連和依賴。

面對這個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，“基礎(chǔ)”二字如果沒有指明上下文，不但模糊，甚至無意義。因此，把“0到1”這一截看成基礎(chǔ)科學(xué)的獨(dú)有之地，望文生義，過于簡單。我經(jīng)常碰到中國同學(xué)數(shù)學(xué)基本功很扎實，可是計算機(jī)科學(xué)里的基礎(chǔ)卻掌握得卻不全面，導(dǎo)致做起研究來磕磕絆絆。

從0到1的原創(chuàng)，需要基礎(chǔ)科學(xué)研究的素質(zhì)，但不見得必須發(fā)端于基礎(chǔ)科學(xué)。

總體而言，原創(chuàng)需要想象力和行動力的結(jié)合，從理論上的“虛用”一步步走向“實用”。一個常見的爭議點(diǎn)是，發(fā)生原創(chuàng)必須摒棄功利心嗎？原創(chuàng)的必要條件是要有用。“有用”很多時候是實用，帶動市場來換取更多的資源，卻也可以是“虛用”，比如圖靈機(jī)就是一個概念機(jī)，赫茲的實驗也只驗證了電磁波存在的驗證。如果我們討論原創(chuàng)的動力，言必回避功利心沒有必要，因為有無功利心并不重要：把對世界的認(rèn)識推進(jìn)一大步，或者大力釋放了生產(chǎn)力，都是值得我們認(rèn)可和尊重的好工作。馬可尼就是一個功利心特別重的一個冒險家，愛迪生也是，馬斯克更是。即便愛因斯坦，可能很多人不知道他名下有不少專利，其中包括一個無疾而終的冰箱設(shè)計。

此外，我們還應(yīng)該看到運(yùn)氣和時機(jī)的重要性，比如海上救援之于無線電，二戰(zhàn)之于計算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)和超文本之于互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)和算力之于基于深度學(xué)習(xí)的人工智能……我相信這也適用于其他領(lǐng)域，比如新冠病毒之于mRNA技術(shù)。

總的來說，我認(rèn)為原創(chuàng)從來不會在一個沒有用的上下文中發(fā)生；新知識的獲取、新學(xué)科的誕生并不見得因為天天在追問宇宙奧秘是什么，也不見得因為數(shù)學(xué)大廈里又添了一條新公式?？吹接杏茫吹奖仨氁?，都是原創(chuàng)的源泉；圖靈并沒有想要去發(fā)明圖靈機(jī)，圖靈機(jī)只是他去解一個數(shù)學(xué)問題時不得不需要“順手”發(fā)明的一個工具。

培養(yǎng)下一代的原創(chuàng)能力，

需要什么樣的教育？

回到我們一開始的問題，中國為什么沒有原創(chuàng)，為什么沒法做到從0到1呢？如果自頂向下的推動，我們首先就會遭遇一個“燈下黑”的問題：如果我們承認(rèn)中國鮮有原創(chuàng)成果，那就找不到有原創(chuàng)經(jīng)驗和經(jīng)歷的專家來咨詢。
 

或許我們可以思考一下從教育的角度來說，需要培養(yǎng)一些什么素質(zhì)：

批評性思維。這是中國教育的老問題了。一個只獎勵標(biāo)準(zhǔn)答案、不鼓勵學(xué)生去挑戰(zhàn)現(xiàn)成答案的教育環(huán)境，只可能抹殺而不是催生批評性思維。和這相關(guān)的是對權(quán)威的盲目崇拜。即便對諾獎得主，正常的評價應(yīng)該就是“as good as their last work”，學(xué)術(shù)上絕對平等，沒什么不能被挑戰(zhàn)。

愛提問題不見得就是具有批判性思維，因為問題的形式無非就那幾種：為什么？憑什么？是又如何？等等。最要緊的是提出好問題，有好奇心也可以問出很無厘頭的問題，瞎問甚至不如不問。

這需要我們掌握：

第一性原理。也就是說要有穿透力，關(guān)心最基本的條件和假設(shè)，不要被表面的酷炫、不必要的細(xì)節(jié)迷惑。每一行都有自己的第一性原理，只有在參透了相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)才能把握住，把握好了才能問出好問題。馬斯克傳里提到他在SapceX的研制中要求液態(tài)燃料的溫度壓到最低，使得燃料倉體積最小，給火箭減重，這就是堅持第一性原理的體現(xiàn)，在他看來，只要物理規(guī)則沒被打破，沒有不能打破的現(xiàn)有規(guī)矩。

想象力和行動力的結(jié)合。堅持在第一性原理指導(dǎo)下的批評性思維，能讓我們看清、挖深，但不見得一定會往前走一步，因為那需要，想象力和行動力的結(jié)合。有想象力沒有行動力，只能做鍵盤俠，有行動力沒有想象力，只能等別人立了標(biāo)桿之后“趕超”。在開源已經(jīng)是常態(tài)的現(xiàn)在，甚至可以說是習(xí)慣性地“敢抄”。中國在人工智能領(lǐng)域的文章都占了40%，但無論阿爾法圍棋還是大模型，沒有貢獻(xiàn)出步子大一點(diǎn)的突破，等別人文章或者代碼放出來了才發(fā)急追趕。

要培養(yǎng)這些素養(yǎng)并不容易。原創(chuàng)能力的培養(yǎng)，分布在不同學(xué)科之中。

比如說，行動力在工科和商科，想象力、創(chuàng)造力在設(shè)計和藝術(shù)，批判性思維在哲學(xué)和歷史，而第一性原理又和具體的專業(yè)方向緊相關(guān)，等等。很難想象專門成立一個科目，叫原創(chuàng)學(xué)科，但不管如何，單一的某個?？坪茈y涵蓋應(yīng)該是不爭的事實。

如果我們?nèi)タ茨切╊I(lǐng)導(dǎo)原創(chuàng)的領(lǐng)袖人物，會發(fā)覺他們基本是靠自己的努力，自覺去采集來自不同學(xué)科的營養(yǎng)，馬斯克大學(xué)后兩年轉(zhuǎn)去賓州大學(xué)念物理，就是因為他認(rèn)識到不懂物理的工程師不是好工程師。

我們在這里討論如何培養(yǎng)原創(chuàng)力，和如何設(shè)計面向未來的通識教育課程本質(zhì)上是同一個問題。今年上半年，我受邀回母校復(fù)旦參加了一次相關(guān)會議上，且把我的觀點(diǎn)作為本文的結(jié)語，并期待更多的討論：

通識教育不是簡單的讓學(xué)生懂科學(xué)、懂人文和懂藝術(shù)。不同的專業(yè)訓(xùn)練會培養(yǎng)不同的“專業(yè)通識”。比如，科學(xué)家們相信紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象背后存在著簡潔明快、具有強(qiáng)預(yù)測力的模型；工程師認(rèn)為魔鬼在于細(xì)節(jié)，他們對復(fù)雜性有著深刻的理解，在工作中致力于打造完美平衡細(xì)節(jié)和性能的產(chǎn)品；藝術(shù)和人文類從業(yè)者最關(guān)注敘事結(jié)構(gòu)，敘事能力和敘事自由；金融類人才關(guān)心投入和產(chǎn)出，對人的非理性的理解甚至超過心理學(xué)家…… 每一種專業(yè)通識是各自領(lǐng)域的神器，從而深刻影響一個人的世界觀和方法論。

目前的教育系統(tǒng)存在兩個問題，第一，因為教育資源的嚴(yán)重不均衡，很多孩子被擋在高等教育之外，沒有機(jī)會接觸到專業(yè)通識，第二，幸運(yùn)的孩子們層層選拔進(jìn)入大學(xué)后，又必然進(jìn)入各個專業(yè)，多年歷練下卻只擁有單一的視角。

因此，專業(yè)通識既不相通，也不通用，更不能下沉作為普惠教育的一部分，這樣的教育顯然不再適應(yīng)未來的發(fā)展。

本文肯定不能全面回答題目所拋出的問題，權(quán)作拋磚引玉，希望更多的同道中人共同討論中國從零到一的原始創(chuàng)新難題。