圖靈獎得主姚期智：大科學(xué)時代來了

斯坦福大學(xué)《AI指數(shù)報告》

向是國際AI界關(guān)注的“年度成績單”

,。今年新發(fā)布的報告里，唯一一項來自中國的成果,，出現(xiàn)在AI for Science領(lǐng)域：

阿里達摩院聯(lián)合多家醫(yī)療機構(gòu),，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在2萬病例中識別出31例漏診的胰腺癌,，這項研究可能極大提高胰腺癌的早期診斷率,。

業(yè)內(nèi)評價該成果“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,。圖靈獎得主姚期智：大科學(xué)時代來了,。

當(dāng)2020

年谷歌旗下DeepMind公司研發(fā)的人工智能系統(tǒng)AlphaFold問世的時候，很多人驚呼,，科學(xué)家的飯碗要被AI砸掉了,。因為AlphaFold預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的精確程度，甚至讓科學(xué)家懷疑是自己的實驗出現(xiàn)了問題,，Nature新聞聲稱“它會改變一切,。”

時至今天,，AI不但不會砸掉科學(xué)家的飯碗,，反而帶來了一個新的時代。

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

圖靈獎得主,、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，他在2024年達摩院青橙獎啟動時說道：“當(dāng)今AI正在給所有的科學(xué)帶來不可阻擋的變革,，AI科學(xué)正在引領(lǐng)學(xué)科交叉創(chuàng)新改變世界的面貌,。過去數(shù)百年來，科學(xué)家們在各自的領(lǐng)域以內(nèi)發(fā)展,，而今,，我們將進入一個更廣闊的大科學(xué)時代?！?/p>

作為發(fā)掘中國科研新星的重要“風(fēng)向標(biāo)”獎,，青橙獎和往年一樣，面向在中國全職工作的35周歲以下科研人員,，本屆將評選出15位青橙獎獲獎人,，每人將獲得由阿里巴巴公益專項支持、可自由支配的100萬元獎金,。

但在今年,，學(xué)科間交叉創(chuàng)新的研究成為了焦點。本次青橙獎明確提出關(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,，鼓勵和支持跨學(xué)科的創(chuàng)新研究,。

面向國家科技發(fā)展的中堅群體——青年科學(xué)家，它傳遞了一個積極的信號：AI for Science將會徹底打破學(xué)科邊界,，交叉研究會獲得實打?qū)嵉恼J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《基地》系列中,，曾經(jīng)描述了新文明在遙遠的、遠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文明和勢力，這使得那里的人不得不不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng),，以應(yīng)對新的挑戰(zhàn),。這種開放包容的態(tài)度也促進了新文明的進步。

邊緣孕育新文明,，這幾乎是跨學(xué)科作用的一個譬喻,。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。

進化論的出現(xiàn)來自當(dāng)年的動物學(xué),、植物學(xué),、生理學(xué)、地質(zhì)學(xué)與古生物學(xué)的交叉,，而孟德爾的遺傳學(xué)則來自生物學(xué)與統(tǒng)計學(xué)的交叉。

化學(xué)推動了病原微生物學(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)的進展，來到了醫(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)，這一上個世紀生物學(xué)界最偉大的發(fā)現(xiàn),，正是依托于當(dāng)時最前沿的物理學(xué),、化學(xué)和生物學(xué)的先進技術(shù)和深邃思想，才得以璀璨問世,。

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)家們對核酸的結(jié)構(gòu)和功能已經(jīng)有了初步的認識。而物理學(xué)方面,，羅莎琳·富蘭克林運用X射線晶體學(xué)技術(shù)對DNA進行了精確的晶體結(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,，一個是生物學(xué)家,，另一個則是轉(zhuǎn)行生物學(xué)的退役物理學(xué)家。

來自交叉領(lǐng)域的輝煌成就也可以用數(shù)據(jù)來證明,。

在一項2022年的研究中,，澳大利亞國家科學(xué)局利用文獻計量方法，基于經(jīng)合組織（OECD）通過專家咨詢給出的214個與AI相關(guān)的關(guān)鍵詞,，對1960年至2022年間的學(xué)術(shù)出版物進行了全面的篩選,。這項研究發(fā)現(xiàn)，2016年后,，AI相關(guān)論文的份額增長迅猛,。影響力已經(jīng)擴展到了自然科學(xué)、醫(yī)學(xué),、社會科學(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）進行了一項研究，基于2007年至2016年間發(fā)表的高被引論文數(shù)據(jù)庫Research fronts（RFs）中的2560篇論文,，評估學(xué)科交叉對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,，其研究影響力平均提升約20%,。

而這一點，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108篇諾貝爾獎獲獎?wù)撐牡谋灰闆r進行了分析，發(fā)現(xiàn)諾貝爾獎獲獎?wù)撐亩技性谖锢?化學(xué)和化學(xué)-生命科學(xué)的邊界上,。

進入AI時代之后,，由于它幾乎可以與所有學(xué)科進行交叉融合，科學(xué)家們開始跨越傳統(tǒng)的學(xué)科界限,。

比如在天文學(xué)界,，現(xiàn)代望遠鏡收集的數(shù)據(jù)量已達到前所未有的水平，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)《中國科學(xué)報》,，之江實驗室研究員,、2023年達摩院青橙獎得主馮毅曾在快速射電暴起源研究中，面對“中國天眼”FAST提供的海量數(shù)據(jù),，利用之江智能計算天文平臺的算法處理數(shù)據(jù),，破解了數(shù)據(jù)篩選和分析難題?！爸悄苡嬎銥榛A(chǔ)研究帶來了新工具和新范式,。科研人員未必預(yù)料得到的創(chuàng)新突破,，也許就會在智能計算與天文研究的融合創(chuàng)新中涌現(xiàn)出來,。”馮毅說,。

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

中國科學(xué)院院士鄂維南在一次公開演講中提到，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。平臺能夠幫助科學(xué)家解決物理模型設(shè)計,、分子動力學(xué)模擬等基本問題,，在這些平臺上科學(xué)家只需要做感興趣的應(yīng)用和開發(fā)。由此,，無論是學(xué)科的界限,，還是理論、計算和實驗之間的界限都會被打破,，形成徹底的交叉科學(xué)文化。

因此,，2024年達摩院青橙獎除延續(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),，更是進一步鼓勵青年科學(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,，青橙獎也成為了獲獎科學(xué)家之間進一步“交叉”的契機。中國科學(xué)院大氣物理所研究員成里京瞄準(zhǔn)“過去中國并沒有自己的海洋數(shù)據(jù)集”的空白,，自主構(gòu)建了一套國內(nèi)外廣泛使用的數(shù)據(jù)集,，有力支撐了應(yīng)對氣候與海洋變化的國家需求，他和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授曾也魯因同年斬獲達摩院青橙獎而結(jié)識,，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際會議的飛機上,，成里京就寫出了一頁思路，令曾也魯十分驚喜,，他們很有信心能在這個方向上做出一些前沿的交叉研究成果,。

中國能借此彎道超車嗎？

上世紀80年代初,，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校副校長西奧多·布朗決定募集4000萬美元來發(fā)起一個大型交叉學(xué)科項目,，將不同院系、學(xué)科的成員聚集在一起,，并引導(dǎo)他們在共同的項目上合作,。

對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)建了第一個圖形網(wǎng)絡(luò)瀏覽器,。

也是從上世紀80年代開始,，中國也出現(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)副校長王義遒曾對《中國科學(xué)報》回憶到：“當(dāng)時北大新設(shè)的專業(yè)基本上都是交叉邊緣學(xué)科,，如文科有社會工作與社會管理,、行政管理、國際文化交流,、科技情報學(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’計劃的時候,，曾有意將全校的學(xué)科分布做成了’矩陣結(jié)構(gòu)’，并將全校幾乎每個教學(xué)科研人員都放在一個’矩陣元’的位置上,，由此顯示其在縱向上屬于哪個院系,，在橫向上又參與哪個學(xué)科交叉的研究項目或課題?！?/p>

當(dāng)年中國交叉學(xué)科的高潮與改革開放緊密聯(lián)系,，王義遒曾說：那“是我國從計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟的轉(zhuǎn)變在學(xué)科上的體現(xiàn)，同時也是從第三次工業(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)國家的一種優(yōu)勢,，因為后發(fā)國家學(xué)科建設(shè)的傳統(tǒng)不那么深，所以對待新的變化往往態(tài)度也更開放,，能跟上科學(xué)發(fā)展的趨向,。

2000 年，中國國家自然科學(xué)基金委員會（簡稱自然科學(xué)基金委,，NSFC）制定了一項跨學(xué)科研究計劃,，之后各大學(xué)紛紛成立了多個跨學(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鄭永和曾在采訪中提到了發(fā)展中國家反應(yīng)迅速,、調(diào)整靈活的優(yōu)點，“中國作為一個發(fā)展中國家,，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?！?/p>

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

研究發(fā)現(xiàn),，與亞洲學(xué)術(shù)上領(lǐng)先的國家和地區(qū)相比,，世界傳統(tǒng)研究強國（如美國、英國和澳大利亞）對跨學(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)展中國家也表現(xiàn)亮眼，在非洲,，埃及的開羅大學(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,，這一切,，為科學(xué)帶來的，將是新的問題,，新的研究方法和新的理論框架,。如同信息革命時代一樣，一場新的交叉學(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,。

對于中國的科學(xué)發(fā)展來說，這也是一個關(guān)鍵的機會,。AI和傳統(tǒng)學(xué)科的深度融合,，未來可能會徹底打破學(xué)科的界線。在這個時間點上,，各國還沒有拉開關(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)科研究的資助評價體系,，在未來的科技競爭中,，后發(fā)的我們是否能就此彎道超車？

對于AI for science, 我們還缺什么,？

中國近年已經(jīng)迅速行動了起來,，2018年自然科學(xué)基金委響應(yīng)科技戰(zhàn)略，在基金申請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)實中交叉學(xué)科研究仍舊處于一個尷尬的境地，對于交叉學(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》的一項調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,，大學(xué)在跨學(xué)科科學(xué)方面并沒有說到做到,，約有三分之一參與調(diào)查的大學(xué)沒有對跨學(xué)科研究人員進行獎勵，也沒有衡量此類工作的成功與否,。

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不只是研究機構(gòu),，科學(xué)資助機構(gòu)同樣對交叉學(xué)科的支持有限,。一項利用澳大利亞全國性資助計劃連續(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,。

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這主要還是因為跨越學(xué)科太反傳統(tǒng)了，尤其是反學(xué)術(shù)機構(gòu)的傳統(tǒng),。

對于研究機構(gòu)來說,，交叉學(xué)科研究本身就是高風(fēng)險高回報的。一項基于32000篇論文數(shù)據(jù)的研究,，評估了跨學(xué)科研究的收益和代價,，研究發(fā)現(xiàn)，跨學(xué)科研究的生產(chǎn)率平均來說更低,，但是引用較高,，對于日益看重考核學(xué)術(shù)機構(gòu)來說，對跨學(xué)科研究未必有耐心,。

而跨學(xué)科研究的人才,，需要的恰恰是時間和耐心。

《Communications Physics》雜志上發(fā)表的一項研究,，分析了英國研究委員會資助的44419項研究,，發(fā)現(xiàn)具有跨學(xué)科資助記錄的研究人員會占據(jù)學(xué)術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)地位，但這種競爭優(yōu)勢并不能轉(zhuǎn)化為立竿見影的回報,?？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)量和價值方面都優(yōu)于同行。也就是說,，跨學(xué)科人才的合作網(wǎng)絡(luò),，將來會給它們帶來更高的成就，他們只是需要時間來成長,。

面對這一挑戰(zhàn),，類似達摩院青橙獎的嘗試，就非常有價值,。在國外,，傳統(tǒng)科學(xué)資助模式的不足，常由私人基金會的資助來補充,，私人基金提供長期穩(wěn)定,、不計回報、鼓勵突破的資助,，為高風(fēng)險的創(chuàng)新提供安全網(wǎng),，和傳統(tǒng)資助模式發(fā)揮互補作用,。

青橙獎旨在發(fā)掘和支持在中國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，青橙獎累計發(fā)掘了來自中國27家高校,、科研院所的69名青橙學(xué)者,。今年是青橙獎的第七年，交叉學(xué)科更是成為了關(guān)鍵詞,。今年青橙獎的申報較往年有兩個明顯不同：首先,，評審將從理論貢獻、科學(xué)探索,、技術(shù)突破,、工程實踐四個維度分類評審，更加重視研究獎項的權(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關(guān)注的焦點，本次青橙獎特別關(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,，鼓勵和支持跨學(xué)科的創(chuàng)新研究,。

這不僅是對青年科學(xué)家的一種資助，更重要的是它傳遞了一個積極的信號,，是一種對跨學(xué)科研究價值的認可和鼓勵,。

它的評審機制特別強調(diào)研究的創(chuàng)新性和未來潛力，而非僅僅關(guān)注短期成果,。這種評審原則與跨學(xué)科研究的特點相契合,，為那些可能需要更長時間才能顯現(xiàn)影響力的研究項目提供了支持。圖靈獎得主姚期智：大科學(xué)時代來了,。

清華大學(xué)信息學(xué)院院長,、中國人工智能學(xué)會理事長、中國工程院院士戴瓊海說,，探索一個原創(chuàng)問題是很難的,，你走過的路是別人沒走過的?！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,，也需要社會各界力量給予他們支持和鼓勵?！?/p>