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标题: 未来自然科学与工程学基金方面的国际合作 [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2007-8-8 09:05
标题: 未来自然科学与工程学基金方面的国际合作
图1：1990-2003年某些地区和国家的R&D支出（单位：10亿美元）

图2：1983—2002年期间，24岁首次获得自然科学&工程学学位获得者的人数

图3：1988、1996、2003年国家/地区间国家合作的科技论文数

人们穿越国家的界线，拓展知识的领域。Bement博士强调：“科学间的国际合作不是奢侈，而是必需的，这是未来发展的基础。”科学技术是人类发展的强大动力。当今尤为明显，当我们拓展知识疆域时，我们把握着促进全球繁荣的机会。我们对国际合作的承诺将决定我们如何有效地实现这一巨大潜能。

先进的自然科学和工程学已成为所有国家热衷的核心。各国都认为通过建立世界级的自然科学&工程学队伍和研究力量就能使建立强大的经济动力成为现实。从图1可见研发经费持续增长，这是因为所有国家都意识到科学技术在改变国民经济和提高市民生活水平方面的力量。从1983—2002年间，许多国家自然科学&工程学学位获得者的人数也在不断增长（见图2），例如，中国在此期间该人数增长了三倍多。尽管许多国家在这方面取得了进展，但我们仍比以往任何时候都需要培养更多的自然科学和工程学领域的青年人。

新的重要事件层出不穷，自然科学和工程学的正确引导也在发生变化。学科间的界限逐渐模糊，愈加新奇地发现发生在自然科学和工程学领域所未曾探索过的领域。现在，这不再是个别科学家的少数事情，确切地说，是有着不同学科背景的个体，用不同的视角和经验，一起共事，去征服当今自然科学和工程学中特别复杂的挑战。新发现不再是一位科学家、一个机构或者一个国家的事情，它日益成为全球相互交叉合作的结果。强大的通讯技术使自然科学和工程学团体遍及全球范围。世界上的任何地方都可能爆发出新的思想火花，有时会同时发生在不同的实验室。互联网使全世界的研究者更快地获悉这些信息，并且使取得新发现的时间间隔越来越短。

通过调查发现科技论文出版物中，来自不同国家的联合著者日益增多（见图3）。产业对研究和发展方面的国际投资流在过去十年也在增长，大家认同在许多国家都能发现科学天才。最新的科学挑战只能通过加强国际合作才能满足其需求。这种新的工作方式是实现我们时代重大科学挑战的基本要素，那些总体目标需要合作和大范围的共同努力。本文介绍几个现代团队、设备、国际合作间如何相互影响使科学发生转变并从中不断获利的例子。

Castorocauda（该化石大约有164百万年的历史）几个月前曾出现在SCIENC期刊的封面上（Qiang JI, Zhe-Xi Luo, Chong-Xi Yuan, Alan R. Tabrum, A Swimming Mammaliaform from the Middle Jurassic and comorphological Diversification of Early Mammals, Science (311)1123-1127.），这是近来发生的世界级国际发现。这只半水生哺乳动物的化石是在内蒙古一个地方出土的，其皮毛保存完整。它是我们所知道的生活在恐龙时代的最大的哺乳动物和最早的半水生哺乳动物。Qiang Ji博士带领来自南京大学、中国地质科学院和美国卡内基自然历史博物馆的研究人员所组成的国际团队，这是世界级科学家间国际合作的一个极好的例子，使得从中国和美国机构获取资助成为可能——包括NSFC 、NSF、中国科技部（占大多数）和土地资源部。该发现也提醒我们科学已经进入一个新的时代。我们开始了解完全潜在的过去，来洞悉现在——比如这个小哺乳动物，能使我们更好地了解地球生命的历史，教我们了解现在的生态系统。如今的发现跨越很大的时空尺度，常常需要汇聚世界各地的智慧和资源。

还有一个研究气候变率和变化的例子。来自中国和美国的研究人员共同在船上工作从海底取岩芯样品，这是综合大洋钻探计划（the Integrated Ocean Drilling Project ，IODP）的一部分。他们研究的岩芯大约已有五千五百万年的历史，记录着横跨千年的气候条件。这些数据将增加我们对当今全球气候动力学的了解，是一个具有全球意义的紧急问题。

我们需要多角度的、创新的视角来迎接世界范围的挑战，譬如气候、地震灾害、对可持续的能量和水供给的需求。在许多情况下，我们需要连接全球的观测点来搜集和整合数据。全球地震网（the Global Seismographic Network，GSN）是个典型例子，它是地震点和海啸预警数据主要的国际来源。美国国家科学基金会与美国地质调查局共同资助了全球许多国家的GSN。2004年12月以苏门答腊岛为震中发生了一场强烈的地震，在八分钟内，数据通过卫星和互联网迅速传递到GSN数据中心和更远的地方。地球物理学家可以根据这段时间的记录获得发现。更重要的是，GSN扩展了我们对世界上诸多区域做海啸预警和帮助我们防止灾难发生的能力。

全球尺度的工作能力，很大程度上是计算机、信息和通讯技术革新发展的结果。这些强大的技术是推进自然科学和工程学领域国际合作的动力。GLORIAD--这个环绕全球的高性能网络，最初只连接着北京、莫斯科和芝加哥，现在中国和俄罗斯有好几个分支，并且链接到了阿姆斯特丹和韩国。随着高性能网络在各个国家和所有大陆的发展，全球通讯中残存的障碍将会消失。我们需要通过标准协议鼓励建立共同的基础和兼容性，这样完备的计算机基础设施将及时把国际社会编织成一片无缝的锦缎。这才是巨大变革的开始。我们知道了如何去分享和搜集信息，但我们还未触及把这些技术转变为发现的全部力量。未来的计算机基础设施将把研究和教育提高到一个崭新的水平。

现在我们所看到的多国长时间参与的国际长期生态研究项目（International Long Term Ecological Research，ILTER），支持科学家和学生进行长周期的、覆盖面广的过程研究，它涉及海洋站点、南极、市区和全球农业生态系统。而ILTER最初被设计为一个在孤立的原始站点做研究的项目。现在我们知道，所有的生态系统存在一个从“近原始”到“高级工程”，甚至“构建”的阶段。ILTER科学家正致力于创造一个真实的网络，他们开始探索把许多站点连接起来的总体问题，一个根本目标是实现生态学预测。

美国国家科学基金会现在支持两个典型观测系统的发展，他们将挖掘ILTER站点的潜能，来实现这些伟大目标。第一个是海洋主动观测（the Ocean Observatory Initiative ，OOI），OOI将包括一个相互连接的海底站点区域网络。科学问题促使OOI要视野广阔、几乎囊括海洋科学的各个方面。一旦建立起来，观测站将为地球和海洋科学家提供独一无二的机会，从几秒到数十年的时间尺度上研究多样的、交互过程。他们将引导区域过程和空间特征的比较研究。最终，海洋观测站将映射到整个地球并建立起基本尺度结构。

地震工程模拟网络（the Network for Earthquake Engineering Simulation，NEES）是另一种类型的合作研究，它致力于防止地震灾害的重大挑战。NEES设备将模拟地震，以及研究基础结构和物质在地震期间是如何变化的。NEES是一个虚拟合作实验室（virtual collaboratory），它通过高速互联网连接着地理上分布在大约20个设备站点的研究人员。研究者和学生能在任何地方通过网络操作设备和观测实验，他们能够访问地震工程数据储存库和用高性能计算工具进行分析、模拟、可视化和建模。像NEES这样的虚拟合作实验室也许很快会成为国际研究成果的典范。我们预想NEON和NEES两个系统将成为科学观测、实验和模拟的新时代典范。一旦它们与世界各地的相似设备连接起来，它们将充分发挥出其潜能。

教育活动也是NEON和NEES计划的整体构成部分。美国国家科学基金会自成立之日起，一直坚持把研究和教育相结合作为中心主题。我们承认大学研究实验室作为大学生培训基地有着长期的价值，可当学生们与研究者并肩工作时，他们能学会第一手发现的领先技术，可以共同分享探索未知领域的兴奋之情。这些教育在国际合作中也日益重要，没有什么比在国际研究团体中为年轻人提供世界级科学和数学教育，和为年轻科学家和工程师提供参加国际活动的机会更为重要的了。他们需要这样的机会来分享观点和建立友谊，这将为以后带来更加伟大的国际合作。

总而言之，随着对前方主要发展的承诺，知识的全新领域出现在地平线上。我们开始展望新的知识和技术创新将怎样帮助我们解决几个世纪的老问题。当我们发展新的方式来合作共事时，我们将加快把新知识应用到共同的问题上。按照相似的脉络，我们可以把国际合作延伸到许多国家，无论国家大小都在为发展强大的自然科学和工程学事业而奋斗。对新知识的共同追求是促使人们团结起来实现共同目标——解决难题和建设一个和平繁荣的世界——的强大动力。

作为科学家和工程师，有着许多共同之处。我们有着各自不同的民族文化，同时也分享着知识、调查和发现方面共有的文明。当我们每个人都以加强国家的研发能力为目标时，我们也在为积累知识提高各地人们的前景做贡献。在我们面临挑战和常遇到的表现科学特征的动态尺度方面，我们愈来愈是一个全球化的社会。无论居住何处，我们都生活在一个全球性参与的世界，并被它的最佳发现所驱动。

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