〔提要〕本文就科学研究的价值及其在发展经济中的作用、地位进行了广泛的讨论。前半部分主要介绍了物理学两个前沿领域，即粒子物理及天文学研究在近年来所取得的进展及其现状；后半部分则从经济学、人才学及自然科学发展规律本身几个方面，阐述了如何正确处理纯理论科学与应用科学的关系，建造大型科研装备及发展人工智能的关系以及研究经费安排上轻重缓急的关系。
最近，世界上最大的望远镜在新墨西哥州开放了，这是一座花费7千8百万美元，有21英里宽的庞然大物；下个月，美国“旅行者1号”宇航器（花费3亿4千万美元）将到达土星；明年：西欧核子研究中心，欧洲国际粒子物理实验室将完成一项耗资1亿2千万美元的研究项目，以使反物质裂变为物质。正当美国布洛克海文实验室耗资2亿7千5百万美元建造一架质子加速器的同时，西欧核子研究中心又在为建造一台价值为5亿5千万美元的正反电子碰撞的机器，在议员中游说而筹集经费。
这样一些机器将有助于人们满足对宇宙永无止境的好奇心。几乎可以肯定，人们一定会作出一些惊人的发现。但是，这些发现直到下一个世纪，也未必会形成值得注意的经济效果。然而，这些巨大科研项目所占用的钱，却是其它一些耗资较小、且与实际应用关系密切的科学部门所极力渴望得到的。
我们判定现在已经到了这样一个时候，应该十分重视基础物理学，特别是需要大量花钱的粒子物理学和天文学。那么，科学家们正在做的工作是有价值的吗？如果是有价值的，那又为什么？进一步建造更大型的机器有必要吗？物理学本身是处在健康发展之中吗？
我们发出了一份附有以上这样一些有争议问题的调查表，给一些诺贝尔奖金获得者及另一些处于领先地位的物理学家们。虽然，对这篇文章的结论他们并不负有责任，然而，他们回答的意见是非常宝贵的。
尽管，在纯理论科学方面，“生产率”是不可能作实际测量的，然而以下几方面的增长数字，令人惊叹：
·人员1920年美国物理学会只有1300个成员，而现在它拥有30000个成员。
·费用1945年英国科学研究委员会的前身，经费总额为230万英镑，而去年这个机构的经费为1亿5千7百万英镑，在这期间经费上升了690%，而去年经费总额的一半是用于粒子物理学和天文学。
·机器规模30年代可以说还是一个“火漆加弦线”的时代，那时原子弹之父奥托 · 弗里什在瓦尔胡兹（Woolworth）地方开始购置实验装置。自30年代以来，加速亚原子粒子的加速器的功率每7年就增加了10倍。
我们首先应该记住的是，20年代和30年代的黄金时代是建筑在量子物理和相对论这两大观念革命基础之上的，这样的观念革命或许每隔几个世纪才可望出现一次。这场革命的主要参加者之一狄拉克教授承认，在那个时代，三流的物理学家就可能做第一流的工作。
在战后，物理学家们则面对着另一方面的挑战。“容易”的事情已经都做了。现在作为论文报告提出来的结论，必须费力地从自然界的深处去掘取。一个极端是需要利用新型精密的望远镜，把人们的视线延伸到极远的宇宙深处；另一个极端则需要利用粒子加速器，去鉴别不可分割的物质最小的组成成分。
仍然是这位狄拉克博士，当近来有人问道，应该建议青年科学家去做什么科研题目时，他答道：
“我想，也许他应该避开基础物理，因为在这方面所有值得研究的题目，都早已有人透彻地探索过了。”
社会是否应该听从这一忠告，并大幅度地削减大物理的经费预算呢？在回答这一问题之前，让我们先注意一下那些并不认为物理学已经过时，而希望有所作为的较为年轻人的新发现。首先考虑在粒子物理学方面的情况。
分裂粒子
科学家们相信他们在粒子物理学方面正展开新的一章。这一信念建筑在70年代才慢慢具体化的两大概念的进展上。一个正在被证实的进展是，可能一系列数百种令人费解的亚原子粒子，全是由三种基本单元：夸克、胶子、轻子所组成。以上这三种粒子似乎就是二千年来人们一直追求而没有成功的物质的终极构造物。另一个进展涉及到自然界的几种基本作用力。
夸克没有内部结构，就像几何点。二个或三个夸克通过胶子彼此强烈的作用而束缚在一起。由夸克和胶子组成的粒子再构成大多数粒子。所有这些粒子由所谓的强相互作用的核力互相作用，正是这种力束缚着各种原子核。质子和中子就是最普通的由夸克和胶子组成的粒子。
另一些不受强相互作用影响的粒子，它们本身也是不可再分的。这些粒子称为轻子，而轻子的成员中占最大多数的是电子，还有少数几个古怪的成员，例如光子。这样，你就具备了物质和能量的一切最终构成物。
得到一份构成物质的元件表，这仅是物质构造内情的一半；另一半则涉及到它们的相互作用。
自然界有四种基本相互作用力。两种是熟悉的：引力和电磁力；两种是限定只发生在原子核内部的：强相互作用力（束缚原子核的）和弱相互作用力（用来说明一定类型的放射性的）。目前正在显露出来的一种统一图像表明，电磁力和弱力只不过是单一的弱电作用的不同方面。
为了理解这种统一理论的意义，让我们回忆一下十九世纪初期的情况，当时物理学家的大量兴趣是在电及与之相联系的电场及磁场方面。用数学公式表达的许多定律使有关物理量联系起来，例如，磁场强度与其邻近的电流强度的关系式。J · C麦克斯韦充分注意到对于磁的方程式及对于电的方程式之间的一个不协调之处。他以卓越的见识，采用添加一个附加项进方程式的办法，使不协调之处得到了改正。麦克斯韦的新方程使电和磁可以作为现在称为电磁相互作用的两个不同方面来处理。电与磁的统一为发明电话、无线电、电视铺平了道路，而间接地看也是电子学的理论基础。
60年代末期，一项与麦克斯韦功绩可以相提并论的统一理论由S. 温伯格教授和A. 萨拉姆教授完成了。他们成功地提供了一个电磁力与弱力的统一的数学描写。如同所有出色的理论那样，他们的弱电统一理论作出了有关亚原子物质方面明确而定量的预言，并建议用实验去检验他们的理论预言。
最具决定性的实验将进一步证实，在高能范围（来自下一代的粒子加速器）将会产生以前从未见过的确定的特殊粒子，这些粒子称为W粒子和Z粒子。
为了产生出W粒子和Z粒子必须进行庞大而功率强大的粒子碰撞实验，而随着这种碰撞实验的完成，三项试探性工作也将取得成功。
第一项探索涉及到超导磁铁的应用，这种磁铁比普通磁铁强大得多。实际用上超导磁铁的加速器将有可能使质子分裂为能量更高的粒子。正在布洛克海文建造的这种加速器，预期其中碰撞的质子速度与光速只相差一点点。
另外两项探索则涉及到物质与反物质的碰撞。当物质与反物质碰撞时，它们彼此湮灭，并释放出远大于普通物质之间碰撞所放出的能量。西欧核子研究中心正在整修它现有的加速器，使其可利用质子和反质子去做这样的反物质实验。
与以上完全类似的是电子与正电子的碰撞。这样一种碰撞必然导致一束新粒子的簇射，其中包括W粒子与Z粒子。为此，西欧核子研究中心的加速器将要建造一条20英里长的隧道，它大得足以容纳好几个村庄。
一般读者完全有理由提出这样的问题，为什么要考虑这么一连串的加速器？为什么不选择一种设计为西欧和美国建造一架大型加速器？科学家们给出了二个回答。首先，为了证实另一个实验室做出的结论，必须有不同的加速器。
其次，科学家们指出，每一种加速器很可能产生出它独特的—个发现之后就完成其使命了。过去的经验也启示我们，至少一个“突然冒出”的新发现，都与每一种新一代的机器相联系。
同时，尽管弱电统一理论还只是部分地得到检验，理论家们却已又在企图用温伯格与萨拉姆共同制定的数学方案，把弱作用与强作用结合起来作进一步的统一。早些时候，这种进一步的统一理论，已经预言了新的效应，例如认为质子具有微弱的放射性，因此，所有物质都是不稳定的，最终必将衰变。
以上这样的统一理论的发展，是否会导致类似于麦克斯韦电磁场理论所引起的使人们大受其益的一系列实际应用呢？这在现阶段还很难说，在发现夸克方面作过贡献的伯顿· 里脱（Richter）教授对提问者说，在50年后再提这样的问题吧。
比一千个太阳还亮
当科学家们的注意力正转向天文学的时候，韦斯科夫教授就把发展的进程概括为：
“直到10年或15年前，除了行星、彗星以及一些难得发生的偶然事件，像新星和超新星之外，天空基本上认为是没有变化的。今天，当人们用各种新型望远镜观察天空时，天空呈现出一幅光度随时都涨落不定的变化图景。如若可能把其它各种辐射统统转变为可见光，那么天空就会戏剧性般的变得突然闪亮，而许多恒星、星团和星云会逐渐消失。”
星云是由气体和尘埃组成的云雾状物质，其中一些正在形成新的恒星。新星和超新星实际上是即将消亡的恒星。超新星的一次突然爆发，它所发出的光度比原来超新星的光度强数十亿倍。在东方记载于古代典籍中的一颗星可能正是一颗超新星。
自然界中残余恒星留在超新星中心的情况是异乎寻常的。一种可能是恒星被强烈地压缩，它的原子被挤压成中子。一个同太阳质量相同的中子星，它的半径只有6英里，而且它上面的引力效应是如此强烈，在中子星上的“山”绝不可能高出表面1/4英寸。一些星体在一秒钟内就转动许多次，而这种转动是从射电望远镜中作为短促闪烁的无线电信号被观察到的，这样一些星体叫做脉冲星。
另一种可能是黑洞，它以它的引力吞没了在黑洞附近的一切。检测一个黑洞的最好时机，是当物质从环绕黑洞运动的另一星体上落入黑洞时，注意观测X射线的辐射。
以上这些是在天空中发现的大量天文现象中的一部分，这些现象不仅通过部署许多威力强大而精密的光学望远镜，而且还有许多检测其它各种辐射（包括X射线、紫外线、红外线等）的望远镜好不容易才发现的。关于恒星、星系和星云的种种令人迷惑的问题，有些是可以理解的，但还有许多仍然是十分玄妙神秘的，或者对它的各种解释不一，各执己见。
此外，还有大量问题要研究的是关于宇宙的起源及其演化。这是天文学和粒子物理学互相交叉的领域，对于大多数科学家所相信的“大爆炸”宇宙学来说，宇宙起源于150亿年前的一架粒子加速器，这是一架人类永远无法建造的高功率加速器。在这其中产生出夸克、轻子和胶子，而这些粒子就在离产生出来地方不远处，又被打碎成激烈燃烧的混沌一团。早期宇宙的原子核放射性所留下的痕迹，至今在地球上也能检测出来。
这里值得介绍一下两位英国数学物理学家的卓越工作，这两位是剑桥大学的霍金教授和牛津大学的彭罗斯教授。他们两人正试图解决在原子的量子理论与令人敬畏的爱因斯坦引力理论——广义相对论两者之间表观上的冲突。要理解霍金与彭罗斯的工作，甚至对于专业的物理学家来说，也是既抽象又数学化并且是极端困难的，在他们的各项工作中所下的“赌注”是高昂的。他们的工作或许到头来毫无结果一场空，或许能够使他们获得与爱因斯坦和玻尔一样显赫的历史地位。
通过不断改进仪器的分辨力，天文学家就有可能探测宇宙更深远的地方，并发现更大范围内的宇宙现象。例如，仅在过去的几年中，科学家已经具有了一种高分辨力的X射线望远镜。利用它，在仙女座范围内，已经探测到80个X射线的发射体。对于射电天文学家来说，在分辨性能方面的一个类似的改进，由于最近在新墨西哥州大望远镜的开放而可以完成了。这个被称为“特大列阵望远镜”（VLA）的大家伙，具有27个可以沿Y形轨道移动的射电抛物面天线，跟踪覆盖的长度将近38英里。
提高射电望远镜分辨能力的另一种办法，是把坐落在地球上不同地区，各自分散的射电抛物面天线链接起来，并以共同的纵坐标记录接收到的信号。下一步的改进，将把连接在以上这样一个多望远镜系统中的一个望远镜安置到太空中去，一种可能的设想是安置在月球上。
目前，以地球为基地的天文学家并不大声疾呼要求更多的经费。但有赖于人造卫星的天文学却存在着紧迫的财政问题。这方面的财政开支是由美国国家宇航局所控制的，而他们的问题是花费大笔开支去完成太空穿梭航行，这就给科学研究项目造成了财政压力。
除了雄心勃勃和耗费巨大的天文学及粒子物理学之外，还有其它一些相互争经费的物理学课题。例如，关于地球内部，科学家现在仅有一些概略的知识，对地球核心部分的探索必将是耗资巨大的，然而，几乎可以肯定这项探索必将获得科学上的重大发现，同时亦非常有可能获得实际的应用，例如，为新的能源或矿产提供线索。
花费不多但又是很有意义的是，迅速发展固态物理学（关于固体材料的科学）。如若要寻求新的材料，那么，这些发展同样具有重要的实际应用。
经济收益甚微
人们如何确定投资额和决定投资方向呢？科学的进展是那样的不可预卜。熟悉基础物理发展史的人都知道，从商业的角度看，科学的进步或多或少有偶然性。
麦克斯韦创立电磁学说时，他根本没意识到他的理论在实际应用上的重要性。早期的量子物理学家也不知道他们所揭示的巨大能量造成的影响会是凶是吉。在相当多的纯理论研究中，都具有这种不可预卜性。
研究一下历史上与麦克斯韦从理论角度探讨问题十分不同的先例吧。19世纪初期的荷兰，莱登大学为卡茂林 · 翁纳斯配备了一所设备精良的实验室。1911年，翁纳斯揭示了他的发现，在接近绝对零度（摄氏零下273°）时，某些金属完全丧失对电流的阻抗，成为理想的导体，又称超导体。而超导性在商业上的应用，一直到现在才将开始发展：用于制造新型的计算机磁芯体，核聚变反应堆，发电站等。然而，是谁最终从这些新发展中得益呢，自然不会是翁纳斯当年的资助者莱登大学。
物理学上具有革命意义的发现是十分稀罕的，它要汲取知识的精华，经历多年坚实而缓慢的进步。
然而，关键性的重大发现又会从完全没预料到的来源中产生。放射性是在偶然的情况下发现的。那时贝克勒尔发觉保存在抽屉里的照相底片神秘地变得模糊了。近年来，贝尔电话公司实验室的两名科学家试图找出卫星通讯受到干扰的原因。原来造成通讯干扰的肇事者竟是大爆炸中产生的剩余辐射。
以上这些事例给我们的教益是：根据科学上的成就来决定对基础物理的投资是困难的。如果要选准是否有机会对工业产生有用的发明，那就更困难了。不过，在作出选择前，立几条标准还是需要的，人们总不能不问代价盲目地支持一切项目。
要是把商业利润作为一个目标的话？那么就要考虑，研究者的目标是否与工业上的目标大体一致，就这样的标准而言，人们当然会选择固态物理（而不愿选择天文学和粒子物理）。
另一个标准可称为某一物理分支在导致有用的发明中的轨迹记录。
第三个标准关系到未来利益的时间换算表。通常的看法是，要在天文学和粒子物理方面有重大得益，时间换算比例很长，可能要五十年或更长。对一位经济学家或投资经理来说，这两门科学的价值就大大降低了。
此外，比起商业上的得失，科学上的意义更为重要。自从古代希腊人就原子的存在，关于无限概念以及宇宙起源展开辩论以来，从本质上说，人类知识的获得已经到此为止了。
今天的差异在于，对这些根本性问题的探求需要花费大量的资金。然而，社会已经富足得多了。要是美国或欧洲无力拨出部分人力、物力专门用于探索宇宙，那将是令人感到神伤的日子。
粒子物理学或空间计划跟欧洲建造中世纪教堂两者之间可以进行比较。这两者都代表人类历史上的冒险事业，显示人类精神的活力。
在探索宇宙的问题上，如果一种文明望洋兴叹却步不前的话，那么它对其他问题的探求也就停止了。那时除了粒子物理学没有前途以外，其他更多的东西都会死亡。
分清轻重缓急
为准备本文开始着手进行些研究时，我们怀疑，当完全可以灵活地运用小机器时，大机器的开支是不是太大了。最后，我们相信，高度的技术装备对科学的健康发展非常重要。
战后天文学的发展得益于新型望远镜技术和科学智能运用于宇宙探索的程度似乎不相上下。加速器技术的改进对粒子物理学同样是一种决定性的因素。类似的论据对‘小’科学同样适用：价廉的电子显微镜对生物学的贡献，可以与现代著名生物学家华生和克拉克的贡献相比。
科学不应减少它所使用的设备，而应该增加设备。在美国，由全国科学基金支付的赠款中，只有10%是用于基本设备的。
在大科学方面，情况要好一些。美国用于粒子物理学经费的四分之一是投资在设备上的。但是经济拮据现象是明显的：美国粒子物理学家仅使用现有设备的实际能力的一半，因为他们无力支付加速器的电费。
不论你了解哪一国家的纯粹科学，总是存在财力不济的问题或听到科学家谈论这个问题。最令人担忧的迹象是大学系科年龄结构在迅速老化。新成员的吸收非常之少，有任期聘书的第二流的科学家阻挡了能为科学之未来作出贡献的，第一流的男女青年科学家。
一位杰出的青年教授要在他周围建立起一个研究班子是困难的。同样，要想资助新的科学领域也困难重重。这些科学领域可望取得迅速进展的前景就好比五十年前量子物理学的景况。
问题的根子是，科学能轻而易举地获得资助的时代已经结束了。自六十年代以来，在最好的情况下，科学预算不过正好保持国民生产总值的增长率，可是跟不上通货膨胀率。
就科学本身而言，它放慢发展速度是可以理解的。大学生人数的增长停止了，对各国政府施加压力要求缩减开支的许多要求中，科研仅是其中的一项。纯粹科学的研究对经济增长不是一帖速效良药。
可是，无论是政府还是科学家都没作出让步，表示愿意接受“稳定不变的”预算。一方面，政府继续砍掉或改变它们准备提供的科研经费。这种情况在五十年代问题倒不大，那时，当年削减的经费可在第二年补足。可是这在目前就行不通，因为科学家没有作出规划的长期基础。
科学界不断地量体裁衣，尽力做到适应短期内容易达到的变化。情况往往是，最好的项目容易受到削减，比如，有前途的科学新领域和新的重要基本投资常被削减，而那些理应让它们死亡的较老项目在短期内是砍不掉的。
计划先行
政府应给科学界一个坚定的、制订计划的基础。政府应把大物理的预算和别的科学的预算清清楚楚地分开。这不仅可以确保大物理的前途，而且可以保护其他科学不被大物理的要求挤掉。在英国，应建立从科学研究委员会中分离出来的大物理委员会。
另一个合理的办法是把基本研究的经费和国民生产总值之间的比率确定下来。研究工作者将仍然在某种程度上易于受到短期内经济景况变化的冲击。但是科学计划制订人将会知道，在中期和长期内可供使用资金的增长额，他们会知道，经费是略有增长。手中握有略微增加的经费，如果想要干一番大事，那么他们为了腾出资金而不得不砍掉一些不必要的项目。
科学家享有许多自由在他们中间决定制定好了的全面预算。如果科学家珍视自己的自由，他们就应担起责任，保证做到：自由应起效果，就经费用在最需要的项目上作出强硬的决定。
这就意味着对正在进行的科研工作从质量上采取一种严格的立场。如果从最无效益的那部分算起，不支持10 ~ 20%的研究者，关闭10~20%的大学系科，停止出版10 ~ 20%的科学论文，很难想象最终会造成多大的损失。
以美国科学刊物《物理评论》为例，1920年全年共1200页，到1950年就达到9000页，到1977年竟达28500页。值得怀疑，大多数发表出来的论文是否会有十名以上的读者。
就天文学和粒子物理学而论，它们的平均标准（科研和研究者两者）可能大大高出其他科学的平均水平，部分原因是这些项目吸引了若干最杰出的人才，另一部分原因则是要赢得用大机器做实验的竞争相当激烈。但是这两者都难免不发生浪费。在欧洲做粒子物理学实验的开支是在美国做实验的两倍。
还有需要防范的危险，其中一个危险是专业分工过细。大多数应邀作答的科学家感到，物理学不存在分工过细的问题。但我们也听到过与此相反的证据。
事出意外
科学是关于意料之外的事，而意料之外的事又常常会在你认为意外的地方突然爆冷门。
有一个大问题需要科学家和政府共同探讨，官僚主义积疾浪费了大量科学人力。时间浪费在从一个委员会到另一个委员会的公文旅行上，又是提出研究项目申请又是报告赠款的合理开支。
今日的爱因斯坦和玻尔在哪里？他们很可能就是委员会的成员，也可能他们被科学管理上的官僚主义阻吓住了，都加入搞计算机的科学家的行列了。如果情况真是这样，短期内人类在物质上是富裕了，但在精神上，人类将变得贫困。
现在的一种倾向是要让科学符合于实际应用，这果然有许多长处。但是人们不应忘记为探索而探索的价值。
〔TheEconomist，1980年10月〕
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（注）大物理（bigphysics），这里是指物理学研究中那些耗资巨大，影响较深远的领域，本文具体指天体物理及粒子物理这二部分。