中国科学院过程工程研究所介尺度研究部李静海

haozi

近年来，科学范式的变革逐步成为科技界讨论的热点问题；同时，如何应对全球性挑战，比如气候变化、自然灾害、重大疾病、社会经济体系治理等，也亟待找到有效的解决方案。然而，这两方面的讨论基本上相互独立：前一方面的讨论涉及比较笼统的趋势判断，后一方面的讨论则侧重于具体要解决的问题。事实上，如何统一这两方面的讨论是一个尚未触及的重大课题。由此，可望以相互促进的方式协同、有效地推动这两个方面。但什么才是可以连接这两方面的桥梁？
　　为回答这一问题，中国科学院过程工程研究所李静海院士对科学范式变革的本质内涵、全球性重大挑战背后的核心科学问题进行了剖析，提出了将适应和推动科学范式变革与应对全球性挑战相结合的策略，近期以Paradigm shift in science with tackling global challenges 为题发表于《国家科学评论》（National Science Review, 2019）。
　　文章指出，尽管大数据被认为对科学范式变革十分重要，但也许并不是科学范式变革的最本质的内涵，最本质的应当是伴随科学范式变革而发生的或推动科学范式变革的科学研究内容、方法和范畴的改变：研究内容由静态平均过渡到动态结构，由局部现象扩展到系统行为；研究方法由传统的定性分析逐步向定量预测转变，从单一学科不断发展为学科交叉，从数据处理延伸到人工智能；研究范畴由学科分割的知识区块拓展到知识体系，从传统理论上升为复杂科学，从追求细节发展到尺度关联，从多层次的分科知识演变到探索共性原理。同时，解决全球性重大挑战背后的核心科学问题已成为科学共同体的重大使命和责任。由此，科学家好奇心驱使和实际需求牵引有机结合的双轮驱动模式正受到全球的广泛关注。
　　文章进一步指出，这些变化应当充分反映在科研活动中，才能有效适应和促进科学范式的转变，也才能有效破解重大挑战。这就需要打破传统思维，在科学研究和科研资助中有效采用适应和推动科学范式变革的理念和策略。这也是发展科学技术的一个重大机遇。为此，文章试图提出一个新策略：把所研究的每个复杂问题看作由多层次系统组成，明确每一层次系统由大量单元组成；不仅要关注单个单元行为，更要关注单元相互作用产生的群体效应及其与系统行为的关系；对选定的所在层次的系统要明确系统内部条件和外部环境对系统行为的影响；结合还原论方法和系统论方法，重视单元和系统之间介尺度行为受哪些控制机制作用而发生群体效应；界定群体效应发生和消亡的临界条件；最后要实现不同层次系统的关联。
　　为具体说明，文章列举了涵盖多个学科、领域的九类问题作为应用新策略的尝试。这些问题不仅与科学范式变革相关，同时也直接对应于重大挑战，也许可作为应用新策略，将推动科学范式变革和应对全球性挑战结合进行的具体实例。文章补充指出，在社会经济体系的治理中，新策略也许同样适用，比如，可用于指导联合国2030议程确定的17个可持续发展目标的实施。最后强调，学科交叉已成为科学突破的主要途径，科学范式变革和应对全球性挑战的统一需要不同学科、领域的共同努力，这也需要理念的转变。