美国大科学革命与战后世界科学格局的变革

如果说20世纪20年代问世的量子力学帮助美国科学建立了一个平等的新起跑线，那么在二战后蓬勃兴起的大科学革命则使得美国科学领先世界的速度加快，领先幅度更加扩大，以至于我们可以把这个大科学革命称为美国的科学革命。二战前美国科学教育经费主要来自基金会和州政府，战后则主要是来自联邦政府，尤其是美国的军方。在欧洲、日本、苏联仍然在试图恢复战争创伤的时候，美国的这些充足的科研经费使得美国科学家可以进行花费巨大的科技研究、从别国引进杰出人才、向别国输出科研方法和仪器设备并影响全世界科学研究的方向和价值观，从而打造出一个美国主导的大科学革命并使得美国在继续现代化进程的同时也成为其他国家在科技和其他方面实现现代化的参考目标（Forman，1987）（Kevles，1990）（Leslie，1993）（王作跃，2011）。

尽管诺贝尔科学奖数目并不是衡量一个国家科学水平的唯一标准，甚至不是最好的标准，而且其评判的办法、过程还会受到民族主义、政治和其他非科学因素的影响，但大多数人认为它至少是衡量一个国家科学水平的标准之一。因此，我们不妨参考一下各国历年获得诺贝尔科学奖（物理、化学、生理学或医学）的数目（表3-1），了解美国科学在战后的飞跃成长及其世界领先的地位：

表3-1　各国历年获得的诺贝尔科学奖数目及占总数的百分比（按国别和时期，1901—2002年）

（续表）

1901—1984年间的数据来自 Congressional Research Service，Library of Congress，The Nobel-Prize Awards in Science as a Measure of National Strength in Science，Science Policy Study Background Report No.3，Task Force on Science Policy，Committee on Science and Technology，U.S.House of Representative，99th Congress，2nd Session（Washington，DC：U.S.Government Printing Office，1986）12-13，（1901—1914年的总数有修改）。1985—2002年间的数据来自诺贝尔奖基金会网站 www.nobel.se。请注意在1985—2002年间有几个获奖者在得奖时拥有双重国籍。在此情况下，获奖者在哪一个国家做出的获奖工作就被算在哪个国家里。还有几个获奖者，他们的获奖工作在美国做出，但获奖时还不是美国公民，尽管他们后来入籍美国。在这种情况下，他们的奖项没有被算在美国，如李政道和杨振宁1957年获奖时还不是美国国籍，就算在中国而没有算在美国。

表3-1显示美国在二战后1945—2002年间所获得诺贝尔科学奖数目远超过其他国家，为全球的53.69%。该表也印证了前面关于美国科学在20世纪20年代后期和20世纪30年代初期已经达到世界先进水平的观点。从表中可以看出，在1925—1934年间，美国获得了7个诺贝尔科学奖，数目位于德国之后，与英国并驾齐驱。到了1935—1944年间，美国得奖数为8个，开始超过其他国家成为领先者。由于做出获诺贝尔奖的工作和得奖之间有时间差，所以可以说在20世纪20年代后期、30年代初期，美国科学家应该已经开始领先于世界。

二战后，美国在科技上的杰出表现得益于二战时和战后国内外一系列科学格局的变革。在战前和战时发展的基础上，美国科技界和政府的联系越来越密切，其主要表现是联邦政府对科技研发的投入逐渐增大。这一方面当然是得益于美国经济在这段时间不仅雄踞世界首位而且稳定增长，国内生产总值（GDP）占全球GDP的一半左右。另一方面是因为美国政府，尤其是军方，从二战和冷战中意识到科技对国防的重要性，并把其作为加强国防的一个最重要组成部分。海军建立了海军研究署（Office of Naval Research，简称ONR），国会立法成立了原子能委员会来接管曼哈顿工程，并成立国家科学基金会来资助基础科学研究。这些政府机构资金雄厚，成为美国大科学工程的主要资助者，特别是在高能物理、地球物理、天文学等领域。国家卫生院在战前就存在，并在战后得到大力发展。它拥有多个高水平的研究所，不仅自己进行世界领先的生物医学研究，更重要的是通过一个行之有效的同行评议系统，并依靠从国会得到的越来越多的经费，来资助卫生院之外的各大学等科研机构的生物医学研究。另外，还有一些条件和因素有利于美国科学在战后得到迅速发展：战时遗留下来的物资（例如雷达装置）；理论科学家与实验科学家之间，科学家与工程师之间的团队合作经验和精神逐渐成熟；受到美国退伍兵优惠政策而推进的科学研究生扩张计划。与此相比，大多数其他国家，包括战前的科学强国德国、法国和英国，都还在慢慢地从战争的创伤里走出来，从而不可能像美国那样大规模地资助科技研究（Kevles，1987）（Galison，1997）（Kaiser，2002）。

20世纪60年代，欧洲经济合作和开发组织曾经专门调查过欧洲、美国和日本在科学技术上的支出及人员规模并进行比较。根据其研究列出了下面的表3-2，其中各种各样的统计数据都显示出美国在这些方面大大超过了其他国家。其中一项最引人注目的数据是美国在1963—1964年间的研究与开发经费为210亿美元，约等于英国、西德、法国、日本和加拿大五国类似的经费加起来（62.11亿美元）的3.5倍。这个表还显示出这样一个相关性：国家研发支出和人员规模与该国所得到的诺贝尔科学奖数目上的排名高低基本上呈正比关系。

表3-2　1963—1965年美国、欧洲、加拿大和日本的研发支出和人员数目（OECD，1968）32

该表中国民生产总值（GNP）和人口数据来自1964年的统计，而研发和研发人员数据是在1963—1965年间的各国统计数据。(www.xing528.com)

一个国家的科研论文产出数量一般是与一个国家的科学共同体规模成正比的。在这方面的统计数据同样说明了战后美国在国际上的统治地位。例如，在1973年美国产出的科研论文为103 780篇，远远超过第二名英国（25 005篇），第三名苏联（24 418篇），第四名德国（16 408篇），第五名法国（15 102篇），第六名日本（14 265篇），第七名加拿大（11 907篇），第八名印度（6 880篇），第九名澳大利亚（5 341篇）和第十名意大利（4 691篇）。对于前五名来讲，其论文数目与它们在1955—1973年间所得到的诺贝尔科学奖数目排序是一致的（Frame，1977）504。

关于论文出版情况的统计还显示出英语逐渐取代德语而成为科技界占统治地位的语言。这个状态在二战前就已经开始，在战后更加明显。在发表论文最多的前十个国家里，四个英语国家——美国、英国、加拿大、澳大利亚——的论文数目占了总数目的64.1%。而英语论文在科技论文中所占的实际比例可能更高，因为有不少非英语国家的科技人员也用英语发表他们的科研成果（Bartholomew，2003）。

美国在科技资源上的国际优势在高能物理这个最“昂贵”的科研领域里表现得最突出。例如，澳大利亚的物理学家们本来在1946年曾经计划开展电子直线加速器的研制，以避免在更昂贵的回旋加速器领域与美国正面竞争。但他们很快就发现，即使在电子直线加速器领域里，他们还是会遇到美国的强劲挑战：建造电子直线加速器需要使用从军方退役的雷达装置，澳大利亚的物理学家们希望得到的是200台，而以美国加州大学伯克利分校物理学教授阿尔法莱斯（Luis Alvarez）为领导的小组已经从美国军方搞到了3 000台！在这种情况下，澳大利亚的加速器计划在20世纪40年代后期搁浅，其科学家把研究重点转向了射电天文学并取得了一些成就，包括发现太阳黑子活动和太阳磁暴之间的联系（Munns，1997）。同样因为经费和资源的问题，意大利的物理学家们选择相对不太花钱的宇宙射线研究并做出很大的成就。在这方面，他们得益于20世纪30年代从意大利移民到美国的犹太裔科学家罗西（Bruno Rossi）的帮助（Amaldi，1948）。

在与美国竞争的科技强国里，英国在科技资源和诺贝尔奖数目上都表现不俗，这可能跟英国从第一次科学革命以后建立起来的坚实科学传统有关，也得益于它在二战中没有遭受到其他欧洲国家那样大的创伤，当然还因为它与美国一直保持的密切科技联系。英国物理学家莫特（Neville F.Mott）在1948年5月出版的美国《今日物理》杂志创刊号上曾经撰文称：“我们在英国这样的一个氛围里工作，我们不缺钱，不缺人手，不缺热情，不缺人才。”但莫特也承认，在物资普遍短缺的条件下，仪器和实验室还是很成问题。同样为了避免与美国直接竞争，英国有意地选择了一些其他领域进行重点发展，包括宇宙射线、固体物理、低温物理。莫特自己在固体电子结构方面做出成就，从而分享了1977年的诺贝尔物理学奖（Mott，1948）。

美国对日本战后的科技发展也产生了重大影响。首先，二战末期，美国和中国等盟军对日本的打击加剧了其资源的短缺，而战后美国占领期间旨在遏制军国主义的政策也限制了日本的科技发展。1945年底，正当中华民国政府要向盟军提出由日本移交其回旋加速器给中国作为战争赔偿时（其中一台大型加速器是战前由劳伦斯在伯克利设计制造然后出口到日本的），美军下令把它们破坏掉并沉入东京湾（Parrott，1945a，1945b，1945c）（梁东元，2007）。

尽管美军后来承认这是一个失误，但此举还是引起世界范围的抗议。物理学家卡尔·康普顿（Karl Compton）当时任麻省理工学院院长，刚刚领队到日本进行了一次科技情报考察，回来听到这个消息后马上发表声明激烈抗议（Smith，1970）（Home et al.，1993）（Beyler et al.，2003）。日本在战后早期致力于应用研究多于基础研究，一方面是因为美国的占领，另一方面是因为日本自身科技发展的传统。尽管有几个杰出的基础科学家做出了巨大成就，例如汤川秀树1934年提出介子理论并于1949年获得诺贝尔物理学奖，朝永振一郎战后在量子电动力学方面做出贡献（1965年分享诺贝尔物理学奖），江崎玲于奈20世纪50年代在索尼工作时发现量子隧道效应（1973年获诺贝尔物理学奖），但总的来说日本科学在战后一段时间里没有得到国内和国际的关注。日本国家高能物理实验室到1971年才正式建成（Bartholomew，1997）。

苏联倒是在几个关键科技领域里像美国一样进行了大力投入。美国的苏俄科技史学家格莱姆（Loren Graham）研究得出结论：“苏联在科技上的投入在其整个财政预算中所占的比例超过了其他任何一个工业化国家。”他还认为苏联建造了“世界上最庞大的科学体系”（Graham，1998）53。冷战时期，苏联在社会主义阵营里建立了一个科技交流的架构，其成员包括东欧和中国。在20世纪50年代，出于国际地缘政治考量和国内政治斗争的需要，苏联通过技术援助向中国进行了世界历史上规模最大的一次技术转移，范围包括机械和化学工程、航空航天技术、水利和军事技术（张柏春等，2004）。

苏联战后在物理学方面取得了几项领先世界的成就，后来这些成就都获得了诺贝尔物理学奖，包括朗道关于液氦的研究，苏联物理学家独立于美国物理学家做出的微波激射器及发现激光。但是，由于苏联政治对学术的干涉、对科学家的迫害，以及苏联与西方的科学信息交流中断，苏联科学应该说并没有发挥出所有潜力（Graham，1996）。