中国西南部四川省的中国锦屏地下实验室(China Jinping Underground Laboratory)也有类似规模。寻找暗物质的实验,最近已经扩大到世界上最大和最深的地下实验室,位于锦屏山下2400米处。地球系统数值模拟装置(EarthLab)位于北京,是模拟地球气候系统的高性能虚拟实验室;高海拔宇宙线观测站(LHAASO)位于四川,使用遍布青藏高原的探测器阵列,以扫描高能宇宙射线和γ射线,这是中国在过去两年中推出的另外两个大型基础设施科学设施。还有别的设施正在建设中,包括北京的高能光子源,这是中国第一个高能同步辐射设施,将于2025年投入使用。
华盛顿特区非营利组织中美研究所(Institute of China-America Studies)的杰出研究员丹尼斯·西蒙(Denis Simon)说,中国在全球研究领域迅速崛起的下一个阶段,将是关注大科学。在2022年自然指数中,中国的自然科学产出已超越了美国,现在领先了近5000个份额。西蒙说,建造和运营大型设施的声望,会促进巩固中国作为科学超级大国的地位,这些大科学装置旨在产生大量数据和见解,可用于多个领域和行业。
例如,从欧洲核子研究组织(CERN)的大型粒子加速器中衍生出来的技术,已经彻底改变了医学成像,并引发了万维网的发展。现在大范围的使用在智能手机、网络摄像头和别的产品的微型相机技术,可以追溯到美国国家航空航天局(NASA)的星际任务工作。西蒙说:“中国仍在寻找突出其发展速度的重大突破。”但还有另一个因素推动中国积累大科学基础设施,他补充说:“中国想要赢得诺贝尔奖。”考虑到中国研究团体的规模,中国的诺贝尔奖数量非常低。中国近期唯一一项获奖研究——2015年诺贝尔生理学或医学奖,获奖原因是发现了治疗疟疾的药物青蒿素——是为了表彰主要在20世纪70年代进行的研究。西蒙说,赢得更多的诺贝尔奖,以肯定中国在全球科学领域的领头羊,这是中国领导人公开讨论的事情。“这在某些特定的程度上与民族自豪感有关——这是一种不断鼓舞士气的方式,表明中国不再是跟随者,而可以成为领导者。”
从历史上看,世界上大多数大科学项目都是由美国、欧洲和日本主持的,这些国家在中国于1984年启动的第一个重大科学基础设施——北京正负电子对撞机(BEPC)之前几十年就开始建设设施了。但中国很快就迎头赶上。西蒙说:“ 1980年,当中国决定开始与西方合作时,关系非常不对称,中国远远落后。”他补充说,现在,中国的立足点更加均衡,“甚至在某些研究领域或子领域处于领头羊”。
。在天体物理学中,高海拔宇宙线观测站LHAASO捕捉到了,迄今为止探测到的最高能量γ射线爆发,这一事件以至于挑战了物理学的经典理论 (The LHAASO Collaboration Sci. Adv. 9, eadj2778; 2023)。西蒙说:“在这个时代,中国是更加积极主动、更有一定的影响力的参与者,正在塑造游戏规则。”这种转变,将怎么样影响全球研究生态系统,还有待观察。柏林马克斯·普朗克科学史研究所(Max Planck Institute for the History of Science)研究小组的负责人安娜·丽莎·阿勒斯(Anna Lisa Ahlers)表示:“目前正在进行的讨论,包括中国国内的讨论,表明中国在国际科学中发挥了及其重要的作用,只是处于前沿,擅长于高质量的后续工作,而不是自己开创新的趋势。”“如果建立了其他几个国家没有的科学基础设施,这样的一种情况可能会改变,”她说。在今年早一点的时候的一次政策会议上,最高领导人呼吁在科技领域进行更多的“颠覆性创新”,并将国家的科学预算提高了10%,尽管整体经济稳步的增长缓慢。
高压科学中国新的大科学基础设施,能否带来预期的收益,很大程度上取决于位于北京的中国科学院(CAS),这是世界上最大的科学研究机构,负责建设和运营中国大部分的大科学设施。作为中国最重要的研究资金接受者,中国科学院有望提供中国领导层渴望的改变游戏规则的研究发现。西蒙说:“中国科学院一直认为,如果中国想成为科技大国,就要提升基础研究,包括大科学基础设施。”目前大科学装置的愿望实现了,此刻中国科学院是该交卷的时候了,为此也承受着很大的压力。在中国领导人中,有一种对总系统的不断告诫:你必须做得更好you’ve got to do a better job。
入液态氮。来源:Imago/Alamy中国科学院在建设如此庞大的专业基础设施时,面临的个主要挑战之一是,由于多个项目同时启动,中国精英人才正变得捉襟见肘。例如,在中国重要的研究领域高能光子科学中,由于地方政府资助的项目与中国科学院和北京、上海的其他研究机构,正在开发的项目相互竞争,这些设施正在互相poaching挖人。“我不确定让这么多基础设施项目同时(运行)是否明智,”德国汉堡基础科学研究所德国电子同步加速器(German Electron Synchrotron)的区域研究研究员马库斯·康莱(Marcus Conlé)说。Conlé去年作为代表团的一员访问了中国,探索潜在的研究合作。
康莱说,中国许多大科学项目的设施优先方法是另一个痛点。“在欧洲,这一过程,将是研究人员提出一项超出现有研究基础设施限制的实验,然后提出建造新仪器的理由。”在中国,有更多的动力来建造仪器,以获得世界第一的地位——尤其是在基础设施由地方政府资助的情况下——“然后科学家们,试图找出怎么样去使用大科学装置的方法,”康莱说。他补充说,这样的一种情况反映出了,中国在建造和操作此类大科学装置仪器方面,经验相对不足,尽管在上海等主要研究中心,这样的一种情况正在迅速改变。
哥伦布市俄亥俄州立大学(Ohio State University)研究国际科学合作的公共政策研究员卡罗琳·瓦格纳(Caroline Wagner)说,通过合作,向其他几个国家学习,对中国的大科学未来,有很重要的战略意义,尽管中国与西方的政治关系依然紧张。Wagner指出,中国投资的大部分大科学基础设施都是,世界领先的海外设施科学家协商设计的。她说:“研究人员知道,必须加强国际交流与合作,才能提高研究工作质量,例如,我们大家可以从俄罗斯的经验中,看到这一点。”
一些西方国家担心,中国的合作研究关系等同于单向的技术转让。因此,Ahlers说,“中国大学正在说服国际科学家”在中国工作,却“变得更困难”。然而,中国的大科学装置项目,具有更强大的吸引力。Ahlers说:“要成为全世界科学强国,需要吸引国际研究人员,而这正是这些大科学基础设施项目,正在做的事情。”“许多研究人员真的想去这些独特的大科学基础设施,因为这是在另外的地方没有办法获得的新数据来源。”
康莱说,中国对大科学的投资,也能带来全球利益。他表示:“中国合作伙伴的合作慢慢的变困难,但也慢慢变得有趣。”“在过去,这通常涉及在欧洲设施的合作——但现在也可以是在中国的大科学装置合作。”
西蒙还看到了中国推动大科学装置,对全球科学的主要好处。“需要睁大双眼,”他说。“但是,如果西方在互惠互利mutual benefit这个词有一些潜在含义的时候,离开中国,那将是不明智的——因为这种人才流动,不但可以从西方流向东方,而且现在也可以从东方流向西方。”