从爱因斯坦到AI：看百年科研如何变迁

2023年初，《自然》发表的一篇论文称科研的突破性越来越低[1]，回顾过去100年似乎能证实这一观点。20世纪在一场物理学革命中开启。1900年，马克斯·普朗克奠定了量子理论的基础。之后便迎来了爱因斯坦的“奇迹年”（annus mirabilis）：1905年，爱因斯坦连发四篇开创性论文，分别关于光电效应[2]、布朗运动[3]、狭义相对论[4]，以及他用著名的质能方程E = mc²描述的质量-能量关系[5]。接下来的几十年里，广义相对论和量子力学也相继成形。

其他科学领域也进入了发展快车道。1910年，美国遗传学家托马斯·亨特·摩尔根（Thomas Hunt Morgan）用果蝇（Drosophila）证明了基因以染色体为载体，迈出了通往现代遗传学的重要一步。同年，玛丽·居里（Marie Curie）成功分离了纯镭（元素周期表第88号元素）。1925年，澳大利亚人类学家雷蒙德·达特（Raymond Dart）描述了一个南方古猿非洲种（Australopithecus africanus）头骨，给出了非洲是人类摇篮的首个证据[6]。

另一些科学突破对人类生活有着更实际的影响。1907年，比利时化学家列奥·贝克兰（Leo Baekeland）将他发明的“bakelite”商品化——也就是塑料的前身。这种材料由不会断裂的长链碳氢化合物分子组成。它不导电，易塑形、耐热，染色后很美观。

1909年，德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）发现了一种合成氨的方法，1913年，他和化学家同事卡尔·博施（Carl Bosch）在德国化学公司巴斯夫（BASF）对此进行了商业化。他们通过固定空气中氮气生成氨气的技术成了肥料的基础，到今天仍在保障全球的粮食安全。

在一百年前的人看来，今天的科研图景经历了天翻地覆的变化，国际大型团队合作下的科研和创新规模以及科研资金的来源（主要来自工业界）都是那个时代的科学家难以想象的。科研成果向同行和大众的传播方式也会让他们既陌生又熟悉，虽然论文仍然需要发表，但只是当今科普的其中一种方式。科研群体如今承担着更多伦理、法律和社会义务。

站在为科学发展指明新方向的角度，很难说21世纪到现在的一些发现不具有突破性。通过全球合作和多国资助，科学家在2001年发布了首个人类基因组序列草图[7]，并在2012年发现了一种高效的基因编辑方式[8]。这些成果让研究人员在新冠大流行期间以更快的速度推出了mRNA疫苗。

基础物理学家在2012年发现了希格斯玻色子[9,10]——距离对其的预测过去了近50年。2015年，引力波首次被直接探测到[11]，距离广义相对论为引力波的存在奠定理论基础过去了近100年。

科学和社会的变迁还体现在其他方面。过去一个世纪让研究人员看到了创新的各种风险，包括塑料和人造化肥。为此，许多国家通过联合国制定了有法律效力的协议，来减少科技创新的可能危害。

贝克兰发明的塑料改变了人类的生活，也成了今天减少污染协议的主角。合成氨的技术至少受到两个国际公约的监管。第一个公约旨在限制或减少这种化合物生产过程中排放温室气体的风险。第二个公约致力于消除化学武器，这一对哈伯发明的应用在第一次世界大战期间得到了他本人的支持。

人工智能（AI）技术这些更近期的发展还没受到国际公约的约束，但这些领域不应该是法外之地。大型语言模型和生成式AI——今年最大的两个突破性创新——的应用不能弊大于利。《自然》一直在关注生成式AI技术背后的挑战以及当下的监管缺位。发展到一定阶段时，这类系统需要受制于全球性公约，就和之前的核材料、药物、疫苗等创新一样。

现在还无法精准预测本世纪的创新会给一百年后的世界带来什么。但可以预言，全世界的社会、经济和环境将再次发生剧变。为此，国际社会更应当对AI等技术创新做好监管，保证等待我们的是福不是祸。