□本杰明·瓊斯（Benjamin Jones）

基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究不應(yīng)該對(duì)立起來，應(yīng)用性越高的研究越有可能對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)產(chǎn)生影響

19世紀(jì)的幾何學(xué)和愛因斯坦的相對(duì)論，與優(yōu)步（Uber）有什么聯(lián)系？研究證明，兩者有著相當(dāng)緊密的聯(lián)系。

優(yōu)步等移動(dòng)應(yīng)用可以通過位置共享將用戶和附近的可用汽車聯(lián)系起來，其理論基礎(chǔ)是全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)。GPS技術(shù)需要一個(gè)在地球表面和衛(wèi)星之間傳輸數(shù)據(jù)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)；但如果衛(wèi)星的設(shè)計(jì)沒有考慮到時(shí)間在地球和太空中是不同的這一事實(shí)（愛因斯坦廣義相對(duì)論的一個(gè)原則），衛(wèi)星就無法正確地傳遞數(shù)據(jù)。而愛因斯坦的廣義相對(duì)論依賴于黎曼幾何，黎曼于19世紀(jì)創(chuàng)立了這一理論，研究空間和曲線之間的關(guān)系，雖然當(dāng)時(shí)它被認(rèn)為是毫無用處的理論。

這個(gè)故事反映了一個(gè)關(guān)于基礎(chǔ)科學(xué)和學(xué)術(shù)價(jià)值的爭論。那么，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)繁榮的市場創(chuàng)新，究竟與基礎(chǔ)科學(xué)研究有著怎樣的聯(lián)系？

這是一個(gè)十分重要的問題。政府向?qū)W術(shù)中心、政策實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)投入了大量資金，但是這些投資會(huì)帶來多少回報(bào)呢？基礎(chǔ)科學(xué)研究是否最終能夠帶來實(shí)用的進(jìn)步？

關(guān)于基礎(chǔ)科學(xué)研究的價(jià)值，一直存在明顯對(duì)立的兩類觀點(diǎn)。一些人認(rèn)為科學(xué)研究是有應(yīng)用價(jià)值的新知識(shí)投資；而另一些人則認(rèn)為，科學(xué)研究是孤立的，在實(shí)際應(yīng)用中很難產(chǎn)生回報(bào)，正如市場創(chuàng)新極少依賴于大學(xué)或政府實(shí)驗(yàn)室的研究。對(duì)這個(gè)問題的態(tài)度，將直接影響政府資助基礎(chǔ)科學(xué)研究的政策。在這一背景下，我們深入考察了專利發(fā)明和基礎(chǔ)研究之間的聯(lián)系。

基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用的分離程度

過去的研究文獻(xiàn)通常聚焦于大學(xué)或其他研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家是否擁有專利或創(chuàng)辦企業(yè)，因?yàn)檫@將支持科學(xué)家與應(yīng)用之間的直接聯(lián)系。但這類研究的問題在于，科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，就像前文提到的黎曼那樣，不僅能被最初的發(fā)現(xiàn)者使用，其他了解的人也可以使用。此外，某個(gè)發(fā)現(xiàn)可能引致其他研究并最終實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，這意味著研究與其支撐的創(chuàng)新之間可能沒有直接聯(lián)系，但存在高度的間接聯(lián)系。

為了解釋基礎(chǔ)研究和相關(guān)應(yīng)用之間的直接和間接聯(lián)系，我們查找了1976-2015年美國專利商標(biāo)局授予的全部480萬項(xiàng)專利，以及二戰(zhàn)以來科學(xué)引文索引數(shù)據(jù)庫（Web of Science）可以檢索到的全部3200萬篇期刊論文。

大部分專利是由企業(yè)申報(bào)的，代表著潛在的市場創(chuàng)新。大多數(shù)研究論文都來自大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)。因此，這項(xiàng)研究不僅能夠追蹤科學(xué)研究和發(fā)明創(chuàng)新之間的聯(lián)系，還有助于追蹤從非盈利研究機(jī)構(gòu)到企業(yè)的知識(shí)流動(dòng)。我們的研究直接受益于大數(shù)據(jù)的發(fā)展，因?yàn)橹辉谶^去10年內(nèi)，才可以獲得研究所需的大量數(shù)據(jù)。

鑒于論文和專利都提供了參考文獻(xiàn)和引用來源，我們構(gòu)建了一個(gè)類似社交網(wǎng)絡(luò)的地圖，將專利和論文聯(lián)系起來。我們編寫了一個(gè)算法，根據(jù)所引用的中間論文或?qū)＠臄?shù)量，找出任意兩項(xiàng)之間的最短距離，有效識(shí)別給定專利或發(fā)明的“科學(xué)譜系”。

科學(xué)不應(yīng)停留在象牙塔

我們發(fā)現(xiàn)，科學(xué)研究與未來的實(shí)際應(yīng)用之間存在著非常廣泛的聯(lián)系。

雖然一些論文沒有被之后的研究引用過，但是在至少被引用過一次的研究論文中，80%的論文可能與后來的專利有關(guān)。與此同時(shí)，61%的專利與至少一篇研究論文相關(guān)。事實(shí)上，即使是在跨學(xué)科領(lǐng)域，大多數(shù)論文與專利之間的距離平均只有2-4項(xiàng)研究。

毫不奇怪，在數(shù)學(xué)等更抽象的科學(xué)領(lǐng)域，研究論文與專利之間的平均距離要比計(jì)算機(jī)等應(yīng)用科學(xué)遠(yuǎn)。此外，市場影響力最大的專利（根據(jù)市場估值來衡量）往往是科學(xué)密集型的，相較于其他專利更直接依賴于科學(xué)進(jìn)步。

總的來說，我們的發(fā)現(xiàn)表明基礎(chǔ)科學(xué)研究十分重要。但科學(xué)進(jìn)步并不像古老的諺語所說的那樣，“一棵樹在森林中倒下，即使周圍沒有人聽到它倒下的聲音，但它倒下時(shí)的確發(fā)出了聲音”。相反，縱觀科學(xué)文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)未來的專利（尤其是最具價(jià)值的專利）與基礎(chǔ)研究之間有著廣泛的聯(lián)系。

瞄準(zhǔn)巴斯德象限

我們同樣研究了如何最大程度地發(fā)揮基礎(chǔ)科學(xué)研究的潛在影響。也就是說，科學(xué)家如何才能從一開始就選擇正確的研究對(duì)象呢？

有一種浪漫的觀點(diǎn)認(rèn)為，科學(xué)研究主要是由好奇心驅(qū)動(dòng)的：一個(gè)學(xué)者選擇了某一條研究路線，是因?yàn)樗銮砂l(fā)現(xiàn)這個(gè)領(lǐng)域很吸引人，而不管它的應(yīng)用性如何。對(duì)應(yīng)用性的關(guān)注可能會(huì)被一些人視為不是“真正的”科學(xué)。

圖 科學(xué)（應(yīng)用與基礎(chǔ)）研究的象限模型

與此相反，我們的研究結(jié)果表明，應(yīng)用性越高的研究越有可能對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)產(chǎn)生影響。特別是那些被專利直接引用的研究論文往往會(huì)成為科學(xué)領(lǐng)域的“全壘打”，即成為被其他科學(xué)家廣泛引用的杰出論文。因此，關(guān)注現(xiàn)實(shí)世界的問題不僅可能促成能夠直接應(yīng)用的專利，還能推動(dòng)科學(xué)發(fā)展，深刻影響人們對(duì)于世界的理解。

如圖所示，第Ⅱ象限代表既由求知欲引致又以應(yīng)用為導(dǎo)向的研究，我們稱之為“巴斯德象限”。這是以19世紀(jì)著名生物學(xué)家巴斯德的名字命名的，因?yàn)樗谠S多前沿基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域研究的動(dòng)力是為了解決食品安全等難題。比如他從牛奶中除去有害細(xì)菌的努力，使他同時(shí)發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代生物學(xué)最重要的觀點(diǎn)之一——細(xì)菌會(huì)引起特定的疾病。

所以，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究不應(yīng)該對(duì)立起來，兩者都很重要，但巴斯德所做的跨越兩者界限的工作——由現(xiàn)實(shí)問題構(gòu)成且致力于解決現(xiàn)實(shí)問題的科學(xué)研究——也是富有成效的。

總之，我們發(fā)現(xiàn)，在科學(xué)研究中，有相當(dāng)大的一部分與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密。這種聯(lián)系有的是間接的，表明基礎(chǔ)研究可能在最終的實(shí)際應(yīng)用中獲得多種多樣和意想不到的回報(bào)。與此同時(shí)，與實(shí)際應(yīng)用最直接相關(guān)的科學(xué)研究也在科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。像巴斯德那樣做研究更有可能成為科學(xué)領(lǐng)域的“全壘打”。