Fred Phillips

University of New Mexico, Albuquerque, NM 87131, USA

1. 引言

由全球15 000名科學(xué)家發(fā)布的第二封《致人類警告信》（Warning to Humanity）[1]、“令人失望的”COP25會議（《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十五次締約方會議）[2]，以及“形勢嚴峻的”聯(lián)合國報告[3]均表明，地球環(huán)境能夠維持人類生存的時間將比物理學(xué)家斯Stephen Hawking所預(yù)言的200年要短得多。

本文旨在敦促工程師將項目管理經(jīng)驗以及技術(shù)能力投入到最能拯救人類的工作當中去。本文主要描述了聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標（SDG）項目的獨有特征，并將其與粒子物理學(xué)家在不確定性下開展的長期項目進行了比較，提出了一些值得工程學(xué)家與政策制定者關(guān)注的重點問題，同時還介紹了一個旨在攻克技術(shù)問題的開放科學(xué)程序。

2. 聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標—好消息與壞消息

聯(lián)合國制定了17個可持續(xù)發(fā)展目標，其中169個子目標被稱為“targets”。與之前被普遍認為是由“自上而下”的權(quán)威機構(gòu)所制定的千年發(fā)展目標（Millennium Development Goals）不同，可持續(xù)發(fā)展目標是從涉及多個地區(qū)的大范圍的訪談中提煉而成。

人們就目標的內(nèi)容以及2030年的目標完成期限已經(jīng)達成了廣泛共識。然而，關(guān)于如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標目前尚無定論。此外，人們普遍認同的是，使用當今的技術(shù)也無法實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。未來，在減少廢物、凈化排放、回收利用、地球工程、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、清潔技術(shù)和能源效率等方面的創(chuàng)新將對人類產(chǎn)生重大影響，并且對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標至關(guān)重要。

一些工程項目耗時多年，有的甚至超過10年的時間。它們的成功完成取決于項目啟動之日尚不存在的技術(shù)。如果實現(xiàn)該項目的主要設(shè)計所需的技術(shù)遲遲沒有出現(xiàn)，那么管理此類項目的關(guān)鍵則在于靈活多變，即隨時靈活調(diào)整項目計劃或啟動備用設(shè)計方案。而至于技術(shù)本身，項目負責(zé)人必須決定是被動地等待所需進展還是主動地支持、參與其發(fā)展。以可持續(xù)發(fā)展目標項目為例的技術(shù)在不確定性條件下開展的項目與在固定技術(shù)下進行的傳統(tǒng)短期產(chǎn)品開發(fā)的項目有很大的不同。

實際上，距實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標僅剩10年，歐盟進一步承諾到2050年實現(xiàn)CO2的“凈零排放”。The Economist [4]指出，為實現(xiàn)后一個目標，人類將需要采用“創(chuàng)造性的新技術(shù)”對CO2進行回收。

在通往2030年和2050年的道路上，綠色技術(shù)、生產(chǎn)成本和資金來源、生產(chǎn)者和消費者的接受程度以及許多其他社會、政治和人道主義因素，都存在著不確定性。

3. 技術(shù)不確定性下的長期項目—如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標，如建造下一代粒子加速器或探測器？

從事“原子粉碎”（atom smashing）和太空粒子探測工作的物理學(xué)家所面臨的項目困難，與我們在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標時所面臨的困難非常相似。本節(jié)列舉了對上述項目具有指導(dǎo)意義的異同點。

首先，在構(gòu)建下一代粒子加速器和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標之間存在明顯的相似之處。粒子物理設(shè)施的規(guī)劃與建設(shè)需要花費很長時間。例如，歐洲核子研究組織（法語：Conseil Européenn pour la Recherche Nucléaire；英語：European Organization for Nuclear Research）所計劃的未來環(huán)形對撞機（FCC）項目將至少需要30年的時間才能完成[5]。Lucibella [6]寫道：“這樣一個龐大的項目，面臨著各種技術(shù)、經(jīng)濟和政治挑戰(zhàn)，有些挑戰(zhàn)相對容易克服，有些則較難?！蔽覀兛梢詫⑺瑢崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標所需的10年時間（樂觀地講）進行比較，后者也面臨著類似的挑戰(zhàn)。

與氣候變化倡議相同，設(shè)計下一代粒子加速器或地下粒子探測器也是一項需跨國協(xié)作的工作。Gilchriese等[7]提到，在加拿大、中國、西班牙、美國、日本、法國、印度和意大利均建設(shè)有當代探測器開發(fā)項目的合作站點。

粒子物理開發(fā)項目以及可持續(xù)發(fā)展目標項目均涉及多個組成類別。對于可持續(xù)發(fā)展目標項目而言，它涉及受氣候變化影響的所有人口、政府和企業(yè)。對于周長為100 km的未來環(huán)形對撞機而言，則需要考慮土地所有者、考古學(xué)家、建設(shè)公司、政府資助機構(gòu)、儀器開發(fā)商和多個領(lǐng)域的物理學(xué)家的綜合意見。文獻[8]中提到：“由歐洲核子研究組織主持的未來環(huán)形對撞機研究是由135 個研究機構(gòu)和大學(xué)以及來自世界各地的25個行業(yè)合作伙伴共同參與的國際合作?！?/p>

上文已經(jīng)簡述了對于環(huán)境問題進行補救的至關(guān)重要的未來技術(shù)。對于粒子探測而言，“下一代暗物質(zhì)和粒子衰變實驗需要其檢測器、靶材以及屏蔽材料均達到前所未有的放射純度水平，部分靈敏度極高的實驗需要在高純鍺（HPGe）探測器γ射線光譜儀中進行”[7]。對于加速器而言，“工程挑戰(zhàn)包括為巨型粒子加速器的儲存環(huán)設(shè)計足夠強的磁鐵、容納由粒子束發(fā)射的同步加速器輻射，以及推斷未來20年的計算機技術(shù)的發(fā)展”[6]（另見參考文獻[9]）。如果這些技術(shù)未能在項目規(guī)劃范圍內(nèi)實現(xiàn)，那么粒子檢測設(shè)施的建造將毫無意義。

這兩種項目的成本都極高，未來環(huán)形對撞機將最終耗資240億歐元[5,10]，而這與可持續(xù)發(fā)展目標項目可能消耗的數(shù)萬億美元相比，只能算是“小巫見大巫”。

上述兩種項目的資金不確定性也很高。物理學(xué)家擔(dān)心，執(zhí)政者對于項目無法保持30年的興趣并持續(xù)進行投資，對他們而言，這很可能就是個無底洞。對項目成功至關(guān)重要的專業(yè)人員可能會辭職、退休、死亡或投身到更能立即獲得回報的項目當中去。從可持續(xù)發(fā)展目標項目來看，商業(yè)經(jīng)濟體的激勵是不當?shù)?，其傾向于支持環(huán)境污染而不是對環(huán)境補救進行支出。

物理學(xué)家與環(huán)保主義者都在各自的項目要素之間進行權(quán)衡取舍與協(xié)同。Gilchriese等[7]指出，粒子探測器可能“與核不擴散運動具有協(xié)同作用”，并且“為中微子物理學(xué)所建設(shè)的大型地下探測器亦可被用于重子數(shù)反常（baryon number violation）的相關(guān)研究”。相較于其他設(shè)計，加速器或檢測器的每種設(shè)計替代方案均有特定的優(yōu)勢以及相應(yīng)的短板。一個關(guān)于項目要素“權(quán)衡”的具體實例是“下一代（噸級）無中微子雙β衰變實驗可能面臨著G2/G3規(guī)模的暗物質(zhì)對于空間的競爭”[7]。本文的下一節(jié)將重點關(guān)注可持續(xù)發(fā)展目標項目中與之類似的取舍和協(xié)同作用。

理想的組織結(jié)構(gòu)對于可持續(xù)發(fā)展目標項目以及粒子物理學(xué)項目而言也同樣是一個挑戰(zhàn)。“將現(xiàn)有的地下設(shè)施全部部署在一個傘狀組織當中，可以更好地提高美國的測定能力”[7]。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標的重要組織（雖然目前還不能實現(xiàn)高效協(xié)作）包括地方政府、企業(yè)圓桌會議、世界經(jīng)濟論壇以及《巴黎協(xié)定》（Paris Accords）的簽署國?？沙掷m(xù)發(fā)展目標項目沒有一個特定的項目經(jīng)理，而是否應(yīng)當設(shè)置該項目經(jīng)理目前也尚無定論。

最后，可持續(xù)發(fā)展目標項目與加速器項目相似的是，它們甚至都可能使人類的生存出現(xiàn)問題。物理學(xué)家曾考慮過，用于尋找希格斯玻色子的大型強子對撞機是否帶有產(chǎn)生一個吞噬地球的黑洞的風(fēng)險[11]，但最終，學(xué)者們認為不會存在這一風(fēng)險，事后看來，也確實是這樣。

可持續(xù)發(fā)展目標項目與粒子研究計劃之間的相似性令人驚訝。盡管如此，兩者還是有著顯著的區(qū)別。差異之一在于設(shè)計備用方案的思路?！拔磥憝h(huán)形對撞機的最終設(shè)計與設(shè)計緊湊型線性對撞機或CLIC的并行工作背道而馳。”Lucibella指出[6]，“一旦兩個設(shè)計都完成，歐洲核子研究組織只會從中選擇一個。”同樣，如Gilchriese等[7]所言，“噸級0νββ實驗的地下深度要求取決于相應(yīng)技術(shù)的選擇，因此目前還不完全清楚。”

盡管人們會說我們只有一個星球，因此沒有其他的設(shè)計方案可供選擇，但我們的星球的確存在地理與文化的多樣性。這使得這些實驗成為可能。Phillips等[12]闡明了該類實驗的哲學(xué)基礎(chǔ)。本文稍后將探討其實際含義。

與粒子物理相關(guān)的所需技術(shù)大部分均已得到充分定義，只需在工程水平與生產(chǎn)技術(shù)方面不斷提升。而對于可持續(xù)發(fā)展目標項目而言，盡管我們可以提出問題，但我們并不知道將來有哪些特定的技術(shù)可以回答這些問題，我們希望實現(xiàn)根本性的科學(xué)突破。

加速器的設(shè)計將在明確的操作規(guī)范指導(dǎo)下開展，同時將具有明確的科學(xué)目標（在某種程度上還附加政治或國防利益）。然而對于可持續(xù)發(fā)展目標而言，盡管我們已經(jīng)提出了一定的進度指標，但其定義仍然模糊不清?？沙掷m(xù)發(fā)展目標項目涵蓋了社會、經(jīng)濟、環(huán)境和政治目標的方方面面。

為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境目標而采取的任何措施都將對一些根深蒂固的既得利益造成經(jīng)濟損害。對于未來環(huán)形對撞機研究計劃的反對聲音一方面來自科學(xué)家，因為它可能無法為物理學(xué)開拓足夠的新視野，而另一方面則來自民眾，因為他們認為應(yīng)當在社會項目上進行更多的花費。表1對可持續(xù)發(fā)展目標項目和粒子項目進行了比較。

技術(shù)路線圖是針對尚未出現(xiàn)的技術(shù)的常用項目規(guī)劃工具[13]，但似乎并不適用于可持續(xù)發(fā)展目標的項目，因為該項目涉及多個地位相同但情況與開展計劃各不相同的利益相關(guān)方，除此之外，還涉及許多尚未實現(xiàn)的技術(shù)。然而，我們制定了“未來高能物理項目的10年路線圖”[6]。

4. 對可持續(xù)發(fā)展目標項目的建議

Gilchriese等[7]提出，識別粒子探測器的“夾點”（pinch point，其使用的術(shù)語）。這些都是“全球有限的測定基礎(chǔ)設(shè)施，同時也是未來G3暗物質(zhì)實驗的空間，可以探測不可還原的中微子背景”。需要注意的是，這些“夾點”不是未來的技術(shù)，也不是可以快速獲得的任何金額的資源。

可持續(xù)發(fā)展目標的要點包括改變政治家和商人的思想和心理，以及農(nóng)業(yè)、消費和其他的人群習(xí)慣。然而，更適合工程解決方案的是在可持續(xù)發(fā)展目標的權(quán)衡中所表示出的“夾點”。

現(xiàn)在有大量文獻詳細敘述了可持續(xù)發(fā)展目標之間的協(xié)同效應(yīng)和權(quán)衡，盡管文獻對如何處理這些目標幾乎沒有提供多少建議。Lusseau和Mancini [14]的 +/– 交互的映射顯示出令人高興的結(jié)果，提示大多數(shù)對聯(lián)交互具有積極性質(zhì)，即當朝著目標x取得進展時也會推進目標y。然而，有相當一部分相互作用是負面的。在后一種折中方案中，有些是本地的——A地的工作越多意味著A的污染就越多——而另一些則是非本地的。例如，在位置A的學(xué)校（推進SDG 4，“素質(zhì)教育”）使用的信息技術(shù)越多，就意味著地球另一端會有越多的童工（設(shè)置SDG 8，“體面工作”），因為眾所周知，童工挖掘電子平板電腦中使用的金屬[15]。

5. 地理和文化多樣性

在消除饑餓（T2.1）和能源生產(chǎn)的目標之間可能會有一些取舍，特別是在依賴生物燃料擴大能源獲取的國家（T7.1、T7.2）。創(chuàng)新和可持續(xù)的農(nóng)業(yè)做法有助于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力（T2.3），并產(chǎn)生可再生能源（T7.2）。例如，在斯里蘭卡，用椰子雜交的Gliricidia（一種生長迅速的固氮豆類樹）的做法正在大幅度提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，并提供可持續(xù)的生物能源原料。[16]

表1 可持續(xù)發(fā)展目標項目與粒子項目的比較

在上述摘錄中，Mainali等[16]確定了斯里蘭卡的可持續(xù)發(fā)展目標權(quán)衡方案（使用T7.1表示SDG 7下的第一個目標）。他們表明，通過改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式有效減少了權(quán)衡。他們暗示，同樣的解決方案可能對世界其他地區(qū)有幫助，因為那里的氣候、土壤條件和飲食習(xí)慣都允許這樣做。

圍繞本地可持續(xù)發(fā)展目標的權(quán)衡，我們可能會問：在所有可持續(xù)發(fā)展目標的權(quán)衡中，本地人究竟占多大比例？一種特定的權(quán)衡實際上是多個本地人的權(quán)衡嗎？也就是說，這種權(quán)衡在全世界大部分地區(qū)都適用嗎？如果是的話，它是否在一些地方是不成立的，或權(quán)衡的幅度較?。咳绻l(fā)現(xiàn)這種權(quán)衡其實是異常情況（如上例中的斯里蘭卡），那么為什么存在異常？是因為當?shù)氐牡乩項l件，還是當?shù)氐娜祟惢顒?？如果能夠查明異常區(qū)域的因果關(guān)系或做法，這種關(guān)系或做法是否可以擴展到其他區(qū)域，以減緩全球氣候變化？

我目前正領(lǐng)導(dǎo)著一個美國-歐洲-中國研究聯(lián)盟，希望能回答這些問題。該聯(lián)盟目前由中國科學(xué)院、新墨西哥大學(xué)和歐洲的OKRE天文臺組成。概念驗證階段將使用文本挖掘和機器學(xué)習(xí)工具來識別和嘗試解釋上面所定義的“異?！?。我們希望通過一個更全面的項目來進一步開發(fā)人工智能工具，并輔之以全球人類信息網(wǎng)絡(luò)——由參加可持續(xù)發(fā)展目標研究的學(xué)生以及土著居民組成——利用異常情況盡量減少可持續(xù)發(fā)展目標的權(quán)衡。

6. 技術(shù)預(yù)測

假設(shè)一個矩陣，利用其中的條目表示當前測量的可持續(xù)發(fā)展目標之間的相互作用的幅度（正、負、零或未知震級）。同時考慮logistic（或類似sigmoidal）曲線，該曲線代表了與特定可持續(xù)發(fā)展目標權(quán)衡對相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中專利（或其他進步指標）的增長。曲線的參數(shù)可能表示技術(shù)進步的快或慢，但在任何情況下，都會在每個后續(xù)時間段內(nèi)改變交互矩陣。

在S曲線參數(shù)的定位范圍內(nèi)，我們可以從理論的角度提出問題：迭代是否會收斂到?jīng)]有負項的矩陣？可持續(xù)發(fā)展目標是否會及時實現(xiàn)？如果不是，矩陣結(jié)構(gòu)的哪些方面阻礙了及時收斂？

在回答了這些問題之后，我們可以著手實際的實施、監(jiān)測和有選擇地鼓勵“減少消極的可持續(xù)發(fā)展目標之間的相互作用的技術(shù)”（TRNI）。

7. 工程和政策影響

本文通過將可持續(xù)發(fā)展目標的工作與粒子物理設(shè)施規(guī)劃進行比較，強調(diào)了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標的“項目”的特點，這些特點突出表現(xiàn)在成本高、時間跨度長和技術(shù)不確定性上。可持續(xù)發(fā)展目標的研究人員和決策者最好與“以前做過這種事”的物理學(xué)家進行交談。

本文接著提出了一個實施可持續(xù)發(fā)展目標項目的高杠桿策略，即關(guān)注可持續(xù)發(fā)展目標之間的權(quán)衡。資源無法同時被用于所有可持續(xù)發(fā)展目標，但必須從某處開始實現(xiàn)這些目標。由于可持續(xù)發(fā)展目標是通過與多個組成群體的對話制定的，并且每個可持續(xù)發(fā)展目標對其中至少一些群體是至關(guān)重要的，因此可持續(xù)發(fā)展目標的任何任意優(yōu)先級工作都會遇到組成者的抵制。首先關(guān)注最嚴重的權(quán)衡是有科學(xué)依據(jù)的，因此可能更容易為所有利益攸關(guān)方所接受。

“可持續(xù)發(fā)展目標3和12被確定為121個國家中的最佳的權(quán)衡對”[17]。由于世界上大約有200個國家，這一聲明意味著，在其中約80個國家中，可持續(xù)發(fā)展目標3和12的權(quán)衡較少。這意味著正如我所定義的，異?，F(xiàn)象確實存在。發(fā)現(xiàn)和解釋這些異?，F(xiàn)象對于工程、人工智能、農(nóng)學(xué)、人類學(xué)和其他學(xué)科的研究至關(guān)重要。

當可持續(xù)發(fā)展目標x顯示出與可持續(xù)發(fā)展目標y的負交互作用時，通過專利的增長來預(yù)測x-y的TRNI似乎是明智的，這些關(guān)鍵字與這兩種可持續(xù)發(fā)展目標相關(guān)。這是一個信號，表明圍繞此類專利的工程工作會對可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)產(chǎn)生實際的影響。

從政策角度來看，本文的邏輯意味著一個國家或一個省不應(yīng)將單一的可持續(xù)發(fā)展目標作為一項關(guān)鍵戰(zhàn)略，或過于專注于其在減少碳排放上“國家制定的目標”[18]，因為這樣做會忽略對其他目標可能產(chǎn)生的負面影響。相反，至少應(yīng)該在政策上同樣強調(diào)減少可持續(xù)發(fā)展目標的取舍（當然，還要加強可持續(xù)發(fā)展目標的協(xié)同作用）。

緊急TRNI應(yīng)享有政策優(yōu)先權(quán)，每個負責(zé)任的政府都首選它們并提供補貼或獎勵。

拯救地球應(yīng)該比優(yōu)先發(fā)布專利更重要。因此，我們歡迎以開放科學(xué)的形式分享思想、數(shù)據(jù)、部分結(jié)果和協(xié)作。出于這個目的，不久一個網(wǎng)站將會上線。同時，有興趣的合作者可以通過郵箱phillipsf@unm.edu與我聯(lián)系。

Acknowledgements

This work was supported by grants from Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research (IGSNRR; Chinese Academy of Sciences), OKRE Observatory,and the Anderson School of Management at the University of New Mexico. The author thanks Pablo Garcia Tello of CERN for bringing to his attention the analogy to planning next-generation accelerators.