【摘要】大科學(xué)就是綜合時(shí)代的科學(xué)與技術(shù)、學(xué)科知識(shí)和人類認(rèn)知能力的大綜合。21世紀(jì)的大科學(xué)由認(rèn)知科學(xué)、聚合科技引領(lǐng)，呈現(xiàn)一種包含人類五個(gè)層級(jí)的認(rèn)知能力，全部人類知識(shí)和學(xué)科體系，聚合納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)，反映人類心智和人工智能協(xié)同進(jìn)化的綜合結(jié)構(gòu)。在分析的時(shí)代，我們?nèi)〉昧烁鏖T學(xué)科知識(shí)的豐碩成果，但人類知識(shí)也被分割得支離破碎；在綜合的時(shí)代，我們重新將這些學(xué)科知識(shí)整合成“四部十二門”立體結(jié)構(gòu)，并給交叉綜合學(xué)科留下充分的發(fā)展空間。在此基礎(chǔ)上，我們明確了基礎(chǔ)學(xué)科和基礎(chǔ)理論、應(yīng)用學(xué)科和核心技術(shù)、科學(xué)技術(shù)綜合創(chuàng)新，并對(duì)芯片技術(shù)綜合創(chuàng)新、數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能與通用智能、意識(shí)問(wèn)題與自主人工智能等一些重要?jiǎng)?chuàng)新領(lǐng)域進(jìn)行了示例分析。
【關(guān)鍵詞】大科學(xué)時(shí)代 基礎(chǔ)理論 核心技術(shù) 綜合創(chuàng)新
【中圖分類號(hào)】G32 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2023.09.001
【作者簡(jiǎn)介】蔡曙山，清華大學(xué)社會(huì)科學(xué)學(xué)院心理學(xué)系教授、博導(dǎo)，清華大學(xué)心理學(xué)與認(rèn)知科學(xué)研究中心主任。研究方向?yàn)檎Z(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)、心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)。主要著作有《認(rèn)知科學(xué)導(dǎo)論》、《自然語(yǔ)言形式理論研究》、《語(yǔ)言、邏輯與認(rèn)知》、《言語(yǔ)行為和語(yǔ)用邏輯》、《聚合四大科技 提高人類能力：納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)》（譯著）等。
21世紀(jì)被學(xué)者稱為“綜合的時(shí)代”[1]，現(xiàn)在從另外一個(gè)角度看又被稱為“大科學(xué)時(shí)代”[2]。兩者是什么關(guān)系？什么是“大科學(xué)”？什么是“大科學(xué)時(shí)代”？大科學(xué)時(shí)代的基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)是什么？如何實(shí)現(xiàn)大科學(xué)時(shí)代的綜合科技創(chuàng)新？本文來(lái)討論這些重大問(wèn)題。
綜合時(shí)代的大科學(xué)
何謂“大科學(xué)”？筆者認(rèn)為，大科學(xué)應(yīng)該有以下的內(nèi)涵。第一，大科學(xué)包括自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和人文學(xué)科所有人類的知識(shí)領(lǐng)域。什么是知識(shí)？從認(rèn)知科學(xué)的角度來(lái)講，知識(shí)是人類利用其特有的語(yǔ)言能力和思維能力在認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程中逐漸發(fā)展成熟的學(xué)科體系。作為人類的認(rèn)識(shí)對(duì)象，世界分為自然界、人類社會(huì)和人類自身，由此形成人類知識(shí)的三大領(lǐng)域：以自然界為認(rèn)識(shí)對(duì)象的自然科學(xué)、以人類社會(huì)為認(rèn)識(shí)對(duì)象的社會(huì)科學(xué)和以人類自身為認(rèn)識(shí)對(duì)象的人文學(xué)科。
按照此定義，只有人類能夠通過(guò)語(yǔ)言和思維來(lái)建構(gòu)知識(shí)系統(tǒng)，形成自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和人類學(xué)科的知識(shí)領(lǐng)域。非人類動(dòng)物因其不具有抽象的符號(hào)語(yǔ)言（概念語(yǔ)言），也就不可能產(chǎn)生抽象思維，也就不可能形成如人類一樣的知識(shí)體系。非人類動(dòng)物的每一代都必須從經(jīng)驗(yàn)開始學(xué)習(xí)，人類卻能夠從前人留下的知識(shí)中進(jìn)行學(xué)習(xí)。事實(shí)上，人類的認(rèn)知90%以上都來(lái)源于間接知識(shí)，不必都通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)。
人類在距今600萬(wàn)年～200萬(wàn)年前發(fā)明了口頭語(yǔ)言（oral language），即言語(yǔ)（speech），同時(shí)產(chǎn)生了抽象的概念思維，即邏輯思維，其標(biāo)志是判斷和推理的運(yùn)用，由此開始形成自己的知識(shí)體系。大約5000～6000年前，人類發(fā)明了文字，形成了書面語(yǔ)言（written language），這是劃時(shí)代的偉大進(jìn)步。文字的使用讓人類的知識(shí)可以代代相傳，這樣就形成知識(shí)的積累。并非所有的民族都有文字，但所有的民族皆有語(yǔ)言（包括口頭語(yǔ)言）。世界上所有先進(jìn)的民族都擁有自己的語(yǔ)言文字，中華民族共同的語(yǔ)言文字是漢語(yǔ)，它起源于3500年前商朝的甲骨文。一些民族沒有形成文字，也可以通過(guò)口頭語(yǔ)言將經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、觀念口口相傳。人類用語(yǔ)言和思維建構(gòu)了全部知識(shí)體系，知識(shí)積淀為文化。文化是人類所創(chuàng)造的一切，文化即是人化。[3]中華民族擁有五千年悠久歷史和燦爛文明。
本文所論述的科學(xué)技術(shù)綜合創(chuàng)新從本質(zhì)上說(shuō)是文化創(chuàng)新，而文化的基礎(chǔ)是語(yǔ)言。我們應(yīng)該珍愛自己的民族語(yǔ)言，學(xué)習(xí)和應(yīng)用語(yǔ)言。
第二，大科學(xué)包括科學(xué)和技術(shù)兩個(gè)層次，即基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。過(guò)去我們常常注意區(qū)分科學(xué)和技術(shù)?？茖W(xué)是一個(gè)理論體系，是理論層面的東西；技術(shù)是一種技能，是科學(xué)理論和產(chǎn)品之間的中間環(huán)節(jié)，是行為層次的東西。[4]過(guò)去我們認(rèn)為，科學(xué)理論是發(fā)現(xiàn)，是客觀存在的東西被科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)；技術(shù)行為則是發(fā)明，是原先并不存在而被人類創(chuàng)造出來(lái)的東西。但在今天的認(rèn)知科學(xué)看來(lái)，科學(xué)技術(shù)都是發(fā)明，是人類用語(yǔ)言認(rèn)知與思維認(rèn)知所建構(gòu)和創(chuàng)造出來(lái)的東西。在認(rèn)知科學(xué)和大科學(xué)的時(shí)代，科學(xué)與技術(shù)被重新統(tǒng)一起來(lái)。所以，我們今天講的科學(xué)創(chuàng)新不是孤立單一的科學(xué)理論創(chuàng)新或應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新，而是科學(xué)技術(shù)的綜合創(chuàng)新。這是綜合時(shí)代的要求，也是大科學(xué)時(shí)代的要求。
第三，大科學(xué)體現(xiàn)了人類知識(shí)的大綜合。大科學(xué)概念的提出，體現(xiàn)了人類知識(shí)和技能的大綜合。人類對(duì)世界的認(rèn)知是通過(guò)語(yǔ)言和思維來(lái)進(jìn)行的，這種認(rèn)知的結(jié)果形成了人類的知識(shí)。對(duì)自然界、人類社會(huì)和人類自身的認(rèn)知分別形成了自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和人文學(xué)科。成熟的人類知識(shí)體系發(fā)展成為新的學(xué)科，綜合交叉的大科學(xué)研究形成綜合交叉的人類知識(shí)。因此，大科學(xué)體現(xiàn)了人類知識(shí)的大綜合。
第四，大科學(xué)是人類認(rèn)知能力，特別是語(yǔ)言、思維、文化認(rèn)知能力的融會(huì)與貫通。人類認(rèn)知五層級(jí)理論告訴我們，人類在進(jìn)化中獲得了五種心智和認(rèn)知能力，即腦與神經(jīng)層級(jí)的心智和認(rèn)知能力、心理層級(jí)的心智和認(rèn)知能力、語(yǔ)言層級(jí)的心智和認(rèn)知能力、思維層級(jí)的心智和認(rèn)知能力以及文化層級(jí)的心智和認(rèn)知能力。其中，神經(jīng)層級(jí)和心理層級(jí)的心智的認(rèn)知能力是人類和動(dòng)物所共有的，稱為低階認(rèn)知能力；語(yǔ)言、思維和文化層級(jí)的認(rèn)知能力是人類所特有的，稱為高階認(rèn)知能力（見圖1）。
注意在人的認(rèn)知過(guò)程中，五個(gè)層級(jí)的心智和認(rèn)知是瞬間貫通的。因此，大科學(xué)也是人類認(rèn)知能力的融會(huì)與貫通，特別是語(yǔ)言、思維、文化認(rèn)知能力的融會(huì)與貫通。
綜上所述，大科學(xué)就是綜合時(shí)代的科學(xué)與技術(shù)，學(xué)科知識(shí)和人類認(rèn)知能力的大綜合。
認(rèn)知科學(xué)。認(rèn)知科學(xué)革命由美國(guó)著名語(yǔ)言學(xué)家和語(yǔ)言哲學(xué)家、認(rèn)知科學(xué)第一代領(lǐng)袖喬姆斯基（N. Chomsky, 1928－）于20世紀(jì)50年代發(fā)起，其正式誕生于20世紀(jì)70年代中葉。早期的認(rèn)知科學(xué)采用的是交叉學(xué)科的框架，包括最初由哲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、心理學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)構(gòu)成的6大學(xué)科交叉的學(xué)科框架，以及21世紀(jì)之初增加教育學(xué)形成的“6﹢1”的學(xué)科框架。這些學(xué)科被稱為認(rèn)知科學(xué)的來(lái)源學(xué)科，它們與認(rèn)知科學(xué)交叉又分別產(chǎn)生了心智哲學(xué)（philosophy of mind）、認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)（cognitive linguistics）、認(rèn)知心理學(xué)（cognitive psychology）、認(rèn)知人類學(xué)（cognitive anthropology）、人工智能（Artificial Intelligence, AI）、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)（cognitive neuroscience）和認(rèn)知教育學(xué)（cognitive education），它們被稱為認(rèn)知科學(xué)的核心學(xué)科。六大來(lái)源學(xué)科互相交叉，形成了更多的新興交叉和綜合學(xué)科，如：1控制論；2神經(jīng)語(yǔ)言學(xué)；3神經(jīng)心理學(xué)；4認(rèn)知過(guò)程仿真；5計(jì)算語(yǔ)言學(xué)；6心理語(yǔ)言學(xué)；7心理哲學(xué)；8語(yǔ)言哲學(xué)；9人類學(xué)語(yǔ)言學(xué)；10認(rèn)知人類學(xué)；11腦進(jìn)化（見圖2）。
認(rèn)知科學(xué)的目標(biāo)有兩個(gè)：其一，科學(xué)目標(biāo)是揭開人類心智的奧秘。美國(guó)于20世紀(jì)末提出的兩大科學(xué)計(jì)劃，人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project, HGP）的目標(biāo)是揭開人類生命的奧秘，人類認(rèn)知組計(jì)劃（Human Cognome Project, HCP）的目標(biāo)則是揭開人類心智的奧秘。其二，學(xué)科目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)科的交叉發(fā)展和學(xué)科綜合?？梢钥闯?，如果沒有認(rèn)知科學(xué)的框架，也就不可能有今天影響遍及人類生活各個(gè)方面、甚至可能將改變?nèi)祟惷\(yùn)的人工智能（AI），不會(huì)有引起哲學(xué)根本變革的新世紀(jì)哲學(xué)的主流學(xué)科心智哲學(xué)（philosophy of mind）以及前述的認(rèn)知科學(xué)各主流學(xué)科。當(dāng)然更不會(huì)有上述從①到?由認(rèn)知科學(xué)各來(lái)源學(xué)科在認(rèn)知科學(xué)框架下交叉而產(chǎn)生的各個(gè)前沿學(xué)科。關(guān)于引領(lǐng)學(xué)科交叉的人工智能，我們稍后還會(huì)詳加論述。
清華大學(xué)早在2000年認(rèn)知科學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建之初，就確立了“多學(xué)科交叉，全學(xué)科覆蓋”的認(rèn)知科學(xué)研究和學(xué)科建設(shè)策略，20年以后的2020年，國(guó)家多個(gè)職能部門和科研機(jī)構(gòu)包括教育部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院紛紛出臺(tái)重要政策和重大舉措，倡導(dǎo)學(xué)科交叉融合發(fā)展。
（1）教育部設(shè)置交叉學(xué)科門類。2020年8月，全國(guó)研究生教育會(huì)議提出要建立“交叉學(xué)科”門類。隨后，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)、教育部印發(fā)通知，新設(shè)置“交叉學(xué)科”門類，成為我國(guó)第14個(gè)學(xué)科門類。
（2）中國(guó)科學(xué)院建立哲學(xué)研究所。2020年9月24日，中國(guó)科學(xué)院哲學(xué)研究所正式揭牌成立。中國(guó)科學(xué)院哲學(xué)研究所是中國(guó)科學(xué)院面向國(guó)家戰(zhàn)略需求而建立的新型科研機(jī)構(gòu)，其目標(biāo)是通過(guò)創(chuàng)建科學(xué)家與哲學(xué)家的聯(lián)盟，來(lái)促進(jìn)科技創(chuàng)新、哲學(xué)發(fā)展和文明進(jìn)步。中科院哲學(xué)所下設(shè)5個(gè)研究中心，包括邏輯學(xué)與數(shù)學(xué)哲學(xué)中心、物質(zhì)科學(xué)哲學(xué)中心、生命科學(xué)哲學(xué)中心、智能與認(rèn)知科學(xué)哲學(xué)中心，以及科學(xué)與價(jià)值研究中心。
（3）教育部召開新文科發(fā)展促進(jìn)會(huì)。2020年11月3日，由教育部新文科建設(shè)工作組主辦的新文科建設(shè)工作會(huì)議在山東大學(xué)（威海）召開。會(huì)議研究了新時(shí)代中國(guó)高等文科教育創(chuàng)新發(fā)展舉措，發(fā)布了《新文科建設(shè)宣言》，對(duì)新文科建設(shè)作出了全面部署。
（4）國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)設(shè)立交叉學(xué)科部。在2020年11月29日召開的交叉科學(xué)高端學(xué)術(shù)論壇上，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)宣布，交叉科學(xué)部正式成立，這標(biāo)志著國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在促進(jìn)學(xué)科交叉融合方面又邁出新的一步。
學(xué)科交叉融合的勢(shì)頭一浪高過(guò)一浪，這有賴于認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展，當(dāng)然也與清華大學(xué)認(rèn)知科學(xué)團(tuán)隊(duì)20年來(lái)持續(xù)推動(dòng)的努力是分不開的。學(xué)科綜合則是以2015年清華大學(xué)認(rèn)知科學(xué)團(tuán)隊(duì)及其負(fù)責(zé)人蔡曙山教授相繼創(chuàng)立“心智進(jìn)化論”并在此基礎(chǔ)上建立“人類認(rèn)知五層級(jí)理論”為標(biāo)志。在這個(gè)理論基礎(chǔ)上，認(rèn)知科學(xué)從交叉學(xué)科轉(zhuǎn)變?yōu)閱我粚W(xué)科和成熟的學(xué)科。[5]
聚合科技。20世紀(jì)70年代誕生的認(rèn)知科學(xué)是多學(xué)科的交叉和綜合，21世紀(jì)初創(chuàng)立的聚合科學(xué)則是更大的學(xué)科綜合。從綜合到更大的綜合，體現(xiàn)了新世紀(jì)綜合時(shí)代的特征。[6]
最新的科學(xué)技術(shù)總是最先用在軍事、國(guó)防和國(guó)家安全上。在《聚合四大科技，提高人類能力：納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)》（Converging Technologies for Improving Human Performance: Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science）這份長(zhǎng)達(dá)480頁(yè)的被稱為“21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的綱領(lǐng)性文獻(xiàn)”中，第五部分是“國(guó)家安全”，包括6個(gè)專題報(bào)告：認(rèn)知準(zhǔn)備：對(duì)國(guó)家安全至關(guān)重要的研究領(lǐng)域；美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）在提高人類能力方面的項(xiàng)目；將聚合技術(shù)應(yīng)用于本土防御：化學(xué)、生物、放射性、爆炸性的探測(cè)或保護(hù)；未來(lái)科學(xué)和技術(shù)在反恐方面的作用；納米技術(shù)與國(guó)防部；高等軍事教育和訓(xùn)練。同時(shí)，“國(guó)家安全”還包括5個(gè)遠(yuǎn)景規(guī)劃：表現(xiàn)出色的作戰(zhàn)人員；為提高人的自身能力的非藥物治療；大腦－機(jī)器交互界面；將NBIC聚合技術(shù)應(yīng)用于無(wú)人駕駛的戰(zhàn)斗航空器中；數(shù)據(jù)聯(lián)接和威脅預(yù)期工具。[7]
20多年過(guò)去了，這些預(yù)言和規(guī)劃大多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，有的甚至已經(jīng)被超越。例如，這份文獻(xiàn)當(dāng)時(shí)就曾預(yù)言無(wú)人機(jī)在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)上將發(fā)揮決定性的作用，未來(lái)戰(zhàn)士系統(tǒng)將極大提高單兵作戰(zhàn)能力，信息網(wǎng)絡(luò)和人工智能將在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮重要作用，等等。這些預(yù)言在烏克蘭危機(jī)中完全成為現(xiàn)實(shí)，而綜合作戰(zhàn)的系統(tǒng)、戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)更加超越了這份文獻(xiàn)的預(yù)見。例如，海陸空天的協(xié)同作戰(zhàn)、利用網(wǎng)絡(luò)和星鏈的信息戰(zhàn)、人工智能和無(wú)人機(jī)等全新的作戰(zhàn)系統(tǒng)形成綜合的作戰(zhàn)能力，這對(duì)二戰(zhàn)時(shí)期的單兵種作戰(zhàn)方式甚至馳騁戰(zhàn)場(chǎng)的坦克和戰(zhàn)車均形成難以抵御的降維打擊。對(duì)于未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)，美國(guó)更是提出“綜合遏止”戰(zhàn)略，即用綜合軍事力量、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、外交壓力、國(guó)際聯(lián)盟再加上核威懾，形成綜合威懾力量，以遏制戰(zhàn)爭(zhēng)。所有這些，均是綜合時(shí)代的綜合科技在軍事上的應(yīng)用。很可惜目前我們對(duì)綜合時(shí)代認(rèn)知科學(xué)和聚合科技對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、軍事和國(guó)防的關(guān)注和研究都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
綜合時(shí)代的大科學(xué)。綜合時(shí)代的大科學(xué)，是以認(rèn)知科學(xué)和聚合科技NBIC統(tǒng)領(lǐng)的21世紀(jì)的科學(xué)與技術(shù)，它是人類的知識(shí)體系和認(rèn)知能力的大綜合。大科學(xué)的本質(zhì)特征是綜合，這是綜合的時(shí)代特征在科學(xué)上的映射，這是時(shí)代賦予科學(xué)的，不是科學(xué)自己去索取的，也不是人類強(qiáng)加給科學(xué)的。
分析和綜合是人類認(rèn)知世界的兩種主要方法，綜合是以分析為基礎(chǔ)的。
20世紀(jì)及其以前的2500年是分析的時(shí)代，人類利用自己的認(rèn)知能力對(duì)各個(gè)認(rèn)識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行分門別類的研究和分析，在收獲豐富的學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，人類知識(shí)體系也被分割得支離破碎。這種狀況顯然不能適應(yīng)人類繼續(xù)發(fā)展的需要。在分析的基礎(chǔ)上，人類需要對(duì)已經(jīng)形成的知識(shí)體系和認(rèn)知能力重新進(jìn)行整合。
20世紀(jì)中葉以后，隨著在語(yǔ)言學(xué)、哲學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能等人類心智相關(guān)的領(lǐng)域相繼發(fā)生革命性變革，人類知識(shí)和認(rèn)知能力開始了一個(gè)新的進(jìn)程——綜合。到20世紀(jì)70年代中期，認(rèn)知科學(xué)在美國(guó)建立，人類知識(shí)和認(rèn)知能力的綜合勢(shì)不可擋。進(jìn)入21世紀(jì)，一個(gè)更大的學(xué)科綜合體聚合科技（converging technologies）形成，它將納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)包含于其中，簡(jiǎn)稱“NBIC”。從綜合到更大的綜合，人類社會(huì)進(jìn)入綜合發(fā)展的新時(shí)代。[8]
認(rèn)知科學(xué)、聚合科技統(tǒng)領(lǐng)的21世紀(jì)大科學(xué)結(jié)構(gòu)
我們嘗試將2500年來(lái)人類知識(shí)體系和在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)從進(jìn)化中獲得的認(rèn)知能力整合為如下的“21世紀(jì)大科學(xué)結(jié)構(gòu)圖”（見圖3），看看我們可以知道些什么。
這個(gè)結(jié)構(gòu)圖由4個(gè)板塊構(gòu)成，左起3列（人類心智、認(rèn)知層級(jí)、認(rèn)知能力）為認(rèn)知科學(xué)板塊；左起第4列（認(rèn)知各層級(jí)對(duì)應(yīng)的學(xué)科和知識(shí)系統(tǒng)）為學(xué)科知識(shí)板塊；左起第5列（聚合科技NBIC）為聚合科技板塊，最右一列為人工智能板塊。從這個(gè)結(jié)構(gòu)圖我們可以得出以下結(jié)論。
第一，整體上看，21世紀(jì)的大科學(xué)是以認(rèn)知科學(xué)為統(tǒng)領(lǐng)的、體現(xiàn)人類認(rèn)知能力、包含人類全部學(xué)科知識(shí)并擴(kuò)展到聚合科技的綜合系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)圖我們還看出，大科學(xué)的整合，即以認(rèn)知科學(xué)和聚合科技來(lái)統(tǒng)一和引領(lǐng)21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展是可能的。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，五個(gè)層級(jí)的人類認(rèn)知能力和與之對(duì)應(yīng)的全部人類知識(shí)與學(xué)科均可以被整合到大科學(xué)的框架中，這是大科學(xué)的充分性，即充足理由。從必要性上說(shuō)，沒有認(rèn)知科學(xué)和聚合科技是不可能形成“大科學(xué)”這個(gè)概念的。顯而易見，任何單一的學(xué)科，甚至認(rèn)知科學(xué)的任何單一的層級(jí)、聚合科技的任何單一的方面都不可能進(jìn)行這樣的整合。只有20世紀(jì)后半葉到21世紀(jì)初建立的認(rèn)知科學(xué)和聚合科學(xué)能夠完成這樣的整合。
第二，從認(rèn)知科學(xué)和與之對(duì)應(yīng)的學(xué)科知識(shí)這兩個(gè)板塊看，我們能夠從本質(zhì)上理解人類認(rèn)知能力與人類知識(shí)系統(tǒng)和學(xué)科之間的關(guān)系。首先，從人類認(rèn)知五層級(jí)看，語(yǔ)言認(rèn)知能力的產(chǎn)生至關(guān)重要。在漫長(zhǎng)的35億年的生命進(jìn)化史中，生命系統(tǒng)（包括人和非人類動(dòng)物）逐漸產(chǎn)生了神經(jīng)系統(tǒng)和腦的認(rèn)知能力、心理行為的認(rèn)知能力，這是人和動(dòng)物共有的認(rèn)知能力，稱為低階認(rèn)知。在距今600萬(wàn)年到200萬(wàn)年之間，南方古猿發(fā)明了能夠表達(dá)抽象概念的口頭語(yǔ)言（言語(yǔ)），產(chǎn)生了區(qū)別于其他動(dòng)物的語(yǔ)言認(rèn)知能力，最終完成了從猿到人的進(jìn)化。在抽象的概念語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，人類同時(shí)產(chǎn)生了思維認(rèn)知能力。人類憑借語(yǔ)言和思維能力，在認(rèn)知自然、社會(huì)和人類自身的過(guò)程中產(chǎn)生了自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)的知識(shí)。所以，全部人類知識(shí)都是用語(yǔ)言和思維這兩種基本的認(rèn)知能力來(lái)建構(gòu)的，沒有人類心智和認(rèn)知以外的知識(shí)。其次，從人類認(rèn)知五層級(jí)看，語(yǔ)言認(rèn)知既是人類認(rèn)知與動(dòng)物認(rèn)知的分水嶺，也是全部人類認(rèn)知的基礎(chǔ)。語(yǔ)言和思維建構(gòu)了全部人類知識(shí)系統(tǒng)，知識(shí)積淀為文化。語(yǔ)言、思維、文化是人類特有的認(rèn)知形式，稱為高階認(rèn)知，語(yǔ)言認(rèn)知是全部人類認(rèn)知的基礎(chǔ)。
第三，從學(xué)科知識(shí)板塊看，學(xué)科是某一科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展成熟所形成的知識(shí)體系。自從人類發(fā)明了文字，人類的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)語(yǔ)言和思維的分析加工形成知識(shí)。2500年來(lái)的分析認(rèn)知，特別是近代以來(lái)，建立了龐大的、分門別類的知識(shí)體系，而某個(gè)領(lǐng)域的、專門的知識(shí)體系則發(fā)展成為學(xué)科。所以，對(duì)學(xué)科的劃分往往成為我們對(duì)人類知識(shí)進(jìn)行分析的重要方法。聯(lián)合國(guó)教科文組織和美國(guó)、英國(guó)、日本、中國(guó)等主要國(guó)家的學(xué)科劃分大同小異，可以用“學(xué)科門類十幾個(gè)，一級(jí)學(xué)科幾十個(gè)，二級(jí)學(xué)科幾百個(gè)，三級(jí)學(xué)科幾千個(gè)”來(lái)描述，可謂“洋洋大觀”矣。
在認(rèn)知能力、科學(xué)研究、知識(shí)領(lǐng)域和學(xué)科體系的關(guān)系中，人類認(rèn)知能力中的語(yǔ)言能力、思維能力是根本的。人類使用這種能力去認(rèn)知世界的過(guò)程就是科學(xué)研究，即“格物致知”，這是明代哲學(xué)家王陽(yáng)明提出的認(rèn)知方法。所謂“格物”就是觀察事物，它是科學(xué)研究的起點(diǎn)。在觀察事物的基礎(chǔ)上，提出對(duì)現(xiàn)象的解釋，即“科學(xué)假設(shè)”，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證或推翻假設(shè)?？茖W(xué)假設(shè)一旦被實(shí)驗(yàn)證實(shí)就成為科學(xué)理論；若被實(shí)驗(yàn)推翻則提出新假設(shè)，并重新用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，如此往復(fù)，這就是“格物致知”，也就是科學(xué)研究的過(guò)程。英文“science”一詞傳入中國(guó)，最初就譯為“格物學(xué)”。雖然認(rèn)知科學(xué)到20世紀(jì)中葉以后才被西方科學(xué)家逐步確立，但其原理已經(jīng)被王陽(yáng)明在其心學(xué)理論（the theory of mind）——陽(yáng)明心學(xué)中作了清晰的闡明。因此，我們說(shuō)陽(yáng)明心學(xué)就是中國(guó)的認(rèn)知科學(xué)。[9]由上分析可知，科學(xué)理論有兩個(gè)根本屬性，一是可證實(shí)性，二是可證偽性。但并非所有的人類知識(shí)都是可證實(shí)和可證偽的，例如，哲學(xué)和宗教既不可證實(shí)，也不可證偽，但它們也是人類知識(shí)，是科學(xué)之外的人類知識(shí)。人類文化包括科學(xué)、哲學(xué)和宗教三個(gè)層次，它們是人類心智和認(rèn)知的最高形式。
在科學(xué)與學(xué)科的相互關(guān)系中，科學(xué)是第一性的、決定的方面；學(xué)科則是第二性的、被決定的方面。學(xué)科是科學(xué)發(fā)展成熟所形成的知識(shí)體系，但并非所有的人類知識(shí)都能夠形成學(xué)科?？茖W(xué)發(fā)展成熟而成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科的標(biāo)志是：它必須有獨(dú)立的研究?jī)?nèi)容、成熟的研究方法、規(guī)范的學(xué)科體制。例如，認(rèn)知科學(xué)在建立之初，只是一個(gè)學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，并不是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。隨著認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展成熟，它確立了自己獨(dú)特的研究對(duì)象和研究方法，形成自己的基礎(chǔ)理論和學(xué)科規(guī)范，便成為一門獨(dú)立的學(xué)科。[10]
第四，綜合是以分析為基礎(chǔ)的。如果沒有分析的基礎(chǔ)，綜合也就無(wú)從談起。20世紀(jì)被稱為“分析的時(shí)代”，由此產(chǎn)生了各學(xué)科的豐富知識(shí)和理論。例如，20世紀(jì)的西方哲學(xué)是分析的，美國(guó)哲學(xué)家M.懷特在《分析的時(shí)代：二十世紀(jì)的哲學(xué)家》一書中將20世紀(jì)主要哲學(xué)家及其流派“合一爐而冶之”，并以“分析時(shí)代的哲學(xué)家”概括之，包括摩爾的實(shí)在論、克羅齊的歷史哲學(xué)、桑塔亞那的道德和宗教哲學(xué)、柏格森的生命哲學(xué)、懷特海的數(shù)學(xué)哲學(xué)和形而上學(xué)、胡塞爾的現(xiàn)象學(xué)、薩特的存在主義、皮爾士的實(shí)用主義與意義、威廉·詹姆士的實(shí)用主義哲學(xué)、杜威的科學(xué)與道德哲學(xué)、羅素的分析哲學(xué)、卡爾納普的邏輯實(shí)證主義、維特根斯坦的語(yǔ)言哲學(xué)，即全部的英美哲學(xué)和歐陸哲學(xué)。[11]這個(gè)時(shí)代，在科學(xué)、哲學(xué)的所有領(lǐng)域中使用的主要是分析的方法，包括語(yǔ)言分析方法和邏輯分析方法。所謂分析方法，就是從一個(gè)普遍的命題出發(fā)，它被確定為系統(tǒng)的公理或出發(fā)點(diǎn)，然后使用數(shù)學(xué)方法和邏輯方法構(gòu)造系統(tǒng)，從而推出系統(tǒng)內(nèi)的全部定理或知識(shí)。分析是一種“自上而下”（top-down）的加工方式，它是左腦的工作方式。20世紀(jì)及其以前的數(shù)千年甚至數(shù)百萬(wàn)年，人類處于食物匱乏的時(shí)期，負(fù)責(zé)覓食的左腦在進(jìn)化中取得優(yōu)勢(shì)，因而，在人類認(rèn)知中產(chǎn)生了以左腦為優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知加工方式，這是分析時(shí)代的心智和認(rèn)知根源。
21世紀(jì)是“綜合的時(shí)代”，人類認(rèn)知世界的方式發(fā)生根本的逆轉(zhuǎn)，由分析為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向綜合為主導(dǎo)。所謂綜合，是一種“自下而上”（bottom-up）的認(rèn)知加工方式，即從經(jīng)驗(yàn)和自覺出發(fā)，使用經(jīng)驗(yàn)歸納法、類比和隱喻的方法以及溯因推理的方法，來(lái)尋找現(xiàn)象的本質(zhì)和原因，這是右腦的工作方式，是人類獲得生存自由之后的認(rèn)知方式。綜合的認(rèn)知方法強(qiáng)調(diào)和重視對(duì)事物的整體性和全局性的認(rèn)知，尋求從某一維度的認(rèn)知上升到更高維度的認(rèn)知。研究表明，在風(fēng)險(xiǎn)決策中，經(jīng)驗(yàn)和直覺會(huì)對(duì)理性和邏輯的判斷產(chǎn)生決定性的影響，從而使決策發(fā)生偏差。心理直覺的、自動(dòng)的和無(wú)意識(shí)的系統(tǒng)是決策的幕后主使（secret author），而邏輯分析的、受控的和意識(shí)的系統(tǒng)在判斷和決策中則處于從屬的地位。[12]
分析和綜合是左右腦的主要加工方式，也是人類認(rèn)識(shí)世界的兩種主要方法，兩者緊密相連，互為基礎(chǔ)。分析命題的大前提經(jīng)過(guò)綜合所得，綜合命題的基礎(chǔ)單稱命題則是分析的結(jié)果。因此，綜合的基礎(chǔ)是分析。沒有從分析得到的具體的結(jié)論，不可能從這些具體的結(jié)論經(jīng)過(guò)綜合上升到更高的認(rèn)知維度。沒有分析就沒有綜合，沒有20世紀(jì)及其以前數(shù)千年經(jīng)過(guò)分析得到的各門具體科學(xué)的知識(shí)，21世紀(jì)的綜合就無(wú)從談起。認(rèn)知科學(xué)是“6﹢1”學(xué)科的綜合，聚合科技NBIC則是包含認(rèn)知科學(xué)在內(nèi)的更大的學(xué)科綜合。因此，沒有20世紀(jì)對(duì)各學(xué)科分門別類地深入分析，以認(rèn)知科學(xué)和聚合科技為代表的21世紀(jì)綜合的時(shí)代也不會(huì)到來(lái)。
以上是就人類認(rèn)識(shí)而言。個(gè)體的認(rèn)知同樣符合這個(gè)規(guī)律。我們每個(gè)人在基礎(chǔ)教育階段所學(xué)習(xí)的知識(shí)主要是分析的知識(shí)，數(shù)理化天地生、文史哲政經(jīng)法等各門具體知識(shí)都是用分析方法建立起來(lái)的。大學(xué)以后，我們學(xué)習(xí)的各種專業(yè)知識(shí)仍然是分析的知識(shí)，但當(dāng)我們做科學(xué)研究時(shí)，就需要綜合的知識(shí)和綜合的能力了。任何一個(gè)研究課題，例如“大科學(xué)時(shí)代”的課題，如果沒有綜合知識(shí)和綜合能力，那是不可能完成的。綜合的時(shí)代對(duì)我們的綜合知識(shí)和綜合能力提出了更高的要求，而這又要求我們具備各門具體科學(xué)的廣泛的知識(shí)，在這樣的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行創(chuàng)新?？茖W(xué)創(chuàng)新，說(shuō)到底就是分析基礎(chǔ)上的綜合創(chuàng)新。
第五，聚合科技與認(rèn)知科學(xué)的關(guān)系不是包含關(guān)系，而是交叉融合的關(guān)系。一般理解聚合科技NBIC與認(rèn)知科學(xué)CS的關(guān)系是包含關(guān)系，因?yàn)樗拇罂萍糔BIC的“C”就是認(rèn)知科學(xué)（Cognitive Science，簡(jiǎn)稱CS）。但是，放在21世紀(jì)大科學(xué)結(jié)構(gòu)圖（圖3）中，我們卻能發(fā)現(xiàn)更多不同的東西和一些隱藏的關(guān)系。
首先，納米技術(shù)是認(rèn)知科學(xué)之外的學(xué)科。從生物進(jìn)化的角度看，有機(jī)生命是從無(wú)機(jī)的物質(zhì)元素中進(jìn)化出來(lái)的，在物質(zhì)元素這個(gè)基礎(chǔ)上，宇宙萬(wàn)物包括單一的元素和復(fù)雜的人類生命，其物質(zhì)基礎(chǔ)是統(tǒng)一的。地球上進(jìn)化出的生命從最簡(jiǎn)單的病毒到最復(fù)雜的人類都是碳基生命，即核心元素為碳、介質(zhì)為水的生命。納米是一種長(zhǎng)度單位，原子是化學(xué)變化中的最小粒子，原子的直徑大約為0.1納米（10﹣¹?m），即納米尺度。所以，納米科學(xué)就是從原子的層次研究物質(zhì)和生命構(gòu)造的科學(xué)。在這個(gè)尺度上，生命和非生命的物質(zhì)基礎(chǔ)就統(tǒng)一起來(lái)了，生命進(jìn)化從無(wú)到有、生生不息可以在納米科技和認(rèn)知科學(xué)的關(guān)系中得到說(shuō)明。聚合科技擴(kuò)展了人類認(rèn)知體系，從綜合走向更大的綜合，統(tǒng)一了無(wú)機(jī)界和有機(jī)界（生物界）、宇宙萬(wàn)物服從統(tǒng)一科學(xué)（大科學(xué)）的原理。
其次，聚合科技的各個(gè)部分在大科學(xué)結(jié)構(gòu)圖中得以顯現(xiàn)。21世紀(jì)大科學(xué)結(jié)構(gòu)圖（圖3）顯示，納米技術(shù)在認(rèn)知科學(xué)之外，生物技術(shù)對(duì)應(yīng)的是神經(jīng)認(rèn)知和心理認(rèn)知兩個(gè)層級(jí)，信息技術(shù)對(duì)應(yīng)的是語(yǔ)言認(rèn)知、思維認(rèn)知和文化認(rèn)知三個(gè)層級(jí)，認(rèn)知科學(xué)對(duì)應(yīng)的是人類心智和認(rèn)知的五個(gè)層級(jí)：神經(jīng)認(rèn)知、心理認(rèn)知、語(yǔ)言認(rèn)知、思維認(rèn)知和文化認(rèn)知。認(rèn)知科學(xué)加上聚合科技NBIC所得到的是迄今為止人類最大的知識(shí)體系。21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的綱領(lǐng)性文獻(xiàn)《聚合四大科技 提高人類能力》一書中，這樣評(píng)價(jià)四大科技之間的關(guān)系：聚合科技（NBIC）以認(rèn)知科學(xué)為先導(dǎo)，因?yàn)橐?guī)劃和設(shè)計(jì)技術(shù)需要從如何（how）、為何（why）、何處（where）、何時(shí)（when）4個(gè)層次來(lái)理解思維。這樣，我們就可以用納米科學(xué)和納米技術(shù)來(lái)制造它，用生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)它，最后用信息技術(shù)來(lái)操縱和控制它，使它工作。這說(shuō)明在聚合NBIC四大科技中，認(rèn)知科學(xué)是統(tǒng)領(lǐng)的，是基礎(chǔ)理論；其他三項(xiàng)技術(shù)納米技術(shù)、生物技術(shù)和信息技術(shù)則用來(lái)推動(dòng)認(rèn)知科學(xué)的理論創(chuàng)新。任何科學(xué)的發(fā)展都依次經(jīng)過(guò)科學(xué)理論、技術(shù)和產(chǎn)品三個(gè)階段的發(fā)展，認(rèn)知科學(xué)也不例外。所以，科學(xué)與技術(shù)是密切關(guān)聯(lián)、互相支撐的。一個(gè)科學(xué)理論，如果沒有技術(shù)階段的發(fā)展，它終究只是一種理論或假說(shuō)。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果沒有科學(xué)理論的創(chuàng)新，也不可能出現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新和產(chǎn)品的應(yīng)用。四大科技是21世紀(jì)最具創(chuàng)新性和應(yīng)用前景的科學(xué)技術(shù)，是本文所定義的21世紀(jì)大科學(xué)的核心。
第六，人類心智與人工智能的進(jìn)化。當(dāng)下最熱門的人工智能（AI）的發(fā)展和演變?cè)?1世紀(jì)大科學(xué)結(jié)構(gòu)圖（圖3）中也得到了體現(xiàn)。其一，AI作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)交叉產(chǎn)生的新領(lǐng)域和新學(xué)科，體現(xiàn)在認(rèn)知科學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)之中，并成為認(rèn)知科學(xué)的核心學(xué)科（圖2）。其二，AI作為認(rèn)知科學(xué)的核心學(xué)科進(jìn)入更大的學(xué)科綜合體NBIC之中，并得到聚合科技NBIC的共同支撐。其三，AI作為人類智能的模仿，需要從人類心智從低階到高階全面的學(xué)習(xí)人類心智，特別要學(xué)習(xí)語(yǔ)言、思維和文化這三個(gè)層級(jí)人類所特有的高階心智。人類心智的進(jìn)化方向引導(dǎo)了人工智能未來(lái)的進(jìn)化和發(fā)展方向。目前的人工智能是單一智能，而人類智能是綜合智能。人工智能的未來(lái)發(fā)展也會(huì)走向綜合智能。
大科學(xué)時(shí)代的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)
人類的認(rèn)知（主要是通過(guò)語(yǔ)言和思維）形成知識(shí)，知識(shí)發(fā)展成熟并形成體系之后就是學(xué)科。人類認(rèn)知在某個(gè)知識(shí)領(lǐng)域發(fā)展成熟而成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科的標(biāo)志是：它必須有獨(dú)立的研究?jī)?nèi)容與成熟的研究方法、規(guī)范和學(xué)科體制。講到學(xué)科體制或?qū)W科制度，其成熟的標(biāo)志與合理性又體現(xiàn)在二級(jí)學(xué)科的劃分、學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)、一定數(shù)量的得到承認(rèn)的學(xué)術(shù)成果、特別是經(jīng)典性學(xué)術(shù)著作以及學(xué)科的歷史（學(xué)術(shù)史）這樣一些規(guī)范之上。對(duì)于人文社會(huì)科學(xué)，本土化也是學(xué)科成熟的重要標(biāo)志之一。[13]
過(guò)去2500年，人類利用自己的認(rèn)知能力對(duì)各個(gè)認(rèn)識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行分門別類的研究和分析，結(jié)果形成十分龐大的學(xué)科體系。國(guó)外常用學(xué)科分類的學(xué)科門類數(shù)和一級(jí)學(xué)科數(shù)（見表1）。[14]
中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類與代碼（GB/T 13745-2009）共設(shè)5個(gè)門類、62個(gè)一級(jí)學(xué)科、748個(gè)二級(jí)學(xué)科、近6000個(gè)三級(jí)學(xué)科。一級(jí)學(xué)科之上歸屬為5個(gè)學(xué)科門類：A.自然科學(xué)；B.農(nóng)業(yè)科學(xué)；C.醫(yī)藥科學(xué)；D.工程與技術(shù)科學(xué)；E.人文與社會(huì)科學(xué)。
5個(gè)學(xué)科門類和62個(gè)一級(jí)學(xué)科劃分如下。
A 自然科學(xué)類
110 數(shù)學(xué)
120 信息科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)
130 力學(xué)
140 物理學(xué)
150 化學(xué)
160 天文學(xué)
170 地球科學(xué)
180 生物學(xué)
190 心理學(xué)
B 農(nóng)業(yè)科學(xué)類
210 農(nóng)學(xué)
220 林學(xué)
230 畜牧、獸醫(yī)科學(xué)
240 水產(chǎn)學(xué)
C 醫(yī)藥科學(xué)類
310 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)
320 臨床醫(yī)學(xué)
330 預(yù)防醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)
340 軍事醫(yī)學(xué)與特種醫(yī)學(xué)
350 藥學(xué)
360 中醫(yī)學(xué)與中藥學(xué)
D 工程與技術(shù)科學(xué)類
410 工程與技術(shù)學(xué)科基礎(chǔ)學(xué)科
413 信息與系統(tǒng)科學(xué)相關(guān)工程與技術(shù)
416 自然科學(xué)相關(guān)工程與技術(shù)
420 測(cè)繪科學(xué)技術(shù)
430 材料科學(xué)
440 礦山工程技術(shù)
450 冶金工程技術(shù)
460 機(jī)械工程
470 動(dòng)力與電氣工程
480 能源科學(xué)技術(shù)
490 核科學(xué)技術(shù)
510 電子、通信與自動(dòng)控制技術(shù)
520 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)
530 化學(xué)工程
535 產(chǎn)品應(yīng)用相關(guān)工程與技術(shù)
540 紡織科學(xué)技術(shù)
550 食品科學(xué)技術(shù)
560 土木建筑工程
570 水利工程
580 交通運(yùn)輸工程
590 航空、航天科學(xué)技術(shù)
610 環(huán)境科學(xué)技術(shù)及資源科學(xué)技術(shù)
620 安全科學(xué)技術(shù)
630 管理學(xué)
E 人文與社會(huì)科學(xué)類
710 馬克思主義
720 哲學(xué)
730 宗教學(xué)
740 語(yǔ)言學(xué)
750 文學(xué)
760 藝術(shù)學(xué)
770 歷史學(xué)
780 考古學(xué)
790 經(jīng)濟(jì)學(xué)
810 政治學(xué)
820 法學(xué)
830 軍事學(xué)
840 社會(huì)學(xué)
850 民族學(xué)與文化學(xué)
860 新聞學(xué)與傳播學(xué)
870 圖書館、情報(bào)與文獻(xiàn)學(xué)
880 教育學(xué)
890 體育科學(xué)
910 統(tǒng)計(jì)學(xué)
以上國(guó)標(biāo)學(xué)科分類和國(guó)際學(xué)科分類存在較大的問(wèn)題，一是學(xué)科劃分線性排列（詞典排列），看不到各個(gè)學(xué)科門類之間的關(guān)系，缺乏一種結(jié)構(gòu)性的理解。哪些學(xué)科門類和一級(jí)學(xué)科是基礎(chǔ)學(xué)科，哪些又是應(yīng)用學(xué)科呢？二是看不到學(xué)科與知識(shí)之間的關(guān)系。人類知識(shí)的三個(gè)大類自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和人文學(xué)科之間的關(guān)系無(wú)法得到正確反映。
筆者在全國(guó)哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃辦公室擔(dān)任規(guī)劃處處長(zhǎng)和清華大學(xué)擔(dān)任文科領(lǐng)導(dǎo)小組成員與文科處處長(zhǎng)期間，對(duì)科學(xué)和學(xué)科的關(guān)系進(jìn)行過(guò)深入的研究和思考，對(duì)我國(guó)的學(xué)科制度建設(shè)提出過(guò)一些建議，包括學(xué)科劃分的建議，這個(gè)學(xué)科分類可稱為“四部十二門學(xué)科分類法”（詳見表2）。
說(shuō)明如下：第一，本分類法設(shè)12個(gè)學(xué)科門類（gates），為理學(xué)、工學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、文學(xué)藝術(shù)、歷史學(xué)、哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)、教育學(xué)、管理學(xué)。第二，將12個(gè)學(xué)科門類綜合歸屬到4個(gè)更大的部類（worlds）之下，4個(gè)部類用大寫羅馬字母標(biāo)示，分別是（I）自然科學(xué)（Science），該部類只包括理學(xué)1個(gè)門類，含數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)6個(gè)一級(jí)學(xué)科；（II）工程技術(shù)（Engineering），該部類包括工學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)3個(gè)門類，含國(guó)標(biāo)D門類、B門類和C門類下屬的34個(gè)一級(jí)學(xué)科；（III）藝術(shù)人文學(xué)科（Arts & Humanities），該部類包括語(yǔ)言學(xué)、文學(xué)與藝術(shù)、歷史學(xué)、哲學(xué)4個(gè)門類，含國(guó)標(biāo)E門類下屬的8個(gè)一級(jí)學(xué)科（710～780）；（IV）社會(huì)科學(xué)（Social Sciences），該部類包括經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)、教育學(xué)、管理學(xué)4個(gè)門類，含國(guó)標(biāo)E門類下屬的11個(gè)一級(jí)學(xué)科（790～910）。
上述“四部十二門學(xué)科分類法”的特征是學(xué)科分類簡(jiǎn)明，學(xué)科結(jié)構(gòu)規(guī)范，學(xué)科關(guān)系清晰。
首先，在通常的學(xué)科門類之上設(shè)置更大的學(xué)科部類，顯示出主觀的學(xué)科分類必須符合和遵循人類知識(shí)客觀存在的原則。眾所周知，人類知識(shí)是在認(rèn)知世界的過(guò)程中形成的客觀體系。人類知識(shí)分為三大板塊：對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)知形成的自然科學(xué)、對(duì)社會(huì)現(xiàn)象的認(rèn)知形成的社會(huì)科學(xué)和對(duì)人類自身的認(rèn)知形成的人文學(xué)科。“四部十二門學(xué)科分類法”中第I和第II兩大部類對(duì)應(yīng)的是自然科學(xué)，其中第I部類是自然科學(xué)的基礎(chǔ)理學(xué)，它是用語(yǔ)言和思維來(lái)構(gòu)造的純粹的理論體系和科學(xué)認(rèn)知方法。第II部類是工程技術(shù)，它是自然科學(xué)的理論和方法在工程、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。這兩個(gè)部類對(duì)應(yīng)的學(xué)科統(tǒng)稱和簡(jiǎn)稱為“理工科”。與之相應(yīng)，第III和第IV部類對(duì)應(yīng)的是人文社會(huì)科學(xué)，國(guó)內(nèi)常常統(tǒng)稱和簡(jiǎn)稱為“文科”。第III部類是藝術(shù)和人文學(xué)科，它是“文科”的基礎(chǔ)。第IV部類是社會(huì)科學(xué)，它是“文科”中的應(yīng)用學(xué)科。以上4個(gè)部類中，第I部類理學(xué)是整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，第III部類藝術(shù)人文學(xué)科是整個(gè)文科的基礎(chǔ)。這兩個(gè)部類的結(jié)合又具有特殊的意義，它們是整個(gè)人類知識(shí)的基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)通常稱為“文理學(xué)科”，英文是liberal arts，直譯為“自由技藝”，是人獲得自由必備的知識(shí)，也是現(xiàn)代大學(xué)的基礎(chǔ)，體現(xiàn)了現(xiàn)代教育的理念。
其次，四大部類的劃分與國(guó)際通行的文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)分類相吻合。由美國(guó)費(fèi)城科學(xué)信息研究所（ISI）和EI公司編制的自然科學(xué)索引期刊有三大系列，即《科學(xué)引文索引》（SCI）、《工程索引》（EI）和《國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議科學(xué)引文索引》（ISTP）；由ISI編制的人文社會(huì)科學(xué)索引期刊也有三大系列，即《藝術(shù)與人文科學(xué)引文索引》（A&HCI）、《社會(huì)科學(xué)引文索引》（SSCI）和《國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議社會(huì)科學(xué)引文索引》（ISSHP）。這6大檢索系統(tǒng)，除去國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的兩個(gè)檢索系統(tǒng)ISTP和ISSHP之外，其他4大檢索系統(tǒng)SCI、EI、A&HCI、SSCI分別對(duì)應(yīng)于四部十二門學(xué)科分類法中第I、II、III、IV這4個(gè)部類，并涵蓋了全部的自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)各個(gè)學(xué)科的文獻(xiàn)。因此，筆者主張將國(guó)標(biāo)分類法的5個(gè)學(xué)科門類62個(gè)一級(jí)學(xué)科進(jìn)一步概括成自然科學(xué)（Science）、工程技術(shù)（Engineering）、藝術(shù)人文（Arts & Humanities）、社會(huì)科學(xué)（Social Sciences）4大部類，這樣便能夠與上述4大檢索系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。[15]
再次，學(xué)科分類不應(yīng)該是線性甚至無(wú)序的，而應(yīng)該體現(xiàn)各部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。四部十二門學(xué)科分類是二維的平面結(jié)構(gòu)，并為學(xué)科的高維發(fā)展留下空間。在此基礎(chǔ)上，若是再加上交叉綜合學(xué)科，就可以形成三維空間學(xué)科結(jié)構(gòu)（見圖4）。我們說(shuō)人類的認(rèn)知和科學(xué)研究是客觀的、先行的，它在空間上是連續(xù)的，是處處稠密的，人類認(rèn)知空間中的每個(gè)點(diǎn)上都可能產(chǎn)生新的研究領(lǐng)域和新的知識(shí)；而學(xué)科則是人為的、后起的、離散的。因此，學(xué)科的設(shè)置必須符合人類認(rèn)知和科學(xué)研究的需要，符合則促進(jìn)認(rèn)知和科研的發(fā)展，否則就會(huì)阻礙認(rèn)知和科研的發(fā)展。很顯然，學(xué)科交叉和綜合產(chǎn)生的新領(lǐng)域、新知識(shí)并不是在現(xiàn)有的四部十二門學(xué)科分類的平面上，而是在更高維度的認(rèn)知空間上。從這里，我們更加看清了學(xué)科交叉和綜合的認(rèn)知意義和知識(shí)增長(zhǎng)的前景。
最后，在此基礎(chǔ)上明確基礎(chǔ)學(xué)科與基礎(chǔ)理論、應(yīng)用學(xué)科與核心技術(shù)，并形成綜合交叉新興學(xué)科和領(lǐng)域。根據(jù)認(rèn)知科學(xué)、聚合科技統(tǒng)領(lǐng)的21世紀(jì)大科學(xué)結(jié)構(gòu)圖（圖3）和多維度認(rèn)知空間中的學(xué)科結(jié)構(gòu)和知識(shí)增長(zhǎng)圖（見圖4），現(xiàn)在我們可以清楚地指出什么是基礎(chǔ)科學(xué)和基礎(chǔ)理論，以及什么是應(yīng)用學(xué)科和核心技術(shù)。由于在大科學(xué)框架下，科學(xué)技術(shù)是統(tǒng)一的，所以我們兩者一并論述。又由于本論題涉及面廣，我們僅舉其大者加以論述。
0.在物質(zhì)和材料這個(gè)層級(jí)上，基礎(chǔ)科學(xué)和基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)和核心技術(shù)包括：
材料科學(xué)和納米技術(shù)；
數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)基礎(chǔ)理論；
天文學(xué)、地球科學(xué)基礎(chǔ)理論。
1.在神經(jīng)認(rèn)知這個(gè)層級(jí)上，基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)包括：
生物學(xué)、生理學(xué)、腦與神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)理論；
生物技術(shù)；
腦-機(jī)接口技術(shù)；
類腦計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論和技術(shù)。
2.在心理認(rèn)知這個(gè)層級(jí)上，基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)包括：
心理學(xué)（主要是行為心理學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)）基礎(chǔ)理論；
感知和注意基礎(chǔ)理論及傳感器技術(shù)；
表象和記憶基礎(chǔ)理論及芯片嵌入記憶技術(shù)；
行為科學(xué)基礎(chǔ)理論；
行為認(rèn)知技術(shù)。
3.在語(yǔ)言認(rèn)知這個(gè)層級(jí)上，基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)包括：
自然語(yǔ)言基礎(chǔ)理論和自然語(yǔ)言系統(tǒng)；
形式語(yǔ)言基礎(chǔ)理論和形式系統(tǒng)；
語(yǔ)形加工（含詞法加工和句法加工）基礎(chǔ)理論及生成轉(zhuǎn)換語(yǔ)法；
語(yǔ)義加工基礎(chǔ)理論、蒙太格語(yǔ)法和形式語(yǔ)義學(xué)；
語(yǔ)用加工基礎(chǔ)理論、言語(yǔ)行為理論和形式語(yǔ)用學(xué)；
符號(hào)學(xué)基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用；
形式化方法和形式系統(tǒng)；
數(shù)字化方法和信息系統(tǒng)；
虛擬化方法和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
4.在思維認(rèn)知這個(gè)層級(jí)上，基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)包括：
邏輯和推理基礎(chǔ)理論；
算法與邏輯數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論；
數(shù)學(xué)邏輯、形式系統(tǒng)與人工智能；
專門化的形式系統(tǒng)；
人類智能與人工智能；
通用人工智能基礎(chǔ)理論與技術(shù)。
5.在文化認(rèn)知這個(gè)層級(jí)上，基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)包括：
科學(xué)技術(shù)、哲學(xué)、宗教三種文化形式的基礎(chǔ)理論及其相互關(guān)系；
哲學(xué)方法論對(duì)科學(xué)技術(shù)的影響及其在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用；
宗教與科學(xué)的關(guān)系（科學(xué)與宗教的統(tǒng)一性）；
任何真正意義的創(chuàng)新都是文化創(chuàng)新；
綜合時(shí)代的中華文化（經(jīng)驗(yàn)文化）基礎(chǔ)理論和應(yīng)用價(jià)值。
X.在學(xué)科交叉綜合這個(gè)維度上，基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)包括：
人類基因組計(jì)劃；
人類認(rèn)知組計(jì)劃；
聚合科技NBIC；
人工智能技術(shù)；
芯片技術(shù)；
數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。
科學(xué)技術(shù)綜合創(chuàng)新的一些重要領(lǐng)域分析
以上我們根據(jù)認(rèn)知科學(xué)、聚合科技統(tǒng)領(lǐng)的大科學(xué)結(jié)構(gòu)圖（圖3）提出基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)一些重要領(lǐng)域，包括基礎(chǔ)層級(jí)（0層級(jí)）即物質(zhì)和材料層級(jí)的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)；人類認(rèn)知五層級(jí)（1～5層級(jí)）即神經(jīng)認(rèn)知層級(jí)、心理認(rèn)知層級(jí)、語(yǔ)言認(rèn)知層級(jí)、思維認(rèn)知層級(jí)和文化認(rèn)知層級(jí)的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)；以及更高維度的綜合認(rèn)知（第X層級(jí)）的基礎(chǔ)理論與核心技術(shù)。
任何真正意義的創(chuàng)新都是綜合創(chuàng)新，任何真正意義的創(chuàng)新都是文化創(chuàng)新。下面我們就以幾個(gè)科學(xué)技術(shù)重要領(lǐng)域作一些分析。
芯片技術(shù)綜合創(chuàng)新。如果對(duì)當(dāng)前重要的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域進(jìn)行排名，那么，排名第一的應(yīng)該是芯片技術(shù)。芯片技術(shù)不僅是一種新技術(shù)，甚至可以說(shuō)是一種新的生產(chǎn)力和生產(chǎn)方式，影響到信息產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)、軍工國(guó)防、國(guó)家安全、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、社會(huì)生活及個(gè)人生活的方方面面。
芯片通常是半導(dǎo)體芯片的簡(jiǎn)稱。半導(dǎo)體主要由集成電路、光電器件、分立器件、傳感器四個(gè)部分組成。集成電路按照產(chǎn)品種類又主要分為四大類：微處理器、存儲(chǔ)器、邏輯器件、模擬器件。
芯片的基本元件是晶體管。1947年12月，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利、巴丁和布拉頓研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管，三人共同獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，肖克利因此被譽(yù)為“晶體管之父”。晶體管和電子線路的工作原理基于二值邏輯，兩個(gè)邏輯值0和1分別對(duì)應(yīng)于電子線路的關(guān)和開。計(jì)算機(jī)就是開關(guān)線路。芯片技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)邏輯、離散數(shù)學(xué)和固體物理學(xué)，以及后來(lái)發(fā)展的材料科學(xué)，肖克利就是固體物理學(xué)博士。1955年，肖克利在家鄉(xiāng)圣克拉拉（Santa Clara）創(chuàng)辦了自己的半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室，這是硅谷的前身。1957年9月，肖克利原來(lái)的合作者諾依斯和摩爾等8人獨(dú)立出來(lái)成立了仙童半導(dǎo)體（Fairchild）公司，公司的兩項(xiàng)專利印刷電路和集成電路使公司大量盈利并立于世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之巔。1968年，諾依斯和摩爾從仙童離職后創(chuàng)辦了英特爾（Intel）公司。1969年，杰里·桑德斯等人創(chuàng)辦了AMD。在處理器（CPU）領(lǐng)域，英特爾成為處理器的巨頭。隨后，智能手機(jī)的處理器成為競(jìng)爭(zhēng)前沿。1987年，總部設(shè)在中國(guó)臺(tái)灣新竹市科學(xué)園區(qū)的臺(tái)積電（TSMC）成立，它拋棄當(dāng)時(shí)國(guó)際主流的芯片及后端產(chǎn)品一體化設(shè)計(jì)制造模式，創(chuàng)立全球第一家專業(yè)積體電路制造服務(wù)即晶圓代工（foundry）企業(yè)，根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)制造芯片。2020年8月，臺(tái)積電的5納米芯片進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，3納米芯片在2021年面世，并于2022年年底宣布進(jìn)入大批量生產(chǎn)。
隨著量子科技的發(fā)展，量子開關(guān)的制備和量子芯片制造使量子計(jì)算機(jī)的誕生成為可能。量子開關(guān)、量子芯片和量子計(jì)算機(jī)的工作原理基于多值邏輯，這樣使得芯片的運(yùn)算能力和運(yùn)算速度成指數(shù)增長(zhǎng)，從而突破摩爾定律的限制。量子芯片代表著芯片技術(shù)的未來(lái)。
回顧70多年來(lái)芯片技術(shù)的發(fā)展，我們得出以下結(jié)論。第一，芯片技術(shù)不是純粹的技術(shù)問(wèn)題，而是科學(xué)與技術(shù)相互影響、相互促進(jìn)的綜合創(chuàng)新領(lǐng)域。芯片技術(shù)由固體物理學(xué)、材料科學(xué)、數(shù)學(xué)邏輯和離散數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)所支撐，芯片技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了這些基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。當(dāng)前量子芯片的發(fā)展則與量子力學(xué)、量子物理學(xué)、量子邏輯、多值邏輯、非標(biāo)準(zhǔn)邏輯等基礎(chǔ)科學(xué)相關(guān)，并反過(guò)來(lái)促進(jìn)這些新興科學(xué)的發(fā)展。沒有這些基礎(chǔ)理論的支撐，芯片技術(shù)不可能得到發(fā)展。目前，單純依靠投資和引進(jìn)技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)飛躍和趕超的想法與做法是不符合芯片技術(shù)綜合創(chuàng)新的性質(zhì)和要求的。
第二，在技術(shù)和產(chǎn)品層面上，芯片的加工涉及技術(shù)設(shè)計(jì)、材料制備、光刻設(shè)備和技術(shù)，芯片封裝技術(shù)等各個(gè)方面，更涉及國(guó)際合作交流，是屬于綜合創(chuàng)新的領(lǐng)域，芯片制造只是多領(lǐng)域綜合創(chuàng)新的結(jié)果。
第三，創(chuàng)新主體的問(wèn)題。從歷史上看，芯片技術(shù)70多年來(lái)的發(fā)展可以說(shuō)是不斷自我革命，不斷推陳出新，不斷突破極限，不斷創(chuàng)造新高。而一路走來(lái)的創(chuàng)新主體都是個(gè)體，是英雄創(chuàng)造歷史，一些突破甚至是一個(gè)人的想法（idea），帶領(lǐng)幾個(gè)人成立的小公司做出來(lái)的。這一方面特別值得我們借鑒。
數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。數(shù)據(jù)科學(xué)是數(shù)字化和計(jì)算機(jī)科學(xué)時(shí)代的產(chǎn)物。所謂數(shù)字化，就是用二進(jìn)制數(shù)1和0來(lái)表示電路開關(guān)、存儲(chǔ)信息、編碼和傳輸信息的一種技術(shù)，它的理論基礎(chǔ)是二值邏輯和形式化方法。[16]數(shù)據(jù)科學(xué)是研究計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的科學(xué)。數(shù)據(jù)處理經(jīng)歷了關(guān)系數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)兩個(gè)發(fā)展階段。關(guān)系數(shù)據(jù)用二維表來(lái)表示數(shù)據(jù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)表列的“字段”來(lái)處理不同類型的數(shù)據(jù)，再通過(guò)對(duì)表行的“記錄”形成各字段的一個(gè)集合，最后由若干個(gè)記錄組成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣就把具有一定關(guān)系的分散數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)了。筆者在讀博期間和畢業(yè)以后在全國(guó)哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃辦公室工作期間，利用當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件Fox Base和Fox Pro編制了全國(guó)第一個(gè)基金項(xiàng)目管理系統(tǒng)，極大地提高了工作效率，使國(guó)家社科基金項(xiàng)目的管理進(jìn)入數(shù)字化和信息化的新時(shí)代。
大數(shù)據(jù)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生的新的數(shù)據(jù)技術(shù)，也被納入到數(shù)據(jù)科學(xué)的領(lǐng)域之中。相對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)有兩大特征：一是大數(shù)據(jù)是未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)或稱即時(shí)數(shù)據(jù)，二是大數(shù)據(jù)是海量數(shù)據(jù)。例如，今日頭條通過(guò)算法匹配符合個(gè)人偏好的信息內(nèi)容；淘寶和京東根據(jù)消費(fèi)者日常購(gòu)買行為的數(shù)據(jù)進(jìn)行商品推薦；電子導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)即時(shí)的交通數(shù)據(jù)和用戶選擇的交通路線為車輛規(guī)劃最優(yōu)交通地圖和路線等。大數(shù)據(jù)應(yīng)用的三個(gè)主要層面是數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)開發(fā)、海量數(shù)據(jù)分析與挖掘。大數(shù)據(jù)分析已經(jīng)形成一套非常完備的方法（見表3）。
2015年12月10日，筆者應(yīng)邀在清華大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院“技術(shù)·前沿”系列講座上作了題為《經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知與大數(shù)據(jù)》的演講，在這個(gè)演講中，筆者提出如下一些重要思想和觀點(diǎn)。第一，大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)關(guān)系密切，它們共同的基礎(chǔ)是人類的經(jīng)驗(yàn)：大數(shù)據(jù)是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)知科學(xué)是經(jīng)驗(yàn)科學(xué)，認(rèn)知科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)向改變了20世紀(jì)以來(lái)以理性和分析為主要方法的科學(xué)基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)到以經(jīng)驗(yàn)和綜合為主要方法的科學(xué)道路上，大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)科學(xué)即為例證。第二，數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)該借鑒和應(yīng)用認(rèn)知科學(xué)的理論和方法，從人類認(rèn)知的五個(gè)層級(jí)神經(jīng)認(rèn)知、心理認(rèn)知、語(yǔ)言認(rèn)知、思維認(rèn)知和文化認(rèn)知來(lái)加工數(shù)據(jù)，特別要重視語(yǔ)言、思維、文化三個(gè)層級(jí)的數(shù)據(jù)加工，因?yàn)檫@是人類認(rèn)知的本質(zhì)特征。第三，在數(shù)據(jù)加工中，不僅要掌握和使用分析和演繹的方法，更要重視綜合和歸納、類比、溯因的經(jīng)驗(yàn)方法。[17]
國(guó)際數(shù)據(jù)管理協(xié)會(huì)-中國(guó)分會(huì)（DAMA China）主席胡本立教授認(rèn)為，目前的大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)科學(xué)基本上停留在技術(shù)和應(yīng)用層面，如果沒有合適的科學(xué)理論的支撐，很難繼續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展。那么，適合作為大數(shù)據(jù)技術(shù)的科學(xué)理論究竟是什么呢？胡本立教授的答案是認(rèn)知科學(xué)。2019年6月7～8日，由上海市浦東新區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦的第二屆“數(shù)據(jù)后面的科學(xué)——人類認(rèn)知與人工智能”高端學(xué)術(shù)研討會(huì)在上海張江舉行。筆者應(yīng)邀與胡本立教授一起參加了研討會(huì)，并作了《人類認(rèn)知體系和數(shù)據(jù)加工》的專題報(bào)告，從語(yǔ)言符號(hào)與數(shù)據(jù)加工、思維推理決策與數(shù)據(jù)加工、中華文化認(rèn)知與數(shù)據(jù)加工幾個(gè)方面探討了數(shù)據(jù)技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)的交叉綜合發(fā)展。此次研討會(huì)還就加強(qiáng)大數(shù)據(jù)智能、跨媒體感知計(jì)算、人機(jī)混合智能、群體智能、自主協(xié)同與決策等基礎(chǔ)理論研究、大數(shù)據(jù)智能理論重點(diǎn)突破無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)、綜合深度推理、建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、以自然語(yǔ)言理解為核心的認(rèn)知計(jì)算模型以及形成從大數(shù)據(jù)到知識(shí)、從知識(shí)到?jīng)Q策的能力等重要理論和應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了研討。[18]這些問(wèn)題反映了大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能、語(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)等多學(xué)科交叉綜合發(fā)展的趨勢(shì)。胡本立教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際數(shù)據(jù)管理協(xié)會(huì)-中國(guó)分會(huì)（DAMA China）將參與主辦2023年的第十五屆全國(guó)認(rèn)知科學(xué)會(huì)議暨第九屆中國(guó)與世界認(rèn)知科學(xué)國(guó)際會(huì)議，值得期待。
人工智能與通用智能。人工智能近年的發(fā)展令人眼花瞭亂。先有2016年AlphaGo戰(zhàn)勝人類圍棋大師李世石，且在此后的一年內(nèi)，一個(gè)更強(qiáng)大的AlphaGo與全世界最頂尖的20位棋手對(duì)弈，未嘗敗績(jī)。輿論界甚至驚呼：人類的歷史即將結(jié)束，計(jì)算機(jī)和人工智能將統(tǒng)治人類！其后的2017年，泰格馬克的著作《生命3.0》對(duì)人工智能賦予生命。泰格馬克關(guān)于未來(lái)生命的設(shè)想要點(diǎn)如下：生命1.0發(fā)源于約40億年前的生物階段，在它的有生之年都無(wú)法重新設(shè)計(jì)自己的硬件和軟件，二者皆由它的DNA決定，只有進(jìn)化才能帶來(lái)改變，而進(jìn)化則需要許多世代才會(huì)發(fā)生。生命2.0大約產(chǎn)生于10萬(wàn)年前，也就是人類誕生以后的生命形式。生命2.0雖然不能更新硬件，但可以更新軟件，即可以重新設(shè)計(jì)自身軟件的一大部分：人類可以學(xué)習(xí)復(fù)雜的新技能，如語(yǔ)言、運(yùn)動(dòng)和職業(yè)技能，并且能夠從根本上更新自己的世界觀和目標(biāo)。生命3.0是一種預(yù)言，目前在地球上尚不存在，它的軟硬件都可以更新，它不僅能最大限度地重新設(shè)計(jì)自己的軟件，還能夠重新設(shè)計(jì)自己的硬件，而不用等諸多世代的緩慢進(jìn)化。[19]
泰格馬克將生命定義為硬件和軟件系統(tǒng)。為什么要用“硬件”和“軟件”這種計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)來(lái)定義生命？就是為了推出計(jì)算機(jī)生命——生命3.0的存在。定義的公式如下：
以上定義公式中，“＝df”表示“定義為”，左邊是被定義項(xiàng)，右邊是定義項(xiàng)；“＋”表示“能更新”，“－”表示“不能更新”。按照這樣的定義，泰格馬克得到“生命三個(gè)階段”的結(jié)論，他的“生命三種形態(tài)”的理論完成建構(gòu)。
泰格馬克還有另一個(gè)生命的定義：將生命定義為一個(gè)能夠“保持自己的復(fù)雜性，并進(jìn)行復(fù)制的過(guò)程”[20]。在此定義之下，宇宙萬(wàn)物和技術(shù)進(jìn)步都可以看作某種生命系統(tǒng)。泰格馬克論證了生命與其物質(zhì)形態(tài)無(wú)關(guān)。他說(shuō)：“硬件就是物質(zhì)，軟件就是形態(tài)。計(jì)算的‘物質(zhì)’層面的獨(dú)立性暗示著我們，人工智能是可能實(shí)現(xiàn)的：智能的出現(xiàn)并不一定需要血肉或碳原子。”[21]他明確說(shuō)：“我們宇宙中的生命的最終極限取決于物理定律，而不取決于智能。”[22]如此這般，泰格馬克便賦予宇宙萬(wàn)物以生命。
泰格馬克定義了各種智能，按照他的定義和論述，我們可以把這些智能排列成一個(gè)等級(jí)（詳見圖5）。在這個(gè)等級(jí)圖中，無(wú)所不能的通用智能（General Intelligence）居于最高等級(jí)，在擁有數(shù)據(jù)和資源的情況下可獲得與之平起平坐的通用智能能力的普遍智能（Universal Intelligence），數(shù)字烏托邦主義者期望的圣杯生命3.0當(dāng)仁不讓地與通用智能居于最高層級(jí)。根據(jù)泰格馬克的定義，人類水平的人工智能（Human-leveler AI）、通用人工智能（AGI）和強(qiáng)人工智能（Strong AI）是同一水平的智能。在這兩個(gè)層級(jí)之間，是“遠(yuǎn)超過(guò)人類水平的通用智能”，即所謂“超級(jí)智能”（Super-intelligence）。顯然，數(shù)字烏托邦主義者的生命3.0的三級(jí)跳，目前恐怕還處在第一級(jí)HAI／AGI／SAI的水平上，甚至在這個(gè)水平上也是問(wèn)題多多。僅僅是塞爾的中文房間證據(jù)（Chinese Room Argument, CRA）對(duì)強(qiáng)人工智能的打擊，人工智能領(lǐng)域的學(xué)者和工程師并未能夠給出令人滿意的回答。[23]
工程師和人文學(xué)者對(duì)人工智能的關(guān)切迥異。人工智能專家和工程師一般只是考慮一個(gè)人工智能產(chǎn)品和能不能做出來(lái)，以及怎樣做出來(lái)；人文學(xué)者卻要考慮這項(xiàng)技術(shù)或產(chǎn)品應(yīng)不應(yīng)該去做，以及這件產(chǎn)品做出來(lái)后對(duì)人類可能產(chǎn)生哪些影響，包括正面的影響和負(fù)面的影響。人工智能的瘋狂，甚至在某些領(lǐng)域失控發(fā)展，目前主要是為商業(yè)利益、軍事和工業(yè)的需要所驅(qū)動(dòng)。例如，ChatGPT就是一個(gè)由商業(yè)利益決定的過(guò)度炒作的人工智能軟件，它的作用被夸大了。
必須承認(rèn)，自2016年AlphaGo戰(zhàn)勝李世石以來(lái)，短短幾年間，人工智能得到了日新月異的發(fā)展，而且表現(xiàn)出綜合再綜合的發(fā)展趨勢(shì)。AlphaGo是一個(gè)單一功能（下圍棋）的軟件，《生命3.0》一書中描繪了人類水平的人工智能（HAI）、通用人工智能（AGI）、強(qiáng)人工智能（SAI）、超級(jí)智能（SI）、通用智能（GI）、普遍智能（UI），最后是具有生命的人工智能——生命3.0。這樣的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了綜合再綜合的人工智能發(fā)展方向。但人工智能的發(fā)展不是無(wú)極限的，由于存在著無(wú)法跨越的鴻溝——意識(shí)，人工智能超越人類智能，甚至進(jìn)化成為新的生命形式，這是完全不可能的。
意識(shí)問(wèn)題與自主人工智能。人工智能的終極問(wèn)題是意識(shí)問(wèn)題，機(jī)器是否會(huì)產(chǎn)生意識(shí)？又是否會(huì)產(chǎn)生自我意識(shí)？若是，則有可能產(chǎn)生自主人工智能；若否，則機(jī)器終究是機(jī)器，它只不過(guò)是人類制造的一種工具，那怕它具有某種程度的智能。
意識(shí)的產(chǎn)生是生命存在的本質(zhì)特征，生命體都有某種程度的意識(shí)。植物聽音樂(lè)會(huì)生長(zhǎng)得更好；電鋸伐木的聲音會(huì)嚇壞旁邊的樹木；魚知道快樂(lè)和痛苦（莊子《逍遙游》）；貓和狗會(huì)認(rèn)識(shí)主人，會(huì)找到自己的家；狼和獅子都會(huì)使用欺騙行為，等等。人類除了具有動(dòng)物的神經(jīng)意識(shí)和心理意識(shí)，還具有非人類動(dòng)物所不具備的語(yǔ)言意識(shí)、思維意識(shí)和文化意識(shí)，這三種高級(jí)精神活動(dòng)或稱高級(jí)意識(shí)形態(tài)，正是人與動(dòng)物意識(shí)的根本分野。
人類意識(shí)的一個(gè)重要標(biāo)志是自我意識(shí)的存在。所謂自我意識(shí)，就是能夠認(rèn)知“我就是我”的意識(shí)，它的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)是“鏡像實(shí)驗(yàn)”，就是讓被試的動(dòng)物照鏡子，看它是否能夠知道鏡子中的鏡像就是它自己。狗和猴子等靈長(zhǎng)動(dòng)物都不能通過(guò)鏡像實(shí)驗(yàn)，而黑猩猩則可以通過(guò)此實(shí)驗(yàn)。由此可知，自我意識(shí)也不能成為區(qū)別人和動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn)知科學(xué)建立以后，我們弄清楚了人和動(dòng)物區(qū)別的真正標(biāo)準(zhǔn)是語(yǔ)言。抽象的概念語(yǔ)言的發(fā)明使猿最終脫離動(dòng)物界而進(jìn)化為人。[24]從人類認(rèn)知五層級(jí)看，語(yǔ)言的發(fā)明是人類心智進(jìn)化的關(guān)鍵一步，在抽象的概念語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，人類產(chǎn)生了思維，語(yǔ)言和思維共同建構(gòu)了全部人類知識(shí)，知識(shí)積淀為文化。動(dòng)物也有語(yǔ)言，如肢體語(yǔ)言和聲音語(yǔ)言，但那只是信號(hào)語(yǔ)言，即傳達(dá)某種行動(dòng)信號(hào)的語(yǔ)言，而人類的語(yǔ)言是能夠表達(dá)抽象概念并能進(jìn)行思維和推理的符號(hào)語(yǔ)言。因此，語(yǔ)言才是區(qū)別人類心智（包括人類意識(shí)）與動(dòng)物心智（包括動(dòng)物意識(shí)）的根本標(biāo)志。
人類在進(jìn)化中形成的生存意識(shí)也是一種重要的意識(shí)形態(tài)。人類憑借生存意識(shí)獲得生存和發(fā)展的能力，并形成分辨敵友、趨利避害、生存競(jìng)爭(zhēng)等認(rèn)知模型和行為方式。
人工智能并不具有任何生命所應(yīng)該具有的這些意識(shí)形式，既沒有神經(jīng)意識(shí)和心理意識(shí)，更不具備人類特有的語(yǔ)言意識(shí)、思維意識(shí)和文化意識(shí)。雖然人工智能已經(jīng)十分“聰明”，它不僅已經(jīng)戰(zhàn)勝人類棋手，甚至?xí)?duì)話和寫作，但人工智能不論再聰明，都不會(huì)產(chǎn)生哪怕最初級(jí)的意識(shí)。人工智能不會(huì)有任何意識(shí)和自我意識(shí)，也不會(huì)有生存意識(shí)和任何趨吉避兇、趨利避害的行為方式。強(qiáng)人工智能可能會(huì)說(shuō)，你所說(shuō)的上述人類意識(shí)和行為方式，我們也可能讓人工智能具備，例如能夠讓它分清敵友、趨利避害。他們甚至說(shuō)，我們不僅可以讓人工智能具有意識(shí)，還可以讓它能夠自我進(jìn)化、復(fù)制自身，類似于人類的繁殖。于是，意識(shí)問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為另一個(gè)問(wèn)題：是否有進(jìn)化過(guò)程之外的生命？是否存在進(jìn)化中產(chǎn)生的碳基生命之外的硅基生命？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，筆者在《生命進(jìn)化與人工智能》一文中已經(jīng)做過(guò)否定的回答和詳細(xì)論證。[25]讀者可參閱此文和文中所列相關(guān)資料。
目前的人工智能是單一智能，而人類智能是綜合智能。如ChatGPT已經(jīng)出現(xiàn)綜合智能的某種趨勢(shì)，并因此被渲染得似乎又要再一次由它來(lái)替代人類甚至控制人類。但筆者認(rèn)為這不過(guò)是作為人類認(rèn)知工具的人工智能的又一次改進(jìn)，并不值得大驚小怪。并且筆者認(rèn)為，從人工智能的本質(zhì)來(lái)看，永遠(yuǎn)也不會(huì)出現(xiàn)能夠超越人類甚至控制人類的具有自主意識(shí)的人工智能。
綜上所述，以芯片技術(shù)綜合創(chuàng)新、數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能與通用智能、意識(shí)問(wèn)題與自主人工智能等進(jìn)行示例分析，能夠更清楚地看到一些重大創(chuàng)新領(lǐng)域的本質(zhì)和意義。例如，綜合創(chuàng)新才是未來(lái)的人類認(rèn)知和人工智能這兩大智能的發(fā)展之路。科學(xué)創(chuàng)新，就是認(rèn)知科學(xué)引領(lǐng)的大科學(xué)時(shí)代的綜合創(chuàng)新，是分析基礎(chǔ)上的綜合創(chuàng)新，是在人類全部知識(shí)基礎(chǔ)上的綜合創(chuàng)新，是文化創(chuàng)新。在這個(gè)意義上，我們需要對(duì)大科學(xué)時(shí)代的綜合創(chuàng)新注入更多的人文關(guān)切，防止科學(xué)技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)背離人類生存、人類文化和文明發(fā)展的趨向。
（本文系國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重大項(xiàng)目“語(yǔ)言、思維、文化層級(jí)的高階認(rèn)知研究”、貴州省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃國(guó)學(xué)單列重大項(xiàng)目“認(rèn)知科學(xué)與陽(yáng)明心學(xué)的實(shí)證研究”的階段性成果，項(xiàng)目編號(hào)分別為：15ZDB017、20GZGX10）
注釋
[1][6][8]蔡曙山：《綜合的時(shí)代：從認(rèn)知科學(xué)到聚合科技及其未來(lái)發(fā)展》，《人民論壇·學(xué)術(shù)前沿》，2022年10月下。
[2]2023年2月21日，習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：“世界已經(jīng)進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代，基礎(chǔ)研究組織化程度越來(lái)越高，制度保障和政策引導(dǎo)對(duì)基礎(chǔ)研究產(chǎn)出的影響越來(lái)越大。”參見《習(xí)近平主持中共中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)并發(fā)表重要講話》，2023年2月22日，http://www.gov.cn/xinwen/2023-02/22/content_5742718.htm。
[3]蔡曙山：《自然與文化》，《學(xué)術(shù)界》，2016年第4期。
[4]蔡曙山：《論技術(shù)行為、科學(xué)理性與人文精神》，《中國(guó)社會(huì)科學(xué)》，2002年第2期。
[5]蔡曙山：《認(rèn)知科學(xué)導(dǎo)論》，北京：人民出版社，2021年。
[7]米黑爾·羅科、威廉·班布里奇編：《聚合四大科技 提高人類能力：納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)》，蔡曙山等譯，北京：清華大學(xué)出版社，2010年，第389～434頁(yè)。
[9]蔡曙山：《陽(yáng)明心學(xué)就是中國(guó)的認(rèn)知科學(xué)》，《貴州社會(huì)科學(xué)》，2021年第1期。
[10]蔡曙山：《認(rèn)知科學(xué)導(dǎo)論》叢書總序，北京：人民出版社，2021年，第6～9頁(yè)。
[11]M. 懷特：《分析的時(shí)代：二十世紀(jì)的哲學(xué)家》，杜任之譯，北京：商務(wù)印書館，1981年。
[12]D. Kahneman; P. Slovic; A. Tversky, Judgement under Uncertainty: Heuristics and Biases, Cambridge University Press, 1982. Also see D. Kahneman, Thinking, Fast and Slow, Farrar, Straus and Giroux, 2011.
[13]蔡曙山：《科學(xué)與學(xué)科的關(guān)系及我國(guó)的學(xué)科制度建設(shè)》，《中國(guó)社會(huì)科學(xué)》，2002年第3期。
[14]丁雅嫻：《學(xué)科分類研究與應(yīng)用》，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994年，第11～12頁(yè)。
[15]蔡曙山：《論我國(guó)大學(xué)文科的發(fā)展階段及辦學(xué)理念》，《學(xué)術(shù)界》，2004年第1期。另參見蔡曙山：《讓中國(guó)的人文藝術(shù)和社會(huì)科學(xué)走向世界》，《云夢(mèng)學(xué)刊》，2004年第4期。
[16]蔡曙山：《論數(shù)字化》，《中國(guó)社會(huì)科學(xué)》，2001年第4期。另參見蔡曙山：《言語(yǔ)行為和語(yǔ)用邏輯》第七章“計(jì)算機(jī)科學(xué)與語(yǔ)用邏輯”，北京：中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1998年，第379～292頁(yè)。
[17]蔡曙山：《經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知與大數(shù)據(jù)》，2019年9月17日，http://www.360doc.com/content/19/0917/00/332078_861480332.shtml。
[18]蔡曙山：《人類認(rèn)知體系和數(shù)據(jù)加工》，《張江科技評(píng)論》，2019年第4期。
[19][20][21][22]邁克斯·泰格馬克：《生命3.0》，汪婕舒譯，杭州：浙江教育出版社，2018年，第33、50、88、59頁(yè)。
[23]蔡曙山：《哲學(xué)家如何理解人工智能》，《自然辯證法研究》，2001年第11期；蔡曙山：《關(guān)于哲學(xué)、心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的12個(gè)問(wèn)題與塞爾教授的對(duì)話》，《學(xué)術(shù)界》，2007年第3期。
[24]蔡曙山：《認(rèn)知科學(xué)導(dǎo)論》，北京：人民出版社，2021年，第3～7頁(yè)。
[25]蔡曙山：《生命進(jìn)化與人工智能》，《上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)》，2020年第3期。
Basic Theory, Core Technologies and Synthetic Innovation in the Age of Big Science
Cai Shushan
Abstract: Big science is the comprehension of science and technology, subject knowledge and human cognitive ability in the age of synthesis. Led by cognitive science and converging technologies, big science in the 21st century presents a synthetic structure that includes five levels of human cognitive ability, all human knowledge and discipline systems, converging technologies including nanotechnology, biotechnology, information technology and cognitive science (NBIC), and reflects the co-evolution of human mind and artificial intelligence. In the age of analysis, we have got fruitful achievements in various disciplines of knowledge, but human knowledge is also fragmented. In the age of synthesis, we re-integrate these disciplines into four worlds and twelve gates structure with three-dimensions, and leave sufficient space for the development of cross-synthesis disciplines. Based on this structure, we define basic disciplines and basic theories, applied disciplines and core technologies, synthetic innovation of science and technology, and finally, some important synthetic innovation fields such as chip technology, data science and big data technology, AI and GI, consciousness problem and autonomous AI will be analyzed as examples.
Keywords: the age of big science, basic theory, core technologies, synthetic innovation
