英制深沟球轴承:科学与城市1

来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/10/06 04:09:39
城市人口迅猛增长的势头在整个21世纪仍将持续并成为当代一大研究课题

科学与城市


日期:2010-11-17 作者:史博臻;江世亮 来源:文汇报

 

 

 

超级城市——人口1000万以上,且外来人口占到90%                
    □史博臻  江世亮
    
    截至2008年,超过半数的世界人口居住在城市,并以每星期100万人的速率膨胀。预计到2030年,全世界将有60%的城市人口,城市犹如强磁般施加给经济发展和社会进步以巨大的拉动力。但愈发密集的人群带来诸多堪忧的问题,如空气和水污染、贫困、暴力和传染病。
    
    城市对于科学很重要。城市是科学教育资源最富集之地,众多世界顶级的高等学府和研究人员都汇聚于此。纵观历史,城市创造出一系列举世瞩目的成就,从巴黎圣母院的钟声传语到现代的移动电话通信,通讯领域已经发生翻天覆地的变化。
    
    同样,科学对于城市也很重要。城市优质资源的开发、社会问题的解决,以及顺应时代的可持续发展等都有赖于科学共同体的参与和智慧。新近出版的英国《自然》杂志以探寻科学和城市间的独特关系为视角,探讨了科学和城市这一话题。我们特对此做集纳整理,希望引起更多人关注。
    
救救城市  城市本身有不少值得关注的课题
    
    从城市获益的科学家应该对城市进行回报。世界上超过一半的人口居住在城市,且这一数量不断增长。目前城市遭受污染、贫穷和疾病的困扰,而且易受气候变化和自然灾害的侵袭。所以,不论是科学家团体还是个人,不论所从事的专业是否相关,科学家都应该为城市的发展作出贡献。
    
    科学家,同样是城市的一员。放眼全球,城市汇集了众多高等学府和科研工作者,例如华盛顿地区的科学家和工程师数量占到整个就业人口的十分之一;北京市拥有16万以上的专业研发人员。但大量科学资源的富集并不必然意味着城市面临的诸多需求能够得到科学共同体的关注。
    
    目前,城市面临污染、贫穷和疾病的困扰,而且频频遭受气候变化和自然灾害的侵袭,海地首都太子港的多次地震和孟加拉国首都达卡屡遭洪水绝非个案。如果科研人员能够帮助应对城市问题,将有利于攻克这些障碍。遗憾的是,科学家个人和科研机构迟迟没有意识到这一点。例如,在过去二十年中,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)共进行过四次评估报告和一些关于导致全球变暖原因、影响的小型报告,但只是笼统地分析国家整体状况,而没有涉及到城市层面——尽管全世界40多个大城市负有降低温室气体排放量的义务,并具有不可推卸的责任。
    
    现在,是呼吁科学共同体更多关注城市的时候了!
    
    统计数据显示,就论文数量和科学影响来说,城市是最多产的地区。东京、伦敦、巴黎、纽约和北京等大城市不仅为科学合作提供了丰富机会,同时拥有大量非科学资源,往往是文化、企事业和金融市场中心。所以,从城市文明中获益的科学家应该对城市进行回报。
    
    目前,这种态势初露端倪。科学家逐渐意识到自身价值在城市发展中的显现。例如,在纽约工作了20多年的辛西娅·罗森·茨维格,其主要职责是评估气候变化影响,并制定城市应对策略。自担任纽约应对气候变化专门委员会(NPCC)共同主席以来,茨维格已有效领导并部署了城市可持续发展战略。除此之外,美国科罗拉多丹佛大学和英国纽卡斯尔大学正在开设关于城市可持续发展的博士课程。
    
    与此同时,大洋彼岸的中国科学家正在根据市长们节能减排的目标来制定切实可行的城市应对计划。中国科技部官员表示,经过近十年的努力,中国现在基本上已经形成了具有自主知识产权的电动汽车动力系统研发平台。
    
    这种科学家与政府决策者之间的互动在实现城市可持续发展的议题上显得愈发重要。科学家仅仅公布调查结果已远远不能满足决策者的需要,而是应该经常性地通过会议、报告或网站等媒介发布实时信息,用清晰简明的方式传递出来,因为信息一旦延误就没有什么价值了。
    
    非专业研究城市课题的科学家们同样也能为城市可持续发展提供实在的贡献。比如,合成生物学家可以利用高分子材料覆盖建筑物表面,通过吸收空气中的二氧化碳进行环境保护。
    
    除了具体的科研工作和为决策者提供建议之外,科学家还可以通过科教与科普的方式帮助城市社区。许多城市无法给予学生足够的科学和数学教育,科学家可以指导学生、提供科学展览,或是讲解自己的研究工作。
    
成功复制  建设最适宜科学发展的城市
    
    统计数据显示,就论文数和它们的科学影响来说,城市是最多产的区域。拥有巨量人口的东京、伦敦、巴黎、纽约及北京等大城市不仅为科学合作提供了丰富的机会,同时也往往是文化、企事业和金融市场中心。这些城市何以有较高的科学产出?他们的成功能复制吗?
    
    2000年,连接丹麦哥本哈根和瑞典马尔默的厄勒海峡大桥竣工。此后,大桥两岸形成了一种“双赢”局面:瑞典由此直接通向其他的欧洲大陆;哥本哈根的居民可以获得紧邻城市的廉价房;两岸的经贸合作与日俱增。来自哥本哈根大学的地理学家克里斯琴·马西森认为,这种跨地域的交流除了显而易见的物流和贸易方面的影响外,还会为两地研究人员之间的沟通合作提供更多契机。
    
    十年时间里,厄勒海峡大桥促进了“厄勒地区”的发展,两岸九所大学的165,000名学生和12,000名研究人员之间建立了松散联系,哥本哈根和瑞典最南端省份的合作成倍增加。这些合作吸引了来自欧洲联邦的跨国经济支持,价值14亿欧元(约20亿美元)的中子设备——欧洲散裂中子源选址瑞典隆德并于2013年开始建造。
    
    支持者称,厄勒地区越来越体现出欧洲北部研究中心的重要地位,其中大桥的作用“功不可没”。在马西森看来,除了这些显而易见的好处外,大桥似乎还促动了一项研究计划的诞生--探讨全世界科学成果在地理集群上的形成和联系。其背景是:多数研究活动都集中在大城市里。据2006年至2008年的统计显示,世界上排名前75位的科学团体共产生约57%的研究成果——390万篇论文。所以,有效地细化分析这种科学生产力的集群增长现象,并归纳成功要素,能够更好地推动城市发展。这种研究视角引起了亚利桑那州立大学的统计学家、经济学家约瑟·洛勃的共鸣,他认为,随着全球经济继续疲软,统计出城市科学产出数据非常重要,“学者们多年来一直强调‘城市是创新的引擎’,只有在成功案例与成果数据相结合的基础上,才能有效制定城市科学生产力的发展纲要。”
    
    总体来说,当前关于此类研究的方法大多围绕个案分析。但马西森想利用全世界所有城市的研究成果数据进行对比分析,从中选出赢家和输家。但真正操作起来困难重重,关键问题是城市数据的匮乏。各个国家以及诸如“经济合作与发展组织”这样的国际机构所提供的资料大多是关于国家的科研经费、科研质量以及科学家数量,少有细化到城市本身的统计数据。城市数据“难产”的问题在于对城市定义以及“科学城市”、“创新集群”内涵的准确把握。
    
    马西森和他的团队以40分钟可从市中心往返到达的距离将全球划分成若干城区。按这种划分方式,牛津大学和英国雷丁仍是一个城市区域,同样荷兰的阿姆斯特丹、海牙、鹿特丹和乌得勒支也是如此。他们通过统计论文作者的地址推算分布情况,最终归纳出一个关于论文成果数量的城市排名表,其中,位居前列的是东京、伦敦、北京、旧金山湾区、巴黎和纽约。总部设在阿姆斯特丹的爱思唯尔数据库曾在《自然》刊登过一篇类似的分析文章,并且两份资料排名相同。在论文增速方面,北京市1996年的成果数量占全球的0.76%、2008年占2.74%(319,000篇研究论文),虽然论文产出增速抢眼,但论文被引用数有待提升。其它增速较快的城市分别是德黑兰、伊斯坦布尔、首尔、新加坡市和圣保罗。
    
    马西森统计结果的产生,隐藏的背景是亚洲、中东经济增长以及非英语期刊不断扩大的现实情况,也许不能全面、客观地反映研究成果的质量。而爱思唯尔数据库另辟蹊径,只针对一篇以城市为单位的论文,分析其被引用的次数,这就勾画出了一幅全然不同的画面:波士顿、剑桥和马萨诸塞州独占鳌头--每篇论文被引用的次数是全球平均数量的两倍。美国城市在论文质量列表中占据主要席位,而英国只有剑桥进入前10名。在过去十年里,质量提高幅度相对最快的城市包括奥斯丁、德克萨斯和新加坡市——它们已从低于平均水平的15%提高到高于平均水平的22%。论文增速较快的北京在质量标准上低于平均水平——论文引用仅为全球平均引用率的63%。
    
大都市与科学研究
    
    哥本哈根大学地理学家克里斯琴·马西森的研究团队根据2006年-2008年论文成果数量列出的世界城市排名表
    
科学因城市而兴  城市赖科学而新
    
    ▲人还没有历经一个生命轮回,地球面貌却已沧海桑田。1950年,全世界仅有29%的人口在城市居住,然而这个数字现已飙升至50.5%,并且预计在2050年达到70%。
    
    ▲美国是城市持续发展的发达国家之一,拥有2.61亿城市人口,这一数据将在2025年达到3.08亿。
    
    ▲欧洲城市人口预计在未来不会有大幅度增长,仅从2010年的9.2亿增加到2030年的11.1亿。
    
    ▲拉丁美洲已经进入高度城市化——约有5亿城市人口,约占总人数的80%,比1950年增加了41%,将在2025年达到6.5亿。
    
    ▲非洲仅有40%的城市人口,但增长迅猛,且世界上发展最快的大都市都聚集在非洲。
    
    ▲亚洲城市人口的增长速度快于其他任何地区,延续了20世纪以来的发展趋势。1950年,城市人口为2.34亿,1990年10亿,预计到2025年达到34亿。
    
    ▲超级城市——人口超过1000万的城市,其中90%是外来人口。
    
    ▲城市是资源的暴食者。2006年,约占世界总人数50%的城市人口却消耗了2/3的能源,同时释放出70%的二氧化碳。
    
    ▲当今不少全球性问题的解决方案系于城市。2004年的一份地理分析报告显示,拥有大量科学资源的城市已成科学研究的焦点之一。
    
波士顿  如何长期留住顶级科学家
    
    波士顿在几份科学质量分析报告中都名列榜首,这无疑与该地区集聚了三、四所世界最好的大学有关。但要复制该地区的模式却鲜有成功,经费充裕的顶级研究型大学无疑会促生一个充满活力的科学共同体,但却很难长期留住一位顶尖科学家。
    
    通过个案研究,加州大学圣地亚哥分校的社会学家玛丽·沃尔肖克找出了一座城市能够吸引科学家“驻足”的三个因素:允许他们按照自己的想法自主研究,并提供科研工具和基础设施。充足资金是实现这两个因素的关键。第三个因素则是提供具有吸引力的生活方式。对此,加拿大多伦多马丁繁荣学院的经济学家、社会学家理查德o佛罗里达认为,一个城市要留住有才华、有创意的思想家,必须要有舒适优雅的生活设施和先进文明的城市规划。但怎样才能称得上是“具有吸引力”似乎并不能一语道破。马丁繁荣学院的统计学家凯文·斯多拉瑞克给出了一个认定标准,“往返在生物技术孵化器、大学或医院之间,还能够保证一杯咖啡仍是热的”。当然,舒适的文化氛围和余温的热咖啡似乎并没有多大本事保证产生科学成果。调查数据表明,普遍认为最宜居的城市——温哥华、加拿大和澳大利亚的中心城市往往并不那么“聪明”。
    
    即使具备吸引、留住科学家的三个因素——自由、资金、生活方式,也不能保证“付出就有回报”。在经济学家洛勃看来,拥有洛斯阿拉莫斯和桑迪亚国家实验室的新墨西哥州是美国物理学家最多的城市,但却不是经济发达的地方,因为这些研究本身并不适合商业化。
    
    波士顿的成功在于基础科学的优势背景,能够吸引到众多的公司和大学,并创造财富,同时也吸引到更多的顶级科学家。纵观波士顿从早期殖民地的美国最大城市到十九世纪全球航运中心,发展为目前生物技术中心的历程,可以总结出它经济良性循环的关键是具有多样化的劳动力,相比之下,科学技术的作用是相对靠后的因素。类似的成功故事也发生在旧金山地区,原因也不外乎它具有宜人的气候、适宜投资的法律文化以及允许思想释放的自由。
    
    通常作为科技中心的城市也是财富积聚地。从这个意义上说,像伦敦、东京和纽约这样的大型经济城市注定要成为科学领先区域。
    
    当然,小城市仍有“立足之地”。统计显示,新兴产业首先出现在大城市的比例更高,但一旦规范化后,它们就可能转移到租金和劳动力更便宜的地方。对于希冀“科学创造财富”的城镇,留住一个大型私人研究和开发实验室可以带来巨大的效益。人口20万的荷兰埃因霍温和飞利浦电子公司的合作就是凭借当地大学优势与科研人员寻求合作的范例。但是过分依赖一家公司或行业稍显不明智。俄勒冈州科瓦利斯之外的惠普研究实验室使这个8万人的小城镇成为美国最具创新活力的城镇之一,平均每千人有八项专利。但是如果惠普陷入衰退或是专利匮乏,科瓦利斯很可能随之一蹶不振。
    
    由于科技创新具有不确定因素,寻求经济引擎的城市并一定以此作为发展捷径。一位受访专家指出:“很多城市都拼命寻找一种创造就业机会的方式,譬如有一段时间投资生物技术研究成为时尚。但如果一个城市在生物技术方面没有积累足够专业知识储备或研究条件,就必须从头做起。从其它地方高薪聘请专家,把他们的成果与当地的产业结合起来。纽约州布法罗市就是因为在生物技术研发上盲目投资而遭遇失败的一个典型”。
    
巴黎  整合资源建法国“麻省理工”
    
    巴黎欲打造一所科学“超级大学”——巴黎萨克莱大学,在相距西南部首都30千米的地方建设正酣。法国的目标是在十年后,把萨克莱大学打造成一所世界顶级学府和科研场所——法国的“麻省理工”。
    
    总统萨科奇提议,法国的“大学校”——精英教育的“摇篮”——应该从巴黎迁至萨克莱,成为法国最大高校——巴黎第十一大学校区的一部分。在萨克莱的23个研究机构、高校和“大学校”已在9月末对该项目的管理模式进行了表决,这一管理模式将在高校的科研政策中起主导作用。科研政策主要围绕包括纳米技术、低碳能源在内的12个项目。政府希望通过集中投资和聚集科学家,能在关键领域凝聚更多科研力量并有所建树,同时也希望萨克莱现有的顶级学府和实验室能够创新发展。
    
    萨克莱的普拉托云集了众多的欧洲研究机构,包括法国主要科研机构的实验室、著名的巴黎综合理工大学、同步辐射光源实验室等斥资庞大的科学机构,还有引以为傲的泰雷兹、达能、阿海珐等知名企业的研究实验室,堪比麻省理工学院和斯坦福大学。
    
    然而,政府普遍认为“萨克莱模式”还没有展现出全部潜质。萨科奇认为萨克莱大学应该是许多个享有卓著声誉的科研机构的有机聚合体,但是实际情况并不如人意,各科研机构之间因协调不足且受到制度性障碍变得割裂松散。萨科奇在一次讲话中抨击了在当前全球科研竞争的时代这种人为的壁垒,意在加快推动该项目。
    
    尽管项目负责人热情很高,但一些科学家担心这个项目能否达到预期目标。法国国家农业研究所所长马里恩·吉尤补充说道,迁移实验室和重建校区起码要等到2015年,现在有充裕的时间进行论证。
    
    法国政府拟投入十亿欧元打造这一超级大学的共享学区,通过改善交通设施和建造新的跨学科研究实验室,吸引大批优秀专业人才,希望在神经系统科学、光电学等学科有新的建树。预计到2020年,巴黎萨克莱大学将容纳70000人,包括12000名科研人员,科研实验室的占地面积覆盖率达1/3。
    
墨西哥  诺奖得主投身城市治污
    
    在墨西哥,有一位出租车司机都知其名的67岁化学家,也是墨西哥唯一的诺奖得主马里奥·莫利纳。
    
    四十多年前,莫利纳离开家乡墨西哥城到美国攻读博士学位。1974年,他的第一个博士后论文是为氟利昂(CFCs)“定罪”,提出它会对臭氧层造成破坏。莫利纳的实验证明,已广泛用于电冰箱、空调和发胶等产品的氟里昂(CFCs)最终会毁掉地球的保护屏——臭氧层。10年过后,一名科学家在南极上空发现“空洞”,人们开始注意莫利纳的警告,支持者日益增多,并引起当局广泛重视。1987年,因为莫利纳们的不懈奔走,联合国达成了关于臭氧层保护的《蒙特利尔公约》,在世界范围内开始禁止在制冷行业中使用氟利昂,并规定到1996年,全面禁止排放氟利昂等对臭氧层具有破坏作用的气体——1995年,莫利纳因此而获得诺贝尔化学奖。从此,他走进事业高峰期,荣升麻省理工学院的“第一研究梯队”。也许是亲缘文化纽带的牵引,五年前,他把目光拉回到家乡墨西哥城。
    
    莫利纳肩负着一项伟大的挑战:助力墨西哥城实现拉丁美洲最环保城市的目标。这似乎是一个“不可能”任务。这个拥有二千万人口的大都市一度被认为是全世界污染重灾区。通过墨西哥城的莫利纳能源环境战略研究中心,莫利纳召集到一批智囊团协力攻关。作为唯一获得诺贝尔奖的墨西哥人,莫利纳为政府官员和行业管理者出谋划策。他的谦和赢得了墨西哥城市长,乃至墨西哥总统的信任。
    
    莫利纳充分利用在麻省理工学院担任学院教授的学术优势,开始重整科研规划。1999年,他着手建立麻省理工学院“城市、区域、全球空气污染”的综合项目。他们的研究目标是“超级城市”,第一个对象便是墨西哥城。
    
    那时,墨西哥城已经进行了“大洗底”。从20世纪80年代到90年代末,淘汰含铅汽油并减低柴油硫量,同时发电厂和工厂已经从开始使用柴油燃料向清洁环保的天然气燃料转变,生产出运用催化转换器和其他污染减排技术的新车辆。
    
    但是,墨西哥城的污染水平仍然严重。从2003至2006年,莫利纳召集了上百位来自美国、墨西哥和欧洲研究所的科学家,开展了两个关于密集空气采样的活动。到目前为止,这些活动共产生170多篇论文或报告。今天,科学家所掌握的关于墨西哥城空气污染的数据可能比其他任何一个发展中国家,甚至全世界都要多。
    
    空气采样活动表明,实际情况与人们的期望相反——是挥发性有机物,而非氮氧化合物影响了臭氧的形成。当局已据此对城市地区的污染条例作了修改。“过去,我们很少注意到这些挥发性有机化合物的危害。”城市空气质量计划的负责人维克多·雨果说,“现在我们认为,这一部分应该是空气质量计划首要解决的问题。”
    
    2004年,莫利纳在墨西哥城推动了一项通过减少燃料硫量来减低烟雾浓度的“战斗”。莫利纳和其他同事承受着巨大压力来说服当局扩大低硫汽油和低硫柴油的使用——其中多半必须从其他国家进口。现在,燃油的质量得到改善。雨果说,墨西哥也正在考虑制定针对机动车空气污染和燃料效率的新标准。