編者按：
20世紀(jì)末，科學(xué)界發(fā)起了一系列體現(xiàn)“參與、包容、分享、合作、公開(kāi)、透明”理念的開(kāi)放科學(xué)運(yùn)動(dòng)，包括開(kāi)源軟件、開(kāi)放獲取、開(kāi)放數(shù)據(jù)以及開(kāi)放基礎(chǔ)設(shè)施和平臺(tái)等。開(kāi)放科學(xué)運(yùn)動(dòng)的發(fā)起是為了克服傳統(tǒng)封閉的科學(xué)模式造成的種種弊端，比如過(guò)高付費(fèi)墻造成知識(shí)鴻溝與不平等。
當(dāng)前，隨著時(shí)代發(fā)展，從開(kāi)放獲取邁向開(kāi)放科學(xué)，已經(jīng)成為全球共識(shí)，全球科研模式也因此發(fā)生深刻變革。但我國(guó)目前要實(shí)現(xiàn)開(kāi)放科學(xué)還面臨著許多問(wèn)題，如何構(gòu)建開(kāi)放科學(xué)的中國(guó)路徑、制定互惠共享的國(guó)際科技合作戰(zhàn)略是我國(guó)開(kāi)放科學(xué)發(fā)展的未來(lái)思路。
本文約3562字，建議閱讀時(shí)間9分鐘。
當(dāng)代科技發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)和算力提出了極高要求。在傳統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)研究領(lǐng)域，全球各大科研院所、高校的科研團(tuán)隊(duì)普遍缺乏這方面的能力支撐。為了應(yīng)對(duì)這一變化，近十年來(lái)，“開(kāi)放科學(xué)平臺(tái)”在歐美、非洲等地逐漸盛行，為科研社區(qū)提供包含開(kāi)放數(shù)據(jù)及相關(guān)分析工具、開(kāi)放算力平臺(tái)、開(kāi)放源代碼的各種支持。放眼全球，在科學(xué)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)激烈的大國(guó)時(shí)代，“開(kāi)放科學(xué)平臺(tái)”逐漸成為推動(dòng)科技發(fā)展的關(guān)鍵變量。聯(lián)合國(guó)教科文組織發(fā)布的《開(kāi)放科學(xué)建議書(shū)》中提到，開(kāi)放科學(xué)應(yīng)支持整個(gè)科學(xué)界、不同研究團(tuán)體和學(xué)者，以及傳統(tǒng)科學(xué)界以外的廣大公眾和知識(shí)持有者的需求。
在疫情初始發(fā)現(xiàn)階段，阿里云就向全球公共科研機(jī)構(gòu)免費(fèi)開(kāi)放了一切AI算力。任何針對(duì)新型冠狀病毒分析、疫苗新藥研發(fā)的公共科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校、醫(yī)院，都可以通過(guò)郵件聯(lián)系阿里云疫情公益小組，并在第一時(shí)間與阿里云取得聯(lián)系。同時(shí)，阿里云還與合作機(jī)構(gòu)共同向全球科學(xué)共同體免費(fèi)開(kāi)放相關(guān)藥物研發(fā)資源，共同加速針對(duì)新型冠狀病毒的藥物研發(fā)。從實(shí)際應(yīng)用上看，中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域還需要加大投入，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)范式轉(zhuǎn)變階段基礎(chǔ)科學(xué)平臺(tái)建設(shè)的跟跑、并跑直到領(lǐng)跑。
科學(xué)進(jìn)步的軌跡是什么樣的？早期，人們普遍認(rèn)為，科學(xué)發(fā)展是循序漸進(jìn)的，科學(xué)家不斷涌現(xiàn)，將已有科學(xué)理論向前推進(jìn)從而推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)越來(lái)越接近真理。1962年，美國(guó)學(xué)者托馬斯·庫(kù)恩在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》一書(shū)中提出，以物理學(xué)歷史發(fā)展為例，科學(xué)發(fā)展存在有規(guī)律的不連續(xù)性。書(shū)中說(shuō)，科學(xué)由一系列交替的“正常科學(xué)階段”和“科學(xué)革命”階段組成。在科學(xué)革命階段，伴隨著概念層的突破，已有的理論框架被新科學(xué)范式全面顛覆并重構(gòu)，例如從牛頓力學(xué)到量子力學(xué)的轉(zhuǎn)變。庫(kù)恩創(chuàng)造了“范式轉(zhuǎn)變（Paradigm Shift）”這一科學(xué)哲學(xué)新概念。在庫(kù)恩定義的范式轉(zhuǎn)變理論中，科學(xué)發(fā)現(xiàn)遵循的是另一條五個(gè)階段的循環(huán)路徑：
“前范式階段”：幾個(gè)不相容和不完整的理論，并逐漸收斂到一種被科學(xué)界普遍接受主導(dǎo)范式
“正常科學(xué)階段”：在主導(dǎo)范式的背景下不斷解決科學(xué)難題，推進(jìn)科學(xué)進(jìn)步
“危機(jī)階段”：主導(dǎo)范式能未解決的異常現(xiàn)象，會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不斷累積，最終導(dǎo)致主導(dǎo)范式的信任危機(jī)
“范式轉(zhuǎn)變階段”：主導(dǎo)范式出現(xiàn)重大失敗后，科研基本假設(shè)被重新審視，進(jìn)入新范式建立階段
“新范式階段”：科學(xué)革命后，新范式主導(dǎo)地位確立庫(kù)恩開(kāi)創(chuàng)了一門名為科學(xué)史或科學(xué)社會(huì)學(xué)的新學(xué)科。社會(huì)學(xué)家和歷史學(xué)家開(kāi)始把科學(xué)看成一種普通的亞文化。范式轉(zhuǎn)變推動(dòng)科學(xué)發(fā)展已成廣泛共識(shí)。
庫(kù)恩之后，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的學(xué)界泰斗、數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的傳奇科學(xué)家吉姆·格雷把科學(xué)技術(shù)發(fā)展史總結(jié)為四個(gè)范式階段：
第一范式：經(jīng)驗(yàn)(empirical)證據(jù)。數(shù)千年文明史中，人類絕大多數(shù)技術(shù)發(fā)展源于對(duì)自然現(xiàn)象觀察和實(shí)驗(yàn)總結(jié)。相比于宗教或神學(xué)中不允許被質(zhì)疑的教條來(lái)說(shuō)，基于觀察和實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)范式是科學(xué)技術(shù)發(fā)展中人類邁出的一大步。
第二范式：理論(theoretical)科學(xué)。相比于依賴觀察和實(shí)驗(yàn)的第一范式可以做到“知其然”，第二范式的科學(xué)理論需要做到“知其所以然”，對(duì)自然界某些規(guī)律做出背后原理性的解釋。因此，理論必須滿足進(jìn)一步的要求，如可證偽的預(yù)測(cè)能力、多個(gè)獨(dú)立來(lái)源的一致性等。
第三范式：計(jì)算(computational)科學(xué)。隨著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力越來(lái)越強(qiáng)大，它逐漸被用于科學(xué)研究領(lǐng)域。同前兩個(gè)范式不同，計(jì)算科學(xué)中誕生了一種嶄新的技術(shù)工具：計(jì)算模型與系統(tǒng)模擬。這一工具利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、基于大規(guī)模并行的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、通過(guò)設(shè)計(jì)算法并編制程序來(lái)模擬復(fù)雜過(guò)程，在大氣環(huán)流、核反應(yīng)過(guò)程、病毒感染過(guò)程。在經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等缺乏簡(jiǎn)單、直觀分析解決方案的領(lǐng)域獲得廣泛采用。
第四范式：數(shù)據(jù)科學(xué)(Data exploration)。從基因測(cè)序儀、深空望遠(yuǎn)鏡到覆蓋全球的社交媒體，人類社會(huì)已經(jīng)被深度數(shù)字化。每天在我們生活的數(shù)字地球里每天都會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。據(jù)估計(jì)到 2025年，全球每天將新產(chǎn)生463EB的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于212,765,957 張 DVD，這些DVD疊在一起有30個(gè)珠穆朗瑪峰那么高。在這樣一個(gè)數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，基于數(shù)據(jù)的技術(shù)革命也正在發(fā)生，數(shù)據(jù)科學(xué)成為技術(shù)發(fā)展的最前沿。以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算平臺(tái)、數(shù)據(jù)加工、處理與分享工具、算法與模型庫(kù)等一系列科學(xué)研究方式構(gòu)成了技術(shù)發(fā)展的第四范式。
在第四范式主導(dǎo)的科技時(shí)代，研究團(tuán)隊(duì)除了研讀技術(shù)最前沿研究論文，同時(shí)也需要這些論文涉及的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，以便復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。巨量數(shù)據(jù)和龐大計(jì)算需求給創(chuàng)新帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)科學(xué)交流僅限于論文和有限的公開(kāi)數(shù)據(jù)集，為了促進(jìn)新范式時(shí)代技術(shù)發(fā)展的持續(xù)性，加速科研團(tuán)隊(duì)的合作共享，歐美開(kāi)始興起了“開(kāi)放科學(xué)”運(yùn)動(dòng)：arXiv:美國(guó)物理學(xué)博士保羅·金斯帕格1991在美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建了分享arXiv存儲(chǔ)庫(kù)，幫助全球科研團(tuán)隊(duì)分享研究論文預(yù)印本的全文數(shù)字版本。2008年，arXiv突破了50萬(wàn)篇文章的里程碑；2014年底達(dá)到100萬(wàn)篇；今天， arXiv每月從全球科研社區(qū)獲得超過(guò)15000篇投稿。一些出版商還免費(fèi)授予arXiv作者存檔同行評(píng)審后印本的權(quán)限。arXiv也鼓勵(lì)了更多科研機(jī)構(gòu)，如美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書(shū)館仿照arXiv建立了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的PubMed中央存儲(chǔ)庫(kù)。
Papers with Code：相比arXiv，Papers with Code在開(kāi)放獲取領(lǐng)域則更進(jìn)一步。這個(gè)平臺(tái)不僅分享論文，還鼓勵(lì)科研團(tuán)隊(duì)分享論文工作所對(duì)應(yīng)的代碼和數(shù)據(jù)集。平臺(tái)同時(shí)提供了相關(guān)評(píng)測(cè)環(huán)境，可以對(duì)提交的算法代碼在公共數(shù)據(jù)集合上做技術(shù)排名。Papers with Code不僅創(chuàng)建一個(gè)包含論文、代碼和數(shù)據(jù)集的開(kāi)放集合，同時(shí)也提供了技術(shù)評(píng)估方法的免費(fèi)開(kāi)放平臺(tái)，顯著促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域科研團(tuán)隊(duì)技術(shù)分享與協(xié)作，加速科技創(chuàng)新進(jìn)程。
NASA開(kāi)源科學(xué)計(jì)劃：為了降低太空科學(xué)探索門檻，讓更多的科研團(tuán)隊(duì)可以參加美國(guó)國(guó)家航空航天局的科學(xué)研究，NASA 提出了開(kāi)源科學(xué)計(jì)劃 (OSSI)。OSSI的目標(biāo)是在十年內(nèi)建立一個(gè)開(kāi)放科學(xué)社區(qū)，參與的科研團(tuán)隊(duì)承諾在研發(fā)過(guò)程中開(kāi)放和共享相關(guān)軟件、數(shù)據(jù)以及知識(shí)（包含算法、論文、文檔以及相關(guān)輔助信息），并充分利用協(xié)作工具和云計(jì)算在內(nèi)的技術(shù)工具提高NASA科學(xué)進(jìn)步的速度和質(zhì)量。
在第四范式時(shí)代，爆炸式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)在科技研發(fā)工作中扮演了極其重要的角色，它也給經(jīng)歷這一次范式轉(zhuǎn)變中各個(gè)學(xué)科，尤其是非計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的科研團(tuán)隊(duì)帶來(lái)全新挑戰(zhàn)，涉及數(shù)據(jù)與模型的獲取與分享、計(jì)算模型與系統(tǒng)模擬的規(guī)模膨脹、大規(guī)模人工合成數(shù)據(jù)構(gòu)造、多模態(tài)數(shù)據(jù)處理與分析的工具、數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載、數(shù)據(jù)可視化與交互、人工智能工具集與算力平臺(tái)等領(lǐng)域。
今天，新一輪大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)很大程度上體現(xiàn)為支撐科技發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)以及創(chuàng)新體系之間的競(jìng)爭(zhēng)，開(kāi)放科學(xué)平臺(tái)已成為促進(jìn)科技研發(fā)重要的基礎(chǔ)能力之一。以第四范式驅(qū)動(dòng)的新一代創(chuàng)新體系在歐美已經(jīng)有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，從政府主導(dǎo)的科研項(xiàng)目到學(xué)術(shù)界的實(shí)踐已有十年經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)需要在這個(gè)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到自身不足，加速構(gòu)建獨(dú)立自主的開(kāi)放科學(xué)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)范式轉(zhuǎn)變階段科技發(fā)展的跟跑、并跑直到領(lǐng)跑。
內(nèi)容作者：阿里研究院資深技術(shù)專家 蘇中
內(nèi)容來(lái)源：阿里研究院
聯(lián)系客服
