大科學(xué)研究
大數(shù)據(jù)
大發(fā)現(xiàn)
大科學(xué)工程，是以工程方式、計劃手段、匯聚科技資源與力量整體推進重大科技計劃的最新范式，是科學(xué)研究由傳統(tǒng)的“手工小作坊”向現(xiàn)代大規(guī)模“工場”演進的一次革命。大科學(xué)范式的“兵團作戰(zhàn)”，將以空域和領(lǐng)域維度上的大規(guī)模，甚至超越時域維度上的長尺度，實現(xiàn)今朝一日、史上數(shù)年的突破。
大科學(xué)是大數(shù)據(jù)的搖籃，大數(shù)據(jù)是大科學(xué)的產(chǎn)物
大科學(xué)的王者之道始于大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。人類歷史上的大數(shù)據(jù)，源于科技領(lǐng)域，確切地說源于大科學(xué)研究。曼哈頓計劃打開了微觀世界，并開創(chuàng)了借用人造的大科學(xué)設(shè)施洞開微觀世界的嶄新科學(xué)方法論，以此為依托啟動了一系列大科學(xué)計劃，它們產(chǎn)生了史無前例的超大規(guī)模數(shù)據(jù)。如位于瑞士的歐洲核子研究中心、由全球逾8000位物理學(xué)家合作興建的大型強子對撞機，2008年試運行后，數(shù)據(jù)量即達25PB/年，2021年建成后將達200PB/年，因此他們率先創(chuàng)建了“大數(shù)據(jù)”的概念。無獨有偶，旨在測定人類基因組30億堿基遺傳密碼的基因組計劃，進行個體基因組測定時數(shù)據(jù)量即已高達13PB/年。而此計劃后，學(xué)界受其鼓舞開展了一系列遺傳背景迥異、不同疾病群體以及大量其他物種的基因組測序，數(shù)據(jù)量迅速逼近ZB級(是PB的百萬倍)，不約而同地創(chuàng)造了“大數(shù)據(jù)”概念。今天人們常用的互聯(lián)網(wǎng)最初就是這些領(lǐng)域的科學(xué)家為解決海量數(shù)據(jù)傳輸而發(fā)明的。
人類理性對物質(zhì)世界、人類社會和精神世界的認(rèn)識，其最高境界是智慧。而要達此境界必然經(jīng)過數(shù)據(jù)、信息、知識三個層階，其中，數(shù)據(jù)是信息之母、知識之初、智慧之源。隨著信息技術(shù)持續(xù)數(shù)十年的迅猛發(fā)展以及人類社會各行各業(yè)信息化的強力輻射，在人類紀(jì)元新千年的鐘聲敲響不久，文明世界就掀起了史無前例的大數(shù)據(jù)狂潮，其奔涌之疾，升騰之烈，不似海嘯，勝似海嘯。人們歡呼，因為它是摧枯拉朽、一往無前的狂飆，將以勢不可擋的革命性力量，開辟新的天地;人們恐懼，因為它是行不由韁、漫無方向的野馬，有著難以預(yù)想的破壞性力量。此時此刻，人類需要冷靜，人類必須理性。
人類文明迄今經(jīng)歷了三次浪潮：第一次是農(nóng)業(yè)革命，數(shù)千年前出現(xiàn)并持續(xù)數(shù)千年，釋放出“物之力”;第二次是工業(yè)革命，數(shù)百年前出現(xiàn)并已持續(xù)數(shù)百年，釋放出“能之力”;第三次是智業(yè)革命，數(shù)十年前開始孕育，目前正處初級階段，將不斷釋放“智之力”。1980年，托夫勒預(yù)言了這次新起的文明，并明確指出這次文明將以信息化為標(biāo)志。其后，恰如其料，技術(shù)與文明的信息化有如神助，在人類社會各領(lǐng)域、全球各地域甚至更廣闊的空域天域似地火一般的點燃、普及。信息社會、信息文明似乎轉(zhuǎn)眼間唾手即得，更有大數(shù)據(jù)時代的“即時”到來好像為此作了一目了然的注解。冷靜分析，實則不然。數(shù)據(jù)是信息之母，沒有數(shù)據(jù)，何來信息?缺乏數(shù)據(jù)的時代，怎能是名副其實的信息時代?而剛剛才來的大數(shù)據(jù)時代，恰恰表明此前是數(shù)據(jù)欠缺的“時代”。此前，人類發(fā)現(xiàn)、開辟的大量全新的數(shù)據(jù)空間，構(gòu)建的超大型數(shù)據(jù)生產(chǎn)“工廠”、超大型數(shù)據(jù)倉庫，建設(shè)的“信息高速公路”及其四通八達的網(wǎng)絡(luò)，為大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)及其廣泛輻射確實提供了充分的先決條件，但它們僅是大數(shù)據(jù)的搖籃，而不是搖籃里的嬰兒。
從大數(shù)據(jù)向大信息升華，亟待統(tǒng)計科學(xué)與數(shù)據(jù)科學(xué)的革新
數(shù)據(jù)是信息之母，但再好的數(shù)據(jù)也不會自動生成信息。大數(shù)據(jù)得來不易，但轉(zhuǎn)化為大信息更難，而不能轉(zhuǎn)化為大信息的大數(shù)據(jù)就是橫亙于人類認(rèn)知之旅的理性黑洞、知性沙漠。實際上，人類理性跨過蒙昧之初，就擁有了將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息的能力，這也是智人與直立人的分水嶺。
然而，面對時下大數(shù)據(jù)時代奔涌的多元、多源、異構(gòu)的海量數(shù)據(jù)，無論是被美譽為“孕育了現(xiàn)代科學(xué)”的統(tǒng)計科學(xué)，還是應(yīng)大科學(xué)之運而生、當(dāng)今正如日中天的數(shù)據(jù)科學(xué)，都還只能是望洋興嘆。今日之大數(shù)據(jù)，明日之大信息，扭轉(zhuǎn)乾坤者，還屬革新后的統(tǒng)計科學(xué)與數(shù)據(jù)科學(xué)。
信息雖然衍進自數(shù)據(jù)、珍貴于數(shù)據(jù)，但也只是其通向知識的中繼站。知識，是人類理性認(rèn)識世界的結(jié)晶，是改造世界的基石。培根在《偉大的復(fù)興》中豪邁地預(yù)言：知識就是力量。大約400年后，人類終于迎來“知識經(jīng)濟時代”。知識經(jīng)濟，作為人類社會經(jīng)濟增長方式與經(jīng)濟發(fā)展的全新模式，被稱為經(jīng)濟領(lǐng)域的哥白尼革命，其基本特征是：知識運營為經(jīng)濟增長方式、知識產(chǎn)業(yè)成為龍頭產(chǎn)業(yè)、知識經(jīng)濟成為新的最活躍的經(jīng)濟形態(tài)。
由此可見，知識不僅是力量，而且是時代最核心、最強勁的先鋒力量。但我們同時必須清醒地認(rèn)識到：大數(shù)據(jù)與大知識，尚隔兩重天，如將大數(shù)據(jù)比作洪水、比作奔流，它只有首先蒸發(fā)為大信息的氣流，繼而升騰為大知識的彩虹，才能氣貫長虹、一飛沖天而成為引領(lǐng)知識經(jīng)濟時代的“巨龍”。
2015年大數(shù)據(jù)發(fā)展十大預(yù)測
1.結(jié)合智能計算的大數(shù)據(jù)分析成為熱點，包括大數(shù)據(jù)與神經(jīng)計算、深度學(xué)習(xí)、語義計算以及人工智能其他相關(guān)技術(shù)結(jié)合，成為大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的熱點。
2.數(shù)據(jù)科學(xué)帶動多學(xué)科融合，但是數(shù)據(jù)科學(xué)作為新興的學(xué)科，其學(xué)科基礎(chǔ)問題體系尚不明朗，數(shù)據(jù)科學(xué)自身的發(fā)展尚未成體系。
3.跨學(xué)科領(lǐng)域交叉的數(shù)據(jù)融合分析與應(yīng)用將成為今后大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用發(fā)展的重大趨勢。
4.大數(shù)據(jù)將與物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、云計算、社會計算等熱點技術(shù)領(lǐng)域相互交叉融合，產(chǎn)生很多綜合性應(yīng)用。
5.大數(shù)據(jù)多樣化處理模式與軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施逐步夯實。
6.大數(shù)據(jù)安全和隱私。
7.新的計算模式將取得突破。
8.各種可視化技術(shù)和工具提升大數(shù)據(jù)分析。
9.大數(shù)據(jù)技術(shù)課程體系建設(shè)和人才培養(yǎng)。
10.開源系統(tǒng)將成為大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的主流技術(shù)和系統(tǒng)選擇。
(資料來源：中國大數(shù)據(jù)技術(shù)大會發(fā)布的《2015大數(shù)據(jù)十大發(fā)展趨勢預(yù)測》)
生命組學(xué)必將成為開啟大發(fā)現(xiàn)新時代的領(lǐng)航者
畢達哥拉斯學(xué)派開啟了科學(xué)的第一個大發(fā)現(xiàn)時代。他們集中證明：算術(shù)的本質(zhì)是“絕對的不連續(xù)量”，音樂的本質(zhì)是“相對的不連續(xù)量”，幾何的本質(zhì)是“靜止的連續(xù)量”，天文學(xué)的本質(zhì)是“運動的連續(xù)量”，終成“數(shù)即萬物”學(xué)說。
基于第谷終身積累的海量數(shù)據(jù)，開普勒實現(xiàn)了對太陽系幾乎所有天體運動規(guī)律的高度理論概括，因而被譽為“天空立法者”。同時期，伽利略亦通過大量觀測，先后發(fā)現(xiàn)了運動的第一(勻速)、第二(勻加速)定律，被冠以“近代實驗科學(xué)精神的創(chuàng)造者”。而開普勒、伽利略等的系列大發(fā)現(xiàn)，迅即催生了牛頓的集大成時代。一時間，牛頓力學(xué)統(tǒng)一了聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和熱學(xué)，“萬有”的牛頓定律幾乎支配著小到超顯微粒子、大到宇宙天體的整個物質(zhì)世界。
20世紀(jì)是基因的大發(fā)現(xiàn)時代。1900年，孟德爾遺傳定律重新發(fā)現(xiàn);1910年，基因連鎖定律發(fā)現(xiàn);1944年證明遺傳物質(zhì)為DNA;1952年，DNA堿基組成定律發(fā)現(xiàn);1953年DNA雙螺旋模型問世，它洞開了萬古遺傳之謎及其遺傳密碼，進而揭示了統(tǒng)一萬千生命世界的中心法則，并為人類基因組計劃提供了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。
大科學(xué)研究，不僅開啟了大數(shù)據(jù)時代，而且也光大了大發(fā)現(xiàn)時代。例如，人們通過大型強子對撞機，在不到5年的時間里，就實現(xiàn)了對“上帝粒子”(希格斯玻色子)的重大發(fā)現(xiàn)。希格斯玻色子的存在是最新一代大一統(tǒng)理論即“標(biāo)準(zhǔn)模型”的預(yù)言，而此模型是統(tǒng)一描述宇宙強力、弱力和電磁力這三種基本力及組成所有物質(zhì)的基本粒子的理論，從而揭示了基本粒子為何擁有質(zhì)量并演化為萬事萬物的“至理大道”，向人類破解宇宙誕生之謎邁進了一大步，因此在其發(fā)現(xiàn)的第二年，預(yù)言者即被授予諾貝爾獎。而此驚天大發(fā)現(xiàn)出自大設(shè)施、源于大科學(xué)、成于大數(shù)據(jù)、歸于大智慧。它們預(yù)示著人類社會正在走向集大成的最偉大時代——智慧時代。正如莎士比亞所言：凡是過去，皆為序曲。人類的前程又到了一個新的轉(zhuǎn)折點。
“人腦是自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)，認(rèn)知、意識、情感產(chǎn)生機理是自然科學(xué)的終極疆域，解讀人腦成為國際科技競爭的巔峰戰(zhàn)場”。2013年以來，集大科學(xué)、大數(shù)據(jù)、大發(fā)現(xiàn)之大成的“人類腦計劃”相繼在歐洲、北美洲、亞洲依次展開。就像曼哈頓計劃、阿波羅計劃開啟了知識經(jīng)濟、信息社會、大數(shù)據(jù)時代一樣，人類基因組、蛋白質(zhì)組計劃、腦計劃正開啟集大成的最偉大時代——智慧時代!
(作者為軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院院長、中國科學(xué)院院士)