本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
1945年7月，万尼瓦尔·布什向富兰克林·D·罗斯福总统提交了一份报告，认为基础研究需要成为联邦政府支持的优先事项。作为一名工程师、商人和政府管理者，布什认识到，学术界、工业界和政府这三个领域在促进科学创新方面都发挥着至关重要的作用。他强调，政府的作用应该是为基础研究提供指导性的愿景，为相关工作播下种子，并维持人才储备。
布什的报告促成了国家科学基金会（NSF）的成立，其遗产最终延续到了另一个以创新研发而闻名的联邦机构：美国国家航空航天局（NASA），该机构将人类送上了月球。在庆祝登月50周年之际，我们有必要反思当前的研究格局以及联邦政府支持和指导的持久作用。
自布什写作以来，一个显著的发展是基础研究的范围扩大到了大学和国家实验室之外。如今，亚马逊、谷歌、脸书、微软和SpaceX等公司保持着美国企业研发投资占主导地位的趋势。在不受平庸的预算和学科界限限制的情况下，工业界已经建立了一个具有指数增长能力的创新生态系统。
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与此同时，一些主流学术研究已经演变成保守的范式或议程驱动的形式，阻碍了创新的自由精神。令人瞩目的是，现在盈利组织在某些高风险项目上开始领先于非营利组织。这些私人投资提醒我们，科学研发不是一个零和博弈，类似于拉起一条短毯子来盖住你的头，同时冒着暴露脚趾的风险。相反，它是一个无限和博弈，毯子可以无限伸展，一项发现会激发许多后续发现，创新会产生可以资助更多研究的收入。
如果不必担心风险，未来会是什么样子？联邦研究支持探索并创造了这样的未来，而无需考虑眼前的经济利益。正如约翰·肯尼迪总统在1962年在莱斯大学发表的激动人心的演讲中所阐述的那样，当时他宣布美国将把人类送上月球，有一个宏伟的愿景推动着国家的研究向前发展。这一鼓舞人心的挑战在短短七年后就促成了人类历史上一个壮观的里程碑。
但阿波罗遗产中一个持久的部分是其他技术的衍生，这些技术是解决重大挑战的副产品。这些创新源于政府、工业界和学术界所有部门男女的辛勤工作。政府主导的研究成果是跨领域的，并且比最初的单一目标更具深远的影响。那时，就像现在一样，政府在为变革性研究制定有远见的蓝图并提供必要的资金和协调方面发挥着独特的作用。
据说，在肯尼迪总统参观美国宇航局设施期间，他遇到了一位清洁工。当被问及他在做什么时，清洁工回答说：“我正在帮助把一个人送上月球。”无论那次相遇是事实还是虚构，不可否认的是，联邦政府主导的太空竞赛吸引了我们国家的关注、热情和好奇心。时至今日，美国宇航局仍然是最受尊敬的品牌之一，与民族自豪感和无数的职业抱负联系在一起。这种在全国范围内进行公众参与的能力是联邦政府在科学技术领域发挥领导作用的结果。在考虑未来的研究方向时，必须考虑类似的具有广泛参与性的远大目标。我们下一个宏伟的愿景应该是什么？我们又该如何让整个社会都参与到这项使命中来？
自然而然地，人们可能会以国家安全和经济繁荣的利益为指导。但从历史上看，当实际应用激发了基础研究中的天马行空的想法时，创新之火燃得最为旺盛。资助实际挑战会激励创新者提出新的想法，这些想法对于其纯粹的学术价值也具有刺激作用。著名的例子包括艾伦·图灵在试图破解纳粹的恩尼格玛密码时开发的第一台计算设备，或者大爆炸的发现作为改善通信目标的副产品，或者贝尔实验室历史上许多其他的例子。
在2010年《美国竞争再授权法案》中，国会指示联邦机构在其工作中纳入重大挑战，以推进核心任务并刺激创新。Challenge.gov邀请公众进入一个原本封闭的空间，提出了类似的“登月计划”——即在探索富有成效的副产品时，争取实现不可能的目标。在软件和快速原型制作机会无处不在的时代，学生、制造商和企业家可以在从基因编辑到小型卫星部署的众多前沿领域开展研发。
具有远见的重大挑战，例如量子信息倡议，为传统知识殿堂以外的研发活动提供了机会，延续了美国创新和探索的两党传统。它们可能会引导我们去解决迫在眉睫的、被忽视的话题，例如食物-能源-水关系，或者与新兴技术（如基因编辑、人工智能或机器人技术）相关的伦理挑战。
不仅需要公众参与重大挑战，而且在已有的研究机构内部也需要有邀请不同社区参与的呼声。为了适应快速变化的创新格局，一个类似的策略是根据更大的主题而不是按学科来分配联邦政府对学术研究人员的资助。国家科学基金会等联邦机构可以通过将一定比例的可用资金分配给如果成功可能会开辟新视野的高风险项目来加速科学发现。
这意味着要为那些有创造力记录的研究小组提供资金，而不是专注于预期结果的狭义定义项目。这种方法将受益于由那些正在获得资助的创新者对提案进行同行评审，从而建立一个“跳出固有思维”的社区。
促进社区成员之间的互动将使其影响大于各部分之和；例如，“大规模协作数学”，正如Polymath项目所设想的那样，它为证明定理或猜想提供了一条新的道路，通过社区的努力而不是个人来完成。让更大的社区参与进来会增加想法的多样性和成功的可能性。
当我们积极扩大我们的创新者社区时，联邦投资必须支持培育卓越的环境，即我们的研发基础设施，这一点至关重要。为较新的有远见的项目提供资金不能脱离为现有设施的持续维护和更新提供资金。作为其十大创意之一，国家科学基金会提出了投资中等规模研究基础设施的目标，而这在以前是没有资金支持的。
这个看似平凡的目标是更大、更重要的需求的一部分，即不仅要投资于研究的想法，还要投资于能够实现这些想法的环境。精心制定的联邦研究预算应包括对科学基础设施的稳定拨款，从而延长设施和数据产品的寿命。国家实验室和其他联邦资助的设施是共享的国家财富，具有转化价值，在我们迈向未来的过程中不容忽视。
例如，用于设计核武器的重元素不透明度表现在对于解释与中子星合并相关的“千新星”耀斑至关重要。国家科学基金会资助的激光干涉引力波天文台（LIGO）本身就是一个耗资数十亿美元的登月计划，它通过时空涟漪——引力波探测到了这些剧烈事件，使天文学家得出结论，中子星的碰撞，其质量大约是太阳的质量，大小相当于一个城市，是我们焊接在结婚戒指中的所有黄金和用于国家安全应用的铀的来源。
最大规模的基础设施项目不能仅由美国承担。当今的研究科学是一项国际性的事业。投资于共享的国际设施是取得进展的关键，并确保美国不会被边缘化或屈服于科学孤立主义。欧洲核子研究中心（CERN）的例子表明，美国并非其成员国，也没有可与之媲美的国内设施，这说明美国正在失去竞争优势。应赞扬和复制美国国家科学基金会对激光干涉引力波天文台（LIGO）的具有远见的赌注。随着新机遇的出现，美国应准备好投资于类似的高风险、高回报的设施，例如基于太空的引力波天文台LISA。
同样具有全球性，且对研究更为关键的是研发队伍中的杰出人才。政府需要通过确保我们的机构是最好的，并为来自不同背景的学生和研究人员提供利用这些机构的机会，来招募和留住人才。从玛丽亚·格佩特-梅耶和恩里科·费米在曼哈顿计划中的贡献，到沃纳·冯·布劳恩
，他开创了火箭技术和空间科学，再到谢尔盖·布林，他共同创建了谷歌，美国通过吸引最杰出的创新者进入其实验室和大学而获益良多。通过适当的政府政策和投资来承认这一事实，将有助于维持对推进美国科学和技术至关重要的远见卓识者群体。
“登月计划”被用来解决看似棘手的问题，并产生深刻的激励作用。未来的社会将由基于今天研究的，尚未知的科学和技术突破所驱动。为振兴未来而对基础研究提供稳定、长期的联邦支持，本身就是一项“登月计划”。考虑到经济现实和行业角色转变，存在需要克服的挑战。然而，凭借像阿波罗时代那样的专注，富有远见的领导、基础设施投资和人才发展的三位一体，可以为光明的未来铺平道路。有了可靠的联邦研究机会，可能性是无限且出乎意料的。最终，未来可能不是向前，而是向上——在星辰之间。