7月17日星期四，四位科學專家在美國參議院商務、科學和運輸委員會舉行的“聯邦研究組合：利用研發投資”聽證會上擔任證人。聽證會審議了聯邦政府在研發（R&D）中的作用，以及美國在 STEM 教育和推廣方面的舉措。
參加國會聽證會的人員有：《大眾科學》主編兼高階副總裁瑪麗埃特·迪克里斯蒂娜；計算機科學家、谷歌互聯網布道者和網際網路之父之一的文頓·G·瑟夫；白宮科技政策辦公室前主任尼爾·F·萊恩；以及卡內基梅隆大學統計學和社會科學教授斯蒂芬·E·芬伯格。
認識到在科學技術領域進行長期投資的必要性，國會通過了2007年和2010年的《美國競爭法案》，以大幅增加聯邦研發預算，促進 STEM（科學、技術、工程和數學）教育，並支援經濟增長所需的創新。
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以下是文頓·G·瑟夫書面證詞的全文。
主席洛克菲勒、資深成員圖恩、委員會成員、尊敬的專家組成員和來賓，我很榮幸能夠有機會參加關於我充滿熱情和承諾的主題：基礎研究的聽證會。深入理解自然和人工現象是不可替代的，尤其是在我們的國家和全球福祉依賴於我們對其進行建模和預測能力的時候。美國政府和美國工業界在研究方面的投資所帶來的好處怎麼強調都不為過。
我相信本委員會的每一位成員都非常瞭解基本科學正規化：發展理論來解釋觀察結果，或者推測事物如何以及為什麼會起作用。進行實驗以驗證或反駁理論的預測。根據實驗結果修改理論。
基礎研究和應用研究
雖然本次小組討論的重點是基礎研究，但我不得不指出，基礎研究和應用研究是攜手並進的，在永無止境的陰陽夥伴關係中相互啟發和刺激。在某些方面，應用研究是一種驗證形式，因為應用程式的成功（或失敗）可能會加強或反駁理論預測的結果和基本理論。基礎研究試圖 理解，而應用研究試圖 實踐，並且通常必須同時追求 兩者才能發現新的知識。
我想以網際網路為例來說明幾個觀點。網際網路最初由鮑勃·卡恩在 1972 年末構思。在 1973 年，他和我就這個想法一起工作，並在 1974 年 5 月發表了第一篇關於其設計的論文。它於 1983 年 1 月 1 日投入運營。在美國國防高階研究計劃局（DARPA）的贊助下，網際網路從其早期的成功專案 ARPANET 以及後來的分組無線電和分組衛星專案中獲得了強大的動力。分組衛星專案也在一定程度上借鑑了美國空軍航空航天研究辦公室 (SRMA) 和 DARPA 贊助的另一個名為 ALOHAnet 的專案的結果。美國國家科學基金會（NSF）透過其 NSFNET 專案將 NSF 的超級計算機與研究界聯絡起來，為網際網路的發展和在學術界的急劇擴張做出了重要貢獻。能源部的 ESNET 和美國國家航空航天局的科學網際網路（NSINET）也為這一發展增添了動力。
首先，像網際網路這樣成功的應用研究專案可能需要很長時間才能成熟。從構思到系統的部署花費了十年時間，並且在此期間和之後都需要持續的資金和倡導，更不用說之前的研究和實驗了。
其次，雖然該系統主要是一個工程和應用研究專案，但它過去和現在都在不斷湧現新的理論和分析挑戰。當我們測量、觀察和分析其效能時，我們仍在不斷發展對這個複雜、不斷增長和不斷發展的系統的行為的理論和模型。網際網路的應用繼續推動旨在理解和改進其執行或發明更好事物的研究。
第三，偶然性在網際網路功能及其支援的應用的演變中發揮了重要作用。網路電子郵件作為 ARPANET 的一個主要但未計劃的應用而出現。全球資訊網（WWW）最初是在 1989 年構思的，目的是支援在歐洲核子研究中心（CERN）共享粒子物理學的研究論文。在 NSF 的國家超級計算應用中心（NCSA）於 1992 年末在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校推出 MOSAIC 瀏覽器，以及 1994 年建立網景通訊公司後，它在網際網路上迅速傳播。WWW 已成為網際網路上使用最廣泛的應用。雖然 WWW 最初是為特定應用而構思的，但其通用性以及底層網際網路的通用性為新用途的湧現創造了條件，這些新用途每天都在不斷被髮明出來。
研究需要時間
基礎研究的驗證也可能需要很長時間。早期宇宙的 膨脹 的概念仍在等待令人滿意的證實。艾倫·古思（和其他人）大約在 1974 年提出了這個概念，今年最近來自 BICEP2 實驗的測量結果表明該理論是正確的，但關於測量結果的解釋存在很大的爭議。當學界等待進一步證實或反駁測量結果的實驗驗證時，重要的是要認識到收集可能驗證實驗資料的手段花了 30 年的時間才達到成熟。CERN 大型強子對撞機團隊最近發現希格斯玻色子也可以做出類似的觀察。彼得·希格斯和他的同事在 1964 年左右提出了這種基本粒子及其相關場的存在，但直到 50 年後，實驗能力才達到可以進行測試的程度。
它具有風險：沒有保證
值得花點時間來理解，研究就其本質而言，並不能總是保證結果。此外，有時結果可能會以驚喜的形式出現。一個典型的例子是亞歷山大·弗萊明在 1928 年發現青黴菌會產生抗生素。他對他在一些偶然注意到的培養皿中的一個無法解釋的觀察結果做出了反應。直到 13 年後的 1941 年，我們稱之為青黴素的活性化合物才被分離出來。最優秀的科學家是那些對異常現象保持警惕並試圖理解它們的人。諾貝爾獎不會頒發給忽視異常現象的科學家。它們會頒發給那些看到意外結果並說“嗯？真有趣！”的科學家，並試圖找出意想不到的觀察結果背後的原因。
在這個領域需要謙遜。人們聽到“物理定律”這個詞，好像任何敢於打破它們的人或事都會受到懲罰一樣。然而，我們知道這些所謂的定律可能只是對現實的近似——受限於我們測量工具的精度和驗證其預測的實驗能力。如果測量和觀察與某個固有的理論相矛盾，那麼每位科學家都必須準備好放棄或修改它。
也許更重要的是要具備維持高風險、高回報研究的能力。美國工業界可以承擔一些風險，但可持續發展的企業很少有能力投資於非常長期的研究。風險投資雖然歷來願意承擔相當大的風險，但卻在尋求短期的回報。為潛在的長期利益承擔持續的長期風險的能力主要落在政府身上。美國受益於資助這類研究，例如美國國家科學基金會（NSF）、國防高階研究計劃局、美國國立衛生研究院、國家標準與技術研究院以及許多其他美國政府資助的研究專案。
在這個領域，美國國會和專注於科學研究和發展的委員會發揮著最大的作用。對基礎研究和應用研究以及先進開發的一貫且不斷增加的支援是過去 70 年來科學技術領域大多數重大進步的源泉。美國經濟之所以成為世界羨慕的物件，很大程度上歸功於這種長期研究及其在近期產品和服務中的應用所形成的持續迴圈。
失敗的重要性
失敗是科學世界中智慧的侍女。當我們根據我們的理論模型進行預測或構建系統時，我們必須為失敗做好準備並從中學習。理解失敗的原因有時甚至比積極的結果更重要，因為它可能為更深入的理解和更精確的現實模型鋪平道路。在科學事業中，承擔風險和接受潛在失敗的自由使得僅僅是漸進的改進和開啟新的理解視野的突破之間有所不同。
在 1800 年代後期，人們認為牛頓宇宙模型是完整的，我們只需要更準確地測量物理常數，就能夠做出明確的預測。在 1905 年，愛因斯坦關於光電效應、布朗運動、狹義相對論和質能等效性（E=Mc2）的四篇論文粉碎了 20 世紀早期物理學的自滿情緒。他表明，純粹的牛頓概念不足以解釋測量的觀察結果。他在 1915 年發表了他具有紀念意義的廣義相對論場方程，從而加深了他的影響。
對原子性質的研究導致了 20 世紀 20 年代開始的量子場論的發展。試圖將其極其違反直覺但又極其準確的預測與愛因斯坦的時空幾何理論相協調的努力尚未取得明顯的成果。具有諷刺意味的是，我們現在相信非常小的物理學與研究整個宇宙極其相關，因為所謂的大爆炸時刻的早期宇宙太小、密度太大且溫度太高，以至於量子模型似乎主導了它的行為。在這些條件下，愛因斯坦的幾何理論根本失效，並且沒有提供任何可測試用途的預測。
如果我們在過去的一百年裡學到了一些東西，那就是我們對周圍世界的瞭解比我們曾經認為的要少。對於科學家來說，這僅僅意味著尚未探索的領域比以往任何時候都更大，並且發現正在各個方面等待著我們。
計算的作用
理查德·漢明是一位傳奇的數值分析家。正如他著名的觀察所言：“計算的目的在於洞察，而非數字。” 在過去的 50 年裡，計算機、計算、網路和資訊共享已成為研究領域不可或缺的一部分。全球資訊網和圍繞其發展的搜尋引擎提高了我們在全球範圍內共享和發現資訊以及潛在研究合作伙伴的能力。計算生物學、計算化學和計算物理學等新學科已經出現。我們使用越來越詳細和精確的模型來進行預測，然後可以在實驗室中對其進行測試。2013 年的諾貝爾化學獎授予了三位由美國國家科學基金會資助的研究人員，以表彰他們對分子過程的模型。摘自《大眾科學》部落格：“……今年的化學獎授予了馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特和阿里耶·瓦謝爾，以表彰他們開發了“複雜系統的多尺度方法”。更簡單地說，這三位化學家因其開發和應用模擬從單個分子到蛋白質等不同尺度分子行為的方法而受到認可。”
計算在研究中的應用正在復興，部分原因是雲計算和超級計算相結合所帶來的計算能力和記憶體的巨大增長。“大資料”已成為一種口頭禪，但可以公平地說，我們在過去幾十年裡吸收、分析和視覺化大量測量或計算資料的能力已大大提高。得益於這些能力，我們可以使用更精細的模型，提高預測的準確性和及時性。計算生物學可能會在理解遺傳學、表觀遺傳學、蛋白質組學以及消化系統中菌群的重要性方面取得突破。有了這些知識，我們將幫助人們活得更長壽、更健康、更有效率。我們對全球現象的理解將受益於這場計算復興。
我必須提到即將到來的物聯網。圍繞和滲透我們社會的常見裝置的網路化正在迅速成為現實。從家用電器到辦公裝置，從工業製造到公用事業，從運輸車輛到個人監測裝置，我們將生活在一個日益網路化的世界中。我們將被軟體包圍。至關重要的是，我們必須學會將安全性和可靠性設計到這些系統中，並瞭解和能夠預測它們的總體行為。這一趨勢也說明了我們現代世界的希望和危險。如果我們想從這些發展中獲得淨收益，網路安全和網路保障必須伴隨著我們對計算機、可程式設計裝置和網路的使用增加。
奈米材料
緊鄰並實際促成計算能力的提高，我們發現奈米技術的日益重要和價值。自然界中不存在的材料具有違背直覺的特性（例如，隱形和超導性）。石墨烯：以單原子厚、六邊形“雞絲網”方式排列的碳分子薄片，在替代電晶體中的矽、過濾水中的雜質、傳導熱量和超導電方面具有出乎意料的潛力。碳正在成為我們文明的夢魘和救世主，這取決於它是以二氧化碳、碳氫化合物燃料還是碳奈米管的形式存在！
為了科學及其應用
人們普遍且正確地認識到，科學、技術、工程和數學 (STEM) 是改進和利用我們對世界現象運作方式的理解的基礎。雖然關於 STEM 培訓的工人供應存在持續爭議，但毫無疑問，勞動力市場對這些技能的需求正在增加。
作為計算機協會 (ACM) 的前任主席和谷歌員工，我一直強烈主張計算機科學應成為 K-12 課程的必修部分。每個學生都應該瞭解一些程式設計概念，這不僅是因為它促進邏輯思維，還因為每個人理解和重視所有軟體控制系統中的潛在弱點至關重要。在 K-12 和本科課程中，計算機科學應與生物學、化學、物理學和數學同等對待，而不僅僅是作為一門不計入 STEM 學分的選修課。
創客運動也許是現代文化中最重要的、新興的現象之一。重新發現製造事物的樂趣和滿足感正在促進美國人對小型製造業和工作自豪感的復興。所謂3D 印表機的發展加速了這一現象。美國國家科學基金會 (NSF) 積極參與這些倡議。結合先進製造的研究專案，部分受到《美國競爭法案》[2007 年的 P.L. 110-69 和 2010 年的 P.L. 111-358] 的版本的刺激，先進製造和創客運動有可能重新奪回美國在歷史上已轉移到海外的領域的積極性和興趣。
迪恩·卡門的 FIRST 機器人競賽等志願專案代表著一股此類倡議的浪潮，這些倡議有可能重新燃起美國青少年對 STEM 的天然興趣。
有時人們說我們天生都是科學家，但我們的教育體系有時會以結構不良的課程內容和呈現方式來削弱這種天生的好奇心。計算機和網路也可能在這裡發揮作用。
我的兩位谷歌同事塞巴斯蒂安·特倫和彼得·諾維格早期涉足大規模開放式線上課程 (MOOC) 領域。他們提議與斯坦福大學合作開設一門人工智慧線上課程。他們最多期望有 500 人報名，但當他們發現有 160,000 人申請參加該課程時，他們驚呆了。評論家指出只有 23,000 人完成了該課程——但我敢說，你們無法舉出任何一位計算機科學教師在一生的職業生涯中教過那麼多學生的例子，更不用說一個班了！
MOOC 的早期成功引發了該領域合理的興奮，並促成了營利性和非營利性機構的出現。一次為數萬名學生提供課程，MOOC 的經濟效益是驚人的、引人注目的。一個有 10 萬名學生的班級，每人支付 10 美元，就會產生 100 萬美元的收入！顯然，規模化是關鍵的槓桿因素。雖然絕對不是靈丹妙藥，但在適當的教育領域提供高質量的內容和個性化學習的潛力對於一個在過去 200 年裡沒有太大變化的教育系統具有變革性的潛力。
結論
在我看來，支援基礎研究和應用研究從根本上是合理的，不僅基於其帶來的公民和經濟利益，還基於基礎研究是高風險但具有高潛在回報的基層理解。只有政府有能力維持這種努力。美國國家科學基金會於 1950 年由國會成立。在過去的 60 多年裡，美國國家科學基金會透過廣泛徵集的提案、經過良好測試的同行評審系統、敬業且合格的專案經理以及積極主動且高效的領導層，成功地支援了科學研究事業。
作為國家科學委員會的成員，我瞭解到，由美國國家科學基金會支援的成功科學努力依賴於研究界、國家科學基金會的工作人員、領導層和委員會以及同樣致力於基礎研究和應用研究的眾議院和參議院成員之間的合作。範內瓦·布什在他的里程碑式報告《科學：無盡的前沿》中準確地指出了這一點。科學就是無盡的前沿。我們學得越多，我們就越知道我們不知道的東西，我們就越必須致力於學習和了解更多。