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1945年7月，萬尼瓦爾·布什向富蘭克林·D·羅斯福總統提交了一份報告，認為基礎研究需要成為聯邦政府支援的優先事項。作為一名工程師、商人和政府管理者，布什認識到，學術界、工業界和政府這三個領域在促進科學創新方面都發揮著至關重要的作用。他強調，政府的作用應該是為基礎研究提供指導性的願景，為相關工作播下種子，並維持人才儲備。
布什的報告促成了國家科學基金會（NSF）的成立，其遺產最終延續到了另一個以創新研發而聞名的聯邦機構：美國國家航空航天局（NASA），該機構將人類送上了月球。在慶祝登月50週年之際，我們有必要反思當前的研究格局以及聯邦政府支援和指導的持久作用。
自布什寫作以來，一個顯著的發展是基礎研究的範圍擴大到了大學和國家實驗室之外。如今，亞馬遜、谷歌、臉書、微軟和SpaceX等公司保持著美國企業研發投資占主導地位的趨勢。在不受平庸的預算和學科界限限制的情況下，工業界已經建立了一個具有指數增長能力的創新生態系統。
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與此同時，一些主流學術研究已經演變成保守的正規化或議程驅動的形式，阻礙了創新的自由精神。令人矚目的是，現在盈利組織在某些高風險專案上開始領先於非營利組織。這些私人投資提醒我們，科學研發不是一個零和博弈，類似於拉起一條短毯子來蓋住你的頭，同時冒著暴露腳趾的風險。相反，它是一個無限和博弈，毯子可以無限伸展，一項發現會激發許多後續發現，創新會產生可以資助更多研究的收入。
如果不必擔心風險，未來會是什麼樣子？聯邦研究支援探索並創造了這樣的未來，而無需考慮眼前的經濟利益。正如約翰·肯尼迪總統在1962年在萊斯大學發表的激動人心的演講中所闡述的那樣，當時他宣佈美國將把人類送上月球，有一個宏偉的願景推動著國家的研究向前發展。這一鼓舞人心的挑戰在短短七年後就促成了人類歷史上一個壯觀的里程碑。
但阿波羅遺產中一個持久的部分是其他技術的衍生，這些技術是解決重大挑戰的副產品。這些創新源於政府、工業界和學術界所有部門男女的辛勤工作。政府主導的研究成果是跨領域的，並且比最初的單一目標更具深遠的影響。那時，就像現在一樣，政府在為變革性研究制定有遠見的藍圖並提供必要的資金和協調方面發揮著獨特的作用。
據說，在肯尼迪總統參觀美國宇航局設施期間，他遇到了一位清潔工。當被問及他在做什麼時，清潔工回答說：“我正在幫助把一個人送上月球。”無論那次相遇是事實還是虛構，不可否認的是，聯邦政府主導的太空競賽吸引了我們國家的關注、熱情和好奇心。時至今日，美國宇航局仍然是最受尊敬的品牌之一，與民族自豪感和無數的職業抱負聯絡在一起。這種在全國範圍內進行公眾參與的能力是聯邦政府在科學技術領域發揮領導作用的結果。在考慮未來的研究方向時，必須考慮類似的具有廣泛參與性的遠大目標。我們下一個宏偉的願景應該是什麼？我們又該如何讓整個社會都參與到這項使命中來？
自然而然地，人們可能會以國家安全和經濟繁榮的利益為指導。但從歷史上看，當實際應用激發了基礎研究中的天馬行空的想法時，創新之火燃得最為旺盛。資助實際挑戰會激勵創新者提出新的想法，這些想法對於其純粹的學術價值也具有刺激作用。著名的例子包括艾倫·圖靈在試圖破解納粹的恩尼格瑪密碼時開發的第一臺計算裝置，或者大爆炸的發現作為改善通訊目標的副產品，或者貝爾實驗室歷史上許多其他的例子。
在2010年《美國競爭再授權法案》中，國會指示聯邦機構在其工作中納入重大挑戰，以推進核心任務並刺激創新。Challenge.gov邀請公眾進入一個原本封閉的空間，提出了類似的“登月計劃”——即在探索富有成效的副產品時，爭取實現不可能的目標。在軟體和快速原型製作機會無處不在的時代，學生、製造商和企業家可以在從基因編輯到小型衛星部署的眾多前沿領域開展研發。
具有遠見的重大挑戰，例如量子資訊倡議，為傳統知識殿堂以外的研發活動提供了機會，延續了美國創新和探索的兩黨傳統。它們可能會引導我們去解決迫在眉睫的、被忽視的話題，例如食物-能源-水關係，或者與新興技術（如基因編輯、人工智慧或機器人技術）相關的倫理挑戰。
不僅需要公眾參與重大挑戰，而且在已有的研究機構內部也需要有邀請不同社群參與的呼聲。為了適應快速變化的創新格局，一個類似的策略是根據更大的主題而不是按學科來分配聯邦政府對學術研究人員的資助。國家科學基金會等聯邦機構可以透過將一定比例的可用資金分配給如果成功可能會開闢新視野的高風險專案來加速科學發現。
這意味著要為那些有創造力記錄的研究小組提供資金，而不是專注於預期結果的狹義定義專案。這種方法將受益於由那些正在獲得資助的創新者對提案進行同行評審，從而建立一個“跳出固有思維”的社群。
促進社群成員之間的互動將使其影響大於各部分之和；例如，“大規模協作數學”，正如Polymath專案所設想的那樣，它為證明定理或猜想提供了一條新的道路，透過社群的努力而不是個人來完成。讓更大的社群參與進來會增加想法的多樣性和成功的可能性。
當我們積極擴大我們的創新者社群時，聯邦投資必須支援培育卓越的環境，即我們的研發基礎設施，這一點至關重要。為較新的有遠見的專案提供資金不能脫離為現有設施的持續維護和更新提供資金。作為其十大創意之一，國家科學基金會提出了投資中等規模研究基礎設施的目標，而這在以前是沒有資金支援的。
這個看似平凡的目標是更大、更重要的需求的一部分，即不僅要投資於研究的想法，還要投資於能夠實現這些想法的環境。精心制定的聯邦研究預算應包括對科學基礎設施的穩定撥款，從而延長設施和資料產品的壽命。國家實驗室和其他聯邦資助的設施是共享的國家財富，具有轉化價值，在我們邁向未來的過程中不容忽視。
例如，用於設計核武器的重元素不透明度表現在對於解釋與中子星合併相關的“千新星”耀斑至關重要。國家科學基金會資助的雷射干涉引力波天文臺（LIGO）本身就是一個耗資數十億美元的登月計劃，它透過時空漣漪——引力波探測到了這些劇烈事件，使天文學家得出結論，中子星的碰撞，其質量大約是太陽的質量，大小相當於一個城市，是我們焊接在結婚戒指中的所有黃金和用於國家安全應用的鈾的來源。
最大規模的基礎設施專案不能僅由美國承擔。當今的研究科學是一項國際性的事業。投資於共享的國際設施是取得進展的關鍵，並確保美國不會被邊緣化或屈服於科學孤立主義。歐洲核子研究中心（CERN）的例子表明，美國並非其成員國，也沒有可與之媲美的國內設施，這說明美國正在失去競爭優勢。應讚揚和複製美國國家科學基金會對雷射干涉引力波天文臺（LIGO）的具有遠見的賭注。隨著新機遇的出現，美國應準備好投資於類似的高風險、高回報的設施，例如基於太空的引力波天文臺LISA。
同樣具有全球性，且對研究更為關鍵的是研發隊伍中的傑出人才。政府需要透過確保我們的機構是最好的，併為來自不同背景的學生和研究人員提供利用這些機構的機會，來招募和留住人才。從瑪麗亞·格佩特-梅耶和恩里科·費米在曼哈頓計劃中的貢獻，到沃納·馮·布勞恩
，他開創了火箭技術和空間科學，再到謝爾蓋·布林，他共同建立了谷歌，美國透過吸引最傑出的創新者進入其實驗室和大學而獲益良多。透過適當的政府政策和投資來承認這一事實，將有助於維持對推進美國科學和技術至關重要的遠見卓識者群體。
“登月計劃”被用來解決看似棘手的問題，併產生深刻的激勵作用。未來的社會將由基於今天研究的，尚未知的科學和技術突破所驅動。為振興未來而對基礎研究提供穩定、長期的聯邦支援，本身就是一項“登月計劃”。考慮到經濟現實和行業角色轉變，存在需要克服的挑戰。然而，憑藉像阿波羅時代那樣的專注，富有遠見的領導、基礎設施投資和人才發展的三位一體，可以為光明的未來鋪平道路。有了可靠的聯邦研究機會，可能性是無限且出乎意料的。最終，未來可能不是向前，而是向上——在星辰之間。