科学越来越少

作家斯图尔特·布兰德（Stewart Brand）曾经写道：“科学是唯一的新闻。”虽然新闻头条受到政治，经济和八卦的支配，但科学和技术支撑着人类福祉的进步和我们文明的长期进步。这反映在科学领域公共投资的飞速增长。如今，与以往相比，有更多的科学家，更多的科学资金和更多的科学论文发表：

从表面上看，这令人鼓舞。但是，尽管付出了所有这些努力，我们对科学的理解是否会成比例地增加？还是我们仅在维持或什至看到科学进步速度上投入大量资金？

难以用有意义的方式来衡量科学进步。问题的一部分在于，很难准确地评估任何给定的科学发现的重要性。

考虑一下我们现在称之为电的早期实验。这些实验中的许多当时看起来很奇怪。在一个这样的实验中，科学家注意到，在猫的皮毛上摩擦琥珀色后，琥珀色会毫无道理地吸引羽毛等物体。在另一个实验中，一位科学家注意到青蛙的腿在被金属手术刀触摸时会意外地抽搐。

甚至对于进行这些实验的科学家来说，他们是否是不重要的好奇心还是通向更深层次的道路也并不明显。如今，经过一个多世纪的后见之明，它们看起来像是划时代的实验，是自然界新的基本力量的早期暗示。

但是，即使很难评估科学工作的重要性，也有必要进行评估。我们需要这些评估来授予科学奖，并决定应聘用或接受哪些科学家。在每种情况下，标准方法都是请独立科学家对有关工作发表意见。这种方法并不完美，但它是我们拥有的最好的系统。

考虑到这一点，我们进行了一项调查，要求科学家对他们所在领域的诺贝尔奖获奖发现进行比较。然后，我们使用这些排名来确定科学家们如何认为诺贝尔奖获得者发现的质量在过去几十年中发生了变化。

作为一个抽样调查问题，我们可能会问一个物理学家，它对科学的理解有更重要的贡献：发现中子（构成宇宙中普通物质约一半的粒子）或发现宇宙微波，背景辐射（大爆炸的余辉）。可以将调查视为一次巡回锦标赛，将发现彼此竞争地配对，并由专家科学家判断哪个更好。

为了获得物理学奖，我们对来自世界顶级学术物理学系的93位物理学家进行了调查（根据世界大学的上海排名），他们对1,370对发现进行了评判。下图中的条形图显示了每十年的得分。十年的分数是该十年的发现被认为比其他十年的发现更重要的可能性。请注意，作品应归功于发现的年份，而不是随后的奖项被授予的年份。

前十年表现不佳。在那十年中，诺贝尔委员会仍在弄清楚该奖项的目的。例如，曾有过一种为海上照明灯塔和浮标提供更好照明方法的奖项。如果您在船上，那真是个好消息，但现代物理学家的得分很低。但是到1910年代，这些奖项主要是颁发给符合现代物理学概念的东西。

从1910年代到1930年代，物理学的黄金时代随之而来。那时是量子力学发明的时代，这是有史以来最伟大的科学发现之一，这一发现从根本上改变了我们对现实的理解。它还发生了其他几项革命：X射线晶体学的发明，它让我们探究了原子世界；中子和反物质的发现；并且发现了有关放射性和核力量的许多基本事实。那是科学史上最伟大的时期之一。

在那之后，出现了大幅下降，在1960年代有了部分复兴。那是由于两个发现：宇宙微波背景辐射和粒子物理学的标准模型，这是我们对基本粒子和构成宇宙的力的最佳理论。即使有了这些发现，物理学家仍认为从1940年代到1980年代的每十年都比从1910年代到1930年代的最糟糕的十年更糟。由物理学家自己判断，物理学中最好的发现变得不那么重要了。

我们的图表在1980年代末停止。原因是近年来，诺贝尔委员会更偏向于1980年代和1970年代所做的工作获奖。实际上，自1990年以来只有三项发现获得了诺贝尔奖。这个数量太少，无法在1990年代获得高质量的估算，因此我们没有调查这些奖项。

但是，自1990年以来的奖品稀少本身就暗示了这一点。 1990年代和2000年代的可疑之处在于，几十年来，诺贝尔委员会最强烈地希望跳过这一十年，而对早期工作给予奖励。考虑到1980年代和1970年代本身并不那么好，这对物理学来说是个坏消息。

我们的调查可以提出许多合理的反对意见。也许受调查的物理学家在某种程度上有偏见，或者对获奖的发现缺乏全面的了解。如前所述，很难确定一个发现比另一个发现更重要的含义。但是，科学家的判断仍然是我们必须比较发现的最好方法。

即使物理学做得不好，也许其他领域做得更好？我们对诺贝尔化学奖和诺贝尔生理学或医学奖进行了类似的调查。这是分数：

其结果比物理学稍微令人鼓舞，可能在20世纪下半叶有所改善。但是它很小。与物理学一样，省略了1990年代和2000年代，因为诺贝尔委员会强烈偏爱早期的工作：与1990年代和2000年代所做的工作相比，诺贝尔奖获得者所获得的奖项更少。

这项调查所描绘的图片是黯淡的：在过去的一个世纪中，我们大大增加了对科学的投入时间和金钱，但根据科学家的判断，我们正在以接近恒定的速度取得最重要的突破。以美元或人为单位，这表明科学的效率正在大大降低。

现在，批评家可能会回应说，诺贝尔奖发现的质量与科学的整体进步速度不一样。这项措施肯定有很多局限性。科学的某些部分不属于诺贝尔奖，特别是计算机科学等较新的领域。诺贝尔委员会偶尔会错过重要的工作。也许有些偏见意味着科学家更有可能尊敬较早的奖项。也许更重要的是大部分科学工作，即构成大部分科学的普通发现。

我们认识到这些局限性：调查结果惊人，但仅提供了部分图片。但是，我们很快就会看到支持证据，表明要全面发现重要发现变得越来越困难。它需要更大的团队和更广泛的科学培训，并且总体经济影响越来越小。综上所述，这些结果表明我们的科学努力的回报将大大减少。

当我们向同事报告这些递减的回报时，他们有时会告诉我们这是胡说八道，并坚持认为科学正在经历黄金时代。他们指出了惊人的最新发现，例如希格斯粒子和引力波，证明科学的形态比以往任何时候都要好。

这些确实是令人惊讶的发现。但是前几代人也发现了同样惊人的发现，甚至更多。例如，将引力波的发现与爱因斯坦1915年发现他的相对论的发现进行比较。广义相对论不仅预测了引力波，而且从根本上改变了我们对空间，时间，质量，能量和引力的理解。引力波的发现，尽管在技术上给人留下了深刻的印象，但并没有改变我们对宇宙的理解。

尽管希格斯粒子的发现非常引人注目，但与1930年代发现的万神殿的粒子万神殿相去甚远，其中包括中子和正电子，正电子又被称为反电子，正电子又是我们的日常世界的主要组成部分。阴暗的反物质世界。从某种意义上说，希格斯粒子的发现是非凡的，因为它重新回到了20世纪上半叶的事态，但在最近几十年中很少见。

另一个普遍的回应是人们说科学的状态比以往任何时候都要好，因为他们自己的领域正在取得巨大进步。我们最常听到有关人工智能（AI）和生物学中的基因编辑技术的信息。但是，尽管AI，以及类似领域的发展势头迅猛，但在整个现代科学史上，总有越来越多的领域变得越来越热。

考虑一下1924年到1928年之间物理学的进步。在那段时间里，物理学家们了解到，物质的基本组成部分既具有质点又具有波动性质。他们制定了量子力学定律，从而得出了海森堡的不确定性原理。他们预言了反物质的存在；还有很多其他的东西。正如主要的主角之一保罗·狄拉克（Paul Dirac）所说，这是“甚至一流的物理学家也可以做出一流发现的时代”。

相比之下，过去几年中AI的主要发现包括提高了识别图像和人类语音的能力，以及玩Go等游戏的能力比任何人类都更好。这些都是重要的结果，我们对AI的工作将在未来几十年产生巨大影响感到乐观。但是，要产生这些结果需要花费更多的时间，金钱和精力，而且与1920年代发现的对现实的重新排序相比，尚不清楚它们是否是更重大的突破。

同样，在过去的几年中，我们取得了许多突破，包括修饰人类胚胎以纠正遗传性心脏病，以及创造了可以在整个蚊子种群中传播抗疟疾基因的蚊子。但是，尽管这样的实验室原理非常引人注目，并且长期的潜力是巨大的，但是这些最新的结果并不比过去生物学快速发展的时期令人印象深刻。

为什么在我们的理解中得不到相应收益的情况下，科学却变得如此昂贵呢？

经济学家本杰明·琼斯（Benjamin Jones）和布鲁斯·温伯格（Bruce Weinberg）所做的工作提出了对该问题的部分答案。他们研究了伟大的发现之后科学家的年龄。他们发现，在获得诺贝尔奖的初期，未来的诺贝尔科学家发现获奖时的平均年龄为37岁。但是最近，这一数字平均上升到了47年，大约增加了科学家工作生涯的四分之一。

也许当今的科学家需要更多地了解才能做出重要的发现。结果，他们需要花更长的时间学习，而且年龄更大，才可以完成最重要的工作。也就是说，伟大的发现变得越来越难。而且，如果很难制造它们，则表明它们将更少，或者需要更多的精力。

同样，与一个世纪前相比，现在的科学合作通常涉及更多的人。当欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）在1911年发现原子核时，他只在一个作者（他本人）的论文中发表了它。相比之下，2012年发表的两篇宣告希格斯粒子发现的论文每篇大约有1000名作者。平均而言，在20世纪，研究团队的规模几乎增加了三倍，并且这种增长一直持续到今天。对于许多研究问题，今天需要更多的技能，昂贵的设备和庞大的团队来取得进步。

如果确实科学越来越难，为什么会这样呢？

假设我们认为科学（对自然的探索）与对新大陆的探索相似。在早期，鲜为人知。探索者可以轻松地发现并发现主要的新功能。但是逐渐地，他们填充了对新大陆的了解。为了做出重大发现，勘探者必须在越来越困难的条件下前往越来越偏远的地区。探索变得更加困难。按照这种观点，科学是一个有限的领域，需要付出更多的努力才能“填满地图”。有一天，地图将接近完成，科学将在很大程度上耗尽。按照这种观点，发现难度的任何增加都是科学知识本身的结构所固有的。

这种观点的原型来自基础物理学，其中许多人被寻找“万物理论”所吸引，该理论解释了我们在世界上看到的所有基本粒子和作用力。我们只能发现一次这样的理论。而且，如果您认为这是科学的主要目标，那么它的确是有限的领域。

但是，有一种不同的观点，即科学是无止境的前沿，总是有新现象被发现，还有重大新问题需要回答。边界无穷无尽的可能性是一种被称为“新兴”的思想的结果。考虑例如水。具有方程式来描述单分子水的行为是一回事。了解为什么天空中会形成彩虹，海浪猛冲，或者太空中肮脏的雪球的起源（我们称之为彗星）是另一回事。所有这些都是“水”，但是复杂程度不同。每一个都是从描述水的基本方程式中出现的，但是谁会从这些方程式中怀疑像彩虹或海浪撞击这样复杂的东西呢？

出现新的行为水平这一事实并不一定意味着将有无休止的新现象发现和新问题要回答的供应。但是在某些领域似乎很有可能。例如，考虑一下计算机科学始于1936年，当时艾伦·图灵（Alan Turing）开发了计算的数学模型，我们现在将其称为图灵机。这种模型非常基础，几乎就像一个孩子的玩具。然而，该模型在数学上等同于当今的计算机：计算机科学实际上始于其“万物理论”。尽管如此，自那以来，它已经发现了许多非凡的发现：诸如作为互联网贸易和加密货币基础的加密协议之类的想法；以及编程语言设计中层出不穷的精美创意；甚至，更怪诞的是，最好的视频游戏中出现了一些富有想象力的想法。

这些是计算机科学的彩虹，海浪和彗星。而且，到目前为止，我们的计算经验表明，它确实是取之不尽用之不竭的事情，它总是有可能发现美丽的新现象，新的行为层面，这些行为构成了基本的新问题，并引发了新的研究领域。计算机科学似乎是开放式的。

类似地，随着我们获得编辑基因组，合成新生物并更好地理解生物基因组及其形式与行为之间的关系的能力，新的生物学领域将继续开放。在物理和化学上也可能发生类似的事情，例如可编程物质和物质的新设计者阶段等想法。在每种情况下，新现象都会以开放的方式提出新的问题。

因此，乐观的看法是科学是无止境的前沿，我们将继续探索甚至创造具有自己基本问题的全新领域。如果今天我们看到增长放缓，那是因为科学一直过于关注既定领域，而在这一领域，取得进步变得越来越困难。我们希望未来新领域会更加迅速地扩散，从而引起重大的新问题。这是科学加速发展的机会。

如果科学的收益递减，那对我们的长远未来意味着什么？在过去的一个世纪中，重塑了我们世界的那种新技术会激发出更少的新科学见解吗？实际上，经济学家认为这正在发生，即所谓的生产率下降。

当他们谈到生产率下降时，经济学家正在以一种特殊的方式使用“生产率”，尽管它接近日常的含义：大致来说，工人的生产率是创造事物的创造力。因此，当我们开发技术并进行发现使制造变得更容易时，生产率就提高了。

例如，在1909年，德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）发现了固氮作用，这是一种从空气中吸收氮并将其转化为氨的方法。然后，该氨又可以用来制造肥料。这些肥料使相同数量的工人能够生产更多的食物，因此生产率提高了。

生产力的增长是社会经济健康的标志，社会不断产生提高其创造财富能力的思想。坏消息是美国生产率的增长速度正在下降。自1950年代以来，此数字一直在下降，当时约为今天的六倍。这意味着我们在当今十年中看到的变化与1950年代18个月中看到的变化一样大。

这听起来可能令人惊讶。在过去的几十年中，我们没有看到很多发明吗？今天不是加速技术变革的黄金时代吗？

并非如此，经济学家泰勒·科恩（Tyler Cowen）和罗伯特·戈登（Robert Gordon）认为。他们在他们的著作《大萧条》和《美国成长的兴衰》中指出，在20世纪初期，大规模部署了许多强大的通用技术：电力，内燃机，无线电，电话，航空旅行，装配线，肥料等等。

相比之下，他们整理的经济数据表明，自1970年代以来情况变化不大。是的，我们在两项强大的通用技术方面取得了进步：计算机和互联网。但是许多其他技术仅在逐步改进。

例如，考虑一下汽车，航空旅行和太空计划如何在1910年到1970年之间改变了我们的社会，扩大了人们对世界的体验。到1970年，这些旅行形式已接近其现代形式，而诸如协和飞机和阿波罗计划等雄心勃勃的项目在很大程度上未能进一步扩大交通运输。诸如自动驾驶汽车之类的技术也许会在未来导致交通领域的巨大变化。但是与过去相比，最近在运输方面的进步是渐进的。

是什么导致生产力下降？这个问题在经济学家之间是有争议的，并且已经提出了许多不同的答案。有人认为，仅仅是现有的生产力衡量标准无法很好地衡量新技术的影响。我们在这里的论点提出了一种不同的解释，即科学支出的收益递减正在导致真正的生产率下降。

我们并不是第一个提出科学发现正在显示收益递减的人。科学作家约翰·霍根（John Horgan）在1996年的《科学的终结》一书中采访了

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