作家斯圖爾特·布蘭德（Stewart Brand）曾經(jīng)寫道:“科學是唯一的新聞?！北M管新聞的標題主要被政治、經(jīng)濟和八卦占領(lǐng)，但卻是科學和技術(shù)在很大程度上支撐著人類福祉的進步和人類文明的長期發(fā)展。這反映在對科學進行公共投資的迅速增長上。如今，科學家數(shù)量、科學基金金額和科學論文發(fā)表數(shù)量比以往任何時候都要多:

數(shù)據(jù)來源：帕特里克·克里森和邁克爾·尼爾森

從表面上看，這是鼓舞人心的結(jié)果。但是對于所有這些努力的增加，我們在科學上的理解是否得到了相應(yīng)的增加?抑或是我們投資的更多只是為了維持(甚至是看到了下降趨勢)科學進步的速度?

用有意義的方式來衡量科學進步是非常困難的。部分問題在于，很難準確評估一項科學發(fā)現(xiàn)的重要性。

讓我們想想那些關(guān)于電的早期實驗。許多這樣的實驗在當時看來很奇怪。在一個實驗中，科學家們注意到，把琥珀在貓的皮毛上摩擦后，琥珀會莫名其妙地吸引諸如羽毛之類的物體。在另一個實驗中，一位科學家注意到青蛙的腿在被金屬手術(shù)刀觸碰時會不自主地抽搐。

即使是做這些實驗的科學家，也不清楚這些發(fā)現(xiàn)是不重要的奇怪現(xiàn)象，還是通向更深層次真相的通道。在當今時代的人們看來，這些是劃時代的實驗，是發(fā)現(xiàn)新自然力量的早期跡象。

但即使很難評估科學工作的重要性，也有必要做出這樣的評估。我們需要這些評估來授予科學獎項，并決定哪些科學家應(yīng)該得到聘用或接受資助。一般來講，標準的方法是詢問獨立科學家對相關(guān)工作的意見。這種方法并不完美，但它是我們目前擁有的最好的評估方式。

考慮到這一點，我們進行了一項調(diào)查，要求科學家對各自領(lǐng)域獲得諾貝爾獎的發(fā)現(xiàn)進行比較。然后，我們會得到一個排名。用這些排名，我們可以確定，在科學家們的眼里，這些獲得貝爾獎的發(fā)現(xiàn)的重要性在過去幾十年中發(fā)生了怎樣的變化。

作為一個抽樣調(diào)查問題，我們可能會問物理學家，對科學理解的更重要貢獻是什么:中子(構(gòu)成宇宙中大約一半普通物質(zhì)的粒子)的發(fā)現(xiàn)，還是宇宙微波背景輻射(大爆炸的余光)的發(fā)現(xiàn)。我們可以把這項調(diào)查看作是一場循環(huán)賽，通過專業(yè)科學家的判斷，讓這些科學發(fā)現(xiàn)相互之間進行競爭性匹配。

針對諾貝爾物理學獎，我們調(diào)查了93位來自世界頂尖學術(shù)物理部門的物理學家(根據(jù)上海世界大學排名)，這些科學家對1370對發(fā)現(xiàn)進行了判斷。以下條形圖顯示了“每個十年的分數(shù)”。所謂“每個十年的分數(shù)”指的是這十年間的發(fā)現(xiàn)被認為比其他幾十年的發(fā)現(xiàn)更重要的可能性。需要說明的是，某項研究的貢獻屬于完成的那一年，而不是屬于在獎項頒發(fā)的那一年。

帕特里克·克里森和邁克爾·尼爾森提供的數(shù)據(jù)

第一個十年表現(xiàn)不佳。在那十年里，諾貝爾委員會還沒有搞清這個獎到底是為了什么。例如，有一個獎項是為更好地照亮海上燈塔和浮標而設(shè)立的。如果你是在船上，那這是個好消息，但它在現(xiàn)代物理學家中得分很低。但到了20世紀10年代，這些獎項大多頒發(fā)給符合現(xiàn)代物理學理念的發(fā)現(xiàn)。

從1910年代到1930年代，物理學迎來了一個黃金時代。這是量子力學的發(fā)明的時間段，量子力學是有史以來最偉大的科學發(fā)現(xiàn)之一，這一發(fā)現(xiàn)徹底改變了我們對現(xiàn)實的理解。其他一些革命性的發(fā)現(xiàn)也是在這個時間段：x射線結(jié)晶學的發(fā)明，它讓我們探索原子世界;中子和反物質(zhì)的發(fā)現(xiàn);還有許多關(guān)于放射性和核力的實質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。這是科學史上最偉大的時期之一。

在這一時期之后，分數(shù)出現(xiàn)了大幅度的下降，在60年代出現(xiàn)了一定的復蘇。這是由于兩個發(fā)現(xiàn):宇宙-微波背景輻射和粒子物理的標準模型，這是粒子物理是構(gòu)成宇宙的基本粒子和力的最佳理論。即使有了這些發(fā)現(xiàn)，物理學家們?nèi)匀徽J為，從20世紀40年代到80年代的每個十年都比20世紀10年代到30年代最差的十年還要更糟糕。物理學家們自己判斷，一些以往物理學中最偉大的發(fā)現(xiàn)變得不那么重要了。

我們的圖表只畫到了20世紀80年代末。原因是，近年來，諾貝爾委員會更傾向于為上世紀80年代和70年代的工作頒獎。事實上，自1990年以來，只有三項發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾獎。這太少了，無法得到90年代的高質(zhì)量評估，所以我們沒有對這些獎項進行調(diào)查。

然而，自1990年以來諾貝爾獎的缺乏本身就暗示了一些東西。20世紀90年代和21世紀頭十年，諾貝爾委員會最想跳過這幾十年，而對早期作品頒發(fā)獎項。考慮到上世紀80年代和70年代本身分數(shù)也并不高，這一現(xiàn)象對物理學界來說是個壞消息。

我們的研究可能會聽到各種反對的聲音。也許在我們的研究中，被調(diào)查的物理學家在某種程度上是有偏的，或者他們對獲獎發(fā)現(xiàn)的理解不夠完全。如前所述，很難界定一個發(fā)現(xiàn)比另一個發(fā)現(xiàn)更重要的標準。然而，科學家的判斷仍然是我們比較科學工作成果的最好方法。

物理學做得不是很好，或許其他領(lǐng)域做得更好?我們對諾貝爾化學獎和諾貝爾生理學或醫(yī)學獎進行了類似的調(diào)查。以下是得分:

帕特里克·克里森和邁克爾·尼爾森提供的數(shù)據(jù)

這一結(jié)果比物理學略令人鼓舞?？雌饋砜蒲星闆r在20世紀下半葉略有改善，但幅度很小。與物理學一樣，上世紀90年代和本世紀頭十年沒有放入圖中，因為諾貝爾委員會強烈傾向于授獎于更早的工作成果：在上世紀90年代和本世紀頭十年里，諾貝爾委員會頒發(fā)的諾貝爾獎比過去每個十年都要少。

這項調(diào)查描繪的圖景是暗淡的:在過去的一個世紀里，我們大大增加了投入在科學上的時間和金錢，但根據(jù)科學家自己的判斷，我們產(chǎn)生最重要的突破的速度近乎是恒定的。以每美元或人均計算，這表明科學的效率正在大大降低。

一些評論家可能會回應(yīng)稱,諾貝爾獎發(fā)現(xiàn)成果的質(zhì)量不一定能代表科學進展的總體水平。在我們的調(diào)查方法中所用的評估方式當然有許多局限性。諾貝爾獎不包括部分科學領(lǐng)域，尤其是計算機科學等較新的領(lǐng)域。諾貝爾委員會也可能會錯過一些重要的工作成果。也許一些偏見的存在導致科學家更有可能崇敬過去的獎項。但也許更重要的是科學工作數(shù)量巨大，就是這些普普通通的成果構(gòu)成了科學的大部分。

我們認識到了這些局限性:調(diào)查結(jié)果令人震驚，但只涵蓋了部分情況。然而，我們很快就會看到有力的證據(jù)表明，要在所有領(lǐng)域都取得重大發(fā)現(xiàn)正變得越來越困難。它需要更大的團隊和更廣泛的科學培訓，而科學成果產(chǎn)生的整體經(jīng)濟影響正變得越來越小。綜上所述，研究結(jié)果表明，如今投入在科學中努力的回報在不斷減少。

當我們向同事說明這一狀況時，他們有時會告訴我們這是無稽之談，并堅持認為科學正處于一個黃金時代。他們列舉出了一些驚人的最新發(fā)現(xiàn)，比如希格斯粒子和引力波，并認為這就是如今科學發(fā)展比以往任何時候都更好的證據(jù)。

這些確實是驚人的發(fā)現(xiàn)。但前幾代人的發(fā)現(xiàn)，也同樣引人注目。例如，將引力波的發(fā)現(xiàn)與愛因斯坦1915年發(fā)現(xiàn)廣義相對論進行比較。廣義相對論不僅預測了引力波，而且從根本上改變了我們對空間、時間、質(zhì)量、能量和重力的理解。引力波的發(fā)現(xiàn)，雖然在技術(shù)上令人印象深刻，但在改變我們對宇宙的認識方面，作用卻小得多。

雖然希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)確實了不起，但與上世紀30年代發(fā)現(xiàn)的眾多粒子相比，它就相形見絀了。這些粒子包括中子和正電子。從某種意義上說，希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)是一種非凡的成就，因為它是又回到了20世紀上半葉常見的狀態(tài)，但這種狀態(tài)在近幾十年里卻很罕見。

對我們的研究結(jié)果另一種常見的反應(yīng)是，有人說科學比以往任何時候都更好，因為他們自己的領(lǐng)域正在取得巨大進步。我們經(jīng)常會聽到一些關(guān)于人工智能(AI)的成果和CRISPR基因編輯技術(shù)在生物學中的應(yīng)用。但是，盡管人工智能、CRISPR和類似的領(lǐng)域發(fā)展迅速，但在整個現(xiàn)代科學史上，一直都有一些領(lǐng)域和人工智能一樣熱，甚至更熱。

讓我們回顧一下1924年到1928年之間物理學取得的進步。在這段時間里，物理學家了解到物質(zhì)的基本成分既有粒子的性質(zhì)又有波的性質(zhì);他們創(chuàng)立了量子力學的定律，提出了海森堡的不確定原理（一個運動粒子的位置和它的動量不可被同時確定。）;他們預測反物質(zhì)的存在;還有許多其他的成就。正如保羅·狄拉克(Paul Dirac)所說，在那個時代，“即使是二流物理學家也能做出一流的發(fā)現(xiàn)”。

相比之下，過去幾年人工智能的主要發(fā)現(xiàn)包括:識別圖像和人類語言能力的提高，以及玩圍棋等游戲能力的提高。這些都是重要的結(jié)果，我們樂觀地認為人工智能的成果將在未來幾十年產(chǎn)生巨大的影響。但產(chǎn)生這些成果需要投入更多的時間、金錢和努力，而且還不清楚它們是否比20世紀20年代發(fā)現(xiàn)的成就更重要。

同樣，CRISPR在過去幾年也取得了許多突破，包括可以通過改變?nèi)祟惻咛碇委熞环N遺傳性心臟疾病，以及培育出了一種能夠在整個蚊子種群中傳播瘧疾抗性基因的蚊子。但是，盡管這些實驗室成果是顯著的，CRISPR的長期潛力是巨大的，但最近的成果并不比過去生物學快速進步時期的成果更令人欽佩。

經(jīng)濟學家本杰明?瓊斯(Benjamin Jones)和布魯斯?溫伯格(Bruce Weinberg)的研究給這個問題予以了部分解答。他們研究了科學家做出重大發(fā)現(xiàn)時的年齡。他們發(fā)現(xiàn)，在諾貝爾獎的早期，獲得諾貝爾獎的科學家做出獲獎成果的時候平均只有37歲。但是近年來，這個數(shù)字上升到平均47歲，增加了相當于科學家工作生涯四分之一的時間。

也許當今的科學家需要知道的更多才能做出重大發(fā)現(xiàn)。因此，他們需要學習更長的時間，所以在年齡更大的時候才能完成他們最重要的工作。也就是說，偉大的發(fā)現(xiàn)越來越難以實現(xiàn)。而且，如果它們更難以實現(xiàn)，那就意味著重大成果的數(shù)量將會越來越少，或者說它們需要付出越來越多的努力。

與此類似，如今的科學合作涉及的人往往比一個世紀前多得多。歐內(nèi)斯特·盧瑟福(Ernest Rutherford)于1911年發(fā)現(xiàn)了原子核，他發(fā)表的那篇論文中只有一位作者:他自己。相比之下，2012年發(fā)表的兩篇宣布發(fā)現(xiàn)希格斯粒子(Higgs particle)的論文，每一篇大約有1000名作者。平均而言，研究團隊的規(guī)模在20世紀增長了近四倍，這種增長一直持續(xù)到今天。對于許多研究問題，在如今都需要更多的技能、昂貴的設(shè)備和龐大的團隊才能取得進展。

假設(shè)我們認為科學，即對自然的探索，類似于對新大陸的探索。在早期，人們知之甚少。探索者很容易在開始時取得重大的新發(fā)現(xiàn)。但是他們漸漸地填補了關(guān)于新大陸的知識。為了取得重大發(fā)現(xiàn)，探險者必須在越來越困難的條件下走向越來越偏遠的地區(qū)。探索變得更加困難。在這種觀點看來，科學是一個有限的領(lǐng)域，需要邊際遞增的努力來“填滿地圖”?？傆幸惶?，填充地圖的工作會接近完成，科學也將在很大程度上枯竭。按照這種觀點，取得科研成果難度的增加是科學知識結(jié)構(gòu)本身所固有的。

這一觀點的原型來自于基礎(chǔ)物理學。在基礎(chǔ)物理學領(lǐng)域，許多人著迷于尋找“普適性的理論”，一個能夠解釋我們在世界上看到的所有基本粒子和力的理論。這種理論我們只能發(fā)現(xiàn)一次。如果你認為這是科學的首要目標，那么科學確實是存在有限邊界的。

但是還有一種不同的觀點，這種觀點認為科學研究是無止境的，在科學中總是有新現(xiàn)象要發(fā)現(xiàn)，總是有新的重大問題要解答。科學無窮無盡的邊界是新想法的不斷涌現(xiàn)的結(jié)果。以水為例，描述單個水分子行為的方程是一回事，而解釋彩虹的形成，或者海浪的撞擊，抑或是太空中彗星的的起源則是完全不同的另一回事。所有這些都是在研究“水”，但復雜程度不同。每一個都是從描述水的基本方程中推演出來的，但誰又會從這些方程中想到到像彩虹或海浪撞擊這樣復雜的現(xiàn)象呢?

雖然僅僅有新想法涌現(xiàn)并不一定意味著就會有無窮無盡的新現(xiàn)象有待發(fā)現(xiàn)，新的問題有待解答。但在某些領(lǐng)域，似乎確實是這樣的。例如，始于1936年的計算機科學。當時阿蘭·圖靈（Alan Turing）開發(fā)了計算的數(shù)學模型，我們現(xiàn)在稱之為圖靈機。那個模型非常簡陋，幾乎就像一個孩子的玩具。然而，這個模型在數(shù)學上等同于今天的計算機:計算機科學實際上是從它的“普適性的理論”開始的。盡管如此，自那以后，計算機科學領(lǐng)域還是出現(xiàn)了許多非凡的發(fā)現(xiàn):諸如構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)和加密貨幣基礎(chǔ)的加密協(xié)議等想法;編程語言設(shè)計中無窮無盡的巧妙想法;而且最好的電子游戲中也有一些富有想象力的想法。

這些就是計算機科學中的彩虹、海浪和彗星。更重要的是，到目前為止，我們的計算經(jīng)驗表明，它確實是取之不盡的，總是有可能發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，新層次的行為。隨著對這些新現(xiàn)象和新的行為的研究，又提出了新的基本問題，并引發(fā)了新的研究領(lǐng)域。計算機科學似乎是開放式的。

在生物學領(lǐng)域中，以類似的方式，隨著我們獲得編輯基因組、合成新生物體的能力，以及更好地理解生物體基因組與其形態(tài)和行為之間的關(guān)系，生物學領(lǐng)域也可能會繼續(xù)出現(xiàn)新的前沿。物理和化學領(lǐng)域也可能發(fā)生類似的事情，比如可編程物質(zhì)和物質(zhì)的新設(shè)計階段。在每一種情況下，新現(xiàn)象都提出了新問題，其方式可能是開放式的。

所以樂觀的觀點是，科學是無止境的，我們將持續(xù)有新發(fā)現(xiàn)，甚至創(chuàng)造全新的領(lǐng)域，這些領(lǐng)域依然有自己的基本問題。如果我們今天看到科學研究增長放緩，那是因為科學仍然過于關(guān)注已經(jīng)建立起來的領(lǐng)域，而這些領(lǐng)域正變得越來越難以取得進展。我們希望，未來會更加迅速地涌現(xiàn)出新的領(lǐng)域，產(chǎn)生新的重大研究課題。這才是科學加速發(fā)展的機會。

如果科學的效益正在減少，那對我們的長期的未來意味著什么?在過去的一個世紀里，我們的世界因為新技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)生了巨大的變化，而如今促進這種新技術(shù)發(fā)展的科學見解會越來越少嗎?事實上，經(jīng)濟學家的發(fā)現(xiàn)表明這種情況正在發(fā)生，他們稱之為生產(chǎn)率放緩。

當談?wù)摰缴a(chǎn)率放緩時，經(jīng)濟學家們所謂的生產(chǎn)率和它的日常含義略有不同:大致來講，工人的生產(chǎn)率是制造產(chǎn)品的精巧程度。因此，當我們開發(fā)出新技術(shù)，使得制造東西更容易時，生產(chǎn)率就會提高。

例如，1909年德國化學家Fritz Haber發(fā)現(xiàn)了固氮法，一種將空氣中的氮轉(zhuǎn)化為氨的方法。然后，這些氨可以被用來制造肥料。這些肥料使得同樣數(shù)量的工人能生產(chǎn)更多的食物，因此生產(chǎn)率提高了。

生產(chǎn)率的增長是社會經(jīng)濟健康的一個標志，這樣的社會能不斷產(chǎn)生提高其創(chuàng)造財富能力的想法。但壞消息是，美國的生產(chǎn)率增長正在大幅下降。自20世紀50年代以來，這一數(shù)字一直在下降，當時的水平大約是今天的6倍。這意味著，在過去10年里，我們經(jīng)歷的變化與上世紀50年代18個月里的變化差不多。

這聽起來可能有些令人驚訝。在過去的幾十年里，我們難道沒有看到許多新發(fā)明嗎?今天不是加速技術(shù)變革的黃金時代嗎?

經(jīng)濟學家泰勒?考恩(Tyler Cowen)和羅伯特?戈登(Robert Gordon)認為，事實并非如此。在他們的著作《大停滯和美國增長的起起落落》(The Great Stagnation?and?The Rise and Fall of American Growth)一書中指出，20世紀初出現(xiàn)了大量強大的通用技術(shù):電力、內(nèi)燃機、無線電、電話、航空旅行、裝配線、化肥等等。

相比之下，他們整理的經(jīng)濟數(shù)據(jù)表明，自上世紀70年代以來，情況幾乎沒有什么變化。雖然我們已經(jīng)在兩種強大的通用技術(shù)上取得了進展:計算機和互聯(lián)網(wǎng)，但許多其他技術(shù)的改進只是漸進式的。

例如，汽車、航空旅行和太空計劃在1910年至1970年間極大地改變了我們的社會，擴展了人們對世界的體驗。到1970年，這些形式的旅行已經(jīng)達到了接近現(xiàn)代形式的程度，而諸如協(xié)和式飛機和阿波羅計劃等雄心勃勃的項目基本上未能進一步擴大交通方式。也許像自動駕駛汽車這樣的技術(shù)在未來會給交通帶來巨大的變化。但是，與過去相比，當今在運輸方面的進展是漸進式的。

是什么原因?qū)е铝松a(chǎn)率下降?經(jīng)濟學家對這一問題存在爭議，他們提出了許多不同的答案。一些人認為，這僅僅是因為現(xiàn)有的生產(chǎn)率衡量方法不能很好地衡量新技術(shù)的影響。但我們在這里更傾向于另一種更觀點，即在科學上的支出回報的減少導致了真正的生產(chǎn)率放緩。

我們并不是第一個認為科學研究正在收益遞減的人。1971年，著名生物學家賓利·格拉斯(Bentley Glass)在《科學》雜志(Science)上發(fā)表了一篇文章，認為科學的輝煌時代已經(jīng)過去，最重要的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn):

無論如何，對我來說，很難相信像達爾文關(guān)于生命進化的觀點或孟德爾對遺傳本質(zhì)的理解那樣全面而震撼人心的東西會再次出現(xiàn)。畢竟，這些已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了!

在1996年出版的《科學的終結(jié)》(The End of Science)一書中，科學作家約翰·霍根(John Horgan)采訪了許多頂尖科學家，詢問他們對各自領(lǐng)域取得進展的前景的看法。他的發(fā)現(xiàn)并不樂觀。例如，著名理論物理學家利奧·卡達諾夫(Leo Kadanoff)就最近的科學進展發(fā)表了看法:

事實是，沒有任何研究成果能夠取得量子力學、雙螺旋或相對論同等量級的成就。在過去的幾十年里，這樣的成就從未發(fā)生過。

然而，盡管許多人對科學回報的遞減提出了擔憂，但很少有機構(gòu)對此做出回應(yīng)。目前被提名為唐納德·特朗普(Donald Trump)總統(tǒng)科學顧問的氣象學家開爾文·德羅杰梅耶(Kelvin Droegemeier)在2016年對美國參議院一個委員會發(fā)表的講話中稱，“科研的步伐正在加快”。美國國家科學基金會(National Science Foundation)在2018年的報告中沒有提到回報遞減的問題，而是樂觀地談到“具有潛在變革意義的研究，將產(chǎn)生開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，并推動令人興奮的科學新前沿”。當然，也許多科學機構(gòu)，尤其是新機構(gòu)的目標是找到在各自領(lǐng)域的改進方法。但這并不能廣泛代表組織機構(gòu)回應(yīng)科研收益遞減的方式。

也許機構(gòu)對此缺乏回應(yīng)的部分原因是，一些科學家認為承認收益遞減違背了科學家的集體利益。大多數(shù)科學家強烈贊同增加研究經(jīng)費。他們喜歡用積極的態(tài)度來描述科學，強調(diào)益處，盡量減少負面影響。雖然這種做法可以理解，但有證據(jù)表明，每花一美元或一小時帶來的科學發(fā)展在大幅放緩。這一現(xiàn)象需要大規(guī)模的機構(gòu)做出回應(yīng)。這應(yīng)該成為公共政策、資助機構(gòu)和大學研究的一個重要主題。更好地理解造成這一現(xiàn)象的原因是很重要的，找出扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象的方法是改善我們未來生活的最大機會之一。

來源：36kr