AI正在大爆發(fā)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的效率正在下降究竟是哪里出了問題？

AI正在大爆發(fā)，但總體而言，按單位成本投入和人均成果來看，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的效率正在下降：諾獎(jiǎng)獲得者的年齡提高了10歲、一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)需要數(shù)十人的努力。究竟是哪里出了問題？

“科學(xué)發(fā)現(xiàn)才是唯一的新聞”。

這是作家斯圖爾特·布蘭德（Stewart Brand）的一句名言。

雖然新聞內(nèi)容由政治、經(jīng)濟(jì)和娛樂八卦主導(dǎo)，但科學(xué)和技術(shù)才是人類福祉和文明長(zhǎng)期進(jìn)步的基礎(chǔ)。現(xiàn)在，無論是科學(xué)家的數(shù)量、科學(xué)資助的規(guī)模，還是發(fā)表的科學(xué)論文數(shù)量，都比以前有大幅提升，因此也推動(dòng)著人類各項(xiàng)事業(yè)的繁榮。

從表面上看，這無疑是令人鼓舞的。但是，在這些指標(biāo)迅速增長(zhǎng)的同時(shí)，我們對(duì)科學(xué)的理解是否取得了與之相應(yīng)的進(jìn)步？還是我們僅僅為了維持（甚至降低）科學(xué)進(jìn)步的速度本身，投入了更多的資源？

《大西洋月刊》The Atlantic最近發(fā)布了一篇題為“Science Is Getting Less Bang for Its Buck”的文章，認(rèn)為雖然像AI或者基因編輯這樣的科技正在大爆發(fā)，但總體而言，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的效率正在降低。

文章主要有幾個(gè)有趣的觀點(diǎn)：

自1990年以來的成果很少獲諾獎(jiǎng)，自1990年以來的成果僅獲得三次諾貝爾獎(jiǎng)。

在諾貝爾獎(jiǎng)的早期，科學(xué)家獲獎(jiǎng)的平均只有37歲，而現(xiàn)在則到了平均47歲。

原子核被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，論文作者只有一位；希格斯粒子在2012年被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，相關(guān)的兩篇論文各自擁有大約1000名作者。

AI和基因編輯技術(shù)大爆發(fā)，但按單位成本或人均指標(biāo)來看，科學(xué)研究的效率正在下降。

為什么科學(xué)發(fā)現(xiàn)會(huì)變得如此昂貴和“低效”？

諾貝爾獎(jiǎng)有偏見？強(qiáng)烈偏向早期研究成果，1990年代獲獎(jiǎng)較少

《大西洋月刊》進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查，要求科學(xué)家們比較其所在領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果，然后使用這些排名信息，來確定科學(xué)家們對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果的質(zhì)量在過去幾十年中的變化情況。

對(duì)于物理學(xué)獎(jiǎng)，《大西洋月刊》調(diào)查了來自世界頂級(jí)學(xué)術(shù)物理系的93位物理學(xué)家（根據(jù)上海世界大學(xué)排名），請(qǐng)他們判斷了1370對(duì)發(fā)現(xiàn)。

下圖中的條形圖顯示了每十年的諾獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)的評(píng)分。得分越高，說明評(píng)分者認(rèn)為這個(gè)時(shí)段的發(fā)現(xiàn)比其他時(shí)段的發(fā)現(xiàn)更重要的可能性越大。請(qǐng)注意，統(tǒng)計(jì)是按發(fā)現(xiàn)的年份，而不是獲獎(jiǎng)年份。

20世紀(jì)的頭十年的表現(xiàn)不盡如人意。這十年中，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)仍在探索這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)的是什么。比如現(xiàn)在有一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，頒發(fā)給了能夠更好地照亮海面的燈塔和浮標(biāo)。如果你在船上航行，這無疑是個(gè)好消息，但它與現(xiàn)代物理學(xué)的關(guān)系不大。在20世紀(jì)最初十年，諾貝爾物理獎(jiǎng)大多獲獎(jiǎng)成果符合現(xiàn)代物理的概念。

從1910年，到20世紀(jì)30年代是物理學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)代。這是量子力學(xué)的時(shí)代，量子力學(xué)是有史以來最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，從根本上改變了我們對(duì)現(xiàn)實(shí)的理解。量子力學(xué)還引發(fā)了了其他幾項(xiàng)革命：X射線晶體學(xué)的發(fā)明，讓我們得以探索原子世界。中子和反物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)。關(guān)于放射性和核力量的許多基本事實(shí)被發(fā)現(xiàn)。這是科學(xué)史上的最偉大的時(shí)期之一。

在此之后，評(píng)分出現(xiàn)了大幅下降，直到20世紀(jì)60年代出現(xiàn)部分回升。這主要是由于兩個(gè)發(fā)現(xiàn)：宇宙 - 微波 - 背景輻射，以及粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型的建立，讓我們發(fā)現(xiàn)了構(gòu)成宇宙的基本粒子和力的最佳理論。即使憑借這些發(fā)現(xiàn)，從20世紀(jì)40年代到80年代，物理學(xué)家對(duì)這期間的諾獎(jiǎng)成果的評(píng)價(jià)都要比從1910年代到1930年代中最低的十年評(píng)分更低。

圖表數(shù)據(jù)截止到在20世紀(jì)80年代末。原因在于，近年來，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)更愿意為產(chǎn)生于上世紀(jì)70-80年代的成果頒獎(jiǎng)。事實(shí)上，自1990年以來的成果僅獲得三次諾貝爾獎(jiǎng)。這個(gè)數(shù)量太少了，無法對(duì)20世紀(jì)90年代的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行高質(zhì)量的估計(jì)，因此我們沒有對(duì)這些成果進(jìn)行調(diào)查。

然而，自1990年以來的成果很少獲獎(jiǎng)這個(gè)事實(shí)本身就具有啟發(fā)性。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)傾向于跳過這幾十年，為誕生時(shí)間更早的成果頒獎(jiǎng)。鑒于20世紀(jì)70-80年代本身看起來就并不那么好，這對(duì)物理學(xué)來說是個(gè)壞消息。

物理學(xué)表現(xiàn)不佳，或許其他領(lǐng)域的情況好一些？《大西洋月刊》對(duì)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)和諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)進(jìn)行了類似的調(diào)查。以下是評(píng)分：

可以看到，結(jié)果比物理學(xué)獎(jiǎng)稍好，在20世紀(jì)下半葉的評(píng)分比物理學(xué)獎(jiǎng)可能略有改善。但與物理學(xué)獎(jiǎng)一樣，20世紀(jì)90年代和2000年以后的成果被省略了，因?yàn)橹Z貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)強(qiáng)烈偏向早期的研究成果：在20世紀(jì)90年代和2000年代完成的成果的獎(jiǎng)勵(lì)少于之前任何一個(gè)年代。

這項(xiàng)調(diào)查描繪出了一幅黯淡的場(chǎng)景：在過去的一個(gè)世紀(jì)里，我們大大增加了投入科學(xué)研究的時(shí)間和金錢，但在科學(xué)家自己的判斷中，我們?nèi)〉米钪匾男峦黄频乃俣然颈３植蛔儭０磫挝怀杀净蛉司笜?biāo)來看，科學(xué)研究的效率正在下降。

當(dāng)然，有人可能會(huì)說，諾貝爾獎(jiǎng)成果的質(zhì)量與科學(xué)進(jìn)步的總體速度不是一回事！

這項(xiàng)調(diào)查當(dāng)然有很多局限之處：諾貝爾獎(jiǎng)沒有包含一部分科學(xué)門類，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)等新興領(lǐng)域；諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)偶爾也會(huì)錯(cuò)過重要的成果；也許一些偏見意味著科學(xué)家們更有可能尊重年頭更長(zhǎng)的成果；也許更重要的是更大量的科學(xué)成果，即構(gòu)成大部分的普通科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

這些局限確實(shí)存在，但是，我們很快就會(huì)看到有證據(jù)表明，全面的、重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)變得越來越困難。這需要更大規(guī)模的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和更廣泛的科學(xué)訓(xùn)練。

總之，這些結(jié)果表明，我們?cè)诳茖W(xué)上付出的努力，其回報(bào)率正在大幅下降。

科學(xué)家獲獎(jiǎng)年齡增加近10歲，過于關(guān)注已確立的領(lǐng)域?qū)е驴茖W(xué)進(jìn)展困難

除了領(lǐng)域的維度，還有其他維度。

經(jīng)濟(jì)學(xué)家本杰明?瓊斯（Benjamin Jones）和布魯斯?溫伯格（Bruce Weinberg）研究了科學(xué)家們?cè)谧龀鲋卮蟀l(fā)現(xiàn)時(shí)的年齡。

他們發(fā)現(xiàn)，在諾貝爾獎(jiǎng)的早期，科學(xué)家在獲得諾貝爾獎(jiǎng)的時(shí)候平均只有37歲。但最近這一數(shù)字上升到平均47年，相當(dāng)于科學(xué)家職業(yè)生涯的四分之一。

也許今天的科學(xué)家需要懂得更多的知識(shí)才能做出重大發(fā)現(xiàn)。因此，他們需要學(xué)習(xí)更長(zhǎng)的時(shí)間，所以在較為年長(zhǎng)的年齡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(shí)現(xiàn)，這就意味著它們的數(shù)量會(huì)減少，或者需要更多的努力。

同樣的道理，現(xiàn)在的科學(xué)合作所涉及的人數(shù)比一個(gè)世紀(jì)前要多得多。當(dāng)歐內(nèi)斯特·盧瑟福在1911年發(fā)現(xiàn)原子核的時(shí)候，他所發(fā)表的論文中，作者只有一位，那就是他自己。相比之下，希格斯粒子在2012年宣布被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候，相關(guān)的兩篇論文各自擁有大約1000名作者。

平均而言，在20世紀(jì)，研究團(tuán)隊(duì)的規(guī)模幾乎翻了兩番，而且這種增長(zhǎng)一直持續(xù)到今天。對(duì)于許多研究問題，它需要更多的技能、昂貴的設(shè)備和一支龐大的團(tuán)隊(duì)才能在今天取得進(jìn)展。

如果科學(xué)變得越來越難是真的，為什么會(huì)這樣呢?

假設(shè)我們認(rèn)為科學(xué)，類似于對(duì)新大陸的探索。在早期，人們對(duì)此知之甚少，探索者很容易地開始并發(fā)現(xiàn)主要的新特性，但他們逐漸填補(bǔ)了新大陸的知識(shí)。

要想有重大發(fā)現(xiàn)，探險(xiǎn)者必須在更加困難的條件下去更加偏遠(yuǎn)的地區(qū)，探索變得困難。按照這種觀點(diǎn)，科學(xué)是一個(gè)有限的前沿領(lǐng)域，需要付出更多的努力才能“填滿地圖”?？傆幸惶斓貓D將接近完整，科學(xué)將在很大程度上被耗盡。從這個(gè)觀點(diǎn)來看，任何發(fā)現(xiàn)困難的增加都是科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)本身固有的。

但是有一種不同的觀點(diǎn)，一種認(rèn)為科學(xué)是無止境的，在這種觀點(diǎn)中總是有新的現(xiàn)象要發(fā)現(xiàn)，有重大的新問題要回答。無限邊界的可能性是一種被稱為“出現(xiàn)（emergence）”想法的結(jié)果。

以水為例。用方程來描述單個(gè)水分子的行為是一回事。要理解為什么天空中會(huì)形成彩虹，或者海浪的撞擊，或者彗星的起源，則完全是另一回事。所有這些都是“水”，但處于不同的復(fù)雜程度。

行為的“出現(xiàn)”程度這一事實(shí)并不一定意味著會(huì)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，這似乎是可能的。

例如，計(jì)算機(jī)科學(xué)始于1936年，當(dāng)時(shí)圖靈發(fā)明了數(shù)學(xué)模型，我們現(xiàn)在稱之為圖靈機(jī)。那個(gè)模型非常簡(jiǎn)陋，幾乎像一個(gè)孩子的玩具。然而，這個(gè)模型在數(shù)學(xué)上等同于今天的計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)際上是從它的“萬物理論”開始的。盡管如此，自那以后，它還是看到了許多非凡的發(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(jì)中無窮無盡的美妙想法；更奇怪的是，最好的電子游戲中也有一些富有想象力的想法。

這些是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的彩虹、海浪和彗星。更重要的是，到目前為止，我們的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)表明，它確實(shí)是取之不盡用之不竭的，總是有可能發(fā)現(xiàn)美麗的新現(xiàn)象，新層次的行為，這些行為構(gòu)成了新的基本問題，并產(chǎn)生了新的探究領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)科學(xué)似乎是開放式的。

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(xué)領(lǐng)域可能會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)新的前沿。類似的事情也可能發(fā)生在物理和化學(xué)領(lǐng)域，比如可編程物質(zhì)和新的物質(zhì)設(shè)計(jì)階段。在每一種情況下，新的現(xiàn)象都會(huì)以一種開放式的方式提出新的問題。

因此，樂觀的觀點(diǎn)認(rèn)為，科學(xué)是一個(gè)無止境的前沿領(lǐng)域，我們將繼續(xù)發(fā)現(xiàn)甚至創(chuàng)造全新的領(lǐng)域，并提出自己的基本問題。如果我們今天看到增長(zhǎng)放緩，那是因?yàn)榭茖W(xué)仍然過于關(guān)注已確立的領(lǐng)域，而在這些領(lǐng)域，取得進(jìn)展變得越來越困難。我們希望未來會(huì)有更多的新領(lǐng)域出現(xiàn)，產(chǎn)生新的重大問題。這是科學(xué)加速發(fā)展的機(jī)會(huì)。

最好的時(shí)代還是最差的時(shí)代？AI和基因編輯技術(shù)正在大爆發(fā)

《大西洋月刊》內(nèi)部在討論上述研究發(fā)現(xiàn)時(shí)，有不少人堅(jiān)持認(rèn)為科學(xué)正在經(jīng)歷一個(gè)黃金時(shí)代。他們拿希格斯粒子和引力波的發(fā)現(xiàn)為例，以此作為“科學(xué)比以往任何時(shí)候都更好”的證據(jù)。

這些發(fā)現(xiàn)確實(shí)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1915年愛因斯坦廣義相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)相比較，廣義相對(duì)論不僅預(yù)測(cè)了引力波，而且從根本上改變了我們對(duì)空間、時(shí)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)上給人留下了深刻的印象，但對(duì)改變我們對(duì)宇宙的理解卻沒有多大幫助。

盡管希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)是了不起的，但與20世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)的眾多粒子相比，它就相形見絀了。這些粒子包括我們?nèi)粘Ｉ畹闹饕M成部分之一中子，以及正電子，后者首次揭開了反物質(zhì)的神秘世界。從某種意義上說，希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)是非凡的，因?yàn)樗w現(xiàn)了20世紀(jì)上半葉常見的一種狀態(tài)，但近幾十年來很少見。

另一種普遍的反應(yīng)是，人們說科學(xué)比以往任何時(shí)候都好，因?yàn)樗麄冏约旱念I(lǐng)域正在取得巨大的進(jìn)步。比如現(xiàn)在經(jīng)常聽到人工智能（AI）和crispr基因編輯技術(shù)。

但是，雖然人工智能、crispr和類似的領(lǐng)域的確在快速發(fā)展，不過如果放在整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)史上觀察，一直存在著熱門或者更受歡迎的領(lǐng)域。

想想從1924年到1928年之間物理學(xué)的進(jìn)步。在這段時(shí)間里，物理學(xué)家了解到物質(zhì)的基本成分既有粒子又有波的性質(zhì)；他們制定了量子力學(xué)的定律，導(dǎo)致了海森堡的不確定性原理；他們預(yù)測(cè)了反物質(zhì)的存在等等。正如保羅·狄拉克（Paul Dirac）所說，在那個(gè)時(shí)代，“即使是二流物理學(xué)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)，包括在識(shí)別圖像和人類語言能力上的提高，以及玩圍棋等游戲的能力，將在未來幾十年產(chǎn)生巨大的影響。但要產(chǎn)生這些成果，需要付出更多的時(shí)間、金錢和努力，而且，目前尚不清楚，它們是否比20世紀(jì)20年代揭示的現(xiàn)實(shí)重組更重要。

同樣，crispr在過去幾年也取得了許多突破，包括修改人類胚胎以糾正一種遺傳性心臟疾病，以及制造出能夠在整個(gè)蚊子種群中傳播瘧疾抗性基因的蚊子。但是，盡管這樣的實(shí)驗(yàn)室原理證明是顯著的，crispr的長(zhǎng)期潛力是巨大的，但最近的結(jié)果并不比過去生物學(xué)快速進(jìn)步時(shí)期的結(jié)果更令人印象深刻。

70年代以來除了計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，其他許多技術(shù)只是在改進(jìn)

如果科學(xué)的收益遞減，這對(duì)我們的長(zhǎng)期未來意味著什么呢？ 是否會(huì)有更少的新科學(xué)見解來激發(fā)在過去一個(gè)世紀(jì)中重塑我們世界的新技術(shù)呢？ 事實(shí)上，經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為這種情況正在發(fā)生，他們稱之為生產(chǎn)率放緩。

生產(chǎn)率的增長(zhǎng)是經(jīng)濟(jì)健康社會(huì)的一個(gè)標(biāo)志，人們不斷創(chuàng)造出能夠提高財(cái)富創(chuàng)造能力的想法。壞消息是美國的生產(chǎn)率增長(zhǎng)正在下降。自上世紀(jì)50年代以來，這一數(shù)字一直在下降，當(dāng)時(shí)大約是今天的六倍。這意味著，在過去10年里，我們看到的變化與上世紀(jì)50年代18個(gè)月里的變化差不多。

這聽起來可能令人驚訝。在過去的幾十年里，我們沒有看到很多發(fā)明嗎？今天不是加速技術(shù)變革的黃金時(shí)代嗎?

經(jīng)濟(jì)學(xué)家泰勒?考恩(Tyler Cowen)和羅伯特?戈登（Robert Gordon）辯稱，事實(shí)并非如此。在他們的著作《大停滯和美國成長(zhǎng)的興衰》中，他們指出，20世紀(jì)初使用了許多強(qiáng)大的通用技術(shù)：電力、內(nèi)燃機(jī)、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(jì)數(shù)據(jù)表明，自上世紀(jì)70年代以來，情況幾乎沒有什么變化。是的，我們已經(jīng)取得了與兩種強(qiáng)大的通用技術(shù)相關(guān)的進(jìn)展：計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，但其他許多技術(shù)只是在逐步改進(jìn)。

是什么導(dǎo)致了生產(chǎn)率的下降？經(jīng)濟(jì)學(xué)家對(duì)這一問題存在爭(zhēng)議，并提出了許多不同的答案。一些人認(rèn)為，這僅僅是因?yàn)楝F(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。

《大西洋月刊》提出了另一種解釋，即在科學(xué)上的支出回報(bào)的減少導(dǎo)致了真正的生產(chǎn)率放緩。

但即使很難評(píng)估科學(xué)工作的重要性，《大西洋月刊》認(rèn)為，仍有必要進(jìn)行這樣的評(píng)估。

并不是說科學(xué)家需要強(qiáng)制的KPI，但社會(huì)需要依靠這些評(píng)估結(jié)果來獎(jiǎng)勵(lì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，并決定應(yīng)雇用或資助哪些科學(xué)家。