作家斯图尔特 · 布兰德 ( Stewart Brand ) 曾经写道 :" 科学是唯一的新闻。" 尽管新闻标题主要是政治、经济和八卦，但科学和技术在很大程度上支撑着人类福祉的进步和人类文明的长期进步。这反映在科学领域公共投资的惊人增长上。今天，科学家越来越多，科研经费越来越多，发表的科学论文也越来越多 :

从表面上看，这是令人鼓舞的。但是，尽管我们付出了这么多努力，我们对科学的理解是否会相应增加呢 ? 科学发现的进展是不是积极、乐观的 ?

用有意义的方式来衡量科学进步是非常困难的。部分问题在于，很难准确评估任何一项科学发现的重要性。

但是，即使很难评估科学工作的重要性，也有必要做出这样的评估。我们需要这些评估来授予科学奖项，并决定哪些科学家应该被聘用或接受资助。在每一种情况下，标准的方法是询问独立科学家对相关工作的意见。这种方法并不完美，但它是我们拥有的最好的系统。

据此，大西洋月刊进行了一项调查，要求科学家比较各自领域中获得诺贝尔奖的发现。然后，我们利用这些排名来确定科学家们如何看待诺贝尔奖获奖的发现质量在过去几十年中发生的变化。

1910 年到 1930 年是物理学的黄金时代

在获得物理学奖方面，大西洋月刊调查了来自世界顶级物理系的 93 名物理学家 ( 根据上海世界大学排名 ) ，他们评判了 1370 对发现。下图中的条形图显示了每十年的得分情况。

前十年表现不佳。在那十年里，诺贝尔委员会仍然在努力搞清楚这个奖到底是为了什么。但到了 1910 年，这些奖项大多授予符合现代物理学概念的发现。

从 20 世纪 10 年代到 30 年代是物理学的黄金时代。这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，这一发现彻底改变了我们对现实的理解。它还见证了其他几次革命 :x 射线结晶学的发明，它让我们探索原子世界 ; 中子和反物质的发现 ; 发现了许多关于放射性和核力的基本事实。这是科学史上最伟大的时期之一。

在这段时期之后，科研成果出现了大幅度下降，在 1960 年代出现了部分复苏。这是由于两个发现 : 宇宙 - 微波背景辐射和粒子物理的标准模型，粒子物理是构成宇宙的基本粒子和力的最佳理论。即使有了这些发现，物理学家们仍然认为，从 20 世纪 40 年代到 80 年代的每十年都不及 20 世纪 10 年代到 30 年代最糟糕的每十年。物理学家们自己判断，物理学中最伟大的发现变得不那么重要了。

图表停在 20 世纪 80 年代末。原因是近年来，诺贝尔委员会更倾向于对上世纪八七十年代所做的工作进行颁奖。事实上，自 1990 年以来，只有三项发现获得了诺贝尔奖。这太少了，无法得到 20 世纪 90 年代的高质量评估，所以没有调查这些奖项。

对调查可以提出许多合理的反对意见。也许被调查的物理学家有某种偏见，或者他们对获奖的发现还没有完全理解。如前所述，很难确定一个发现比另一个发现更重要意味着什么。然而，科学家的判断仍然是我们比较发现的最好方法。

科学发现效率正在大大降低

即使物理学表现不尽如人意，但其他领域是否会表现的更好 ? 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。以下是调查结果：

结果比物理学稍微令人鼓舞一些，因为在 20 世纪下半叶有一个小小的进步。与物理学一样，20 世纪 90 年代和 21 世纪头十年被忽略了，因为诺贝尔委员会更倾向于早期的研究 :20 世纪 90 年代和 21 世纪头十年的研究获得的奖项比前几十年的任何十年都要少。

这项调查描绘的图景是暗淡的 : 在过去的一个世纪里，我们在科学上投入了大量的时间和金钱，但是根据科学家们自己的判断，我们正在以近乎恒定的速度取得最重要的突破。按美元或人均计算，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是不一样的。这一措施当然有许多局限性。诺贝尔奖不包括某些科学领域，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一些重要的工作。也许一些偏见意味着科学家更有可能崇敬早时期的奖项。或许更重要的是基础科学工作，即构成科学大部分的普通发现。

我们认识到这些局限性 : 调查结果令人震惊，但只提供了部分情况。然而，我们很快就会看到有力的证据表明，要在所有领域都取得重大发现正变得越来越困难。它需要更大的团队和更广泛的科学培训，而整体经济影响正变得越来越小。综上所述，这些结果表明我们的科学努力的回报在不断减少。

当我们向同事报告这些收益递减时，他们有时会告诉我们这是无稽之谈，并坚称科学正在经历一个黄金时代。他们指出，最近惊人的发现，如希格斯粒子和引力波，证明科学发展比以往任何时候都更好。

这些确实是惊人的发现。但前几代人的发现也是同样引人注目的。例如，将引力波的发现与爱因斯坦 1915 年发现广义相对论进行比较。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、能量和重力的理解。引力波的发现，虽然在技术上令人印象深刻，但在改变我们对宇宙的认识方面，作用却小得多。

虽然希格斯粒子的发现是了不起的，但与上世纪 30 年代发现的众多粒子相比，它就相形见绌了。这些粒子包括中子和正电子。从某种意义上说，希格斯粒子的发现是非凡的，因为这类发现在 20 世纪上半叶也很常见，但在近几十年里却很罕见。

AI 及 CRISPR 也无法媲美上世纪重大发现

另一种常见的反应是，有人说科学比以往任何时候都更好，因为他们自己的领域正在取得巨大进步。我们经常听到关于人工智能 ( AI ) 和 CRISPR 基因编辑技术在生物学中的应用。但是，尽管人工智能、CRISPR 和类似的领域发展迅速，但在整个现代科学史上，一直都有一些领域和人工智能一样火爆或更火爆。

考虑一下 1924 年到 1928 年之间物理学的进步。在这段时间里，物理学家了解到物质的基本成分既有粒子又有波的性质 ; 他们制定了量子力学的定律，导致了海森堡的不确定原理 ; 他们预测反物质的存在 ; 还有许多其他大事情。正如 Paul Dirac 所说，那是一个 " 即使二流物理学家也能做出一流发现 " 的时代。

相比之下，过去几年人工智能的主要发现包括识别图像和人类语言能力的提高，以及战胜人类围棋玩家的能力。这些都是重要的结果，我们乐观地认为人工智能的工作将在未来几十年产生巨大的影响。但产生这些成果需要投入更多的时间、金钱和努力，而且还不清楚它们是否比 20 世纪 20 年代发现的现实新排序更重要。

与此类似，CRISPR 在过去几年里也取得了许多突破，包括修改人类胚胎以纠正一种遗传性心脏病，以及创造出一种能够将抗疟疾基因传播到整个蚊子种群的新型蚊子。但是，尽管这些实验室的原理证明是显著的，CRISPR 的长期潜力是巨大的，但这些近期的结果并不比过去生物学快速发展时期的结果更令人印象深刻。

诺贝尔获奖者平均年龄提高十岁

经济学家 Benjamin Jones 和 Bruce Weinberg 的研究给出了这个问题的部分答案。他们研究了科学家做出重大发现时的年龄。他们发现，在获得诺贝尔奖的早期，未来的诺贝尔科学家在获得诺贝尔奖时平均年龄为 37 岁。但是最近，这个数字上升到平均 47 年，增加了科学家工作生涯的四分之一时间。

也许今天的科学家需要获取更多的知识才能做出重大发现。因此，他们需要更长时间的学习，所以他们在较大的年纪，才能获得最重大的发现。也就是说，伟大的发现正变得越来越难。如果它们更难发现，那就意味着它们的数量将会减少，或者发现它们将需要更多的努力。

与此类似，如今的科学合作涉及的人数往往比一个世纪前多得多。Ernest Rutherford 于 1911 年发现了原子核，他在一篇论文中只发表了一位作者 : 他自己。相比之下，2012 年发表的两篇宣布发现希格斯粒子的论文，每一篇大约有 1000 名作者。平均而言，研究团队的规模在 20 世纪增长了近四倍，这种增长一直持续到今天。对于许多研究问题，它需要更多的技能、昂贵的设备和一支庞大的团队才能在今天取得进展。

科学发现变得越来越难

假设我们认为科学——对自然的探索——就像对新大陆的探索一样。在早期，人们知之甚少。探险者们出发了，轻松地发现了主要的新特征。但是他们逐渐地补充了新大陆的知识。为了取得重大发现，探险者必须在越来越困难的条件下前往越来越偏远的地区。探索变得困难。在这种观点看来，科学是一个有限的领域，需要更多的努力来 " 填满地图 "。" 总有一天，这张地图将接近完满，科学将在很大程度上枯竭。" 按照这种观点，任何发现难度的增加都是科学知识结构本身所固有的。

这一观点的原型来自于基础物理学，在该领域，许多人着迷于寻找 " 万物理论 "，一个解释我们在世界上看到的所有基本粒子和力的理论。这种理论我们只能发现一次。如果你认为这是科学的首要目标，那么它确实是一个有限的前沿。

但是有一种不同的观点，这种观点认为科学是一个无穷无尽的前沿，总是有新的现象需要发现，有新的重大问题需要回答。以水为例。有描述单个水分子行为的方程是一回事。要理解为什么彩虹在天空中形成，或者海浪的撞击，或者太空中我们称之为彗星的脏雪球的起源是完全不同的另一回事。所有这些都是 " 水 "，但复杂程度不同。

但这并不一定意味着会有无穷无尽的新现象被发现，新问题被解答。但在某些领域，这似乎是可能的。例如，计算机科学始于 1936 年，当时阿兰 · 图灵开发了计算的数学模型，我们现在称之为图灵机。那个模型非常简陋，几乎就像一个孩子的玩具。然而，这个模型在数学上与今天的计算机是等价的 : 计算机科学实际上是从它的 " 万物理论 " 开始的。" 尽管如此，自那以后，它已经看到了许多非凡的发现 : 比如构成互联网商务和加密货币基础的加密协议 ; 编程语言设计中无穷无尽的美丽想法 ; 更奇怪的是，最受欢迎的电子游戏中也出现了一些富有想象力的想法。

同样地，随着我们有能力编辑基因组，合成新生物，更好地理解生物基因组与其形式和行为之间的关系，生物学的新领域也有可能继续打开。物理和化学领域也可能发生类似的事情，比如可编程物质和物质的新设计阶段。在每一种情况下，新现象都提出了新问题，其内容可能是无止境的。

所以乐观的观点是，科学是一个无限的前沿，我们将继续发现，甚至创造全新的领域。如果我们今天看到增长放缓，那是因为科学仍然过于关注已经确立的领域，而这些领域正变得越来越难以取得进展。我们希望，未来新领域将更加迅速地涌现，产生新的重大问题。这是科学加速发展的机会。

科学回报递减

如果科学正在遭受收益递减的痛苦，这对我们的未来意味着什么 ? 在过去的一个世纪里，我们的世界已经发生了巨大的变化，而激发这种新技术的新科学见解会越来越少吗 ? 事实上，经济学家已经发现了这种情况正在发生的证据，他们称之为生产率放缓。

当经济学家谈到生产率放缓时，他们是在以一种特殊的方式使用 " 生产率 "，尽管这种方式与日常意义很接近：粗略地说，工人的生产率是制造东西的独创性。因此，当我们开发新技术，并完成更容易制造东西的发现时，生产力就会增长。

例如，1909 年，德国化学家 Fritz Haber 发现了固氮，这是从空气中提取氮并将其转化为氨的一种方法。然后，这些氨可以被用来制造肥料。这些肥料让同样数量的工人生产更多的食物，因此生产力提高了。

生产率增长是一个社会经济健康的标志，这个社会是一个不断产生想法、提高创造财富能力的社会。坏消息是，美国的生产率增长正在大幅下降。自 20 世纪 50 年代以来，这一数字一直在下降，当时的水平大约是今天的 6 倍。

这听起来可能令人惊讶。在过去的几十年里，我们难道没有看到许多发明吗 ? 如今不是加速技术变革的黄金时代吗 ?

经济学家 Tyler Cowen 和 Robert Gordon 辩称，事实并非如此。在他们的著作《美国经济增长的大停滞与兴衰》 ( The Great Stagnation and The Rise and Fall of American Growth ) 中，他们指出，20 世纪初出现了许多强大的通用技术的大规模应用 : 电力、内燃机、无线电、电话、航空旅行、装配线、化肥等等。

相比之下，他们整理的经济数据显示，自上世纪 70 年代以来，情况却不容乐观。是的，我们已经在两种强大的通用技术上取得了进展 : 计算机和互联网。但许多其他技术的改进只是渐进式的。

例如，想想汽车、航空旅行和太空计划在 1910 年至 1970 年间改变了我们社会的方式，丰富了人们对世界的体验。到 1970 年，这些形式的旅行已经达到了接近现代形式的程度，而诸如协和式飞机和阿波罗计划等雄心勃勃的项目基本上未能进一步扩大交通运输。也许像自动驾驶汽车这样的技术会在未来带来交通运输的巨大变化。但是，与过去相比，最近在运输方面的进展是渐进式的。

什么原因导致生产率下降 ? 经济学家对这一问题存在争议，并提出了许多不同的答案。一些人认为，这仅仅是因为现有的生产率衡量方法不能很好地衡量新技术的影响。我们在这里的论点提出了另一种解释，即在科学上的支出回报的减少正在导致真正的生产率放缓。

我们并不是第一批认为科学发现正显示出收益递减的人。1971 年，著名生物学家本 Bentley Glass 在《科学》杂志上撰文指出，科学的辉煌时代已经结束，最重要的发现已经完成。

在 1996 年出版的《科学的终结》 ( The End of Science ) 一书中，科学作家 John Horgan 采访了许多顶尖的科学家，并向他们询问了他们自己领域的进展前景。 他发现的并不令人鼓舞。例如，著名的理论物理学家 Leo Kadanoff 就最近的科学进展说 :

事实是，没有任何东西——没有任何东西——具有量子力学、双螺旋或相对论的发明所带来的同等量级的成就。在过去的几十年里，这样的事情从未发生过。

然而，尽管许多人对科学回报的递减提出了担忧，但很少有机构做出回应。目前被提名为唐纳德 · 特朗普总统科学顾问的气象学家 Kelvin Droegemeier 在 2016 年对美国参议院一个委员会发表的讲话中称，" 发现的步伐正在加快 "。美国国家科学基金会在 2018 年的报告中没有提到回报递减的问题，而是乐观地谈到 " 具有潜在变革意义的研究，将产生开创性的发现，并推动令人兴奋的科学新前沿 "。当然，许多科学机构——尤其是新机构——的目标是找到在各自领域中运作的改进方法。但这与有组织的机构应对收益递减不同。

也许这种缺乏反应的部分原因是，一些科学家认为承认收益递减违背了科学家的集体利益。大多数科学家强烈支持增加研究经费。他们喜欢用积极的态度来描述科学，强调益处，尽量减少负面影响。虽然可以理解，但有证据表明，每花一美元或一小时，科学发展就会大幅放缓。这一证据需要大规模的机构回应。它应该成为公共政策、资助机构和大学的一个主要学科。更好地理解这一现象的原因是很重要的，找出扭转这一现象的方法是改善我们未来的最大机会之一。