科学发展到极限了吗?| 科学漫话-深度-知识分子

科学发展到极限了吗?| 科学漫话

2018/09/13
导读
癌症和其他疾病的研究越来越多,公共、私人资源重视这些研究并且加大了投入,但为什么能拯救的生命却越来越少?这种现象只出现在生命健康研究领域吗?是不是意味着当下的科学研究已经进入了“瓶颈期”?

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撰文 | John Horgan

编译 | 许林玉


2018年3月,我和大约20位科学界人士一起,参加了一个为期两天的头脑风暴会议——探讨科学是否正在放缓前进的步伐,以及我们该如何应对。而我被邀请参加本次会议,也是因为一位组织者看到了我最近发表的一篇持悲观论调的文章,而这种论调的灵感部分来自于那些证明科学发展正停滞不前的研究。


科学是否存在极限?

4位经济学家尼古拉斯·布鲁姆(Nicholas Bloom)、查尔斯·琼斯(Charles Jones)、约翰·范里宁(John Van Reenen)和迈克尔·韦伯(Michael Webb)在“想法越来越难找到了吗?”一文中绘制的图表显示(见图1),研究人员数量增加的同时,研究的生产率却下降了。我再一次忧心忡忡地思考科学的极限问题。此论文中,经济学家声称“来自众多行业、产品和公司的大量证据表明,研究力度大幅增加的同时,研究生产率却在急剧下降”。

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图1  1930年代至2000年代研究人员的有效数量和研究生产率


他们将摩尔定律(Moore’s Law)——戈登·摩尔(Gordon Moore)提出的关于计算机芯片容量增长能力的著名推测——视为一个违反直觉的例子,指出“今天要实现计算机芯片密度每两年翻一番,所需的研究人员数量是20世纪70年代初的18倍以上”。这些研究人员发现,农业和医药方面的研究也存在类似的趋势。关于癌症和其他疾病的研究越来越多,但拯救的生命却越来越少。


这些发现证实了经济学家罗伯特·戈登(Robert Gordon)和泰勒·考恩(Tyler Cowen)在《美国成长的兴衰》(The Rise and Fall of American Growth)一书中所做的分析。布鲁姆、琼斯、韦伯和范里宁还引用了本杰明·琼斯(Benjamin Jones)提出的观点:未来的创新者需要接受更多的培训,变得更加专业化,才能到达特定领域的前沿。研究团队不断壮大的同时,研究人员的人均专利数量却在下降。


这些经济学家主要关注的是我所说的应用科学。这类科学能够促进经济增长,增加财富,提高健康和生活标准,并推动医药、运输、农业、通信和制造等行业的进步。他们的发现与我在《科学的终结》(The End of Science)一书中提到的观点遥相呼应,即“纯”科学——仅仅是为了了解而不是操纵自然的活动——正在达到极限。


  • 科学的意义之所在   


在很多方面,我发现经济学家对科学进步的赞美过于吝啬。


首先,令人惊讶的是,他们对数字技术的最新发展反应很平淡。35年前,我开启了我的职业生涯,使用被称作“打字机”的设备写作,在被称为“图书馆”的地方开展研究。现在,我仍然因为自己能够通过智能手机或笔记本电脑瞬间获取无限知识而感到无限感慨。即使我所获取的信息中有假新闻、垃圾邮件和网络口水仗,但数字技术发展仍然使我受益良多。


其次,经济学家不够重视在我看来科学最具价值的成就——对现实的洞察力。的确,大爆炸理论和非洲起源假说无法提高国民生产总值,但它们加深了我们对世界和自身的理解。这不正是科学的意义所在吗?


  • 科学何时出现倒退    


在其他方面,经济学家对科学进步的评价却又过于慷慨。


此次会议的组织者问了与会者一个问题:科学进步的步伐是否正在放缓?我们可以回答“是”“不是”或者“其他”。我选择了“其他”,因为毫无疑问,某些科学领域的确正在倒退。精神病医生滥开处方,伤害了众多病人。同样,癌症行业对美国人的诊断也存在过度诊疗的情况。


一些参加会议的科学家对科学发展放缓的想法嗤之以鼻。在提到CRISPR技术、光遗传学和其他方面的进步时,生物学家坚信发现的步伐正在加速。虽然我也承认这些进步,但即使在遗传学和神经科学等领域涌现出大量发现,那又怎样呢?基因治疗非常令人失望,而对精神疾病的治疗同样原地踏步。


在纯科学领域,许多物理学家仍然固执己见,一心扑在弦理论和多元宇宙上——这些事物要么太小,要么太大,甚至永远无法被观测到。最近,意识理论也变得更加古怪。声名赫赫的专家们支持泛心论,认为意识可能是多种物质而不仅仅是大脑的产物。与弦理论和多元宇宙一样,泛心论也不可能通过实验证实。


另一个表明科学正在耗尽气数的迹象是科学界诺贝尔奖得主的平均年龄急剧增长,尤其是物理学。


  O    可重复性危机接踵而至   


统计学家约翰·约安尼季斯(John Ioannidis)和其他人发现,许多研究无法重复。乐观主义者坚持认为,与过去相比,科学文献的缺陷并没有增加,只是我们自己现在更加关注缺陷罢了,而这是一个积极的趋势。


在本次会议上,一位研究可重复性危机的专家反驳了这种乐观的观点。他表示,由于研究人员对出版成果、研究经费、终身教职和其他奖励的竞争越来越激烈,科学也随之变得越来越不可靠。 


  O    投资领域选择问题   


会上,有数人用“容易摘到的果子”的比喻来解释科学发展放缓的原因。科学家们已经解决了一些相对容易的问题,并把重心转移到更难的问题上来,比如身心健康和物理学的统一。


这里有一个棘手的问题:在什么情况下,我们可以决定某些果子是无法摘到的?或者,如经济学家所言:我们是否愿意在已被证明难以解决的问题上花上大笔资金?而我们又应该在何时减少损失并全身而退呢?当然,这取决于问题本身的价值。


在回答这个问题之前,我们会继续对精神分裂症或癌症的研究投入,而这可能需要很长一段时间。毋庸置疑,公共和私人资源会继续支持那些有可能改善我们的健康或延长人类寿命的研究。


但对于物质的基本性质、宇宙的起源和结构、外星生命可能存在以及那些没有实际回报的问题的研究呢?说得更坦白一点,像大爆炸理论或非洲起源假说这样的“纯”发现有多大价值?我认为它们价值连城,但当我们在争取政府资助时,仅仅给出这个答案是不够的。在数百万人缺乏充分的医疗保健服务、居无定所且无法接受教育的情况下,我们是否应该在下一代粒子加速器、引力波探测器或载人火星任务上花费数十亿美元?


图2 火星征途(图源:NASA


  O    创新崇拜太痴狂   


可重复性危机的一个驱动因素是我们的文化对“创新”越来越痴迷。技术历史学家李·维塞尔(Lee Vinsel)和安德鲁·罗素(Andrew Russell)在他们颇具影响力的文章“向维护员致敬”中指出:“整个社会都开始谈论创新,仿佛它是一种内在的理想价值,与爱、友爱、勇气、美好、尊严或责任一样。创新被摆上变革的神坛接受朝拜,但很少有人过问什么人能够从中受益,最终又能带来什么?”这些问题值得深思。


对创新的崇拜拉大了富人与穷人之间的差距,并导致人们忽视使事物顺利运行所需的维护。此外,这种崇拜还提高了美国的制药成本,但并未明显改善我们的健康状况。无可争辩的是军事技术领域的创新——包括无人机和网络武器——非但没有保障我们的安全,还对我们的安全构成了威胁。研究人员急切地想要发布新的研究成果,这也肯定会引发可重复性危机,并导致炒作升级。


  • “元科学”与“极限学”   

 

与会者提出了各种称呼科学研究的名称,例如“元科学”。我提出的是“极限学”,该名称是我在《科学的终结》一书中首创的,意为对知识极限的研究。


一些科学爱好者在谈到极限时畏首畏尾,我明白这是为什么,极限学可以给我们文化中的反科学力量提供弹药,但是科学中一些最伟大的见解——如量子力学、相对论和哥德尔定理——让我们的知识达到极限。自达尔文时代起,我们就知道人类天生带着繁衍生息的目的,而不是去理解神经编码或量子场理论。


  • 乐观主义与现实主义    


我曾经问过小说家兼哲学家丽贝卡·戈德斯坦(Rebecca Goldstein),乐观主义是否是知识分子的必备品质。她否定了这一点,认为现实主义才是对知识分子的要求。会上有些人对科学研究取得回报减少一事做出了乐观、积极甚至鼓励性的回应。他们还列举出一些项目作为例子,比如旨在使科学更加透明、高效、可靠的开放科学中心和斯坦福大学元研究创新中心。我也赞同这些努力。


但是,如果极限学要成为严肃的知识型事业而非营销活动,就必须建立在现实主义而不是乐观主义的基础之上,它必须质疑研究和创新的价值,权衡不同科技产业的成本和效益,还必须考虑有些谜团可能永远无法解开的可能性。忽视科学的极限是不科学的。


研究收益递减

关于研究收益递减的问题,有篇名为“药物研发效率下降的诊断”的论文(2012年发表在《自然评论·药物发现》上),在我看来该论文充满了真知灼见,其内容总体上与科学相关。该论文指出,自1950年以来,每10亿美元科研经费产出并获得美国食品药品管理局(FDA)批准的药物数量已经大幅下降,大约每9年减少一半。论文作者杰克·斯坎内尔(Jack Scannell)和另外三位英国投资分析师称这一趋势为“倒摩尔定律”(Eroom’s Law)。


倒摩尔定律除了适用于药物开发外,还适用于许多其他领域。即使是计算机芯片,也同样适用于倒摩尔定律,因为需要越来越多的研究成果才能支撑摩尔定律。斯坎内尔等人确定了支撑倒摩尔定律的几个因素。


  • “胜过甲壳虫乐队”问题     


斯卡内尔等人写道:“可以想象,如果甲壳虫乐队的所有歌曲都可以免费获取,而人们对甲壳虫乐队的旧唱片又百听不厌,那么新的歌曲要想在商业上取得成功会有多难。”研发新型药物的研究人员也面临着类似的问题。昔日轰动一时的药物会成为今天的非专利产品。随着获准药品备份目录的不断改进,新药研发过程的复杂性也随之不断提高,同时也增加了批准、采用和补偿的障碍。在作者看来,这是一个“渐进式的棘手”问题。


在纯科学中,也存在类似于“胜过甲壳虫乐队”的问题,我们称之为“胜过爱因斯坦”问题。雄心勃勃的科学家不希望只是调整或扩大科学的最大成就。他们想拿出自己的革命性见解,而这些见解甚至可能证明旧的范式是不完整的或是错误的。要实现这一壮举极其困难!有大量的证据表明,广义相对论、量子力学、大爆炸理论、进化论和遗传密码很可能都是正确的。这就是为什么可能永远不会再出现另一个爱因斯坦的原因之一。


图3 爱因斯坦(图源:memeburn.com)


  • 谨慎的监管问题    


20世纪50年代末的“反应停事件”之类的问题导致对药物研发的监管更为严苛。药物监管机构的风险承受能力逐步降低,这显著提高了新药的准入门槛,并可能大幅增加研发的相关成本。行业内每一宗真正的或被察觉的罪恶,或是因药物造成的不幸,都会导致监管法规收紧。


目前无论在何种程度上,都很难看出监管环境有所放松。特朗普曾呼吁FDA撤销对制药公司的限制,但迄今为止,FDA专员斯科特·戈特利布(Scott Gottlieb)并没有像一些批评家担心的那样采取强制措施放松管制。伦理限制也阻碍了其他领域的研究,尤其是神经科学。


  • “花大价钱解决问题”的倾向   


许多公司应对竞争的方式是在研发中增加人力和其他资源,他们把职业上的成功等同于预算的大小。投资者和经理人现在都在质疑这种投资倾向,因而开始努力削减研发成本。然而,风险在于对影响研发投资回报的因素缺乏理解。在经济繁荣时期,这些因素使支出相对随意,而对其缺乏理解则可能意味着同样会不分青红皂白地削减成本。成本可能会下降,但不会导致效率的大幅提高。


1968年,斯坦尼斯拉夫·莱姆(Stanislaw Lem)的经典科幻作品《其主之声》最初以波兰语出版,其中提到了花大价钱解决问题的倾向。该小说的叙述者是一位数学家,他正在开展一个政府资助项目,旨在解码外星信息。他说:“监督该项目的官员认为,如果1个人在10小时内可以挖出1个1立方米的洞,那么10万人在转眼之间就能完成这项工作。我们的监护人就是那些认为5000位专家肯定能解决5位专家无法解决的问题的人——这种想法令人毛骨悚然。


  • 基础研究的“灯下黑”    


这是斯坎内尔等人确定的最微妙的因素。他们将其定义为“过高估计基础研究(尤其是分子生物学)和蛮力筛选方法(体现在标准发现和临床前研究过程的最初几个步骤中)在提高分子的安全性和可靠性方面的作用的倾向”。


在过去几十年里,得益于双螺旋和神经递质的发现以及强大的基因解码和化合物筛选工具的发明,药物研究的方向发生了改变。基于这些进步的药物研究被吹捧为比过去依赖直觉的偶然猜测更为理性和高效。但“分子还原论”的临床回报被高估了。迄今为止,人类基因组计划未能转化为遗传病的改良疗法,而关于神经递质的知识也没有带来疗效更好的精神病药物。


2012年,“好奇波函数”博主、化学家阿舒托什·乔加莱卡尔(Ashutosh Jogalekar)指出,当我们将自己局限于精确的生物系统狭义特征时,我们就无法注意到那些不那么精确,但更广泛、更具相关性的特征。其中的教训很简单——我们正在变成在路灯下找钥匙的人,而这只是因为那里更容易发现钥匙


我们还可以将基础研究的“灯下黑”称为“魔鬼在细节”问题。核物理已成为这个问题的牺牲品。随着20世纪30年代核聚变的发现和20世纪50年代核武器的出现,物理学家期望核聚变能很快被用于生产能量。然而70年以后这些期望仍未实现。


  • 任命“死亡药品官”     


斯坎内尔等人提议,为了扭转倒摩尔定律,制药公司应该任命一名“死亡药品官”,对未通过研发程序的药品进行事后分析。该官员将向公司、美国国家科学基金会(NSF)或美国国立卫生研究院(NIH)等资助机构以及同行评审的期刊提交报告。这些药物死亡报告将有助于找出提高研究效率的方法。


实际上,斯坎奈尔等人希望科学能够承担更多的责任,这也是科学政策学者丹尼尔·萨雷维茨(Daniel Sarewitz)在2016年发表的论文“拯救科学”的主题。他认为科学“陷入了自我毁灭的漩涡,如果要逃离出去,它将不得不放弃自己受保护的政治地位,并接受它对社会其他部分的限制和义务”。可以想象,其他领域也会指派一个死亡思想官来提高效率,某些思想永不枯竭的领域除外。


死亡思想官也许可以提出建议,哪些想法应该阻止,从而停止对其进一步投资。那是一项吃力不讨好的工作,但为了科学,总得有人去做。


你认为

科学进步的步伐是否正在放缓?

科学发展到极限了吗?

该如何打破“倒摩尔定律”?

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作者简介

约翰·霍根(John Horgan)史蒂文斯理工学院科学写作中心负责人,著作包括《科学的终结》(The End of Science)和《战争的终结》(The End of War)。


本文经授权转载自世界科学(id:World-Science)



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