北京
原文作者：David Matthews
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科研人員正在激烈辯論科學(xué)“突破性”或“創(chuàng)新性”是否有遞減之勢，以及如何解決這個問題。
插圖：David Parkins
Russell Funk一開始不知道他的研究是否能引起共鳴。但后來他的研究被大量報道，收到了數(shù)百位科學(xué)家的支持郵件——還有批評聲。
Funk和他的共同作者發(fā)現(xiàn)，科學(xué)論文和專利的突破性日益降低，他們在這里是指，新成果淘汰舊成果的情況越來越少。就在他們兩年前剛發(fā)表這篇論文時[1]，250多家新聞媒體予以關(guān)注和報道。今年，這一發(fā)現(xiàn)甚至被搬上了美國國會聽證會。
“太不可思議了，到現(xiàn)在還有人在聯(lián)系我，” 美國明尼蘇達大學(xué)研究科學(xué)知識演化的Funk說。他的共同作者包括美國亞利桑那大學(xué)的社會學(xué)家Erin Leahey以及法國歐洲工商管理學(xué)院（INSEAD）的組織行為研究員Michael Park。
該研究似乎指出了人們對現(xiàn)代科學(xué)影響力的一種普遍擔(dān)憂。幾十年里，社會政策專家一直在擔(dān)心，突破性發(fā)現(xiàn)越來越難，導(dǎo)致經(jīng)濟增長開始減速。這也是如今全球一些極具影響力的科學(xué)官員反復(fù)強調(diào)的觀點。
“現(xiàn)今的進步與20世紀(jì)的高歌猛進相形見絀，”美國白宮科學(xué)和技術(shù)政策辦公室（OSTP）主任Michael Kratsios在4月的一次演講中表示。美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）院長Jay Bhattacharya在3月的就職聽證會上承諾，要做更多“前沿研究”而不是“漸進式進展”，之后便對科研經(jīng)費進行了大規(guī)模削減。
不只是美國的政客在抱怨科學(xué)的投入回報比變低了?！翱茖W(xué)與創(chuàng)新，它們是發(fā)展和增長的動力，如果這里面出了問題，我們就必須擔(dān)憂，”比利時魯汶大學(xué)的策略研究員Sam Arts說。他和他的同事一直在與多個歐洲政府溝通，幫助其研究體系產(chǎn)出更有顛覆性的研究。
不過，F(xiàn)unk和同事的這篇論文自發(fā)表以來，有批評指出其對突破性的衡量指標(biāo)有缺陷，從廣義上說，如何衡量一篇論文的突破性或創(chuàng)新性仍缺乏共識。
盡管如此，一個共識是突破性創(chuàng)新確實變難了，但解釋其原因的理論卻五花八門。研究人員一邊爭論，一邊開始用實驗更好地量化開創(chuàng)性研究，并提出了促進這類研究的策略。
如何衡量突破性
Funk、Leahey和Park在2023年的論文中指出，1945-2010年間，每年突破性論文的數(shù)量保持不變，但學(xué)術(shù)論文總量卻一直在增長，因此平均突破性其實是降低了（見“突破性科學(xué)式微”）。如果屬實，這意味著向科研投入更多錢和人之后，并沒有取得與之相當(dāng)?shù)耐黄菩猿晒?/strong>
來源：參考文獻1
他們的論文使用了Funk和密歇根大學(xué)社會學(xué)家Jason Owen-Smith在2016年發(fā)明[2]的一個指標(biāo)。他們通過分析引用模式衡量突破性。這里的基本概念是，由于突破性論文會極大地改變其領(lǐng)域，所以之后的研究會更多地引用這篇論文而不是這篇論文的參考文獻（因為這些文獻基本都被淘汰了）。但如果一篇論文只是簡單地鞏固了之前的研究，那么之后引用該論文的研究也會引用該論文之前的研究。
一篇論文被后繼論文提到的次數(shù)越多，而且后繼論文沒有引用該論文的參考文獻，那么論文的鞏固-突破（CD）指數(shù)得分就越高，該指數(shù)范圍為-1到1。
在CD指數(shù)之前，學(xué)者也會衡量一篇論文的創(chuàng)新性，其衡量標(biāo)準(zhǔn)為論文引用各學(xué)科論文的程度[3]。創(chuàng)新性和突破性看起來可能是同義詞，但創(chuàng)新性指標(biāo) 真正衡量的是科學(xué)家是否產(chǎn)生了迥然不同的影響，匹茲堡大學(xué)信息科學(xué)家Lingfei Wu說，相比之下，突破性指標(biāo)通過對后續(xù)論文的引用影響衡量實際結(jié)果。
但依賴引用這個指標(biāo)也有問題，一些研究人員表示。一個問題是引用無法準(zhǔn)確反映一篇論文的智識影響。2022年對科學(xué)家展開的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，他們引用的超過半數(shù)的研究對引用它們的研究只有很少或沒有影響，Arts說[4]。
另一個問題是，引用文化在過去幾十年發(fā)生了變化。現(xiàn)在的論文比過去幾十年的論文有更多的引用，而且它們更喜歡引用更久遠的論文。同時，過去參考文獻很少的論文可能會獲得與它們實際影響不匹配的高突破性得分，因為之后的論文可能不會引用在那之前并就不多的研究，路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學(xué)的科學(xué)社會學(xué)家Lutz Bornmann說。
但是，F(xiàn)unk的論文控制了引用模式隨時間的變化，卻仍發(fā)現(xiàn)了平均突破性的顯著下降。
一些對Funk的研究的批評認(rèn)為，研究結(jié)果被扭曲了——有些論文因元數(shù)據(jù)問題被誤認(rèn)為參考文獻為0，因為它們集中出現(xiàn)在研究時期的開端。這會人為地推高它們的突破性得分。但Funk和同事在2025年2月的預(yù)印本進行了回?fù)鬧5]，指出他們批評者的數(shù)據(jù)集包含了更多這類會扭曲分析結(jié)果的0參考文獻的論文。
Erin Leahey、Russell Funk和Michael Park（左至右）認(rèn)為，科研論文的突破性隨時間降低了。來源：Ivory Orchid Photography; Russell J. Funk; Michael Park
另一種方法是追蹤論文中使用的語言。Funk的論文也嘗試了這種方法，統(tǒng)計了論文和專利名稱中特殊詞匯和詞匯組合的比例；他的論文還分析了論文是否使用了暗示創(chuàng)造或突破的詞，如“產(chǎn)生”，或是暗示鞏固的詞，如“改善”。結(jié)合這兩種方法后，研究團隊認(rèn)為突破性出現(xiàn)了明顯的下滑。
但在今年，Arts和他的團隊得出了一個不同的結(jié)論。他們分析了早至1901年的論文標(biāo)題和摘要，看看新的短語或詞匯——如“光子”——何時出現(xiàn)，并統(tǒng)計后續(xù)論文對其的使用[6]。
Arts的分析發(fā)現(xiàn)，各領(lǐng)域會在不同時期出現(xiàn)創(chuàng)新大爆發(fā)，而不是創(chuàng)新呈現(xiàn)出普遍下降的趨勢。“我們應(yīng)該為此擔(dān)心嗎？”他在談及創(chuàng)新隨時間不斷下行時說道，“肯定的，但這不是第一優(yōu)先級?！?/p>
其他人支持Funk的結(jié)論，即突破性和創(chuàng)新性正在減少，Bornmann說。但他仍然懷疑，任何基于引用的測量指標(biāo)是否能切實反映科學(xué)家眼中的突破。他說：“我們還需要決定性的實證證據(jù)?！?/p>
AlphaFold夠突破嗎？
測試CD指數(shù)的一種方式，是選擇一個很明顯的重大現(xiàn)代突破：2021年報道AlphaFold的論文[7]，這個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測工具為其創(chuàng)造者贏得了去年的諾貝爾化學(xué)獎。它的CD指數(shù)很低，F(xiàn)unk說，但他說這是對的?！斑@是一次巨大的科學(xué)進展，但它沒有從概念上取代之前的生物學(xué)知識或是折疊原理，”他說。不過，它的CD指數(shù)可能會隨時間流逝而更具有突破性，他提醒道，因為引用AlphaFold突破的早期論文在AlphaFold發(fā)布前已經(jīng)開始了，所以也更容易引用更早的研究。
AlphaFold的CD指數(shù)并不高，說明這個指標(biāo)無法完全反映突破性的含義，倫敦大學(xué)學(xué)院的研究政策研究員James Wilsdon說。整體上，他對于目前用來衡量突破性或創(chuàng)新性的任何指標(biāo)都是不信任的。“它們對于我們真正想要理解的東西來說，都是一些很不可靠的替代指標(biāo)?！?/p>
對于以哪些因素為衡量標(biāo)準(zhǔn)，目前的共識還很少，Wu在贊同時表示，這個領(lǐng)域仍剛起步。“就像1920年代和1930年代的量子力學(xué)，”他說，“你越深入研究，你就越困惑。”
這些爭論很重要，因為研究人員正在根據(jù)不同的創(chuàng)新或突破性指標(biāo)分析研究資助的效果。比如，不久前發(fā)表的研究[8]指出，過去四十年里，從NIH獲得資助延續(xù)的美國科學(xué)家，比沒有獲得資助延續(xù)的科學(xué)家，產(chǎn)出了更有創(chuàng)新性的研究，這或許顯示出一個穩(wěn)定資助環(huán)境的長遠益處。該研究通過分析論文中關(guān)鍵詞和概念的獨特性和時新性來評估其創(chuàng)新性。
多位科學(xué)家都計劃通過實驗，找到衡量突破性的更好的指標(biāo)。Bornmann計劃詢問研究人員，哪些論文在他們看來改變了科學(xué)范式，再看看哪些突破性的量化指標(biāo)能最好得預(yù)測他們的觀點。
哥本哈根大學(xué)研究科研系統(tǒng)的數(shù)據(jù)科學(xué)家Roberta Sinatra想詢問研究人員，還沒有發(fā)表的論文是否具有突破的潛力，然后再看看論文發(fā)表后是否會被大量引用為突破性成果。
“我們需要更多主動的實驗，而不是觀察性數(shù)據(jù)?！彼f。
Funk表示，他目前主要關(guān)注評估論文、專利和經(jīng)費申請中語言改變的指標(biāo)，而不是引用指標(biāo)。
創(chuàng)新更難了
雖然關(guān)于如何衡量突破和創(chuàng)新的辯論仍在繼續(xù)，但新產(chǎn)生的共識似乎是科學(xué)創(chuàng)新確實變難了。
這里的一個主要論點是，經(jīng)濟生產(chǎn)力的增長——最終由創(chuàng)新和新技術(shù)驅(qū)動——幾十年來一直在富裕國家呈下降趨勢。比如，經(jīng)濟學(xué)家Robert Gordon在他2016年的《美國增長的起落》（
The Rise and Fall of American Growth）[9] 一書中指出，20世紀(jì)所經(jīng)歷的快速發(fā)展的時代——得益于一次性的技術(shù)升級，如汽車、抽水馬桶和電燈——已經(jīng)結(jié)束了。
“這是一曲20年的挽歌，以各種形式呈現(xiàn)著?！盬ilsdon說。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，多個領(lǐng)域的研發(fā)（R&D）回報也在不斷減少。比如，2020年一個經(jīng)濟學(xué)家團隊的一篇著名論文[10]指出，如今維持摩爾定律（微芯片晶體管數(shù)量每兩年翻一番的趨勢）所需的半導(dǎo)體研究員數(shù)量是1970年代的18倍。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力以及心臟病和癌癥療法也有著類似趨勢，他們指出。“在我們分析的每一個領(lǐng)域，我們都發(fā)現(xiàn)，新概念以及隨之而來的指數(shù)級增長，越來越少見了?！痹搱F隊寫道。
其他研究[11]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)通脹調(diào)整后，每10億美元研發(fā)開支所獲批的新藥物數(shù)量，從1950年以來每9年減少一半。
20世紀(jì)中葉以來，科學(xué)經(jīng)費出現(xiàn)了暴漲，Sinatra說。1956-2020年，美國研發(fā)開支實際增加了11倍。她說：“研究數(shù)量，開展研究的人員數(shù)量，都在指數(shù)級增長?！?/p>
但是，在Sinatra看來，隨之而來的突破似乎并未取得同等成績。“值得頒發(fā)諾獎的名單并沒有越來越長。”
有此印象的不止她一人，F(xiàn)unk整理了40多篇指出創(chuàng)新性在下降的論文。美國非營利資助機構(gòu)Open Philanthropy的經(jīng)濟學(xué)家Matt Clancy在2022年分析了證據(jù)，也認(rèn)為研究發(fā)現(xiàn)無法與科學(xué)家數(shù)量和研究資助的增長保持同步。他的結(jié)論是：“科學(xué)變難了。”
到底怎么了？
如果科學(xué)的投入回報比確實在縮小，那么，需要責(zé)怪的對象有很多。
最明顯的一點——正如研究人員在郵件中告訴Funk的那樣——是科研人員如今被寫基金、行政任務(wù)和教學(xué)搞得分身乏術(shù)，讓他們沒有時間進行原創(chuàng)性思考。一項荷蘭研究發(fā)現(xiàn)，荷蘭大學(xué)的全職教授用于科研的時間只占20%不到[12]。
與半個世紀(jì)前相比，現(xiàn)代研究人員因為學(xué)術(shù)職業(yè)和研究經(jīng)費的刻板架構(gòu)，選擇一條不尋常路的自由比以前少了很多，劍橋大學(xué)的科學(xué)史學(xué)家Patricia Fara說。
沃森和克里克在努力發(fā)現(xiàn)著名的DNA結(jié)構(gòu)時，實際上放棄了他們還沒完成的博士學(xué)位，她說，“如果他們現(xiàn)在敢逃走，就像他們當(dāng)時脫離主要研究項目好幾個月那樣，他們就完蛋了。”她說。
另一個可能解釋是，在極大的發(fā)表壓力下，研究人員只能“切香腸”，把一個想法平攤到更多論文中去，使每篇論文的突破性或創(chuàng)新性變小了。
1996-2023年，基于全球水平的數(shù)據(jù)，每位研究人員的論文數(shù)量幾乎翻倍，加拿大蒙特利爾大學(xué)的信息科學(xué)家Vincent Larivière計算發(fā)現(xiàn)。去年發(fā)表的一篇分析顯示，一名科學(xué)家發(fā)表的論文數(shù)量與它們的突破性成反比。
Funk表示，問題不僅在于底層的平庸研究越來越多。他的論文發(fā)現(xiàn)，諾獎?wù)撐囊约案咚狡诳纭蹲匀弧?/strong>（Nature）、《科學(xué)》（Science）、《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）的論文突破性也在降低。
給科學(xué)“拖后腿”的另一個因素是昂貴的設(shè)備。17世紀(jì)英裔愛爾蘭自然哲學(xué)家Robert Boyle能夠在他倫敦的別墅里做實驗，美國西北大學(xué)研究管理和組織的Dashun Wang說，但如今，像是瑞士日內(nèi)瓦近郊的大型強子對撞機這類大型設(shè)施，使得科學(xué)變得無比龐雜。
還有一個問題是科學(xué)知識的豐富，科學(xué)家需要更多的時間學(xué)習(xí)，才能一直站在前沿。“我們是站在巨人的肩膀上，”Wang說，“但這些巨人還在以指數(shù)級速度長高?！?/p>
關(guān)注力有限？
Sinatra推斷，突破性論文仍然存在，但科研從業(yè)者只有有限的時間用來閱讀、理解和引用新研究，意味著每年只有固定數(shù)量的論文能被稱頌為“突破”。
她說，“從眾效應(yīng)”——在社交媒體和論文算法選擇的雙重夾擊下——將科研人員的關(guān)注面只聚焦到了一小批論文上。
“要成為突破，就需要集體關(guān)注，”她說。也就是說，可能有一些突破單純被我們錯過了。有些文章可能好幾年、幾十年也無人問津，之后才突然被發(fā)現(xiàn)和廣泛引用。
但是，關(guān)系到創(chuàng)新減慢的一個最棘手的問題，是研究人員在收割“低掛果”，致使現(xiàn)在需要花費更多努力才能取得全新的突破。
如果這樣，科學(xué)突破肯定會越來越難。下游的技術(shù)進步和經(jīng)濟增長也將減慢，如果沒有大規(guī)模的研發(fā)投入的話。
但Funk不認(rèn)為這是科學(xué)腳步在減慢的原因。如果這個假說是真的，那么更古老的領(lǐng)域就應(yīng)該比更新的領(lǐng)域衰減得更多，因為它們的低掛果都已經(jīng)被摘完了。
但實際上，無論是新的還是老的研究領(lǐng)域，其突破性減慢速度都差不多，他說。成熟度大相徑庭——比如化學(xué)和計算機——的技術(shù)專利的突破性，幾乎是同步減慢的，他的研究顯示。
其他創(chuàng)造性領(lǐng)域的創(chuàng)新性也在衰減，如藝術(shù)，F(xiàn)unk說。比如，歌詞在過去半個世紀(jì)里的重復(fù)度越來越高，一篇論文發(fā)現(xiàn)[14]。
連接科學(xué)與藝術(shù)的是對優(yōu)化衡量指標(biāo)的持續(xù)關(guān)注，無論是論文引用，歌曲播放量還是電影票房，F(xiàn)unk說，“如今的事物比幾十年前更依賴指標(biāo)，”他說，而這種對替代指標(biāo)的最大化關(guān)注可能會摧毀原創(chuàng)。
如何解決問題
隨著對科學(xué)越來越難的擔(dān)憂，試圖尋找解決辦法的各種計劃、經(jīng)費和機構(gòu)也如雨后春筍般出現(xiàn)。
人們常提出的一個觀點，是通過給技術(shù)里程碑頒獎，來激勵進步。比如，美國在2004年推出的一項挑戰(zhàn)，要求團隊建造能在沙漠地形行走的自動駕駛汽車，就幫助催生了自動駕駛汽車行業(yè)。
另一種方法是更快、更靈活的經(jīng)費發(fā)放。在新冠疫情期間，一些私人資助機構(gòu)推出 48小時的經(jīng)費決定，以便科研人員能立即開始研究COVID-19，而不是等待慢悠悠的經(jīng)費程序。OSTP主任Kratsios在他四月的演講中提到同時使用獎項和靈活經(jīng)費的方法。
德國和英國成立了專門資助突破性技術(shù)和概念而不是漸進式進展的創(chuàng)新機構(gòu)。德國的大眾汽車基金會向研究人員提供資金，來探索被認(rèn)為太過古怪、會被其他資助者拒絕的“科幻小說”的概念。
為了防止資助機構(gòu)只支持一小部分“性感”的研究項目，如AI，經(jīng)費應(yīng)更隨機地發(fā)放，Sinatra說。新西蘭等國家已經(jīng)在實驗使用抽獎方式來決定資助對象，前提是申請項目的質(zhì)量能基本達標(biāo)。
專門研究科研如何完成的元科學(xué)家的研究，能揭示如何在科學(xué)中注入更多突破性。Wang和Wu的研究基于CD指數(shù)，顯示小團隊比大團隊更能取得突破性結(jié)果[15]。這或許是因為，大團隊很難提出原創(chuàng)性觀點，Wu說。此外，大團隊比小團隊更容易拿到有時間限制的經(jīng)費，意味著他們有盡快產(chǎn)出結(jié)果的壓力。他說：“你必須發(fā)表，你不能冒險?！?/p>
西北大學(xué)研究科學(xué)創(chuàng)新的Brian Uzzi參與的其他研究顯示，性別多樣化的團隊比單一性別團隊能產(chǎn)生創(chuàng)新性更好的結(jié)果——該創(chuàng)新性通過不常見的期刊組合中的文章引用量來衡量，體現(xiàn)了多樣化的智識影響[16]。其他研究發(fā)現(xiàn)，面對面工作比遠程工作更能提升突破性，這也是基于CD指數(shù)的衡量結(jié)果[17]。
元科學(xué)也正獲得越來越多的資助和關(guān)注。去年，英國國家資助機構(gòu)成立了一個元科學(xué)部，指出研究資助在歷史上變得過于風(fēng)險規(guī)避，有偏見，不平等和低效。
政治風(fēng)險
即使科學(xué)家想要更好地理解研究中的突破性和創(chuàng)新性，并想辦法來促進它們，研究投入回報比的問題在政治上的爭議也愈演愈烈。
這個氛圍是為何Funk的研究結(jié)果能震驚研究人員，Uzzi認(rèn)為。“科學(xué)家看著說，天吶，如果是這樣，人們就會把錢投到其他領(lǐng)域去了。”他說。
最差的情況下，關(guān)于科學(xué)生產(chǎn)力下降的擔(dān)憂可能會被武器化，用于攻擊整個研究事業(yè)。“它能被用于關(guān)停學(xué)術(shù)界，”Uzzi提醒道，“這顯然是美國正在發(fā)生的。”
美國國務(wù)院的前研究政策官員、如今就職于美國科學(xué)家聯(lián)盟的Cole Donovan認(rèn)為，科學(xué)在疫苗和癌癥治療領(lǐng)域一直在飛速進步。
不過，“現(xiàn)在的技術(shù)進步很難像20世紀(jì)家用電冰箱或是商業(yè)航班那樣具有革命性，”他說。轟動的技術(shù)越來越少，在政治上就更容易削減科研支出，Donovan認(rèn)為。
Funk的一個NIH經(jīng)費剛被取消，這個經(jīng)費本來是要用于研究如何增加女性在信息技術(shù)領(lǐng)域的就業(yè)。這是特朗普第二個總統(tǒng)任期下被削減的數(shù)千個項目之一。
“當(dāng)前對科學(xué)經(jīng)費的削減讓我非常沮喪?！彼f道。
但他提醒道，不能因為擔(dān)心有敵意的政客會大做文章就刻意回避科學(xué)突破正在減慢的問題，“對我來說，直面創(chuàng)新速度減慢的現(xiàn)實不是在威脅科學(xué)，而是在拯救它?！?/strong>
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原文以Are groundbreaking science discoveries becoming harder to find?標(biāo)題發(fā)表在2025年5月21日《自然》的新聞特寫版塊上
? nature
Doi：10.1038/d41586-025-01548-4
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