Стагнация науки?!

Писатель Стюарт Бранд как-то сказал, что «наука — это единственные новости». Хотя в заголовках всегда преобладает политика, экономика и сплетни, прогресс человечества в длительной перспективе определяет именно наука.

Нобелевская премия

Именно по этой причине затраты на нее постоянно растут. Сегодня в мире больше ученых и опубликованных научных статей, чем когда-либо ранее.

На первый взгляд может показаться, что это хорошо. Но увеличивается ли пропорционально этим усилиям наше понимание мира? Не инвестируем мы все больше исключительно для того, чтобы поддерживать нынешний темп научного прогресса или даже бороться с его замедлением?

Данные Патрика Коллисона и Майкла Нильсена

Измерить этот темп каким-то значимым способом чрезвычайно сложно. Частично проблема обусловлена тем, что очень трудно сравнивать, какое открытие более значимо, а какое-то менее.

Возьмите хотя бы ранние эксперименты с тем, что мы теперь называем электричеством. Когда эти эксперименты казались странными. В одном из них ученые заметили, что если потереть янтарь о кошачий мех, то он начинал каким-то неизвестным способом притягивать небольшие предметы, например, перья. А в другом ученый обратил внимание, что лапка лягушки без причин смеялась, когда он прикасался к ней скальпелем.

Даже самым ученым, которые проводили эти опыты, было неочевидно, чем они являются — тривиальными занятными или, возможно, указаниями к чему-то более глубокому. Сегодня же, с высоты теперешнего опыта, они кажутся эпохальными открытиями — первыми взглядами человека на фундаментальные силы природы.

Но даже несмотря на то, что значимость научной работы оценивать очень трудно, все-таки иногда нужно проводить такие подсчеты — хотя бы для того, чтобы знать, кому присудить научную награду или выделить грант на исследования. В любом случае, стандартный подход заключается в том, чтобы спросить у независимых ученых, что они думают о то или иное открытие. Конечно, этот метод не является идеальным, но он пока что лучший из того, что мы имеем.

Эксперимент с Нобелем

С таким подходом Патрик Коллисон (один из основателей компании Stripe) и Майкл Нильсен (научный сотрудник в Y Combinator Research) провели исследование, в котором попросили ученых сравнить открытия, которые были награждены Нобелевской премией в их отраслях. Они использовали эти данные, чтобы определить, что ученые думают о качестве научных открытий, удостоенных «Нобеля», в течение каждого десятилетия.

Патрик Коллисон и Майкл Нильсен предложили физикам, например, оценить, что было весомым вкладом в научное понимание мира — открытие нейтрона (частицы, которая составляет примерно половину видимой материи) или космического микроволнового излучения (послесвечение Большого взрыва). Опрос напоминает круговой турнир, в котором открытие соревнуются друг против друга, а судьи-ученые определяют победителя.

Относительно физического «Нобеля» было опрошено 93 физика из ведущих мировых университетов, которые оценили 1370 пар открытий. Столбики в графике ниже показывают количество победителей для каждого десятилетия. Оценка десятилетия заключается в том, что открытие, сделанное в этом десятилетии, судьи определили как важнее, чем открытие из другого десятилетия. Опрос проводили относительно того года, в котором открытие было сделано, а не когда за него присудили Нобелевскую премию.

Данные по количеству победителей в каждом десятилетии по физике Патрика Коллисона и Майкла Нильсена

Первые шаги в науке

Первое десятилетие получило достаточно слабые показатели. В эти годы Нобелевский комитет еще окончательно не решил, за что именно следует давать премию.

Одну из них, например, вручили за изобретение эффективного способа освещения морских маяков и буев. Мореплаватели, возможно, были бы другого мнения, но современные физики оценили это открытие довольно слабо. Но уже с 1910 года Нобелевскую премию стали присуждать за вещи, которые согласуются с современной концепцией физики.

«Золотой век» физики

Впоследствии наступил «золотой век» физики, который длился с 1910 до конца 1930-х гг. Именно на эти десятилетия пришлось открытие квантовой механики — одно из величайших открытий, которое в корне изменило представление о реальности. Это также была эпоха нескольких других революций: изобретение рентгеноструктурного анализа, который позволил заглянуть в атомный мир; открытие нейтрона и антиматерии, а также многих фундаментальных фактов о радиоактивности и ядерные силы. Это был один из выдающихся периодов в истории науки.

Космическая эра

После него наступил ощутимый спад с некоторым оживлением только в 1960-е годы, наступившее прежде всего благодаря двум важным открытием — космического микроволнового излучения и стандартной модели элементарных частиц. Но даже несмотря на эти достижения физики оценивали каждое десятилетие, начиная с 1940-х, ниже, чем предыдущие.

Этот график заканчивается в конце 1980-х. Причина заключается в том, что в последние годы Нобелевский комитет предпочитает награждать исследования, выполненные в 1970—1980 годы. Лишь три открытия, сделанные в 1990-е, получили премии. Это слишком мало, поэтому мы их и не рассматривали.

«Нулевой Нобель»

Однако такое незначительное количество Нобелевских премий за исследования, которые проводили, начиная с 1990 года, само собой о многом говорит. 1990−2000 годы имеют сомнительный признак десятилетий, в которые Нобелевский комитет чаще всего предпочитал пропускать и награждать более ранние открытия. Это, а также тот факт, что и предыдущие 1970−1980-е годы выглядят не слишком хорошо, не является хорошими новостями для физики.

Конечно, против этого тезиса можно привести много обоснованных возражений. Возможно, ученые, которых опросили, каким-то образом предвзяты или имеют неполное понимание открытий, удостоенных Нобелевской премией? Как уже было сказано, очень сложно определить, по каким параметрам оценить значимость одного открытия против другого. Но мнение ученых — это пока лучший способ, который мы имеем.

«Нобель вне физики»

Даже если дела у физики не идут слишком хорошо, то, возможно, в других сферах есть лучшие новости? Такой же обзор мы провели для Нобелевских премий в области химии и физиологии, и медицине. Вот результаты:

Данные по количеству победителей в каждом десятилетии по химии и медицине Патрика Коллисона и Майкла Нильсена

Эти результаты выглядят несколько оптимистичнее с, возможно, незначительным улучшением во второй половине ХХ века. Но, подчеркиваем, что незначительным. Как и в физике, Нобелевский комитет предпочитает награждать открытия более ранних десятилетий. Меньше премий было предоставлено за работу, проведенную в 1990-х и 2000-х, чем в течение аналогичного периода за все предыдущие десятилетия.

Итоги эксперимента

В общем, этот опрос вырисовывает неутешительную картину. За последние сто лет мы сильно увеличили время и деньги, которые инвестировали в науку, но, по оценке самих ученых, важнейшие открытия происходят примерно с одинаковым темпом. Если оценивать эффективность науки по соотношению долларов на человека, то она становится все менее эффективной.

Теперь критики могут ответить, что Нобелевские премии не обязательно является мерилом общего научного прогресса. Нобелевский комитет не присуждает наград во многих важных отраслях, особенно новых, таких как компьютерные науки. Часто он пропускает важные открытия. Может, сыграла роль некоторая предвзятость ученых, которые склонны с большим уважением относиться к старшим достижений. Кроме того, возможно, большую роль играет вся совокупность научной работы в течение определенного времени, которая образует основную часть науки.

Результаты осмотра заставляют задуматься, но предоставляют лишь частичную картину. Но есть и дополнительные доказательства того, что и вправду становится все труднее делать важные научные открытия. Так, они требуют все больших команд и более широкой научной подготовки, а их общее влияние на экономику уменьшается. Вместе все эти факторы свидетельствуют о том, что отдача от усилий, потраченных на науку, действительно уменьшается.

Если этот тезис озвучить многим ученым, они скажут, что это нонсенс, и будут настаивать на том, что наука, наоборот, переживает золотой век. Они, скорее всего, обратят внимание на удивительные открытия последних лет, такие как бозон Хиггса и гравитационные волны, как доказательство того, что наука сейчас в лучшей форме, чем когда-либо ранее.

Это действительно выдающиеся достижения. Но предыдущие поколения ученых делали не меньшие открытия, если и не намного больше. Сравните, например, гравитационные волны с созданием общей теории относительности Эйнштейна в 1915 году. Теория относительности не только предсказала их существование, но и коренным образом изменила наши представления о времени, пространстве, энергию и гравитацию. Подтверждение существования гравитационных волн хотя и впечатляет с технической точки зрения, все же сделало гораздо меньше для нашего понимания Вселенной.

Так же и открытие бозона Гиггса. Хотя оно также выдающееся, но бледнеет на фоне целого пантеона элементарных частиц, обнаруженных в 1930-е, включительно с нейтроном, из которого образована примерно половина нашего ежедневного мира, и позитроном, который также известен как антиелектрон и впервые пролил свет на загадочный мир антиматерии. В этом смысле открытие бозона Гиггса хотя и выдающееся, но, по сути, есть только возврат к тому состоянию дел, который был привычным в первой половине 20 века, однако стал редкостью позже.

Другой аргумент людей, которые говорят, что наука сейчас в лучшей форме, чем когда-либо ранее, заключается в том, что их собственная сфера активно движется вперед. Об этом чаще всего приходится слышать в контексте технологии редактирования генов CRISPR в биологии и искусственного интеллекта. Но хотя эти сферы действительно очень быстро развиваются, все-таки на протяжении всей истории науки всегда были «горячие точки», которые отличались от ее общей динамики.

Возьмите, например, прогресс с 1924 до 1928 года. За это время физики узнали, что фундаментальные блоки материи имеют природу как частиц, так и волн, сформулировав законы квантовой механики, которые привели к принципу неопределенности Гайзенберга, предсказали существование антиматерии и сделали еще много других открытий. По словам Поля Дирака, одного из главных действующих лиц этой эпохи, «это было время, когда даже второстепенный физик мог сделать сверхважное открытие».

Если сравнивать с этим, то основные открытия в теории искусственного интеллекта в течение последних лет включают улучшенную способность распознавания изображений и речи, а также возможность играть в игры, такие как го, лучше, чем человек. Это — важные результаты, и мы с оптимизмом смотрим на то, что искусственный интеллект действительно будет иметь большое влияние на десятилетия вперед. Но чтобы получить эти результаты, нужно очень много времени, средств и усилий, и еще не до конца понятно, это больший прорыв, чем переворот представлений о реальности в 1920-х.

Так же и многие рассматривают CRISPR, в частности модификацию человеческих эмбрионов, в которых удается исправить генетические нарушения, ведущие к болезни сердца, или создание популяции москитов, несущих гены, которые могут искоренить малярию. Но хотя долговременный потенциал CRISPR огромен, эти недавние результаты не более впечатляющие, по сравнению с прошлыми периодами быстрого прогресса в биологии.

Почему наука стала такой дорогой и взамен не приносит пропорциональных достижений в понимании мира?

Ответ на это частично был предложен исследованием экономистов Бенджамина Джонса и Брюса Вайнберга, которые изучали, в каком возрасте ученые сделали открытия, которые принесли им Нобелевскую премию. Если в ранние годы существования награды средний возраст составлял 37 лет, то теперь он возрос до 47 лет, то есть почти на четверть рабочей карьеры ученого.

Возможно, сегодня ученые должны знать намного больше, чем раньше, чтобы делать важные открытия. Как следствие, они должны дольше учиться, и поэтому приступают к своей самой важной работы в более позднем возрасте. То есть большие открытия становится просто труднее делать. А если их труднее делать, то их будет становиться меньше.

Так же и научное сотрудничество теперь привлекает больше людей, чем век назад. Когда Эрнест Резерфорд открыл ядро атома в 1911 году, он опубликовал статью с единственным автором — самим собой. Зато две статьи 2012 года, в которых объявили об открытии бозона Гиггса, имели примерно по тысяче соавторов каждая. Исследовательские команды в среднем выросли в четыре раза в течение ХХ века, и этот рост до сих пор продолжается. Как следствие, прогресс сегодня требует большого количества усилий, дорогого оборудования и большой команды.

Если заниматься наукой и впрямь становится труднее, то в чем же причина?

О науке — исследование природы — можно говорить примерно так же, как исследование нового континента. Сначала о нем известно очень мало. Первопроходцы отправляются в странствия и сразу находят что-то новое и описывают его. Но постепенно они приобретают все больше знаний о континент. Находить в нем что-то новое становится все сложнее. Для этого нужно углубляться во все более отдаленные и непроходимые зоны. С этой точки зрения наука является «ограниченным рубежом», и нужно все больше и больше усилий, чтобы наносить на карту новые отметки. Однажды карта будет заполнена, и наука действительно может закончиться. То есть любое увеличение сложности открытия является производным от структуры самого научного знания.

Такой взгляд исходит из фундаментальной физики, в которой многих ученых увлекает поиск «теории всего» — универсальной теории, которая бы объясняла все фундаментальные частицы и силы, которые существуют во Вселенной. Такую теорию можно открыть только один раз. И если вы считаете, что такая теория и является целью науки, то наука действительно является «континентом с ограниченным рубежом».

Но есть и другая точка зрения, которая заключается в том, что горизонты науки неограниченные. Всегда будут появляться новые феномены, которые нужно будет исследовать, и вопросы, на которые надо ответить. Возможность неограниченного рубежа вытекает из явления, известного как эмерджентность. Возьмите, для примера, воду. Одно дело — иметь уравнение, которое описывает поведение одной молекулы воды. И совсем другое — понять, почему после дождя формируются радуги, как образуются морские волны, почему снежинки имеют правильную геометрическую форму и откуда берутся грязные куски льда в космосе, которые мы называем кометами. Все это — также о воду. Ни одно из этих явлений не отходит от базовых уравнений, описывающих H2O, но кто бы мог подумать, что от одних и тех же уравнений можно ожидать чего-то настолько удивительного, как радуга и волны?

Сам факт эмерджентнных уровней поведения не обязательно предполагает, что будет существовать постоянный поток новых феноменов, которые можно будет открывать, или неисчерпывающий перечень вопросов, которые потребуют ответа. Но в некоторых сферах, кажется, что это действительно так. Как пример можно взять компьютерные науки, которые ведут свой отсчет с 1936 г., когда Алан Тьюрингом предложил модель вычислений, которую теперь называют «машиной Тюринга». Эта модель чрезвычайно проста и рудиментарна, почти как детская игрушка. Но она положена в основу современных компьютеров. То есть компьютерные науки начали с чего-то, похожего к «теории всего», но с тех времен уже десятилетиями продолжается поток прекрасных идей. Прихотливо, что некоторые из этих идей лучше всего проявляются в видеоиграх.

Так же можно говорить о том, что новые горизонты открываются в биологии в той мере, как у нас есть возможность редактировать геном, синтезировать новые организмы и лучше понимать связь между геномом и формой и поведением организма. Нечто похожее может произойти в физике и химии с такими идеями, как, например, программируемая материя. В каждом случае новые феномены будут постоянно задавать новые вопросы.

Поэтому оптимистичный взгляд заключается в том, что наука безгранична и мы сможем постоянно создавать новые сферы с их собственными фундаментальными вопросами. Если сегодня мы видим замедление, то это лишь потому, что ученые до сих пор сосредоточены на традиционных сферах, в которых прогресс стоит все больше усилий. Мы надеемся, что в будущем появятся новые сферы, которые дадут старт новым формам научного поиска. Это — шанс науке ускориться.

Если отдача от науки действительно уменьшается, что это будет означать для будущего? Или будет становиться все меньше новых догадок, которые смогут вдохновить новые технологии, такие как те, что изменили мир в ХХ века? Собственно, экономисты уже видят доказательства, почему это происходит, в снижении производительности.

Когда речь идет о снижении производительности, экономисты используют термин «производительность» в специализированном смысле, хотя близком к ежедневного потребления. Под производительностью они, в общем, понимают изобретательность, с которой изготовлены вещи. Поэтому производительность растет, если мы создаем новые технологии и делаем открытия, которые упрощают производство вещей.

Например, в 1909 году немецкий изобретатель Фриц Габер открыл способ фиксации азота, то есть получения азота из воздуха, который можно использовать для синтеза аммиака. Этот аммиак можно использовать для производства минеральных удобрений. А эти удобрения, в свою очередь, позволяли тому же количеству фермеров выращивать больше пищи, поэтому производительность выросла.

Рост производительности является признаком экономически здорового общества, которое постоянно продуцирует идеи, улучшающие его способность продуцировать богатство. Плохие новости заключаются в том, что уровень производительности в Соединенных Штатах сильно снизился: в 1950-е он был примерно в шесть раз выше, чем сегодня. Это означает, что сегодня примерно столько изменений происходят за века, сколько в 1950-е за 18 месяцев.

Мы живем во время ускоренных технологических изменений?!

Это может звучать странно. Разве в течение прошлого десятилетия не появилось столько новых технологий? Разве мы не живем во время ускоренных технологических изменений? Не совсем, — утверждают экономисты Тайлер Коэн и Роберт Гордон. В своих книгах «Великая стагнация» и «Подъем и упадок американского изобилия» они указывают на то, что в начале ХХ века произошло масштабное применение многих мощных технологий общего использования электричества, двигателя внутреннего сгорания, авиации, минеральных удобрений и тому подобное. Зато они приводят экономические показатели, что эти технологии не сильно изменились с 1970-х. Да, сегодня у нас есть такие мощные технологии, как компьютер и интернет. Но многие другие улучшились разве пошагово. Известно, например, насколько наш мир изменили автомобили, авиация и космическая отрасль за период с 1910 до 1970-х гг. Но в 1970-е эти технологии достигли чего-то, что похоже на их нынешнее состояние, а такие амбициозные проекты, как «Конкорд», или программа «Аполлон», так и не смогли дальше расширить сферу применения транспорта. Возможно, такие технологии, как самоуправляемые автомобили, обусловят значительные изменения в будущем. Но настоящий прогресс в транспорте происходит как бы пошагово, если сравнивать с прыжками в прошлом.

Что же предопределяет снижение производительности? Вопрос является спорным для экономистов, которые предлагают на него разные ответы. Кое-кто утверждает, что эти данные появляются только потому, что нынешние способы измерения производительности не позволяют эффективно проследить влияние современных технологий. Наше объяснение заключается в том, что причиной является именно уменьшение отдачи от науки.

Мы не первые, кто обращает на это внимание. В своей книге 1996 года «Конец науки» писатель Джордж Горган взял интервью у ведущих ученых мира, в котором спросил о перспективах прогресса в их отраслях. Выдающийся биолог Бентли Гласс, написавший в 1971 году статью в Science, в которой утверждал, что славные дни науки закончились, сказал Горгану: «Трудно верить, как на меня, к чему-то столь универсальному и революционного, как теория эволюции Дарвина или законы наследственности Менделя, можно будет снова легко прийти. В конце концов, эти открытия уже сделаны».

Выводы Горгана не являются оптимистичными. Вот что возразил ему физик-теоретик Лео Каданофф: «Правда в том, что ничего — ничего-такого же веса и значения, как квантовая механика, двойная спираль или теория относительности, не произошло в последние несколько десятилетий».

Горган спросил Каданоффа, так ли будет постоянно. Тот ответил: «Когда вы уже доказали, что мир подчиняется законам, вы не можете сделать этого снова».

«Темп открытий ускоряется»

Несмотря на то, что многие люди высказывали беспокойство по поводу замедления науки, до сих пор не было никаких таких тезисов со стороны научных институтов. Метеоролог Келвин Дрогемейстер, нынешний номинант на должность научного советника президента Трампа, сказал в 2016 году, что «темп открытий ускоряется». Проблема уменьшения отдачи от исследований также нигде не упоминается в отчете 2018 года Национальной научной организации, которая оптимистично говорит о «потенциально трансформативні исследования, которые будут генерировать более передовых открытий и расширять имеющиеся горизонты в науке».

Возможно, многие ученые рассматривают разговоры об уменьшении отдачи от науки как предательство своих коллективных интересов. Большинство из них выступает за увеличение финансирования исследований. Поэтому они скорее будут говорить о науке в положительном свете, подчеркивать ее преимущества и скрывать недостатки. Хотя это понятно, но доказательства, что наука стала менее эффективной в соотношении вложенных средств до часов исследований, неопровержимые. Эти доказательства, напротив, требуют масштабного институционального ответа и должны стать одной из передовых тем политики в области науки. Лучшее понимание причин этого явления является важным, а определение путей воздействия на него является одной из основных возможностей улучшить наше будущее.

0

Комментарии


Чтобы оставить комментарий, пожалуйста, авторизируйтесь!