Письменник Стюарт Бранд якось сказав, що “наука — це єдині новини”. Хоча у заголовках завжди переважає політика, економіка та плітки, прогрес людства в тривалій перспективі визначає саме наука. Саме тому витрати на неї постійно зростають. Сьогодні у світі є більше вчених та опублікованих наукових статей, ніж будь-коли раніше.

​ ​

На перший погляд може здатися, що це добре. Але чи збільшується пропорційно до цих зусиль наше розуміння світу? Чи не інвестуємо ми дедалі більше винятково для того, щоб підтримувати теперішній темп наукового поступу або навіть боротися з його сповільненням?

 

Виміряти цей темп якимсь значимим способом надзвичайно складно. Частково проблема зумовлена тим, що дуже важко порівнювати, яке відкриття більше значуще, а яке менше.

 

Візьміть хоча б ранні експерименти з тим, що ми тепер називаємо електрикою. Колись ці експерименти здавалися чудернацькими. В одному з них вчені помітили, що якщо потерти бурштин об котяче хутро, то він починав у якийсь невідомий спосіб притягувати невеликі предмети, наприклад, пір’я. А в іншому науковець звернув увагу, що лапка жаби без причин посіпувалась, коли він доторкався до неї скальпелем.

 

Навіть самим вченим, які проводили ці досліди, було неочевидно, чим вони є — тривіальними цікавинками чи, можливо, вказівками до чогось глибшого. Сьогодні ж, з висоти теперішнього досвіду, вони здаються епохальними відкриттями — першими поглядами людини на фундаментальні сили природи.

 

Але навіть попри те, що значимість наукової роботи оцінювати дуже важко, все-таки інколи потрібно проводити такі підрахунки — хоча б для того, щоб знати, кому присудити наукову нагороду чи виділити грант на дослідження. У кожному разі, стандартний підхід полягає в тому, щоб запитати в незалежних вчених, що вони думають про те чи інше відкриття. Звісно, цей метод не є ідеальним, але він поки що найкращий з того, що ми маємо.

 

З цим на думці ми провели дослідження, в якому попросили вчених порівняти відкриття, які були нагороджені Нобелівською премією у їхніх галузях. Ми використали ці дані, щоб визначити, що вчені думають про якість наукових відкриттів, удостоєних “Нобеля”, протягом кожного десятиліття.

 

Ми запропонували фізикам, наприклад, оцінити, що було вагомішим внеском в наукове розуміння світу — відкриття нейтрона (частинки, яка становить приблизно половину видимої матерії) чи космічного мікрохвильового випромінювання (післясвітіння Великого вибуху). Опитування нагадує круговий турнір, у якому відкриття змагаються одне проти одного, а судді-науковці визначають переможця.

 

Щодо фізичного “Нобеля” ми опитали 93 фізиків із провідних світових університетів, які оцінили 1370 пар відкриттів. Стовпчики в графіку нижче показують кількість переможців для кожного десятиліття. Оцінка десятиліття полягає в тому, що відкриття, зроблене у цьому десятилітті, судді визначили як важливіше, ніж відкриття з іншого десятиліття. Опитування проводили стосовно того року, у якому відкриття було зроблене, а не коли за нього присудили Нобелівську премію.

 

Перше десятиліття отримало досить слабкі показники. У ці роки Нобелівський комітет ще остаточно не вирішив, за що саме слід давати премію. Одну з них, наприклад, вручили за винайдення ефективного способу освітлення морських маяків і буїв. Мореплавці, можливо, були б іншої думки, але сучасні фізики оцінили це відкриття досить слабо. Але вже з 1910 року Нобелівську премію почали присуджувати за речі, які узгоджуються з сучасною концепцією фізики.

 

Згодом настав “золотий вік” фізики, який тривав з 1910 до кінця 1930-х рр. Саме на ці десятиліття припало відкриття квантової механіки — одне з найбільших відкриттів, яке докорінно змінило уявлення про реальність. Це також була епоха декількох інших революцій: винайдення рентгеноструктурного аналізу, який дозволив зазирнути в атомний світ; відкриття нейтрона та антиматерії, а також багатьох фундаментальних фактів про радіоактивність та ядерні сили. Це був один з видатних періодів в історії науки.

 

Після нього настав відчутний спад з певним пожвавленням лише у 1960-ті роки, яке настало передусім завдяки двом важливим відкриттям — космічного мікрохвильового випромінювання та стандартної моделі елементарних частинок. Але навіть попри ці досягнення фізики оцінювали кожне десятиліття, починаючи з 1940-х, нижче, ніж попередні.

 

Цей графік закінчується наприкінці 1980-х. Причина полягає в тому, що в останні роки Нобелівський комітет надає перевагу нагороджувати дослідження, виконані у 1970-1980 роки. Лише три відкриття, зроблені у 1990-ті, отримали премії. Це надто мало, тому ми їх й не розглядали.

.

Однак така незначна кількість Нобелівських премій за дослідження, які проводили, починаючи з 1990 року, сама собою багато про що говорить. 1990-2000 роки мають сумнівну ознаку десятиліть, у які Нобелівський комітет найчастіше волів пропускати й нагороджувати більше ранні відкриття. Це, а також той факт, що й попередні 1970-1980-ті роки виглядають не надто добре, не є хорошими новинами для фізики.

 

Звісно, проти цієї тези можна навести багато обґрунтованих заперечень. Можливо, вчені, яких опитали, у якийсь спосіб упереджені або мають неповне розуміння відкриттів, удостоєних Нобелівською премією? Як вже було сказано, дуже складно визначити, за якими параметрами оцінити значущість одного відкриття супроти іншого. Але думка вчених — це поки що найкращий спосіб, який ми маємо.

 

Навіть якщо справи у фізики не йдуть надто добре, то, можливо, в інших сферах є кращі новини? Такий самий огляд ми провели для Нобелівських премій в галузі хімії та фізіології й медицини. Ось результати:

Ці результати виглядають дещо оптимістичніше з, можливо, незначним покращенням у другій половині ХХ століття. Але, наголошуємо, що незначним. Як і в фізиці, Нобелівський комітет надає перевагу нагороджувати відкриття більш ранніх десятиліть. Менше премій було надано за роботу, проведену у 1990-х та 2000-х, ніж протягом аналогічного періоду за будь-які попередні десятиліття.

 

Загалом, це опитування вимальовує невтішну картину. За останніх сто років ми сильно збільшили час та гроші, які інвестували в науку, але, за оцінкою самих науковців, найважливіші відкриття відбуваються приблизно з однаковим темпом. Якщо оцінювати ефективність науки за співвідношенням доларів на людину, то вона стає дедалі менше ефективною.

 

Тепер критики можуть відповісти, що Нобелівські премії не обов’язково є мірилом загального наукового прогресу. Нобелівський комітет не присуджує нагород в багатьох важливих галузях, особливо нових, таких як комп’ютерні науки. Часто він пропускає важливі відкриття. Може, зіграла роль деяка упередженість вчених, які схильні з більшою пошаною ставитися до старших досягнень. Крім того, можливо, більшу роль відіграє уся сукупність наукової роботи протягом певного часу, яка утворює основну частину науки.

 

Ми свідомі усіх цих обмежень. Результати огляду змушують замислитися, але надають лише часткову картину. Але є й додаткові докази того, що й справді стає дедалі важче робити важливі наукові відкриття. Так, вони потребують дедалі більших команд і ширшої наукової підготовки, а їхній загальний вплив на економіку зменшується. Разом всі ці фактори свідчать про те, що віддача від зусиль, потрачених на науку, справді зменшується.

 

Якщо цю тезу озвучити багатьом науковцям, вони скажуть, що це нонсенс, і наполягатимуть на тому, що наука, навпаки, переживає золотий вік. Вони, скоріше за все, звернуть увагу на дивовижні відкриття останніх років, такі як бозон Гіґґса та гравітаційні хвилі, як доказ того, що наука зараз в кращій формі, ніж будь-коли раніше.

 

Це й справді видатні досягнення. Але попередні покоління вчених робили не менші відкриття, якщо й не набагато більші. Порівняйте, наприклад, гравітаційні хвилі зі створенням загальної теорії відносності Ейнштейна у 1915 році. Теорія відносності не лише передбачила їхнє існування, а й докорінно змінила наші уявлення про час, простір, енергію та гравітацію. Підтвердження існування гравітаційних хвиль хоча й вражає з технічної точки зору, все ж зробило набагато менше для нашого розуміння Всесвіту.

 

Так само й відкриття бозону Гіґґса. Хоча воно також визначне, але блідне на фоні цілого пантеону елементарних частинок, виявлених у 1930-ті, включно з нейтроном, з якого утворена приблизно половина нашого щоденного світу, та позитроном, який також відомий як антиелектрон і вперше пролив світло на загадковий світ антиматерії. У цьому сенсі відкриття бозону Гіґґса хоча й видатне, але, по суті, є тільки поверненням до того стану справ, який був звичним в першій половині 20 століття, однак став рідкістю пізніше.

 

Інший аргумент людей, які кажуть, що наука зараз в кращій формі, ніж будь-коли раніше, полягає в тому, що їхня власна сфера активно рухається вперед. Про це найчастіше доводиться чути в контексті технології редагування генів CRISPR в біології та штучного інтелекту. Але хоча ці сфери й справді дуже швидко розвиваються, все-таки протягом усієї історії науки завжди були “гарячі точки”, які відрізнялися від її загальної динаміки.

 

Візьміть, для прикладу, прогрес з 1924 до 1928 року. За цей час фізики дізналися, що фундаментальні блоки матерії мають природу як частинок, так і хвиль, сформулювали закони квантової механіки, які привели до принципу невизначеності Гайзенберга, передбачили існування антиматерії та зробили ще багато інших відкриттів. За словами Поля Дірака, одного з головних дійових осіб цієї епохи, “це був час, коли навіть другорядний фізик міг зробити надважливе відкриття”.

 

Якщо порівнювати з цим, то основні відкриття в теорії штучного інтелекту протягом останніх років включають покращену здатність розпізнавання зображень та мови, а також можливість грати в ігри, такі як ґо, краще, ніж людина. Це — важливі результати, і ми з оптимізмом дивимось на те, що штучний інтелект справді матиме великий вплив на десятиліття наперед. Але щоб отримати ці результати, потрібно дуже багато часу, коштів і зусиль, і ще не до кінця зрозуміло, чи це більший прорив, ніж перевернення уявлень про реальність у 1920-х.

 

Так само й багато хто розглядає CRISPR, зокрема модифікацію людських ембріонів, в яких вдається виправити генетичні порушення, що ведуть до хвороби серця, або створення популяції москітів, які несуть гени, що можуть викорінити малярію. Але хоча довготривалий потенціал CRISPR величезний, ці недавні результати не є більше вражаючі, порівняно з минулими періодами швидкого прогресу в біології.

 

Чому наука стала такою дорогою й взамін не приносить пропорційних досягнень в розумінні світу?

 

Відповідь на це частково була запропонована дослідженням економістів Бенджаміна Джонса та Брюса Вайнберґа, які вивчали, у якому віці науковці зробили відкриття, які принесли їм Нобелівську премію. Якщо в ранні роки існування нагороди середній вік становив 37 років, то тепер він зріс до 47 років, тобто майже на чверть робочої кар’єри вченого.

 

Можливо, сьогодні науковці повинні знати набагато більше, ніж раніше, щоб робити важливі відкриття. Як наслідок, вони повинні довше вчитися, й тому приступають до своєї найважливішої роботи в пізнішому віці. Тобто великі відкриття стає просто важче робити. А якщо їх важче робити, то їх ставатиме менше.

 

Так само й наукове співробітництво тепер залучає більше людей, ніж століття тому. Коли Ернест Резерфорд відкрив ядро атома у 1911 році, він опублікував статтю з єдиним автором — самим собою. Натомість дві статті 2012 року, в яких оголосили про відкриття бозону Гіґґса, мали приблизно по тисячі співавторів кожна. Дослідницькі команди в середньому зросли в чотири рази протягом ХХ століття, і це зростання досі продовжується. Як наслідок, прогрес сьогодні потребує великої кількості зусиль, дорогого обладнання та великої команди.

 

Якщо займатися наукою і справді стає важче, то в чому ж причина?

 

Про науку — дослідження природи — можна говорити приблизно так само, як про дослідження нового континенту. Спочатку про нього відомо дуже мало. Першопрохідці вирушають в мандри й одразу знаходять щось нове й описують його. Але поступово вони набувають дедалі більше знань про континент. Знаходити в ньому щось нове стає все складніше. Для цього потрібно заглиблюватися у все більш віддалені і непрохідні зони. З цього погляду наука є “обмеженим рубежем”, і потрібно все більше і більше зусиль, щоб наносити на мапу нові позначки. Одного дня мапа буде заповнена, і наука може справді закінчитись. Тобто будь-яке збільшення складності відкриття є похідним від структури самого наукового знання.

 

Такий погляд походить із фундаментальної фізики, у якій багатьох науковців захоплює пошук “теорії всього” — універсальної теорії, яка б пояснювала усі фундаментальні частинки і сили, які існують у Всесвіті. Таку теорію можна відкрити лише один раз. І якщо ви вважаєте, що така теорія і є метою науки, то наука таки справді є “континентом з обмеженим рубежем”.

 

Але є й інша точка зору, яка полягає в тому, що горизонти науки необмежені. Завжди з’являтимуться нові феномени, які потрібно буде дослідити, і питання, на які треба відповісти. Можливість необмеженого рубежу випливає із явища, відомого як емерджентність. Візьміть, для прикладу, воду. Одна річ — мати рівняння, яке описує поведінку однієї молекули води. Й зовсім інша — зрозуміти, чому після дощу формуються веселки, як утворюються морські хвилі, чому сніжинки мають правильну геометричну форму і звідки беруться брудні шматки льоду в космосі, які ми називаємо кометами. Усе це — також про воду. Жодне з цих явищ не відходить від базових рівнянь, які описують H2O, але хто б міг подумати, що від одних і тих самих рівнянь можна очікувати чогось настільки дивовижного, як веселка і хвилі?

 

Сам факт емерджентних рівнів поведінки не обов’язкового передбачає, що існуватиме постійний потік нових феноменів, які можна буде відкривати, або невичерпний перелік запитань, які потребуватимуть відповіді. Але в деяких сферах, здається, що це й справді так. Як приклад можна взяти комп’ютерні науки, які ведуть свій відлік із 1936 р., коли Алан Тюринг запропонував модель обчислення, яку тепер називають “машиною Тюринга”. Ця модель надзвичайно проста і рудиментарна, майже як дитяча іграшка. Але вона покладена в основу сучасних комп’ютерів. Тобто комп’ютерні науки розпочали із чогось, схожого до “теорії всього”, але з тих часів вже десятиліттями триває потік прекрасних ідей. Примхливо, що деякі з цих ідей найкраще проявляються в відеоіграх.

 

Так само можна говорити про те, що нові горизонти відкриватимуться в біології тією мірою, як у нас є можливість редагувати геном, синтезувати нові організми та краще розуміти зв’язок між геномом та формою і поведінкою організму. Щось схоже може статися в фізиці та хімії з такими ідеями, як, наприклад, програмована матерія. В кожному випадку нові феномени постійно ставитимуть нові запитання.

 

Тож оптимістичний погляд полягає в тому, що наука є безмежною і ми зможемо постійно створювати нові сфери з їхніми власними фундаментальними питаннями. Якщо сьогодні ми бачимо сповільнення, то це лише тому, що вчені досі зосереджені на традиційних сферах, у яких прогрес коштує дедалі більше зусиль. Ми надіємось, що в майбутньому появляться нові сфери, які дадуть старт новим формам наукового пошуку. Це — шанс науці прискоритись.

 

Якщо віддача від науки справді зменшується, що це означатиме для майбутнього? Чи ставатиме все менше нових здогадок, які зможуть надихнути нові технології, такі як ті, що змінили світ протягом ХХ століття? Власне, економісти вже бачать докази, чому це відбувається, у зниженні продуктивності.

 

Коли мова йде про зниження продуктивності, економісти використовують термін “продуктивність” у спеціалізованому сенсі, хоча близькому до щоденного вжитку. Під продуктивністю вони, загалом, розуміють винахідливість, з якою виготовлені речі. Тож продуктивність зростає, якщо ми створюємо нові технології та робимо відкриття, які спрощують виробництво речей.

 

Наприклад, у 1909 році німецький винахідник Фріц Габер відкрив спосіб фіксації азоту, тобто одержання азоту з повітря, який можна використати для синтезу аміаку. Цей аміак можна використовувати для виробництва мінеральних добрив. А ці добрива, своєю чергою, дозволяли тій самі кількості фермерів вирощувати більше їжі, тож продуктивність зросла.

 

Зростання продуктивності є ознакою економічно здорового суспільства, яке постійно продукує ідеї, що покращують його здатність продукувати багатство. Погані новини полягають у тому, що рівень продуктивності в Сполучених Штатах сильно знизився: у 1950-ті він був приблизно ушестеро вищим, ніж сьогодні. Це означає, що сьогодні приблизно стільки змін стаються за століття, скільки у 1950-ті за 18 місяців.

 

Це може звучати дивно. Хіба протягом минулого десятиліття не з’явилось стільки нових технологій? Хіба ми не живемо в час прискорених технологічних змін? Не зовсім, — стверджують економісти Тайлер Коен та Роберт Ґордон. У своїх книгах “Велика стагнація” та “Підйом і занепад американського достатку” вони вказують на те, що на початку ХХ століття відбулось масштабне застосування багатьох потужних технологій загального використання: електрики, двигуна внутрішнього згорання, авіації, мінеральних добрив тощо. Натомість вони наводять економічні показники, що ці технології не дуже змінилися з 1970-х. Так, сьогодні ми маємо такі потужні технології, як комп’ютер та Інтернет. Але багато інших покращились хіба покроково. Відомо, наприклад, наскільки наш світ змінили автомобілі, авіація та космічна галузь за період з 1910 до 1970-х рр. Але у 1970-ті ці технології досягнули чогось, що схоже на їхній теперішній стан, а такі амбітні проекти, як “Конкорд” чи програма “Аполлон”, так і не змогли далі розширити сферу застосування транспорту. Можливо, такі технології, як самокеровані автомобілі, зумовлять значні зміни в майбутньому. Але теперішній прогрес в транспорті відбувається хіба покроково, якщо порівнювати зі стрибками в минулому.

 

Що ж зумовлює зниження продуктивності? Питання є суперечливим для економістів, які пропонують на нього різні відповіді. Дехто стверджує, що ці дані з’являються лише тому, що теперішні способи вимірювання продуктивності не дозволяють ефективно простежити вплив сучасних технологій. Наше пояснення полягає в тому, що причиною є саме зменшення віддачі від науки.

 

Ми не перші, хто звертає на це увагу. У своїй книзі 1996 року “Кінець науки” письменник Джордж Горґан взяв інтерв’ю у провідних вчених світу, в якому запитав про перспективи поступу в їхніх галузях. Видатний біолог Бентлі Ґласс, який написав у 1971 році статтю у Science, у якій стверджував, що славні дні науки закінчилися, сказав Горґану:

 

Важко вірити, як на мене, що до чогось настільки універсального та революційного, як теорія еволюції Дарвіна чи закони спадковості Менделя, можна буде знову легко прийти. Зрештою, ці відкриття вже зроблені.

 

Висновки Горґана не є оптимістичними. Ось що сказав йому фізик-теоретик Лео Каданофф:

 

Правда полягає в тому, що нічого — нічого — такої ж ваги і значення, як квантова механіка, подвійна спіраль чи теорія відносності, не сталося в останні кілька десятиліть.

 

Горґан запитав Каданоффа, чи так буде постійно. Той відповів: “Коли ви вже довели, що світ підкоряється законам, ви не можете зробити цього знову”.

 

Попри те, що багато людей висловлювали занепокоєння з приводу сповільнення науки, досі не було жодних таких тез з боку наукових інституцій. Метеоролог Келвін Дроґемейстер, теперішній номінант на посаду наукового радника президента Трампа, сказав у 2016 році, що “темп відкриттів прискорюється”. Проблема зменшення віддачі від досліджень також ніде не згадується у звіті 2018 року Національної наукової фундації, яка натомість оптимістично говорить про “потенційно трансформативні дослідження, які генеруватимуть більше передових відкриттів та розширюватимуть наявні горизонти в науці”.

 

Можливо, багато вчених розглядають розмови про зменшення віддачі від науки як зраду своїх колективних інтересів. Більшість з них виступає за збільшення фінансування досліджень. Тож вони радше говоритимуть про науку в позитивному світлі, наголошуватимуть на її перевагах та приховуватимуть недоліки. Хоча це зрозуміло, але докази, що наука стала менше ефективною у співвідношенні вкладених коштів до годин досліджень, неспростовні. Ці докази, навпаки, потребують масштабної інституційної відповіді й мають стати однією з передових тем політики в галузі науки. Краще розуміння причин цього явища є важливим, а визначення шляхів впливу на нього є однією з основних можливостей покращити наше майбутнє.

 

Patrick Collison & Michael Nielsen

Science Is Getting Less Bang for Its Buck

The Atlantic, 16/11/2018

Зреферував Є. Л.

09.12.2018