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    科學發展到極限了嗎?| 科學漫話

    2018/09/29
    導讀
    癌癥和其他疾病的研究越來越多,公共、私人資源重視這些研究并且加大了投入,但為什么能拯救的生命卻越來越少?這種現象只出現在生命健康研究領域嗎?是不是意味著當下的科學研究已經進入了“瓶頸期”?

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    撰文 | John Horgan

    編譯 | 許林玉


    2018年3月,我和大約20位科學界人士一起,參加了一個為期兩天的頭腦風暴會議——探討科學是否正在放緩前進的步伐,以及我們該如何應對。而我被邀請參加本次會議,也是因為一位組織者看到了我最近發表的一篇持悲觀論調的文章,而這種論調的靈感部分來自于那些證明科學發展正停滯不前的研究。


    科學是否存在極限?

    4位經濟學家尼古拉斯·布魯姆(Nicholas Bloom)、查爾斯·瓊斯(Charles Jones)、約翰·范里寧(John Van Reenen)和邁克爾·韋伯(Michael Webb)在“想法越來越難找到了嗎?”一文中繪制的圖表顯示(見圖1),研究人員數量增加的同時,研究的生產率卻下降了。我再一次憂心忡忡地思考科學的極限問題。此論文中,經濟學家聲稱“來自眾多行業、產品和公司的大量證據表明,研究力度大幅增加的同時,研究生產率卻在急劇下降”。

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    圖1  1930年代至2000年代研究人員的有效數量和研究生產率


    他們將摩爾定律(Moore’s Law)——戈登·摩爾(Gordon Moore)提出的關于計算機芯片容量增長能力的著名推測——視為一個違反直覺的例子,指出“今天要實現計算機芯片密度每兩年翻一番,所需的研究人員數量是20世紀70年代初的18倍以上”。這些研究人員發現,農業和醫藥方面的研究也存在類似的趨勢。關于癌癥和其他疾病的研究越來越多,但拯救的生命卻越來越少。


    這些發現證實了經濟學家羅伯特·戈登(Robert Gordon)和泰勒·考恩(Tyler Cowen)在《美國成長的興衰》(The Rise and Fall of American Growth)一書中所做的分析。布魯姆、瓊斯、韋伯和范里寧還引用了本杰明·瓊斯(Benjamin Jones)提出的觀點:未來的創新者需要接受更多的培訓,變得更加專業化,才能到達特定領域的前沿。研究團隊不斷壯大的同時,研究人員的人均專利數量卻在下降。


    這些經濟學家主要關注的是我所說的應用科學。這類科學能夠促進經濟增長,增加財富,提高健康和生活標準,并推動醫藥、運輸、農業、通信和制造等行業的進步。他們的發現與我在《科學的終結》(The End of Science)一書中提到的觀點遙相呼應,即“純”科學——僅僅是為了了解而不是操縱自然的活動——正在達到極限。


    • 科學的意義之所在   


    在很多方面,我發現經濟學家對科學進步的贊美過于吝嗇。


    首先,令人驚訝的是,他們對數字技術的最新發展反應很平淡。35年前,我開啟了我的職業生涯,使用被稱作“打字機”的設備寫作,在被稱為“圖書館”的地方開展研究。現在,我仍然因為自己能夠通過智能手機或筆記本電腦瞬間獲取無限知識而感到無限感慨。即使我所獲取的信息中有假新聞、垃圾郵件和網絡口水仗,但數字技術發展仍然使我受益良多。


    其次,經濟學家不夠重視在我看來科學最具價值的成就——對現實的洞察力。的確,大爆炸理論和非洲起源假說無法提高國民生產總值,但它們加深了我們對世界和自身的理解。這不正是科學的意義所在嗎?


    • 科學何時出現倒退    


    在其他方面,經濟學家對科學進步的評價卻又過于慷慨。


    此次會議的組織者問了與會者一個問題:科學進步的步伐是否正在放緩?我們可以回答“是”“不是”或者“其他”。我選擇了“其他”,因為毫無疑問,某些科學領域的確正在倒退。精神病醫生濫開處方,傷害了眾多病人。同樣,癌癥行業對美國人的診斷也存在過度診療的情況。


    一些參加會議的科學家對科學發展放緩的想法嗤之以鼻。在提到CRISPR技術、光遺傳學和其他方面的進步時,生物學家堅信發現的步伐正在加速。雖然我也承認這些進步,但即使在遺傳學和神經科學等領域涌現出大量發現,那又怎樣呢?基因治療非常令人失望,而對精神疾病的治療同樣原地踏步。


    在純科學領域,許多物理學家仍然固執己見,一心撲在弦理論和多元宇宙上——這些事物要么太小,要么太大,甚至永遠無法被觀測到。最近,意識理論也變得更加古怪。聲名赫赫的專家們支持泛心論,認為意識可能是多種物質而不僅僅是大腦的產物。與弦理論和多元宇宙一樣,泛心論也不可能通過實驗證實。


    另一個表明科學正在耗盡氣數的跡象是科學界諾貝爾獎得主的平均年齡急劇增長,尤其是物理學。


      O    可重復性危機接踵而至   


    統計學家約翰·約安尼季斯(John?Ioannidis)和其他人發現,許多研究無法重復。樂觀主義者堅持認為,與過去相比,科學文獻的缺陷并沒有增加,只是我們自己現在更加關注缺陷罷了,而這是一個積極的趨勢。


    在本次會議上,一位研究可重復性危機的專家反駁了這種樂觀的觀點。他表示,由于研究人員對出版成果、研究經費、終身教職和其他獎勵的競爭越來越激烈,科學也隨之變得越來越不可靠。 


      O    投資領域選擇問題   


    會上,有數人用“容易摘到的果子”的比喻來解釋科學發展放緩的原因。科學家們已經解決了一些相對容易的問題,并把重心轉移到更難的問題上來,比如身心健康和物理學的統一。


    這里有一個棘手的問題:在什么情況下,我們可以決定某些果子是無法摘到的?或者,如經濟學家所言:我們是否愿意在已被證明難以解決的問題上花上大筆資金?而我們又應該在何時減少損失并全身而退呢?當然,這取決于問題本身的價值。


    在回答這個問題之前,我們會繼續對精神分裂癥或癌癥的研究投入,而這可能需要很長一段時間。毋庸置疑,公共和私人資源會繼續支持那些有可能改善我們的健康或延長人類壽命的研究。


    但對于物質的基本性質、宇宙的起源和結構、外星生命可能存在以及那些沒有實際回報的問題的研究呢?說得更坦白一點,像大爆炸理論或非洲起源假說這樣的“純”發現有多大價值?我認為它們價值連城,但當我們在爭取政府資助時,僅僅給出這個答案是不夠的。在數百萬人缺乏充分的醫療保健服務、居無定所且無法接受教育的情況下,我們是否應該在下一代粒子加速器、引力波探測器或載人火星任務上花費數十億美元?


    圖2 火星征途(圖源:NASA


      O    創新崇拜太癡狂   


    可重復性危機的一個驅動因素是我們的文化對“創新”越來越癡迷。技術歷史學家李·維塞爾(Lee Vinsel)和安德魯·羅素(Andrew Russell)在他們頗具影響力的文章“向維護員致敬”中指出:“整個社會都開始談論創新,仿佛它是一種內在的理想價值,與愛、友愛、勇氣、美好、尊嚴或責任一樣。創新被擺上變革的神壇接受朝拜,但很少有人過問什么人能夠從中受益,最終又能帶來什么?”這些問題值得深思。


    對創新的崇拜拉大了富人與窮人之間的差距,并導致人們忽視使事物順利運行所需的維護。此外,這種崇拜還提高了美國的制藥成本,但并未明顯改善我們的健康狀況。無可爭辯的是軍事技術領域的創新——包括無人機和網絡武器——非但沒有保障我們的安全,還對我們的安全構成了威脅。研究人員急切地想要發布新的研究成果,這也肯定會引發可重復性危機,并導致炒作升級。


    • “元科學”與“極限學”   

     

    與會者提出了各種稱呼科學研究的名稱,例如“元科學”。我提出的是“極限學”,該名稱是我在《科學的終結》一書中首創的,意為對知識極限的研究。


    一些科學愛好者在談到極限時畏首畏尾,我明白這是為什么,極限學可以給我們文化中的反科學力量提供彈藥,但是科學中一些最偉大的見解——如量子力學、相對論和哥德爾定理——讓我們的知識達到極限。自達爾文時代起,我們就知道人類天生帶著繁衍生息的目的,而不是去理解神經編碼或量子場理論。


    • 樂觀主義與現實主義    


    我曾經問過小說家兼哲學家麗貝卡·戈德斯坦(Rebecca Goldstein),樂觀主義是否是知識分子的必備品質。她否定了這一點,認為現實主義才是對知識分子的要求。會上有些人對科學研究取得回報減少一事做出了樂觀、積極甚至鼓勵性的回應。他們還列舉出一些項目作為例子,比如旨在使科學更加透明、高效、可靠的開放科學中心和斯坦福大學元研究創新中心。我也贊同這些努力。


    但是,如果極限學要成為嚴肅的知識型事業而非營銷活動,就必須建立在現實主義而不是樂觀主義的基礎之上,它必須質疑研究和創新的價值,權衡不同科技產業的成本和效益,還必須考慮有些謎團可能永遠無法解開的可能性。忽視科學的極限是不科學的。


    研究收益遞減

    關于研究收益遞減的問題,有篇名為“藥物研發效率下降的診斷”的論文(2012年發表在《自然評論·藥物發現》上),在我看來該論文充滿了真知灼見,其內容總體上與科學相關。該論文指出,自1950年以來,每10億美元科研經費產出并獲得美國食品藥品管理局(FDA)批準的藥物數量已經大幅下降,大約每9年減少一半。論文作者杰克·斯坎內爾(Jack Scannell)和另外三位英國投資分析師稱這一趨勢為“倒摩爾定律”(Eroom’s Law)。


    倒摩爾定律除了適用于藥物開發外,還適用于許多其他領域。即使是計算機芯片,也同樣適用于倒摩爾定律,因為需要越來越多的研究成果才能支撐摩爾定律。斯坎內爾等人確定了支撐倒摩爾定律的幾個因素。


    • “勝過甲殼蟲樂隊”問題     


    斯卡內爾等人寫道:“可以想象,如果甲殼蟲樂隊的所有歌曲都可以免費獲取,而人們對甲殼蟲樂隊的舊唱片又百聽不厭,那么新的歌曲要想在商業上取得成功會有多難。”研發新型藥物的研究人員也面臨著類似的問題。昔日轟動一時的藥物會成為今天的非專利產品。隨著獲準藥品備份目錄的不斷改進,新藥研發過程的復雜性也隨之不斷提高,同時也增加了批準、采用和補償的障礙。在作者看來,這是一個“漸進式的棘手”問題。


    在純科學中,也存在類似于“勝過甲殼蟲樂隊”的問題,我們稱之為“勝過愛因斯坦”問題。雄心勃勃的科學家不希望只是調整或擴大科學的最大成就。他們想拿出自己的革命性見解,而這些見解甚至可能證明舊的范式是不完整的或是錯誤的。要實現這一壯舉極其困難!有大量的證據表明,廣義相對論、量子力學、大爆炸理論、進化論和遺傳密碼很可能都是正確的。這就是為什么可能永遠不會再出現另一個愛因斯坦的原因之一。


    圖3 愛因斯坦(圖源:memeburn.com)


    • 謹慎的監管問題    


    20世紀50年代末的“反應停事件”之類的問題導致對藥物研發的監管更為嚴苛。藥物監管機構的風險承受能力逐步降低,這顯著提高了新藥的準入門檻,并可能大幅增加研發的相關成本。行業內每一宗真正的或被察覺的罪惡,或是因藥物造成的不幸,都會導致監管法規收緊。


    目前無論在何種程度上,都很難看出監管環境有所放松。特朗普曾呼吁FDA撤銷對制藥公司的限制,但迄今為止,FDA專員斯科特·戈特利布(Scott Gottlieb)并沒有像一些批評家擔心的那樣采取強制措施放松管制。倫理限制也阻礙了其他領域的研究,尤其是神經科學。


    • “花大價錢解決問題”的傾向   


    許多公司應對競爭的方式是在研發中增加人力和其他資源,他們把職業上的成功等同于預算的大小。投資者和經理人現在都在質疑這種投資傾向,因而開始努力削減研發成本。然而,風險在于對影響研發投資回報的因素缺乏理解。在經濟繁榮時期,這些因素使支出相對隨意,而對其缺乏理解則可能意味著同樣會不分青紅皂白地削減成本。成本可能會下降,但不會導致效率的大幅提高。


    1968年,斯坦尼斯拉夫·萊姆(Stanislaw Lem)的經典科幻作品《其主之聲》最初以波蘭語出版,其中提到了花大價錢解決問題的傾向。該小說的敘述者是一位數學家,他正在開展一個政府資助項目,旨在解碼外星信息。他說:“監督該項目的官員認為,如果1個人在10小時內可以挖出1個1立方米的洞,那么10萬人在轉眼之間就能完成這項工作。我們的監護人就是那些認為5000位專家肯定能解決5位專家無法解決的問題的人——這種想法令人毛骨悚然。


    • 基礎研究的“燈下黑”    


    這是斯坎內爾等人確定的最微妙的因素。他們將其定義為“過高估計基礎研究(尤其是分子生物學)和蠻力篩選方法(體現在標準發現和臨床前研究過程的最初幾個步驟中)在提高分子的安全性和可靠性方面的作用的傾向”。


    在過去幾十年里,得益于雙螺旋和神經遞質的發現以及強大的基因解碼和化合物篩選工具的發明,藥物研究的方向發生了改變。基于這些進步的藥物研究被吹捧為比過去依賴直覺的偶然猜測更為理性和高效。但“分子還原論”的臨床回報被高估了。迄今為止,人類基因組計劃未能轉化為遺傳病的改良療法,而關于神經遞質的知識也沒有帶來療效更好的精神病藥物。


    2012年,“好奇波函數”博主、化學家阿舒托什·喬加萊卡爾(Ashutosh Jogalekar)指出,當我們將自己局限于精確的生物系統狹義特征時,我們就無法注意到那些不那么精確,但更廣泛、更具相關性的特征。其中的教訓很簡單——我們正在變成在路燈下找鑰匙的人,而這只是因為那里更容易發現鑰匙


    我們還可以將基礎研究的“燈下黑”稱為“魔鬼在細節”問題。核物理已成為這個問題的犧牲品。隨著20世紀30年代核聚變的發現和20世紀50年代核武器的出現,物理學家期望核聚變能很快被用于生產能量。然而70年以后這些期望仍未實現。


    • 任命“死亡藥品官”     


    斯坎內爾等人提議,為了扭轉倒摩爾定律,制藥公司應該任命一名“死亡藥品官”,對未通過研發程序的藥品進行事后分析。該官員將向公司、美國國家科學基金會(NSF)或美國國立衛生研究院(NIH)等資助機構以及同行評審的期刊提交報告。這些藥物死亡報告將有助于找出提高研究效率的方法。


    實際上,斯坎奈爾等人希望科學能夠承擔更多的責任,這也是科學政策學者丹尼爾·薩雷維茨(Daniel Sarewitz)在2016年發表的論文“拯救科學”的主題。他認為科學“陷入了自我毀滅的漩渦,如果要逃離出去,它將不得不放棄自己受保護的政治地位,并接受它對社會其他部分的限制和義務”。可以想象,其他領域也會指派一個死亡思想官來提高效率,某些思想永不枯竭的領域除外。


    死亡思想官也許可以提出建議,哪些想法應該阻止,從而停止對其進一步投資。那是一項吃力不討好的工作,但為了科學,總得有人去做。


    你認為

    科學進步的步伐是否正在放緩?

    科學發展到極限了嗎?

    該如何打破“倒摩爾定律”?

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    作者簡介

    約翰·霍根(John Horgan)史蒂文斯理工學院科學寫作中心負責人,著作包括《科學的終結》(The End of Science)和《戰爭的終結》(The End of War)。


    本文經授權轉載自世界科學(id:World-Science)



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