Nature封面：科学颠覆性进步明显「降速」，物理研究下跌100%

每一个科学和技术上的颠覆性突破，都会为人类社会带来长远的进步。其中的一种突破表现是，颠覆现有知识体系、引导科学技术向新的方向发展。

万有引力定律统一了地面物体和宇宙天体的运动规律；麦克斯韦方程组以一种近乎完美的方式统一了电和磁，并预言光就是一种电磁波；相对论和量子力学的提出，奠定了现代物理学的基础。

在人类历史长河中，为现实生活带来质变的科学和技术成果比比皆是。然而，研究发现，近 60 年内的颠覆性科学和技术已经愈发匮乏，科学进步正在「降速」。

来自明尼苏达大学和亚利桑那大学的科学家们，通过分析 Web of Science（WoS）中的 2500 万篇论文（1945–2010）和美国专利商标局（USPTO）PatentsView 数据库中的 390 万项专利（1976-2010）发现：

• 近年发表的论文和专利不太可能具有颠覆性，或者使得之前的发现（比如 DNA 双螺旋结构）过时，并将科学和技术推向新的方向；
• 相反，论文和专利更有可能巩固或进一步发展以前的工作，比如科恩－沈吕九方程（Kohn-Sham equation）；
• 科学家和发明家越来越多地使用更窄的知识片段来开发他们的新工作；
• 这种模式适用于所有主要科学领域，包括技术、医学和社会科学。

相关研究论文以「Papers and patents are becoming less disruptive over time」为题，已发表在权威科学期刊 Nature 上。

据论文描述，这种下降趋势不太可能是由已发表工作的质量或引用政策的变化导致的，而是因为科学家和发明家近几十年来一直在依赖一套较为狭窄的现有知识体系，这有利于个人的职业生涯，但不利于更普遍的科学进步。

「一个健康的科学生态系统既包含对之前工作的巩固改进，也包括新的颠覆性发现，但研究的性质正在发生变化，」论文的通讯作者、明尼苏达大学助理教授 Russell Funk 说，「随着渐进型创新越来越普遍，未来可能需要更长的时间才能取得明显推动科学发展的关键突破。」

缺乏「唾手可得的果实」？

发现与发明被认为是科学理论和技术变革的自然副产物，它们能让之前积累的知识推动未来的发展与进步。用牛顿的话来说，之前积累的知识能够让后人「站在巨人的肩膀上」，从而使未来的进步成为可能。

近几十年来，尽管新的科学和技术知识呈现出指数级增长趋势，为取得重大进展创造了成熟的条件，但也有人担心创新活动正在放缓。

以往研究发现，半导体、制药和其他领域的研究生产率正在下降，论文、专利甚至拨款申请与之前的工作相比已经变得不那么新奇，也不太可能将不同的知识领域联系起来，而这两者都是创新的前提。

另外，从发现提出到诺贝尔奖授予的年份间隔也有所增加，这表明近些年的科学和技术贡献已经无法与过去相比。

这一趋势也引起了政策制定者的关注，因为它们对经济增长、人类健康和福祉、国家安全以及应对气候变化等重大挑战的全球努力构成了重大威胁。

迄今为止，指向颠覆性科学和技术突破放缓的证据是基于对特定领域的研究，使用不同的、特定领域的指标，很难说明科学和技术领域的变化是否正在以类似的速度发生。

为此，Funk 等人利用一个新的定量指标 CD index 分析了 60 年内的 2500 万篇论文和 390 万个专利，该指标可以用来描述论文和专利如何改变科学和技术的引用网络。

他们发现，近些年的论文和专利越来越不可能推动科学和技术向新的方向发展，这种现象普遍适用于各个领域，并且适用于多种不同的基于引文和文本的指标。

就论文而言，1945-2010 年期间社会科学的颠覆性得分下降了 91.9%，而物理科学则下降了 100%；就专利而言，1980-2010 年期间计算机和通信专利的降幅为 78.7%，药品和医疗专利的降幅为 91.5%。

颠覆性科学和技术的突破正在放缓

值得注意的是，Funk 等人也通过分析替代指标复制了以上发现，这些替代指标包括论文中的文字多样性，以及使用颠覆性词汇与改进类词汇的对比。

1945-2010 年的论文标题和 1980-2010 年的专利标题的唯一/总字数显示，科学和技术中使用的语言的多样性下降（下图 a、d）；1945-2010 年的论文标题和 1980-2010 年的专利标题中每年引入的新词对数/总词对数显示，科学和技术中使用的语言的新颖性也在下降（下图 b、e）；在观察期的第一个（红色）和最后一个（蓝色）十年内，论文和专利标题中最常用动词的频率也发生了很大的变化（下图 c、f）。

论文和专利的语言变化

Funk 等人表示，他们的研究也存在一定的局限性。例如，尽管迄今为止的研究支持 CD index 的有效性，但它是一个相对较新的创新活动指标，将受益于未来有关其行为和属性的工作，特别是在跨数据源和上下文方面。系统地检查不同领域内不同引用实践影响的研究将特别有价值。

尽管如此，更全面地理解颠覆性科学和技术的下降，能使我们对未来组织科学技术生产的战略进行急需的重新思考。

不发表即灭亡？

有关当前趋势的一种理论是，颠覆性创新的所有「唾手可得的果实」都已经出现，因为现成的提高生产率的创新都已经实现。

同时，学者们有时面临着一种「不发表即灭亡」的研究文化，在这种文化内，他们的成功取决于他们发表论文或开发专利的数量。

「很多创新都来自于尝试新事物，或者从不同领域汲取想法，然后看看会发生什么，」论文的第一作者 Michael Park 说，「但如果你只是为如何尽快发表一篇又一篇的论文而焦虑，就会很少去深入阅读、思考一些可能导致这些颠覆性突破的大问题。」

尽管目前存在这样的趋势，但研究人员表示，需要注意的是，这并不意味着有更少的技术进步可以被发现。

「从气候变化到太空探索，我们迫切需要创新来解决当今最紧迫的挑战，」Funk 说，「很明显，颠覆性创新仍有巨大的机会发生，并为人类带来改善。」​

他们建议，为了促进颠覆性科学和技术的产生，学者们需要进行广泛的阅读，从而跟上快速扩展的知识前沿。

同时，高校或许需要放弃对论文/专利的数量要求，转而更关注和奖励高质量论文/专利，远离「不发表即灭亡」的研究文化，做出真正有意义的工作。