摘要：罗素·芬克（Russell Funk）不知道他的工作会触动多少神经。但随后，数百名科学家接踵而至的新闻报道和支持电子邮件也随之而来，同时也引发了批评性的强烈反对。

插图：David Parkins

罗素·芬克（Russell Funk）不知道他的工作会触动多少神经。但随后，数百名科学家接踵而至的新闻报道和支持电子邮件也随之而来，同时也引发了批评性的强烈反对。

Funk 和他的合著者认为，随着时间的推移，科学论文和专利的破坏性已经降低，这意味着新的工作不太可能使以前的文章过时。当他们在 2 年前发表论文时1，它引起了 250 多家新闻媒体的关注。今年，这一发现甚至进入了美国国会听证会。

“这太不可思议了，我仍然在让人们伸出援手，”在明尼阿波利斯的明尼苏达大学研究科学知识演变的 Funk 说。他与图森亚利桑那大学的社会学家 Erin Leahey 和法国枫丹白露欧洲工商管理学院的组织行为研究员 Michael Park 合著了这篇论文。

这项工作似乎明确了人们对现代科学影响的广泛担忧。几十年来，科学政策专家一直担心，突破性发现更难获得，反过来又导致经济增长放缓。这是当今世界上一些最有权势的科学官员正在喋喋不休的主题。

科学的破坏性真的越来越小吗——如果是这样，这有什么关系吗？

“与20世纪的巨大飞跃相比，我们今天的进步相形见绌，”美国科学技术政策办公室（OSTP）主任迈克尔·克拉西奥斯（Michael Kratsios）在4月的一次演讲中说。美国国立卫生研究院（NIH）院长杰伊·巴塔查里亚（Jay Bhattacharya）在3月份的确认听证会上承诺将有更多的“前沿研究”，而不是“渐进式进展”——然后监督了研究经费的广泛削减。

不仅仅是在美国，政客们都在谈论科学投资回报的下降。“科学和创新是进步和增长的驱动力，所以如果那里发生了什么事情，我们应该担心，”比利时鲁汶大学（KU Leuven）的战略研究员萨姆·阿特斯（Sam Arts）说。他和他的同事一直在与几个欧洲政府讨论如何帮助他们的研究系统产生更多颠覆性的发现。

然而，自从 Funk 和他的同事的论文发表以来，批评者认为它对颠覆性的衡量是有缺陷的，更广泛地说，对于如何衡量研究论文中的颠覆性或新颖性，几乎没有达成共识。

尽管如此，人们似乎确实同意突破性创新越来越难实现——但关于原因，存在许多截然不同的理论。随着辩论的继续，研究人员正在开始实验，试图更好地量化开创性工作——并提出可以促进它的策略。

Funk、Leahey 和 Park 在 2023 年报告的是，从 1945 年到 2010 年，每年的颠覆性论文数量保持不变，即使学术文章的数量激增，平均颠覆性论文的数量也有所下降（参见“颠覆性科学减少”）。如果属实，这意味着在研究中投入更多的资金和人员并没有带来突破性工作的相应收益。

他们的论文使用了 Funk 和密歇根大学 （University of Michigan） 的社会学家杰森·欧文-史密斯 （Jason Owen-Smith） 发明的一个指标2在 2016 年。他们通过检查引用模式来衡量中断。基本思想是，一篇颠覆性的文章会深刻地改变它的领域，以至于后来引用它的作品往往不会引用它的参考文献（因为它们现在大部分已经过时了）。但是，当一篇文章仅仅整合了以前的工作时，后来引用它的文章也倾向于引用前一个工作。

在后来的论文中，没有引用该文章的参考文献的文章越多，它在所谓的整合-中断 （CD） 指数上的得分就越高;它从 -1 到 1。

在 CD 指数之前，学术界还衡量论文的新颖性，计算方法是它引用来自不同学科的论文的程度3。新颖性和颠覆性似乎几乎是同义词，但新颖性指标真正衡量的是科学家是否具有不同的影响，宾夕法尼亚州匹兹堡大学（University of Pittsburgh）的信息科学家吴玲飞（Lingfei Wu）说。他说，相比之下，颠覆性指数通过对后续论文的引用影响来衡量实际结果。

但一些研究人员表示，引用率是一个难以依赖的指标。一个问题是，引用并不能可靠地表明一篇论文具有学术影响力。Arts 表示，2022 年对科学家的一项调查发现，他们引用的文章中有一半以上对被引用的论文几乎没有影响4.

另一个问题是，几十年来，引文文化发生了变化。现在的论文被引用次数比过去几十年多，而且它们倾向于引用更久以前的研究论文。与此同时，德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学（Ludwig Maximilian University of Munich）的科学社会学家卢茨·博恩曼（Lutz Bornmann）指出，过去参考文献很少的过去论文可能会无意中获得与实际变革性影响无关的高干扰分数，因为后来的论文不太可能引用之前的几篇论文。

然而，Funk 的论文确实控制了引文模式随时间的变化，并且仍然发现平均破坏性显著下降。

一些对 Funk 工作的批评者认为，由于元数据不佳，这些发现被错误地列为零参考文献的文章所扭曲，因为它们聚集在研究时期的开始。这将人为地提高他们的干扰分数。但 Funk 和他的同事在 2025 年 2 月的预印本中进行了反击5，他们认为他们的批评者自己的数据集包括更多零参考文献的论文，这些论文据说会扭曲分析。

Erin Leahey、Russell Funk 和 Michael Park（从左到右）认为，随着时间的推移，研究论文的破坏性已经降低。图片来源：Ivory Orchid Photography;罗素 J. 芬克;迈克尔·帕克

另一种方法是跟踪论文中使用的语言。Funk 的论文也尝试了这一点，跟踪了论文和专利标题中独特单词和单词组合的比例;它还分析了论文是否使用了可以说暗示创造或破坏的词语，例如“生产”或整合，例如“改进”。使用这两种方法，研究人员都认为破坏性明显下降。

但今年，Arts 和他的团队得出了不同的结论。他们检查了可追溯到 1901 年的论文的标题和摘要，以了解新名词短语或单词（例如“photon”）何时出现，并跟踪它们是如何被后来的文章引用的6.

Arts 的分析发现，各个领域在不同时期都有创新的爆发，而不是表现出新奇事物的普遍下降。“我们应该担心吗？”“当然，但这不是第一要务”。

Bornmann 说，其他论文确实支持 Funk 的结论，即破坏性和新颖性正在下降。但他仍然怀疑任何基于引用的衡量标准是否真的能抓住科学家所说的颠覆性。“我们仍然需要确凿的实证证据，”他说。

测试 CD 指数的一种方法是选择一个显然是重大的现代突破：2021 年描述 AlphaFold 的论文7，这种蛋白质结构预测工具为其创建者赢得了去年诺贝尔化学奖的一部分。Funk 说，它的 CD 指数得分很低，但他认为这是适当的。“这是一项意义深远的科学进步，但不会在概念上取代先前的生物学知识或折叠原则，”他说。然而，他警告说，随着时间的推移，它的 CD 指数可能会变得更具破坏性，因为引用 AlphaFold 突破的早期论文在发布时往往正在进行中，因此更有可能引用较早的工作。

AlphaFold 在 CD 指数上得分不高的事实表明，该指标未能完全准确捕捉到颠覆性的含义，伦敦大学学院研究研究政策的詹姆斯·威尔斯登 （James Wilsdon） 认为。总的来说，他对任何用于衡量颠覆性或新颖性的现有指标都没有说服力。“对于我们真正试图理解的内容，它们仍然相当不稳定，”他说。

Wu 表示同意，关于使用哪些措施，目前还没有达成共识，他说该领域仍处于“早期阶段”。“这就像 1920 年代或 1930 年代的量子物理学，”他说。“你看得越多，就越令人困惑。”

“颠覆性”科学更有可能来自在同一地点工作的团队

这些论点很重要，因为研究人员现在正在根据不同的新颖性或破坏性指标来分析研究资金的有效性。例如，一项研究8 上个月发表的文章指出，在过去四十年中，获得 NIH 续期资助的美国科学家比没有获得更新资助的美国科学家的研究更具新颖性——这也许说明了稳定的资助环境的长期利益。该研究通过检查研究论文中关键词和概念的独特性和趋势性来衡量新颖性。

几位科学家正在计划进行实验，以寻找更好的破坏性衡量标准。博恩曼将询问研究人员，他们认为哪些论文改变了科学范式，然后看看哪些颠覆的定量衡量标准最能预测这些观点。

哥本哈根大学研究研究系统的数据科学家罗伯塔·辛纳屈 （Roberta Sinatra） 想问科学家，尚未公开的论文是否有可能具有颠覆性，然后看看它们在发表后是否真的成为“野外”被广泛引用的突破。

“我们需要更积极的实验，而不仅仅是观察数据，”她说。

Funk 说，他现在主要关注的是改变论文、专利和资助申请中的语言，而不是引用。

尽管关于如何准确衡量颠覆性和新颖性的争论仍在继续，但新出现的共识似乎确实是科学创新越来越难实现。

这里的一个主要论点是，富裕国家的经济生产力增长——最终由创新和新技术推动——几十年来一直在放缓。例如，在他 2016 年出版的《美国增长的兴衰》（The Rise and Fall of American Growth） 一书中9经济学家罗伯特·戈登 （Robert Gordon） 认为，20 世纪享受的快速增长时代——由汽车、冲水马桶和电灯等一次性技术改进所导致——已经结束。

“20 年来，这一直是各种形式的哀叹，”Wilsdon 说。

研究人员还跟踪了多个领域的研发 （R&D） 收益递减。例如，根据一篇著名论文，今天需要的半导体研究人员来维持摩尔定律（微芯片上的晶体管数量每两年翻一番的趋势）所需的半导体研究人员是 1970 年代所需的 18 倍10由一组经济学家于 2020 年完成。他们指出，在农业生产力以及心脏病和癌症的治疗中也看到了类似的趋势。研究人员写道：“我们放眼望去，发现想法及其所暗示的指数级增长越来越难找到。

和其他研究11已经发现，自1950年以来，每十亿美元的研发支出批准的新药数量（经通货膨胀调整）大约每九年就减少一半。

Sinatra 指出，自 20 世纪中叶以来，科学资金呈爆炸式增长。从 1956 年到 2020 年，美国的研发支出实际增长了 11 倍。“研究量，从事研究的人数，呈指数级增长，”她说。

然而，在 Sinatra 看来，由此产生的突破似乎并没有相应地更令人印象深刻。“我们没有一个越来越长的值得获得诺贝尔奖的发现清单，”她争辩说。

她并不孤单;Funk 收集了 40 多篇文章，指出创新率正在下降。美国非营利性资助机构 Open Philanthropy 的经济学家马特·克兰西 （Matt Clancy） 在 2022 年调查了证据，他还认为，发现未能跟上科学家数量和研究资金的增加。“科学变得越来越难，”他总结道。

如果科学投资的回报确实在缩水，那么有很多潜在的罪魁祸首。

正如研究人员在回复 Funk 论文的电子邮件中告诉 Funk 的那样，最明显的是，科学家们现在被撰写资助申请、行政职责和教学所束缚，以至于他们几乎没有时间进行原创思考。荷兰的一项研究发现，荷兰大学的正教授花在研究上的时间不到 20.

英国剑桥大学（University of Cambridge）的科学历史学家帕特里夏·法拉（Patricia Fara）认为，与半个世纪前相比，由于学术事业和资金结构的僵化，现代研究人员去往不同寻常的方向的自由要小得多。

她说，詹姆斯·沃森 （James Watson） 和弗朗西斯·克里克 （Francis Crick） 在致力于发现著名的 DNA 结构时，实际上放弃了他们正在进行的博士学位。“如果他们现在像当时那样从他们的主要研究项目中潜逃了几个月，他们就会遇到可怕的麻烦，”她说。

另一个可能的解释是，在越来越大的出版压力下，研究人员正在 “切香肠”，在更多的论文中更薄地传播想法，减少每篇文章的破坏性或新颖性。

研究发现，NIH 资助的更新与更多创新成果相关

加拿大蒙特利尔大学（University of Montreal）的信息科学家文森特·拉里维埃（Vincent Larivière）计算，从1996年到2023年，从广泛的全球层面数据来看，每位研究人员的论文数量大约翻了一番。去年发表的一项分析发现，科学家发表的论文数量与其破坏性成反比13.

芬克补充说，这个问题不仅仅是底层平庸科学膨胀的问题。他的论文发现，诺贝尔奖得主论文以及发表在《自然》、《科学》和《美国国家科学院院刊》上的论文的颠覆性也在下降。

科学的另一个拖累因素是昂贵的设备。在伊利诺伊州埃文斯顿（Evanston）的西北大学（Northwestern University）研究管理和组织的王大顺（Dashun Wang）说，17世纪的盎格鲁-爱尔兰自然哲学家罗伯特·博伊尔（Robert Boyle）能够在他位于伦敦的联排别墅中进行实验。但今天，他指出瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机等大型基础设施的例子，“科学已经变得如此广泛和复杂”，他说。

另一个问题是，随着科学知识的扩展，科学家需要更长的时间来学习足够的知识才能走在最前沿。“我们站在巨人的肩膀上，”Wang 说。“但这些巨人，它们以指数级的速度长高。”

Sinatra 认为，颠覆性的论文仍然存在，但科学界阅读、理解和引用新作品的时间有限，这意味着每年只有一定数量的论文可以被称为突破。

她认为，“羊群效应”——社交媒体和文章的算法选择可能会使情况变得更糟——有可能使科学家的注意力集中在一小部分论文上。

“要取得突破，你需要集体关注，”她说。这意味着“可能会有我们错过的突破”。文章可能在几年甚至几十年内被忽视，然后突然被发现并被广泛引用。

但与缓慢创新相关的最棘手的问题是，研究人员已经收获了唾手可得的果实，现在注定要付出成倍的努力来获得新的发现。

如果是这样，科学突破注定会变得越来越难以实现。下游，如果没有大量的研发额外投资，技术进步和经济增长将会放缓。

然而，Funk 并不相信这就是阻碍科学发展的原因。如果这个假设是正确的，那么旧领域的发展速度应该比新领域的放缓要慢得多，因为它们唾手可得的果实已经被采摘了。

但他认为，相反，成熟和新兴研究领域的颠覆性下降速度相似。根据他的分析，专利在成熟度截然不同的技术（例如化学和计算）中的颠覆性几乎同步下降。

Funk 说，其他创意领域，如艺术，也显示出新奇感的减少。例如，一篇论文发现，在过去的半个世纪里，歌词变得更加重复14.

Funk 认为，将科学与艺术联系起来的是人们越来越关注指标的优化，无论是引用、歌曲流还是电影收入。“今天的事情比几十年前更加受指标驱动，”他说，这种对最大化代理数量的关注可能会摧毁原创性。

随着人们越来越担心科学变得越来越困难，越来越多的倡议、赠款和机构试图找到解决方案。

一个经常被提出的想法是通过为达到技术里程碑的人颁发奖励来激励进步。例如，美国国防高级研究计划局于 2004 年发起了一项挑战，该挑战要求团队制造能够在沙漠地形中行驶的自动驾驶汽车，这有助于为自动驾驶汽车行业播下种子。

另一个推动力是更快、更灵活的赠款发放。在大流行期间，一群私人资助者为科学家提供了 48 小时内的资助决定，以便他们可以立即将工作转向 COVID-19，而不是等待更缓慢的资助机制。OSTP 主任 Kratsios 在 4 月份的演讲中提到了奖品的使用和灵活的赠款。

德国和英国已经成立了创新机构，明确表示要为突破性技术和想法提供资金，而不是渐进式改进。德国的大众汽车基金会（Volkswagen Foundation）已经开始向研究人员提供资金，以探索其他资助者认为过于离奇且可能会失败的“科幻小说”想法。

Sinatra 建议，为了避免资助者只支持人工智能等少数狭隘、“性感”的研究主题，可以更随机地发放资助。一些国家，如新西兰，一直在尝试使用抽签来确定达到基本质量门槛的申请获得资助。

研究研究如何进行研究的元科学家的研究为如何为科学注入更多颠覆性提供了一些线索。Wang 和 Wu 的研究依赖于 CD 指数，表明小团队比大团队产生更具破坏性的结果15。Wu 说，这可能是因为很难想出涉及大团队的原创想法。更重要的是，大团队比小团队更有可能得到有时限的资助，这意味着他们面临着快速产生结果的压力。“你必须发布，你不能冒险，”他说。

由西北大学（Northwestern University）研究科学新奇性的布莱恩·乌兹（Brian Uzzi）合著的另一项研究表明，性别多元化的团队会产生更新颖的作品——新颖性是通过引用来自不同寻常的期刊组合的文章来衡量的，这表明不同的知识影响16——比单一性别的团队。另一篇论文发现，面对面工作而不是远程工作提高了破坏性，同样是用 CD 指数来衡量的17.

更多的资金和注意力也被投入到元科学上。去年，英国国家研究资助者成立了一个元科学部门，并指出研究资金历来“过度规避风险、有偏见、不公平和效率低下”。

但是，即使科学家们试图更好地理解研究中的颠覆性和新颖性，并想出改善它的方法，研究投资回报的问题在政治上也变得越来越有争议。

Uzzi 认为，这种氛围是 Funk 的发现让研究人员感到震惊的原因之一。“科学家们看着它说，天哪，如果是这样的话，人们就会开始把钱投入到其他事情上，”他说。

在最坏的情况下，对科学生产力下降的担忧可能会成为攻击整个研究事业的武器。“它可以被用作关闭学术界的一种方式，”Uzzi 警告说。“当然，这现在正在美国发生”。

美国国务院前研究政策官员、现在在华盛顿特区的美国科学家联合会（Federation of American Scientists）工作，他认为，疫苗和癌症治疗等领域的科学进步继续迅速发展。

然而，他说，“技术进步并不像 20 世纪的家庭制冷或广泛可用的商业航班等步骤那样具有革命性”。多诺万认为，这种重磅技术变得越来越罕见的感觉使得削减科学支出在政治上更容易。

芬克本人刚刚取消了美国国家科学基金会（National Science Foundation）的一项拨款，该拨款用于资助如何改善信息技术领域女性招聘的研究。这是在唐纳德·特朗普（Donald Trump）第二任总统任期内面临斧头的数千人之一。

“我对目前正在削减的科学资金深感沮丧，”他说。

但他警告说，不要因为担心敌对的政客会抓住这个问题而回避讨论摇摇欲坠的科学破坏性。“对我来说，面对创新放缓的现实不是对科学的威胁，而是拯救科学的一种方式。”

自然641， 836-839 （2025）

doi： https://doi.org/10.1038/d41586-025-01548-4

来源：人工智能学家