研究的收益递减:为什么投入越多,突破越少

The Diminishing Returns of Discovery: Why More Research Yields Fewer Breakthroughs

科研人员、论文与研发支出的曲线一路向上,全要素生产率与重大突破的曲线却向下走。布卢姆等人测算,今天维持摩尔定律所需的研究者数量是 1970 年代初的十八倍以上;琼斯把这一现象归因于「知识的负担」。但这未必说明人类变笨了——它更可能说明,我们把研究从一种长周期的制度安排,改造成了一种短周期的项目考核。真正稀缺的不是想法,而是容许异常存在的空间。

一、两条方向相反的曲线

先摆一个事实,它比任何论断都更让人不舒服:过去半个多世纪,投入研究的资源在指数增长,而研究本身的产出效率在持续下降。

布卢姆(Nicholas Bloom)、查尔斯·琼斯(Charles I. Jones)、范里南(John Van Reenen)与韦布(Michael Webb)2020 年发表在《美国经济评论》上的论文《想法越来越难找了吗?》给出了一个常被引用的数字:今天要维持摩尔定律那「芯片密度每两年翻一番」的速度,所需的研究者数量是 1970 年代初的十八倍以上。论文的表述相当克制——研究投入在大幅上升,研究生产率在急剧下降,而总产出之所以还在增长,是因为投入增长得更快。

这不是半导体独有的现象。同一批作者在农业上看到,1960 到 2015 年间玉米、大豆、小麦、棉花的平均单产大约翻了一番,但为此投入的研究量增长了三到二十五倍不等,研究生产率平均每年下降 4% 到 6%;在企业层面,超过 85% 的上市公司呈现「研发支出上升、研究生产率下降」的组合。

这里要先把一个常见的误读挡掉:研究生产率下降,不等于「没有进步」。它说的是进步的价格在上涨——每单位进步所需要的钱、人、时间越来越多。这个区别很重要。「进步停滞」是假的,「进步变贵」是真的,而两者的政策含义完全不同。

二、第一种解释:知识的负担

本杰明·琼斯(Benjamin F. Jones)2009 年在《经济研究评论》上的论文给出了一个结构性解释,标题带着一点悲观的幽默:《知识的负担与「文艺复兴人」之死》。

他的观察很朴素:创新者不是生在前沿上的。一个人必须先花十几年把已有知识学到手,才站得到「可以往前推一步」的位置。知识总量越大,这段路程越长。

后果是可测的:做出第一项重要贡献的年龄在上升,博士训练年限在延长,单人完成的重大创新越来越少,团队规模越来越大。所谓「文艺复兴人」——一个人同时精通几门学问并能跨界突破——不是消失了,而是被知识的分工挤掉了。

这个解释的力量在于,它不需要假设人的智力在退化。它只说一件事:前沿离起点越来越远,抵达前沿的成本随时间上升。 如果这个机制是主导的,那么研究生产率下降就是知识积累的必然副产品,任何「多投钱」的政策都只能延缓、无法逆转。

但它有一个明显的缺口:它解释了「贵」,没有解释「少」。成本上升可以被工具抵消——显微镜、计算机、现在的机器学习,本质上都是降低「抵达前沿」成本的技术。如果知识的负担是唯一变量,那么每一次工具革命都应该让曲线重新抬头一次。而事实上,有些领域确实抬头了。

三、第二种解释:低垂的果实

更流行的说法是「低垂的果实已经被摘完了」。这个比喻直观,但它偷偷塞进了一个前提:果实的总量是固定的,树就那么大。

问题在于,「可发现的东西」不是一个固定的存量,而是一个随工具扩张的空间。望远镜造出来之前,天上的果实并不存在;没有 X 射线衍射,DNA 的双螺旋也不在「待摘」清单上。每一件新工具都会长出新的枝条。所以「果实摘完了」在搜索空间封闭的领域里成立,在搜索空间仍在扩张的领域里是错的。

这个区分不是修辞上的。光刻是搜索空间正在收窄的例子:波长已经推到极紫外,物理极限近在眼前,每往前一步的代价是数量级的。而计算、生物、材料发现,是搜索空间还在扩张的例子。把两者混在一起谈「创新变难了」,必然得出一个错误的结论——以为所有领域都该用同一种办法救。

四、反方:也许我们量错了

在把「变难」当成事实之前,必须先给出最强的反方:也许下降的是我们的度量,不是研究本身。

三条具体的怀疑。

第一,全要素生产率漏掉了质量改进与免费品。布林约尔松(Erik Brynjolfsson)等人一再指出,GDP 没有把免费的搜索引擎、地图、维基百科计入产出,数字经济的「消费者剩余」大量落在统计口径之外。如果产出被低估,生产率的分子就显得虚低,下降就被夸大。

第二,突破是用后见之明定义的。我们今天说「二十世纪有那么多大突破」,是因为一百年足够长,足以筛出真正重要的东西;而近二十年的工作还没被时间筛过。拿「已被追认的伟大」去比「尚未被追认的当下」,必然得出「今不如昔」——这是幸存者偏差加上怀旧的双重账。

第三,通用技术有时滞。保罗·大卫(Paul David)关于电力的经典研究指出,电动机发明之后,工厂还要花几十年重排车间布局、重训工人,生产率红利才真正兑现。电气化如此,计算机如此,人工智能很可能也如此。用「出现十年还没改变全要素生产率」去判定它失败,是拿错了时间尺度。

但这个反方也有它的限度。测量误差很难同时解释四个相互独立的指标——作物单产、药物批准数、企业层面的销售增长、以及半导体每一代工艺的研发投入——在同方向、同量级上一起恶化四十年。所以更稳妥的结论不是「没有下降」,而是「下降真实存在,但幅度被高估,且被时滞掩盖了一部分」。

五、真正的变量:研究的组织形态

如果成本上升是真的,时滞也是真的,那么剩下的问题是:为什么有些时期、有些机构,能在同样的知识负担下持续产出?

《贝尔实验室与美国革新大时代》(The Idea Factory)提供了半个答案。贝尔实验室在很长一段时间里不按季度考核,不要求每个项目都指向产品,允许一批聪明人用几年时间研究「暂时没用」的问题。晶体管、信息论、激光、Unix 和 C 语言都出自这种安排。它靠的不是更多的钱,而是一种特定的时间结构:资助的周期长于问题的周期。

对照之下,当代科研的主流形态是项目制:三到五年的经费周期,中期考核,论文计数,成果转化指标。这种形态擅长推进已有范式内的增量工作——它把「可交付」定义得很清楚。但它系统性地不利于一件事:注意到异常。

库恩(Thomas Kuhn)在《科学革命的结构》里说得很清楚:常规科学是在既定范式内解谜,而革命始于「异常」——那些用现有范式解释不了、于是被大多数人忽略或强行归位的结果。注意到异常需要两个条件:你有余裕去看不该看的地方,以及你不至于因为三年没有产出而失去位置。短周期考核恰好同时摧毁这两个条件。

所以我的判断是:研究生产率下降的主因,不在「想法变少」,而在「容许异常的制度空间变窄」。 这不是说钱没用,而是说钱的时间尺度比数量更关键。把同样一笔钱拆成一百个三年期项目,和把它交给十个可以安静做八年的小组,产出结构会完全不同。

六、判断:两种领域,两套办法

必须承认这个判断的限度。它解释不了光刻:在接近物理极限的地方,再长的资助周期也换不回数量级的成本下降。它也可能被证伪:如果人工智能真的把「抵达前沿」的成本压到接近于零,那么「知识的负担」这个机制就会失效,今天所有的悲观测算都要重写。这是本世纪最值得盯住的一个变量,而不是一个已经解决的问题。

所以在行动上,值得把领域分成两类,用两套办法。

搜索空间仍在扩张的领域(计算、生物、材料发现):瓶颈是组织,不是钱。有效的动作是拉长资助周期、降低对短期产出的考核权重、保留一批不指向产品的岗位。反过来,加钱但维持短周期考核,很可能只是生产更多可发表、不可累积的工作。

接近物理极限的领域(先进制程、电池能量密度、航空航天):瓶颈是物理,不是制度。这里的收益递减是真的,该做的是接受它,把资源转向替代路径——新材料体系、新架构、新原理,而不是在旧路径上继续堆人。

最后回到最初那两条曲线。它们并不证明人类变笨了,也不证明进步已经结束。它们只说明一件事:当一个社会把「研究」当成可以用季度衡量的生产活动时,它买到的必然是越来越多的论文,和越来越少的意外。 而意外,恰恰是唯一没法被 KPI 预订的产出。

相关书籍