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为什么越来越多博士逃离科研?
2020-07-3028660

为什么越来越多博士逃离科研?

当我们漠视蚂蚁存在的意义的时候,我们就在抹煞自己存在的意义。

因为整个人类的科学研究遇到了瓶颈!

(以下是我个人的一些看法与方承志老师和袁岚峰老师的看法基本一致,不过袁岚峰老师的看法是人类必然将取得突破,本人对此并不乐观。)

《自然哲学的数学原理》出版于1687年,里面有著名的牛顿三大定律。然后在1733年工业开始机械化,1785年瓦特发明蒸汽机,开启第一次工业革命。

《电磁场的动力学理论》发表于1865年,其中有大名鼎鼎的麦克斯韦方程组,1876年2月,贝尔呈交电话专利申请。第二次工业革命开始改变世界。

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科研领域在加速发展

普通人认知永远不变

薛定谔波动方程,1926年由奥地利理论物理学家薛定谔提出。1941年夏天第一台计算机诞生,掀开了第三次工业革命的序幕。

开启三次工业革命的其实是基础理论或者更确切地说是物理理论的突破。三大力学定律,让工程师可以设计出完美的机械。麦克斯韦方程组,指导人们设计出发电机,电报,电话。薛定谔方程让人们能够在晶片上设计出量子阱,进一步把所有二极管,三极管都排布在芯片里。

没有这些物理定律和公式,这些爆炸式的增长就完全不可能。

但今天,重大的物理突破在哪里?大数据?人工智能?三d打印机?对不起这不是物理突破,更多的是工程领域的应用。科学进步的效应是一种范式的革命。举例说,最早的计算机有几个房间那么大,计算能力连个游戏机都不如。这其实是基于电气技术在工程上实现的计算机,效率低下,功耗巨大。但当量子物理指导下材料科技进步以后,今天的计算机可以以微不足道的功耗和体积,达到相同的计算量。

同样,今天各国可控核聚变的设备都笨重无比,如同早年笨重的计算机,因为缺少革命性的科学理论,所有的东西都要用工程技术笨笨地往上堆砌,搞得系统无比复杂,且稳定性也很不好。在没有新科学突破的情况下,可控核聚变的小型化,商业化几乎是不可能的。

当基础科学无法突破瓶颈的时候,科学研究带来的经济增长效应就会越来越低。搞科研的受益率也会越来越低,这是一个大的趋势。在这个大趋势下,逃离科研是不可避免的。

更麻烦的地方在于,我们似乎已经被死死地卡在了这里,量子物理的几个莫名其妙的现象至今无法有一个数学上的精准的解释。第四次科技革命还遥遥无期。

在科技发展停滞的情况下,某个停滞了两千年,并在两千年中不断扩张,整合,并能以极度落后的通信技术维持超过两亿人口的文明古国将会有巨大的制度优势或者说是规模优势。

这就是目前中国崛起的真实原因,科学发展陷于停滞,只能比拼规模。

所以只要科学发展继续停滞,工程技术人员比科研者获利更多的状态就不会改变。中国超过美国的趋势就不会改变,资本主义固有矛盾大爆发的可能性就会不断增加,资产受益大于劳动受益的大趋势就不会变。

什么时候,大家在新闻上看到几个被吹上天的物理公式,那个才是世界大变革的号角。

再把逻辑梳理一下:

科学发展停滞,

科学研究对生产力的促进有限,

经济效益有限,

科研经费短缺,

业内竞争激烈,压力巨大,

从业人员减少,

科学发展更加停滞。

如果让我说,啥时候有人能提出一个新的构想完美的解释量子纠缠现象并用实验证明。可控核聚变的实现就不晚了。可惜即便在科研界,基础科学的研究经费和投入也是严重不足的。科研今天也是跟着热点走,欧洲花了十亿欧十年去用计算模拟人脑,各个癌症中心在沙特阿拉伯的资助下,丧心病狂地用各种不靠谱的方法来“攻克”癌症。各个学科玩起文字游戏来蹭热点拿经费。世界最发达的头脑都跑到华尔街圈钱去了,真看不出基础理论何时才能取得突破。

有些人认为这是一场危机。但我不认为“危机”并不能很好地描述当前的形势:“危机”这个词太乐观了。这个词给人的印象是,理论物理学家们意识到了他们的方法错误,并开始尝试改变;换句话说,他们正在觉醒,并将放弃有缺陷的方法。然而,我没有看到任何觉醒。这一学术共同体的自我反思微不足道,甚至可以说完全没有。他们做的是40年来一直在做的事情,喋喋不休地讲述自然性和多重宇宙,然后(再一次)将他们的“预测”转移到下一个更大的粒子对撞机上。

我认为“停滞”这个词能更好地描述这一状态。

萨拜因·霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)是德国法兰克福高等研究所的理论物理学家。

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经济发展到了瓶颈

基础科学没有突破

1927年服役,二战时被日军击沉的美国列克星敦号航母,最高航速33节。90年后,法国现役的核动力戴高乐号,轻了0.1吨,航速只有25节。1970年,第一台波音747用8小时从纽约飞往伦敦。

48年后,飞行时间仍是8小时。载人航天器最快时速,是阿波罗10号的3.9万千米,创造于1969年。而阿波罗10号环绕的月球,人类已46年未能再访。如今各国发射的太空探测器,仍未突破70年代的水平。火箭依然要依靠化学燃料,一如数百年来冲天的烟花。

《大停滞》一书的作者考恩(Tyler Cowen)认为,作为世界科技领头羊的美国,自从1973年以来人民的中位工资没有实质增长,经济已经进入了停滞。究其原因,他认为到1970年代,美国已经基本摘取了“低枝果实”,包括:大量土地的开发利用红利,大幅提升受教育人口的比例红利,最重要的是,目前支撑经济的主要科技都是1940年前发明的,在这之后最重要的发明只有计算机,其他乏善可陈,技术领域形成一种“高原平台”的停滞景观。

事实上,我们对长历史跨度宏大科技创新的研究支持考恩的观察。图一显示了人类宏大科技累积数和人口发展趋势图,无论是人口还是科技创新的累积,都呈现S曲线,最近几十年的“高原平台”现象是明显的。

图一:宏大科技创新累积数和人口发展趋势图(横坐标年份采用Log10标尺)。人口数据来自Scott Manning population database(2008年版本),创新数据来自董洁林研究团队

再扯点淡,中国科技停滞的两千年里,有很多次战争,几十万级别的大战也有许多。但是科技突破瓶颈了吗?战争促进科学突破瓶颈的机制是万事俱备只欠投入。当前科研瓶颈的实质是物理定律达到极限,新理论连影子都没有。

所以真相是,没有战争科技可能发展得更快。战争并未加速科技发展,相反战争一直都在破坏科技进步。

有人跟我讨论实践和理论哪个重要,首先二者相辅相成。但是有一个事实是实践并不能必然导致理论升级。当然我不是天才论的支持者,不认为人类是几个少数天才引领的。我所表述的观点是,在科学发展中,除了理论和实践以外,还有一个因素叫物质基础,它也对科技发展也产生了巨大的作用。这些因素对于许多科学突破,理论突破乃至实践突破往往是决定性的。

3

战争是广大人民的灾难

却是人类文明的升华?

举例说,在非洲和美洲都没有适合圈养的大型畜类动物,美洲曾经有马但是被猎杀干净了。这原本不是一件多么大不了的事,但是缺少畜力就阻碍了农业和交通,进一步让当地文明无法从人力过渡到畜力,所以我们的先祖穿越白令海峡来到美洲,同样的起点却因为这片土地缺少畜力而被锁死在次级农业文明,到西班牙殖民者登录美洲大陆的时候,本地印第安人依然生活在部落状态,科技发展根本无法向前一步。

另外还有一个著名的岛屿叫复活节岛,这个岛上没有矿产,面积有限而又被大海包围,孤悬海外,当地人由于缺少科技文明所需的物质基础,(矿产,牲口)一直没有发展出先进的科技,在岛上的树被砍伐干净的时候,整个小岛资源耗尽,只能自相残杀。等到西方殖民者发现这个岛的时候,曾经达到2万人口规模的文明就只剩下2百多人在苟延残喘。

同样,如果阿拉伯人不把造纸术传到西方,那么西方文明也会被锁死。事实上,古希腊时期西方的科学已经有了一次大爆发,但没有纸张,导致其知识的传播和积累效率极低,所以哪怕有了科学的雏形,有了思辨的哲学,有了强大的军力依然无法换挡升级,要等到两千年后,才能有文艺复兴把当年的东西重新恢复再换挡升级。纸就是锁死西方文明的决定性物品。

如果我们把视角放大,那么地球很有可能也是一个孤岛,也是一个类似美洲一样的存在。科技进步到一定程度达到了瓶颈,而后长期停滞。也许地球文明缺少的是天外某一种稀有的陨石,或者缺少的是临近人类的一个黑洞,还有可能缺少的是某种硅基生物颠覆人类对所有生物的认知。总之,如果盲目地认为,科学发展只有实践和理论,或者仅仅凭借实践和理论就能让科学不断进步,在我看来这是太过于狂妄自大。

如果我们假定人类早生了几亿年,当石油和煤矿都没有产生的时候,人类文明的上限恐怕也最多达到畜力级别,发明内燃机这种事想都不要想。因此,物质条件是能够决定一个文明科技上限的,其作用可能比实践和理论还要大。

说到硅基生物,我怎么觉得硅基生物(类机器人形态)更适合在宇宙中生存呢?也许我们不过是碳基向硅基过渡的中间物种。

今天我所谈的科技所遇到的瓶颈,有可能也是缺乏了某些必要的物质基础,而缺少某些重要物质基础极有可能限制了我们的想象力,使我们无法在理论上取得突破。这就好比你跟天生瞎子的人描述太阳,在没有”眼睛“这个物质基础的前提下,他无论怎么努力都不可能想象出太阳如何发光的。

我们所能观测到的宇宙恐怕也并未包含宇宙中所有的现象。人类所有的科技发展几乎都是先观测到一个现象,再从这个现象中找到规律。如果,如果有些极限状态无法观测,那么科技如何推进呢?

因此,实践,理论,物质基础,缺一不可。在有限的物质基础决定了科技的上限,科技不可能无限地发展下去。


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