Rendimientos decrecientes en el campo de la ciencia: estancamiento científico

Hoy nos hemos levantados con un interesantísimo artículo del científico e investigador Michael Nielsen, donde nos describe de una manera clara y amena un hecho sabido pero poco reconocido que dice que la ciencia (en especial la física) muestra actualmente la apariencia de ofrecer un rendimiento decreciente bastante evidente, a pesar de que tal hecho intente ser tapado por muchos profesionales debido posiblemente a que de los fondos público vive el científico, y también ellos tienen familias que mantener. Así pues normalmente se niega la mayor y se tacha de pesimista al que divulga una noticia que por otra parte tiene un soporte empírico muy claro que incluso muchos investigadores de primer nivel respaldan (aunque sea con la boca pequeña, por ejemplo la física Sabine Hossenfelder, entre muchos).

Pero bueno, el artículo de Nielsen en cuestión en su versión original (disponible para todos aquellos que hablen la lengua de Theresa May -por lo visto la expresión para los que hablen la lengua de Shakespeare es poco precisa y suena pedante :P-) es el siguiente.

Por mi parte voy a continuación a hacer una libre (y parcial) traducción de este trabajo para aquellos que no quieran (o no puedan) leer el artículo en su versión íntegra. Quede claro que todo lo que viene a continuación es una traducción libre y personal del original [y que cualquier cosa que veas entre corchetes serán comentarios o añadidos personales míos].

¿Qué son los rendimientos decrecientes y por qué suponen un problema?

[No cabe duda de que] [...] la ciencia y la tecnología son la base del avance del bienestar humano y del progreso a largo plazo de nuestra economía. Esto se ha visto reflejado durante décadas en un extraordinario crecimiento de la inversión pública en ciencia. Hoy en día, hay más científicos, más fondos para la ciencia y más artículos científicos publicados que nunca antes:

Y esto es alentador. Pero a pesar de todo este aumento en el esfuerzo, ¿estamos obteniendo un aumento proporcional en nuestra comprensión científica? ¿O estamos invirtiendo mucho más simplemente para sostener (o incluso ver una disminución en) la tasa de progreso científico?

[...]Es sorprendentemente difícil medir el progreso científico de manera significativa. [Y] Parte del problema es que es muy difícil evaluar con precisión cuán importante es cualquier descubrimiento científico dado.[...] Así pues, con esto en mente, hicimos una encuesta en la que pedimos a los científicos que comparasen los descubrimientos ganadores del Premio Nobel en sus campos. Luego utilizamos esas clasificaciones para determinar cómo creen los científicos que la calidad de los descubrimientos ganadores del Premio Nobel ha cambiado a lo largo de las décadas.

Para el premio de física, encuestamos a 93 físicos de los mejores departamentos de física del mundo (según el "Ranking de Universidades del Mundo" de Shanghai), que juzgaron 1.370 papers con descubrimientos. Las barras en la siguiente figura muestran los puntajes de cada década. El puntaje de una década es la probabilidad de que un descubrimiento de esa década se considere por un encuestado más importante que los descubrimientos de otras décadas. Tenga en cuenta que el trabajo se atribuye al año en que se realizó el descubrimiento, y no a cuando se otorgó posteriormente el premio.

La primera década tiene un mal desempeño. En esa década, el Comité del Nobel aún estaba pensando exactamente para qué era el premio. Hubo, por ejemplo, un premio por una mejor manera de iluminar los faros y las boyas en el mar. Es una buena noticia si estás en un barco, pero puntuó mal para los físicos modernos encuestados. Pero en la década de 1910, los premios fueron otorgados principalmente por cosas que concuerdan con la concepción moderna de la física.

Siguió una edad de oro de la física, desde la década de 1910 hasta la década de 1930. Este fue el momento de la invención de la mecánica cuántica, uno de los mayores descubrimientos científicos de todos los tiempos, un descubrimiento que cambió radicalmente nuestra comprensión de la realidad. También vio varias otras revoluciones: la invención de la cristalografía de rayos X, que nos permite sondear el mundo atómico; el descubrimiento del neutrón y de la antimateria; y el descubrimiento de muchos hechos fundamentales sobre la radiactividad y las fuerzas nucleares. Fue uno de los grandes periodos de la historia de la ciencia.

Después de ese período, hubo una disminución sustancial, con un renacimiento parcial en la década de 1960. Esto se debió a dos descubrimientos: la radiación de fondo cósmico de microondas y el modelo estándar de física de partículas, nuestra mejor teoría de las partículas fundamentales y las fuerzas que componen el universo. Incluso con esos descubrimientos, los físicos juzgaron cada década desde la década de 1940 hasta la década de 1980 como peor que la década de 1910 a 1930. Los mejores descubrimientos en física, según lo juzgan los propios físicos, se han ido volvieron con el tiempo cada vez menos importantes.

Nuestra gráfica se detiene a finales de los años ochenta. ¡Y la razón es que en los últimos años, el Comité Nobel ha preferido otorgar premios por el trabajo realizado en los años 70 y 80! De hecho, solo tres descubrimientos realizados desde 1990 han recibido premios Nobel [...]. Esta escasez de premios desde 1990 es en sí [muy, muy] sugerente. Las décadas de 1990 y 2000 tienen la dudosa distinción de ser las primeras décadas que el Comité del Nobel ha preferido saltarse [no han tenido más remedio ante el poco rendimiento obtenido por los científicos en estos años], otorgando en su lugar premios por trabajos anteriores [a los 90]. Y dado que los años 70 y 80 en sí tampoco fueron gran cosa [en relación a épocas anteriores], esto bien parece ser una [muy] mala noticia para la física [es decir, parece ser un claro ejemplo de lo que se conoce como distribución de rendimientos decrecientes: donde con cada vez más inversión y recursos sólo puedes obtener cada vez una menor rentabilidad].

[Pero] Incluso si a la física no le va tan bien, ¿quizás otros campos lo están haciendo mejor? Realizamos encuestas similares para el Premio Nobel de química y el Premio Nobel de fisiología o medicina [pero se ha visto que tampoco les va bien a estos campos científicos y que también presentan rasgos de rendimientos decrecientes: tenéis la gráfica y más detalles de los resultados en el artículo original].

[...] Una persona crítica podría responder que la calidad de los descubrimientos del Premio Nobel no es la misma que la tasa general de progreso en la ciencia. Ciertamente hay muchas limitaciones en esta medida. Hay por ejemplo partes de la ciencia que no están cubiertas por los Premios Nobel, especialmente las áreas más nuevas como la informática. Y el Comité Nobel ocasionalmente se pierde así un trabajo importante. Quizás podría también ocurrir que un sesgo psicológico haga que los científicos encuestados sean más propensos a venerar los premios más antiguos. Y quizás lo que más importa es la mayor parte del trabajo científico, es decir; los descubrimientos ordinarios que conforman la mayor parte de la ciencia.

Y ciertamente reconocemos estas limitaciones, y que aunque los resultados de la encuesta son sorprendentes (y apabullantemente claros), es cierto que sólo proporcionan una imagen parcial. Sin embargo, pronto veremos que existen otro tipos de evidencias independientes que sugieren que se está haciendo mucho más difícil hacer descubrimientos importantes en todos los ámbitos. Que se requiere cada vez de equipos más grandes y una preparación científica mucho más extensa, y que el impacto económico [tecnológico] en general se está reduciendo. Tomados en conjunto, estos resultados sugieren fuertes rendimientos decrecientes de nuestros esfuerzos científicos.

Cuando informamos a nuestros colegas científicos de estos rendimientos decrecientes, a veces nos dicen que esto no tiene sentido, e insisten en que la ciencia está pasando por una edad de oro. Señalan sorprendentes descubrimientos recientes, como la partícula de Higgs y las ondas gravitacionales, como evidencia de que la ciencia está en mejor forma que nunca.

Estos son, de hecho, descubrimientos asombrosos. Pero las generaciones anteriores también hicieron descubrimientos que fueron mucho más notables. Compare, por ejemplo, el descubrimiento de las ondas gravitacionales con el descubrimiento de Einstein en 1915 de su teoría general de la relatividad. La relatividad general no solo predijo las ondas gravitacionales, sino que también cambió radicalmente nuestra comprensión del espacio, el tiempo, la masa, la energía y la gravedad. El descubrimiento de las ondas gravitacionales, aunque enormemente impresionante desde el punto de vista técnico, hizo mucho menos para cambiar nuestra comprensión del universo [en realidad de momento no ha hecho nada a parte de confirmar una vez más la relatividad general, la cual data como vemos de 1915].

Y aunque el descubrimiento de la partícula de Higgs es notable, palidece al lado del panteón de partículas descubiertas en la década de 1930, incluido el neutrón, uno de los principales constituyentes de nuestro mundo cotidiano, y el positrón, también conocido como el antielectrón. El mundo de la antimateria, los quarks, etc. En cierto sentido, el descubrimiento de la partícula de Higgs es notable porque es como una especie de retorno a un estado de cosas común en la primera mitad del siglo 20, pero que es muy raro en las últimas décadas [el Higgs, además es, como el caso de las ondas gravitacionales, un mero soporte experimental -muy complejo y caro, eso sí- de una teoría que proviene nada menos que de la década de los 70. Es decir, que no ha supuesto realmente un aporte nuevo para la física teórica en ningún sentido].

[...] Considérese el progreso de la física entre 1924 y 1928. Durante ese tiempo, los físicos aprendieron que los constituyentes fundamentales de la materia tienen una naturaleza de partícula y de onda; formularon las leyes de la mecánica cuántica, llevando al principio de incertidumbre de Heisenberg; predijeron la existencia de antimateria; y muchas otras cosas además. Como dijo uno de los principales protagonistas, Paul Dirac, fue un momento en el que "incluso los físicos de segunda categoría podrían hacer descubrimientos de primera categoría" [todo era sencillo y barato, y se producían avances cada año: es decir, el rendimiento en esos momentos era muy alto].

¿Por qué la ciencia se ha vuelto mucho más cara, sin producir ganancias proporcionales en nuestra comprensión del mundo?

Un trabajo realizado por los economistas Benjamin Jones y Bruce Weinberg sugieren una respuesta parcial a esta pregunta. Han estudiado cómo los viejos científicos hacían sus grandes descubrimientos. Descubrieron que en los primeros días del Premio Nobel, los ganadores del Nobel tenían de media 37 años de edad. sin embargo con los años eso ha ido aumentado a un promedio de 47 años, un crecimiento de alrededor de una cuarta parte de la carrera laboral total de un científico.

Los científicos de hoy necesitan saber mucho más para hacer descubrimientos importantes. Como resultado, necesitan estudiar más tiempo y, por lo tanto, son mayores, antes de poder realizar su trabajo más importante. Es decir, los grandes descubrimientos son cada vez más difíciles de hacer. Y si son más difíciles de hacer, eso sugiere que habrá menos o que requerirán mucho más esfuerzo [conforme el tiempo siga transcurriendo].

De manera similar, las colaboraciones científicas ahora a menudo involucran a muchas más personas que hace un siglo. Cuando Ernest Rutherford descubrió el núcleo del átomo en 1911, lo publicó en un artículo con un solo autor: ¡él mismo! En contraste, los dos documentos de 2012 que anunciaron el descubrimiento de la partícula de Higgs tenían aproximadamente ¡mil autores cada uno! [e incluso así muchos quedaron injustamente fuera de mención] En promedio, los equipos de investigación casi cuadruplicaron su tamaño a lo largo del siglo XX, y ese aumento continúa hoy. Para progresar [un poco] en muchos campos de investigaciones actuales se requieren de muchas más habilidades que antes, de recursos costosos [normalmente millonarios o multimillonarios] y de un gran equipo de investigadores [y a pesar de toda esta inversión creciente, como vemos los resultados son cada vez peores].

Si de verdad hacer ciencia [rentable y útil] se está volviendo más difícil, ¿por qué es así?

Supongamos que pensamos que la ciencia, la exploración de la naturaleza, es similar a la exploración de un nuevo continente. En los primeros días, poco se sabe. Los exploradores exponen y descubren nuevas características importantes con facilidad. Pero poco a poco van completando el conocimiento del nuevo continente. Para hacer descubrimientos significativos, los exploradores deben ir a áreas cada vez más remotas, en condiciones cada vez más difíciles. La exploración se hace más difícil. Desde este punto de vista, la ciencia es una frontera limitada, que requiere cada vez más esfuerzo para "completar el mapa". Un día, el mapa estará casi completo y la ciencia se agotará en gran medida. Desde este punto de vista, cualquier aumento en la dificultad de descubrimiento es intrínseco a la estructura del conocimiento científico en sí mismo.

[Es decir, que el rendimiento obteniendo va decreciendo en el tiempo a pesar de mantenerse e incluso aumentarse los recursos invertidos. De hecho, este rendimiento supone que es necesario un aumento exponencial en los costes para avanzar cada vez menos lo cual supone que más pronto que tarde llegaremos a un estancamiento práctico -económico- en el avance científico en general. Siendo un claro ejemplo el hecho de que el LHC apenas aportó ningún avance teórico -repito, teórico- aún siendo el experimento más caro de la historia de la humanidad].

Si la ciencia está sufriendo rendimientos decrecientes, ¿qué significa eso para nuestro futuro a largo plazo? ¿Habrá menos ideas científicas nuevas para inspirar nuevas tecnologías de la clase que han modificado tanto nuestro mundo durante el siglo pasado?

De hecho, los economistas ven evidencia de que esto está sucediendo, en lo que llaman la desaceleración de la productividad.

Cuando hablan de la desaceleración de la productividad, los economistas están utilizando la "productividad" de una manera especializada, aunque cercana al significado cotidiano: en términos generales, la productividad de un trabajador es el ingenio con el que se hacen las cosas. Por eso, la productividad crece cuando desarrollamos tecnologías y hacemos descubrimientos que facilitan la creación de cosas.

Por ejemplo, en 1909, el químico alemán Fritz Haber descubrió la fijación de nitrógeno, una forma de extraer el nitrógeno del aire y convertirlo en amoníaco. Ese amoníaco podría entonces, a su vez, ser usado para hacer fertilizante. Esos fertilizantes permitieron que la misma cantidad de trabajadores produjeran muchos más alimentos, y así aumentó la productividad.

El crecimiento de la productividad es un signo de una sociedad económicamente saludable, una que produce continuamente ideas que mejoran su capacidad de generar riqueza. La mala noticia es que el crecimiento de la productividad en Estados Unidos ¡está bajando! ¡Ha estado cayendo desde la década de 1950, cuando era aproximadamente seis veces más alta que la de hoy! ¡Eso significa que los avances que hoy vemos en una década ocurrían cada 18 meses en la década de 1950!

Eso puede sonar sorprendente. ¿No hemos visto muchos inventos en las últimas décadas? ¿No es hoy una edad de oro para acelerar el cambio tecnológico?

No es así, argumentan los economistas Tyler Cowen y Robert Gordon. En sus libros "The Great Stagnation" y "The Rise and Fall of American Growth", señalan que la primera parte del siglo XX fue testigo del despliegue a gran escala de muchas tecnologías poderosas de propósito general: la electricidad, el motor de combustión interna, la radio, teléfonos, viajes aéreos, la línea de ensamblaje, fertilizantes y mucho más.

En contraste, reúnen datos económicos que sugieren que las cosas no han cambiado tanto desde la década de 1970. Sí, hemos tenido avances asociados a dos tecnologías poderosas de propósito general: la computadora e Internet. Pero muchas otras tecnologías han mejorado solo de manera incremental [es decir, que son meras mejoras -en ocasiones muy marginales- de tecnologías ya existentes].

Piense, por ejemplo, en la forma en que los automóviles, los viajes aéreos y el programa espacial transformaron nuestra sociedad entre 1910 y 1970 ampliando la experiencia de las personas en el mundo. Para 1970, estas formas de viaje habían llegado a algo cercano a su forma moderna; y proyectos ambiciosos como el Concorde y el Programa Apollo no lograron expandir aún más el transporte [...] el progreso reciente en el transporte ha sido sin embargo incremental [marginal] en comparación con el gran progreso de las primeras décadas del pasado siglo XX.

¿Qué está causando la desaceleración de la productividad?

El tema es controvertido entre los economistas, y se han propuesto muchas respuestas diferentes. Algunos han argumentado que es simplemente que las medidas de productividad existentes no hacen un buen trabajo midiendo el impacto de las nuevas tecnologías. Nuestro argumento aquí sugiere una explicación diferente: que son los rendimientos decrecientes en la ciencia [un proceso que sería natural e inevitable] los que están contribuyendo en realidad a una verdadera desaceleración de la productividad [en resumen: que la ciencia no aporta con nueva tecnología útil al ritmo adecuado].

Y no somos los primeros en sugerir que el descubrimiento científico está mostrando rendimientos decrecientes. En 1971, el distinguido biólogo Bentley Glass escribió un artículo en Science argumentando que los días de gloria de la ciencia habían terminado, y que ya se habían hecho los descubrimientos más importantes:

"Es difícil de creer pero se ve complicado que lleguen a volver a ocurrir descubrimientos tan asombrosos como la propuesta de Darwin sobre la evolución de la vida o la comprensión de Mendel de la naturaleza de la herencia. Después de todo, ¡estos hechos ya han sido descubiertos!"

En su libro de 1996 "The End of Science", el escritor científico John Horgan entrevistó a muchos científicos destacados y les preguntó sobre las perspectivas de progreso en sus propios campos. Lo que encontró no fue alentador. Aquí, por ejemplo, está Leo Kadanoff, un destacado físico teórico, sobre el progreso reciente en la ciencia:

"La verdad es que no hay nada nuevo a la vista. No se espera nada del mismo orden de magnitud que los logros de la invención de la mecánica cuántica, de la doble hélice de ADN, o de la relatividad. Nada de eso ha sucedido en las últimas décadas ni se espera nada similar."

Horgan le preguntó a Kadanoff si ese estado de cosas era permanente. Kadanoff se quedó en silencio, antes de suspirar y responder: "Una vez que ya has probado gran parte de las leyes naturales a las que el mundo es conforme, no puedes volver a hacerlo [las novedades dispuestas a ser descubiertas se agotan]".

Pero aunque muchas personas han expresado su preocupación por la disminución de los retornos en la ciencia, ha habido poca respuesta institucional. [...] Quizás esta falta de respuesta es en parte porque algunos científicos creen que reconocer los rendimientos decrecientes es algo así como traicionar el interés personal colectivo de todos los científicos. Al contrario, la mayoría de los científicos están a favor de una mayor financiación en la investigación [los científicos son personas, y como tal necesitan comer, siendo en este sentido el dinero público el recurso más sencillo y apetitoso]. Les gusta representar la ciencia de manera positiva, enfatizando los beneficios y minimizando lo negativo. Si bien es comprensible, la evidencia es que la ciencia se ha ralentizado enormemente por unidad de dólar invertido. Esta evidencia exige una respuesta institucional a gran escala [hay muchas cosas que hacer con el dinero público a parte de malgastarlo en derroches que en el mejor caso lleven a mejoras tecnológicas incrementales y marginales]. Debe [debería] ser un tema importante en la política pública, y en las agencias de becas en las universidades. Comprender mejor la causa de este fenómeno es importante [aunque lo primero es reconocer el propio problema], e identificar formas de revertirlo [si es que es posible] es una de las mejores oportunidades para mejorar nuestro futuro.