Nghiên cứu cơ bản: Đã qua thời hoàng kim?

Với suy nghĩ đó, Michael và Patrick - đồng sáng lập công ty cơ sở hạ tầng phần mềm Stripe - đã tiến hành một cuộc khảo sát, trong đó yêu cầu các nhà khoa học giàu kinh nghiệm so sánh các khám giá được trao giải Nobel trong lĩnh vực của họ, sau đó xếp hạng những khám phá đoạt giải Nobel đã thay đổi trong suốt các thập kỷ qua.

Đối với vật lý, Michael và Patrick đã đề nghị 93 nhà vật lý từ các cơ sở nghiên cứu vật lý hàng đầu thế giới đánh giá các cặp phát minh qua mỗi thập kỷ. Kết quả của những phát minh được giải thưởng Nobel thập kỷ đầu tiên khá khiêm tốn, do Ủy ban Nobel vẫn đang loay hoay trong việc xác định giải thưởng dành cho nghiên cứu loại nào, ví dụ có một giải thưởng cho phương pháp chiếu sáng ngọn hải đăng và phao trên biển - một phát minh mang lại nhiều ích lợi nếu bạn đang ở trên một con tàu, nhưng theo các nhà vật lý hiện đại thì không có nhiều giá trị.

Từ những năm 1910 đến thập niên 1930 là kỷ nguyên vàng của vật lý. Đây là thời điểm phát minh ra cơ học lượng tử, một trong những phát minh khoa học vĩ đại nhất mọi thời đại, đã làm thay đổi hoàn toàn sự hiểu biết của chúng ta về thực tại. Ngoài ra, còn có việc phát hiện ra tia X, cho phép chúng ta thăm dò thế giới nguyên tử; phát hiện ra neutron và phản vật chất; và nhiều vấn đề quan trọng về phóng xạ và năng lượng hạt nhân.

Sau giai đoạn đó, đã có một sự suy thoái đáng kể, mặc dù vào những năm 1960 đã có hai khám phá bức xạ nền vi sóng vũ trụ và Mô hình chuẩn của vật lý hạt - lý thuyết tuyệt vời nhất của chúng ta về các hạt cơ bản và các lực tạo nên vũ trụ. Nhưng các nhà vật lý vẫn đánh giá giai đoạn 1940 - 1980 vẫn không bằng thập kỷ thuộc giai đoạn 1910 - 1930.

Cuộc khảo sát của Michael và Patrick dừng lại vào cuối những năm 1980 do trong những năm gần đây, hầu hết giải thưởng Nobel trao cho các công trình được thực hiện trước những năm 1980, chỉ có ba khám phá thực hiện từ năm 1990 được trao giải Nobel.

Nhiều ý kiến phản đối cuộc khảo sát của Michael và Patrick với nhiều lý do như các nhà vật lý được mời khảo sát đã thiên vị hoặc không hiểu biết đầy đủ về những khám phá đã được trao giải. Michael và Patricki đã lường trước điều này bởi như đã đề cập, rất khó xác định tầm quan trọng của phát minh này so với phát minh khác. Tuy nhiên, đánh giá của các nhà khoa học vẫn là cách tốt nhất để chúng tôi có thể so sánh các khám phá.

Nếu kết quả đánh giá sự tiến bộ của ngành vật lý không khả quan, có lẽ các lĩnh vực khác sẽ tốt hơn chăng? Michael và Patrick đã thực hiện các cuộc khảo sát tương tự cho giải Nobel hóa học, sinh lý học hoặc y học. Kết quả là có tín hiệu tích cực hơn so với vật lý. Nhưng cũng giống vật lý, số lượng giải thưởng được trao trong thập kỷ 1990 - 2000 ít hơn so với bất cứ thập kỷ nào trước đó.

Cuộc khảo sát đã phác họa một bức tranh u ám: trong thế kỷ vừa qua, gần như chúng ta không tạo ra được thêm những thành tựu đột phá nào, điều này cũng cho thấy khoa học đang dần trở nên kém hiệu quả hơn.

Khi Michael và Patrick công bố kết quả này với các đồng nghiệp, có người cho rằng điều này là vô nghĩa và khẳng định rằng khoa học đang trải qua thời kỳ hoàng kim. Với những phát minh đáng kinh ngạc gần đây như tìm ra hạt Higgs và sóng hấp dẫn.

Dù đấy là những khám phá đáng kinh ngạc nhưng các thế hệ trước cũng có những khám phá tương tự, nếu không muốn nói là đáng chú ý hơn, chẳng hạn so sánh phát hiện ra sóng hấp dẫn đối với khám phá về Thuyết tương đối tổng quát của Einstein năm 1915 – lý thuyết này không chỉ đưa ra dự đoán về sóng hấp dẫn mà còn thay đổi hoàn toàn hiểu biết của chúng ta về không gian, thời gian, khối lượng, năng lượng và trọng lực trong khi phát hiện sóng hấp dẫn tuy mang lại ấn tượng rất lớn về mặt kỹ thuật nhưng ít có tác động tới sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

Và mặc dù việc phát hiện ra hạt Higgs rất đáng chú ý nhưng nó vẫn bị lu mờ trước các khám phá về hạt cơ bản những năm 1930: neutron - một trong những thành phần chính tạo nên thế giới, và positron (phản hạt electron) đã mở ra thế giới bí ẩn về phản vật chất.

Một số khác cho rằng khoa học đang phát triển tốt hơn bao giờ hết bởi vì lĩnh vực của họ đang tiến bộ rất nhanh. Chẳng hạn trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI) và kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR trong sinh học. Nhưng việc AI, CRISPR, và các lĩnh vực tương tự đang có những tiến bộ nhanh chóng không có gì đáng ngạc nhiên, bởi trong suốt tiến trình lịch sử của khoa học hiện đại, luôn có một số ngành phát triển nóng và nóng hơn các ngành khác.

Để so sánh, những khám phá quan trọng về AI trong vài năm qua bao gồm cải tiến khả năng nhận diện hình ảnh, giọng nói và chơi các trò chơi như cờ vây tốt hơn con người. Đây là những kết quả hết sức ý nghĩa và dù lạc quan là nghiên cứu về AI sẽ có tác động rất lớn trong những thập kỷ tới nhưng rõ ràng phải mất nhiều thời gian, tiền bạc và công sức để đạt được những kết quả này, và nó cũng chưa tạo ra đột phá đáng kể so với việc thay đổi toàn bộ nhận thức về thế giới trong những năm 1920.

Vậy tại sao khoa học được đầu tư nhiều hơn, nhưng lại không tạo ra kết quả tương xứng cho hệ thống tri thức của chúng ta? Công trình của các nhà kinh tế học Benjamin Jones và Bruce Weinberg đã trả lời được một phần vấn đề này. Họ đã nghiên cứu tuổi tác của các nhà khoa học khi tạo ra những phát minh vĩ đại và tìm thấy rằng trong những ngày đầu của giải Nobel, các nhà khoa học Nobel tương lai đều có độ tuổi trung bình là 37 tuổi khi bắt đầu thực hiện các nghiên cứu. Nhưng trong thời gian gần đây, độ tuổi đã tăng lên là 47 tuổi - tăng khoảng 1/4 thời gian trong sự nghiệp của một nhà khoa học. Có lẽ các nhà khoa học ngày nay cần phải tích lũy nhiều kiến thức hơn để tạo ra những khám phá quan trọng. Bởi vậy họ phải học lâu hơn, và nhiều tuổi hơn trước khi có thể tạo ra công trình quan trọng nhất trong sự nghiệp. Những phát minh vĩ đại ngày càng khó thực hiện hơn. Do vậy, số lượng phát minh sẽ ít hơn hoặc đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn.

Bên cạnh đó, sự hợp tác khoa học cũng mở rộng hơn so với một thế kỷ trước. Khi Ernest Rutherford khám phá ra hạt nhân nguyên tử vào năm 1911, ông là tác giả duy nhất trong công bố này. Ngược lại, có khoảng một nghìn tác giả trong hai công bố năm 2012 về phát minh hạt Higgs. Trung bình, quy mô các nhóm nghiên cứu tăng gần gấp bốn lần so với thế kỷ 20, và sự gia tăng đó vẫn đang tiếp tục. Nhiều vấn đề nghiên cứu hiện nay yêu cầu nhiều kỹ năng hơn, thiết bị đắt tiền và một đội ngũ lớn để tạo ra những tiến bộ.

Nếu đúng là khoa học đang ngày càng trở lên khó hơn, vậy nguyên nhân là gì? Giả sử, chúng ta hãy hình dung khoa học - sự khám phá tự nhiên – giống như khám phá một lục địa mới. Trong những ngày đầu, để có những khám phá quan trọng, những người khám phá phải đi đến những vùng xa xôi hơn, dưới những điều kiện khó khăn hơn bao giờ hết. Khoa học cũng vậy, có một biên giới hạn chế, đòi hỏi phải nỗ lực hơn nữa để “vẽ kín bản đồ”. Một ngày nào đó bản đồ sẽ gần như hoàn thành, và sẽ gia tăng độ khó của những khám phá.

Nhưng quan điểm khác cho rằng khoa học là một biên giới bất tận, nơi luôn có những hiện tượng mới được khám phá và những câu hỏi mới được trả lời, ví dụ có những biên giới mới tiếp tục mở ra trong lĩnh vực sinh học, khi chúng ta có khả năng chỉnh sửa hệ gene, tổng hợp các sinh vật mới, và hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa hệ gene của một sinh vật với hình dạng và hành vi của chúng. Điều tương tự cũng có thể xảy ra trong vật lý và hóa học, với những ý tưởng như vấn đề tái lập và những giai đoạn tái cấu trúc của vật chất. Với mỗi trường hợp, hiện tượng mới đặt ra những câu hỏi mới – đây có thể là một con đường rộng mở.

Vì vậy, nếu chúng ta thấy khoa học hiện nay đang tiến bộ dường như với tốc độ chậm hơn là bởi vì khoa học vẫn còn quá tập trung vào các lĩnh vực sẵn có - ngày càng khó khăn để phát triển. Michael và Patrick hy vọng tương lai sẽ thấy sự gia tăng nhanh chóng của các lĩnh vực mới, đặt ra những câu hỏi mới quan trọng. Đây sẽ là cơ hội để khoa học tăng tốc.

Việc khoa học đang tiến bộ chậm sẽ ảnh hưởng như thế nào với tương lai của chúng ta? Sẽ có ít kiến thức khoa học mới hơn để truyền cảm hứng cho các công nghệ mới mang tính định hình lại thế giới của chúng ta như trong quá khứ không?

Thực tế, các nhà kinh tế đã có những bằng chứng về điều đang xảy ra, mà họ gọi là sự suy giảm năng suất. Nhưng điều gì gây ra sự suy giảm năng suất?

Chủ đề này đang gây tranh cãi giữa các nhà kinh tế, và đã có nhiều câu trả lời khác nhau. Nếu một số người cho rằng nguyên nhân chỉ đơn giản là các phương pháp đo lường hiện tại đã không đo chuẩn tác động của công nghệ mới, còn nhà sinh vật học nổi tiếng Bentley Glass đã viết một bài báo trên Science cho rằng những ngày vinh quang của khoa học đã kết thúc. Sự thật là, trong vài thập kỷ không có phát minh nào có ý nghĩa tương đương với thành tựu phát minh ra cơ học lượng tử, chuỗi xoắn kép hoặc thuyết tương đối.

Trong khi bằng chứng cho thấy khoa học đã phát triển chậm lại rất nhiều so với lượng đầu tư về thời gian và tiền bạc thì các tổ chức nghiên cứu khoa học và tài trợ cho khoa học cần phải có sự thay đổi trong chính sách đầu tư cho khoa học để khoa học có thể phát triển nhanh hơn.