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Die folgende Arbeit wurde von Eric Gastfriend verfasst und eingereicht. Seine hier präsentierten Informationen helfen uns dabei zu verstehen, mit welcher Geschwindigkeit Technologien heutzutage voranschreiten.

90 Prozent aller Wissenschaftler die jemals gelebt haben, leben jetzt

Die einfache Statistik aus der Überschrift zeugt von der Bedeutung des exponentiellen Wachstums der Wissenschaft im letzten Jahrhundert. Das Zitat ist Derek de Solla Price, dem Vater der Szientometrie (der Lehre vom Messen der Wissenschaft) zuzuschreiben und stammt aus seinem Buch Science Since Babylon von 1961. Wenn Wissenschaft exponentiell wächst, bedeutet dies, das die technischen Errungenschaften der letzten 200 Jahre nur die Spitze des Eisberges sind.

Die Auswirkungen exponentiellen Wachstums sind für uns Menschen bekanntlich schwierig zu verstehen. Eine Legende erzählt von der Erfindung des Schachspiels: Der König von Indien versprach dem Erfinder des Spiels alles, was dieser sich wünsche. Der Erfinder wünschte sich Reiskörner: Ein Korn für das erste Feld des Schachbretts, zwei für das zweite, vier für das dritte, und so weiter, bei jedem der 63 Felder sollte sich die Menge verdoppeln. Der König lachte und gewährte ihm den Wunsch, im Glauben, die gewünschte Menge sei ziemlich klein für solch eine große Leistung. Der König war – genau wie jedes Schulkind, das die Geschichte hört – überrascht, dass zur Erfüllung dieser Forderung 1000 Mal mehr Reis notwendig wäre, als es auf der Erde gibt  und dass dieser die Größe des Mt. Everest annehmen würde. Unser Gespür ist nicht dafür geeignet, mit dem Konzept exponentiellen Wachstums umzugehen.

Glücklicherweise ist unbegrenztes exponentielles Wachstum auf der Erde unmöglich (ansonsten hätten wir keine Erde mehr). Dennoch hören wir den Satz von de Solla Price heute immer noch oft genug. Wir müssen uns fragen, ist dieser Fakt von vor 50 Jahren immer noch wahr? Entwickelt sich die Wissenschaft immer noch exponentiell?

Kurze Antwort: Ja und ja.

Price stellte korrekterweise fest, dass dieser Trend nicht unendlich weitergehen kann, sonst hätten wir irgendwann mehr Wissenschaftler als Menschen (Zombie-Wissenschaftler?). Er dachte allerdings auch, dass es um 1961 eine “Sättigung” der Wissenschaft geben würde. David Goodstein, ein Physiker bei Caltech, hielt 1994 einen Vortrag, bei dem er sagte, dass Price recht hatte und wir bereits den “Big Crunch” erreicht haben, bei dem sich der wissenschaftliche Fortschritt verlangsamt. Er nutzte dabei hauptsächlich Daten aus den USA.

Um die Frage zu untersuchen, habe ich Daten über drei Anzeichen für wissenschaftliches Wachstum zusammengetragen: die Anzahl der jährlich verliehenen Doktortitel, die Zahl der neu eingetragenen Patente und die Zahl der veröffentlichen wissenschaftlichen Arbeiten. Für diese Anzeichen habe ich versucht, internationale Daten oder zumindest Daten aus den wichtigsten Ländern zu erheben.

Vergebene Doktortitel:  Den Doktortitel als Maßstab für die Anzahl der Wissenschaftler zu benutzen, hat den Vorteil, dass dieser eine internationale Definition hat und besser vergleichbar ist, als etwa die Zahl der professionellen Forscher und Ingenieure.

Für die Länder USA, Vereinigtes Königreich, Australien, Indien und China konnte ich die Zahlen der vergebenen Doktortitel auf den Webseiten der entsprechenden Bildungsministerien finden. Die Daten für die USA gehen bis 1900 zurück aber für die meisten anderen Länder nur bis 1999. Ich habe eine lineare Extrapolation für die anderen Länder verwendet, beginnend mit dem Jahr in dem die ersten Titel im jeweiligen Land vergeben wurden. Die Grafik zeigt, dass das Wachstum in den USA exponentiell war, bis es 1971 abflachte.

Aber in den 1980ern, als Deng Xiaoping in Folge der Kulturrevolution im Amt war, beginnt China einzuspringen. Dadurch steigt die weltweite Produktion von Doktoren weiterhin exponentiell. De Solla Price stellte 1961 fest, dass sich die Anzahl der Wissenschaftler ungefähr alle 15 Jahre verdoppelt. Meine Daten zeigen, dass sich diese Quote etwas verlangsamt hat, eine Verdopplung findet etwa alle 18 Jahre statt. Das ist immer noch ziemlich schnell!

Um die Prozentzahl der derzeit lebenden Wissenschaftler errechnen zu können, muss ein wenig spekuliert werden. Wenn wir annehmen, dass jeder Wissenschaftler mit 27 seinen Doktortitel erhält und mit 80 Jahren stirbt, dann sind laut meinem Modell alle Doktoranden von 1959 bis 2012 am Leben und alle von 1900 bis 1959 verstorben (Entschuldigen Sie bitte, sollte ich Ihnen einen unzeitgemäßen Tod angedichtet haben). Nach diesem Maßstab sind exakt 90 Prozent aller Wissenschaftler, die je gelebt haben, heute am Leben. Dies nimmt natürlich alle Wissenschaftler vor 1900 aus, aber ich nehme an, diese Anzahl ist vergleichsweise klein, verglichen mit den Millionen heutigen Wissenschaftlern. Technisch gesehen sprach de Solla Price von 80-90 Prozent. Innerhalb des unsicheren Bereichs ist diese Statistik heute immer noch gültig.

 Diese Extrapolation sollte die Ergebnisse nicht zu sehr beeinflussen, weil die anderen Länder im Vergleich zu den USA 1999 relativ wenige Doktortitel verliehen haben.

Sie können am Graphen schnell erkennen, dass das Wachstum bei den Patenten immer noch exponentiell ist. Genauer betrachtet, können Sie den Einfluss vieler historischer Ereignisse erkennen. Der Fall der Berliner Mauer und das Ende der Sowjetunion zum Beispiel hat die bewilligten Patente 1991 fast auf Null sinken lassen. In Japan gab es 1991 ebenfalls einen großen Rückgang von Patenten, da in diesem Jahr die japanische Wirtschaftsblase geplatzt ist. Der erste und zweite Weltkrieg haben weltweit für einen Einbruch bei den ausgegebenen Patenten gesorgt. Wie sie vielleicht bemerkt haben, scheint der globale Trend am Ende etwas abzufallen – dies liegt allein an einem 20 prozentigen Rückgang der gewährten Patente in Japan 2014, ein Spätfolgeeffekt der Finanzkrise von 2008. Die Wachstumsrate insgesamt ist ähnlich wie bei den Doktortiteln, mit einer Verdopplung alle 19 Jahre seit 1961.

Veröffentlichte Arbeiten

Analysen über veröffentlichte wissenschaftliche Arbeiten sind in der akademischen Literatur gut belegt, de Solla Price war hier Vorreiter. Die aktuellste, umfassendste und anspruchsvollste Studie, die ich gefunden habe, stammt aus der Arbeit “Wachstumsraten der modernen Wissenschaft: eine bibliometrische Analyse basierend auf der Anzahl der Publikationen und zitierten Referenzen” (“Growth rates of modern science: A bibliometric analysis based on the number of publications and cited references”) von Lutz Bornmann und Rüdiger Mutz. Diese und andere Arbeiten auf dem Gebiet der Szientometrie bestätigen das exponentielle Wachstum der Wissenschaft – “es ist heute zu einer allgemein anerkannten These geworden.” Die Zahlen zeigen, dass sich die Anzahl der jährlich veröffentlichten Arbeiten in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts alle neun Jahre verdoppelt hat.

 Die Daten für die eingetragenen Patente stammen bis 2006 aus der WIPO Statistischen Datenbank und danach von WIPO und den Patentamt-Webseiten der jeweiligen Länder. Das Europäische Patentamt EPO wurde 1977 gegründet. Die Daten zeigen, dass es andere nationale Patentämter in ihrer Bedeutung überstrahlt. Dies ist die Folge des großen Trends der europäischen Integration.

 Der scheinbare Abfall am Ende des Graphen ist nur ein Artefakt der Schätzungsmethode. Die Forscher nahmen Zitate aus Arbeiten von 2012 um die veröffentlichten Arbeiten der vorherigen Jahre zu ermitteln. Die neuesten Arbeiten hatten noch keine Zeit, um zitiert zu werden.

Der Graph links (Figure 3) ähnelt stark der Originalkurve von Derek de Solla Price, die das exponentielle Wachstum in Abstracts aus dem Bereich Physik 1900 bis 1950 (Graph rechts) zeigte.

Mögliche Einwände

Es ist möglich, dass Sie die obigen Daten akzeptieren, aber immer noch der Schlussfolgerung widersprechen, die Wissenschaft entwickle sich exponentiell.

Einwand: Wissenschaft wird schwieriger

Als Sir Isaac Newton 1665 das Gesetz der Schwerkraft entdeckte, gab es noch nicht so viele Wissenschaftler. Demnach gab es eine Menge tief hängender Früchte zum Abgreifen (verstanden? ;)) Revolutionäre wissenschaftliche Entdeckungen waren recht häufig, aber es ist unwahrscheinlich, dass wir im nächsten Jahrzehnt etwas so Revolutionäres wie die allgemeine Relativitätstheorie bekommen werden. Anders ausgedrückt, die Schwierigkeit, wissenschaftliche Entdeckungen zu machen, könnte exponentiell noch schneller wachsen, als die Anzahl der Wissenschaftler, die wir auf die Probleme ansetzen.

Ich glaube, das ist wahr, aber es gibt eine entgegenwirkende Kraft dazu. Wissenschaft baut auf sich selber auf. Fortschritte bei der Statistik führen zu Fortschritten beim Maschinenlernen. Der Fortschritt bei der Elektrotechnik, der das Moor’sche Gesetz ermöglicht, macht diese Fortschritte beim Maschinenlernen umsetzbar. Von diesen Technologien profitieren verschiedene Felder, von Computational Biology bzw. Systembiologie bis zu sozialer Netzwerkstheorie. Während es also heute wesentlich schwieriger für einen einzelnen Wissenschaftler ist, signifikante Durchbrüche zu erzielen, stellen alle Wissenschaftler weltweit einen millionenfachen Multiplikator bei kleinen Fortschritten dar, auf denen aufgebaut werden kann.

Einwand: Unsere Maßstäbe sind gesunken

Ok, wir produzieren mehr Menschen mit einem “Dr.” im Namen und wir veröffentlichen mehr Arbeiten, aber das alles ist bedeutungslos geworden. Die meisten veröffentlichten Forschungserkenntnisse sind falsch. Patente werden für die lächerlichsten Dinge gewährt. Der schnelle Zuwachs von Doktortiteln in China könnte zu Lasten der Qualität gehen.

Es steckt wohl ein Funken Wahrheit in diesem Einwand, aber schauen wir, was dies implizieren würde: Nehmen wir an, dass in der glorreichen wissenschaftlichen Vergangenheit, im Jahr 1900, zwei Drittel aller veröffentlichten Forschungsergebnisse replizierbar waren, während es heute nur noch ein Drittel sind. Hätte die Qualität sich seitdem halbiert, hätten wir immer noch sechs Verdopplungen von “Qualitätswissenschaft”. Das reicht nicht aus, um das Argument vom Anfang zu entkräften. Außerdem sollten wir vorsichtig sein und die Vergangenheit nicht glorifizieren. Wäre Freuds Werk heute noch respektable Wissenschaft?

Schlussfolgerung

Wissenschaft und Technologie haben unsere Leben drastisch verändert. Diese Revolution fand fast vollständig in den letzten 200 Jahren statt – einem Zehntel der gesamten 200.000-jährigen Menschheitsgeschichte. Nie zuvor gab es so viele Menschen, deren einziges Arbeitsziel es war, besser zu verstehen wie die Welt funktioniert. Das hat weitreichende Implikationen für die Zukunft der Menschheit, gute und schlechte. Es ist schwer, diese wahnsinnige Geschwindigkeit von Innovationen, die auf uns zukommen, überhaupt nachzuvollziehen. Wie Mr. Bean einst sagte: “Schnallt Euch an!”

Besonderer Dank gilt meiner Forschungsassistentin Eitan Kling-Levine, die mir geholfen hat, diese Daten zusammenzutragen.

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