摘要

科學(xué)突破常被認(rèn)為源于現(xiàn)有知識的新穎重組。然而，盡管全球科研人員和論文數(shù)量爆炸式增長（創(chuàng)造了更多重組機(jī)會），突破性成果的增長速度卻未同步提升。通過分析1960-2024年的4900萬篇學(xué)術(shù)論文，我們發(fā)現(xiàn)：非典型重組（atypical recombination）與顛覆性創(chuàng)新（disruptive innovation）呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)——這一規(guī)律在學(xué)科、時間、團(tuán)隊規(guī)模甚至同一論文的不同版本中均成立。對專家訪談揭示了一種替代機(jī)制：近90%的突破通過替代（displacement）領(lǐng)域內(nèi)主導(dǎo)思想實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)計量證據(jù)進(jìn)一步顯示，顛覆性論文常與它們替代掉的文獻(xiàn)主題高度重疊，表明突破源于領(lǐng)域內(nèi)替代而非跨領(lǐng)域重組。值得注意的是，方法論的替代比理論的替代耗時更長，揭示了科學(xué)知識更替的復(fù)雜動態(tài)過程。

關(guān)鍵詞：重組創(chuàng)新、替代理論、科學(xué)顛覆性、知識網(wǎng)絡(luò)、范式轉(zhuǎn)移

彭晨丨作者

論文題目：Can Recombination Displace Dominant Scientific Ideas? 發(fā)表時間：2025年6月19日 論文地址：https://arxiv.org/abs/2506.15959

背景

科學(xué)創(chuàng)新究竟如何發(fā)生？半個世紀(jì)以來，學(xué)術(shù)界存在兩大對立觀點(diǎn)：重組理論認(rèn)為突破源于跨領(lǐng)域知識拼接，如量子力學(xué)結(jié)合生物學(xué)；而替代理論則強(qiáng)調(diào)對舊范式的直接挑戰(zhàn)，如相對論顛覆傳統(tǒng)牛頓力學(xué)。前者受經(jīng)濟(jì)學(xué)模型支持，后者扎根科學(xué)史研究，但二者長期缺乏實(shí)證對話。近期，集智社區(qū)科學(xué)家林意靈、吳令飛發(fā)表新的預(yù)印本文章，通過4900萬篇論文的大數(shù)據(jù)分析與專家案例驗證，首次系統(tǒng)檢驗兩種理論的競爭關(guān)系，揭示科學(xué)突破的真實(shí)路徑。

吳令飛是集智科學(xué)家社群成員，團(tuán)隊在Nature發(fā)表多篇論文，集智公眾號也對它們進(jìn)行了深入解讀。

知識重組 vs 理論替代

重組理論奠基者韋茨曼（Weitzman）曾將創(chuàng)新比作“知識嫁接”：通過組合舊元素創(chuàng)造新可能。這一假說催生了“非典型性指數(shù)（A-index）”——若論文引用期刊組合越罕見，例如《細(xì)胞》+《物理學(xué)評論》，其創(chuàng)新性越高?！邦嵏残灾笖?shù)（D-index） ”則用于量化論文對舊知識的替代程度。

然而，當(dāng)研究者將A-index與D-index結(jié)合分析時，發(fā)現(xiàn)高度非典型引用的論文反而更少引發(fā)范式顛覆。例如，1998年人類基因組計劃論文（A-index極高）通過整合已知數(shù)據(jù)擴(kuò)展應(yīng)用，而1953年沃森-克里克的DNA雙螺旋論文（D-index達(dá)0.96）則直接替代了同年發(fā)表的鮑林三螺旋理論。

圖 1.高度非典型引用論文的興起和高度替代論文的衰落。

圖 2. 論文的非典型性與顛覆性呈負(fù)相關(guān)。

為驗證因果關(guān)系，研究團(tuán)隊追蹤了3382篇論文的預(yù)印本與發(fā)表版本。結(jié)果顯示，作者在修改中增加的跨領(lǐng)域引用（提高A-index）往往降低論文的D-index。例如，某金融學(xué)預(yù)印本引用18篇文獻(xiàn)（A-index=22），經(jīng)同行評審后增至33篇（新增生物學(xué)文獻(xiàn)），其D-index從0.15降至-0.03。這可能說明重組行為可能稀釋論文的顛覆潛力，因其轉(zhuǎn)向“知識整合”而非“替代競爭”。

圖 3. 增加論文的非典型性會減少其顛覆性。

領(lǐng)域內(nèi)的“精準(zhǔn)狙擊”

那么，顛覆性論文如何替代舊知識？通過語義分析發(fā)現(xiàn)：92%的高D值論文與其替代的參考文獻(xiàn)存在顯著主題重疊。例如，圖靈1936年開創(chuàng)計算的論文，7篇參考文獻(xiàn)全部來自數(shù)學(xué)邏輯領(lǐng)域；2017年Transformer架構(gòu)顛覆LSTM模型時，核心引用仍集中于機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域。這與重組理論預(yù)測的“跨界啟發(fā)”相反，支持替代理論的“深度本地搜索”機(jī)制，突破往往源自對領(lǐng)域核心問題的持續(xù)攻堅。

圖 4. 顛覆性工作的主題它引用最多的參考文獻(xiàn)的主題重疊。

理論與方法的時間競賽

通過大語言模型對5萬篇高D值論文分類，研究發(fā)現(xiàn)：理論替代平均比方法替代快3倍。例如，圖靈機(jī)（1937）一年內(nèi)替代丘奇的λ演算（1936），而瓦茨-斯托加茨的小世界網(wǎng)絡(luò)模型（1998）耗時30年才替代米爾格拉姆的社會實(shí)驗（1967）。這可能是因為新理論常以“邏輯優(yōu)越性”快速勝出，而新方法需經(jīng)歷工具鏈完善和學(xué)界的適應(yīng)。

圖 5. 理論的進(jìn)展很早就發(fā)生了，方法上的的進(jìn)展出現(xiàn)得比較晚。

啟示：科學(xué)創(chuàng)新要怎么做？

在“跨學(xué)科即創(chuàng)新”的時代風(fēng)尚下，本研究提示了科學(xué)突破的深層邏輯：

1. 重組創(chuàng)造多樣性，替代推動變革：非典型組合拓寬知識邊界，但顛覆性突破需深耕領(lǐng)域內(nèi)核；

2. 測量工具需謹(jǐn)慎：A-index反映知識流動性，D-index衡量范式破壞力，應(yīng)區(qū)分開對待；

3. 警惕“創(chuàng)新通脹”：當(dāng)前科研評價過度追捧跨學(xué)科指標(biāo)，可能導(dǎo)致“廣但不深”的知識泡沫。

在“大科學(xué)”時代，如何在鼓勵重組的同時培育顛覆性土壤，將是亟待解決的深層問題。

面向未來的科學(xué)學(xué)讀書會

科學(xué)是研究實(shí)踐、是理性精神，也是一個由學(xué)者、文獻(xiàn)、科研項目、科學(xué)思想與靈感等一起構(gòu)成的自組織、自生長的復(fù)雜系統(tǒng)。科學(xué)學(xué)這門學(xué)科，旨在深入理解科學(xué)研究的種種因素并推動科學(xué)發(fā)展?？茖W(xué)的迅猛發(fā)展在積累科學(xué)知識的同時，也遭遇諸多社會、倫理、政策問題：開放科學(xué)的范式如何影響科學(xué)研究的實(shí)踐？階層、性別、種族、國家等視角如何揭示科學(xué)不平等的起源？期刊編輯和審稿人如何塑造當(dāng)今的科學(xué)活動？科學(xué)人口結(jié)構(gòu)、人才激勵、科技人才流動如何影響科學(xué)發(fā)展？AI大模型如何重塑科學(xué)研究的各個環(huán)節(jié)？

為了思考和回應(yīng)科學(xué)的多元化挑戰(zhàn)、科學(xué)開放性面臨的危機(jī)，以及新興技術(shù)對科學(xué)的沖擊，集智俱樂部聯(lián)合美國匹茲堡大學(xué)博士后崔浩川、東南大學(xué)副研究員孫燁、田納西大學(xué)信息學(xué)院助理教授李愷、紐約大學(xué)阿布扎比分校博士研究生劉逢源、南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院研究員古恒宇，共同發(fā)起，這是繼「復(fù)雜系統(tǒng)下的科學(xué)學(xué)讀書會」之后的新一季科學(xué)學(xué)讀書會。讀書會已完結(jié)，現(xiàn)在報名可加入社群并解鎖回放視頻權(quán)限。

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