A tudományos csodagyár – Miért a felfedező kutatások jelentik a legjobb befektetést a társadalom számára?

Ezt a cikket először 2015-ben jelentettük meg az mta.hu korábbi honlapján.

Eric Lander az alapkutatások fontosságáról „The Miracle Machine” (A csodagyár) című előadásában beszélt a washingtoni Kongresszusi Könyvtárban, a Nemzeti Matematikai Fesztivál díszebédjén. Szövegét rövidítve, szerkesztve közöljük; az előadás teljes angol szövege itt olvasható.

Eric Lander, a Massachusetts Institute of Technology biológiaprofesszora. Kutatóként 2001-ben ő volt az első szerzője az emberi genom első térképe, a Human Genome Project eredményeit közlő Nature-tanulmánynak Forrás: University of Washington

Barack Obama tudományos tanácsadó testületének társelnöke beszédében abból indult ki, hogy a 2008-2009-es pénzügyi-gazdasági válság hatásai mindmáig érezhetők az Egyesült Államokban, Európa pedig még nehezebben evickél ki belőle. Az állami költségvetésben világszerte megszorításokkal próbálják csökkenteni a felhalmozott államadósságot, ebben a helyzetben pedig a választott vezetők érthető módon ragaszkodnak ahhoz, hogy ha valamire közpénzt fordítanak, annak legyen maximális az eredménye. Ez az attitűd az Atlanti-óceán mindkét partján hasonló jelenségekhez vezet: a kanadai és az ír kormány egyaránt azt várja el a korábban az alapkutatást támogató állami intézményektől, hogy a fejlesztő kutatásokra, az ipar közvetlen támogatására koncentráljanak, és ez áll az EU azon kezdeményezése mögött is, amely az Unió alapkutatásra irányuló vezető kutatási szervezete, az ERC költségvetését kurtította volna meg, hogy több forrás jusson infrastruktúra-fejlesztésre és gazdaságélénkítésre. (Ez ellen az elképzelés ellen érvelt [2015] május közepén Brüsszelben öt Nobel-díjas tudós társaságában a Wolf-díjas Lovász László, az MTA elnöke.)

„Itt, az Egyesült Államokban mi sem vagyunk mentesek az efféle gondolkodástól. A kongresszus előtt fekszenek törvényjavaslatok annak biztosítására, hogy el lehessen számolni az adófizetők tudományba fektetett dollárjaival (...). Vannak olyan javaslatok, amelyek köteleznék az NSF-et (Nemzeti Tudományos Alap), hogy igazolja, minden egyes ösztöndíj/grant tudományos értékei a széles nemzeti érdekhez illeszkednek (...). Szóval mi rossz lehet abban, hogy valaki pontosan látni akarja, hogyan térülnek meg az alapkutatásba fektetett összegek? A válasz az, hogy minden a világon! Rettenetes stratégia efféle szűrőt alkalmazni az alapkutatásokra. Az lesz az eredménye, hogy szokásos megtérülést kapunk – olyan projekteket, amelyek ugyan garantálják a szokásos haszonkulcsot (...), de elesünk a rendkívüli hozamoktól. Az alapkutatás alapvetően különbözik minden másfajta befektetéstől. Még mindig nem értjük igazán, hogyan működik, de rendkívüli dologról van szó: újból és újból azt tapasztaljuk, hogy az alapkutatás óriási, aránytalanul magas hozammal jár. Az alapkutatás teljesen átalakítja, jobbá teszi társadalmunkat, gazdaságunkat és honvédelmünket.

Matematikai értelemben azt mondhatjuk, hogy az alapkutatás megtérülése igen lassan lecsengő eloszlást mutat, olyannyira, hogy egyaránt esélyt ad 10:1-es, 100:1-es, 1000:1-es, sőt, 10 000:1-es megtérülésre. Lecsengése nem exponenciális, hanem annál jóval lassabb. Márpedig az itt megjelent matematikusok számára nem ismeretlen, hogy még olyan lassú lecsengésű valószínűség-eloszlások is léteznek, amelyeknél a várható megtérülés végtelen. Az alapkutatás esetében valószínűleg közelebb állunk ehhez a matematikai viselkedéshez, mint a hagyományos befektetések megtérülésénél szokásos normális eloszláshoz (...). Elképesztő jelenséggel van dolgunk, amelyet csodagyárnak neveztem el. Csodákat teremt, de működése felidézi a gyárak gépsorait is, mert a csoda jól reprodukálható.”

Példák arra, hogyan működik a „csodagyár”

„Mint tudjátok, képzettségem szerint elméleti matematikus vagyok: Princetonban kaptam az alapképzést, a mesterszakot Oxfordban végeztem. Princetonban algebrai számelméletet és topológiát tanultam, majd Oxfordban megírtam a doktori disszertációmat a csoportreprezentációs elméletről, az algebrai kódelméletről. A középiskolában elolvastam és megszerettem G. H. Hardy An introduction to the theory of numbers (Bevezetés a számelméletbe) című könyvét. (...) Hardy pontosan azért szerette a számelméletet, mert egyszerre volt szép és teljesen haszontalan. Az Egy matematikus védőbeszéde című híres esszéjében a tiszta matematikát a festészethez és a költészethez hasonlítja; nagyon büszke volt rá, hogy nincsen gyakorlati alkalmazása. (...) Nos, Hardy biztosan forog a sírjában. Mert a számelmélet és a prímszámok a nemzetbiztonsági alkalmazások és a távközlés lényegi eszközei. A nyilvánosan használt hálózatok titkosítása lényegében a számok prímtényezőkre bontásán alapszik. (...)

A másik dolog, amiről Hardy azt mondta, hogy előreláthatólag nincs alkalmazási területe, a relativitáselmélet volt. (Nevetés)

A relativitáselméletnek önmagában nincsenek matematikai gyökerei. Ha mondjuk, 1800-ban azt magyarázta volna valaki egy kongresszusi bizottságnak, hogy miért ad pénzt egy nem euklideszi geometriai ösztöndíjra, akkor így érvelhetett volna: »Igen, igen, képviselő úr, értem én, hogy kétezer évig úgy tudtuk, a párhuzamosok sohasem találkoznak, de tételezzük fel, hogy amit tudunk, nem igaz, és támogassunk valakit, aki azt tanulmányozná, hogy mi történik egy olyan, a tényeknek ellentmondó világban, ahol minden egyenest egy másik egyenes metsz, és nincsenek párhuzamosok.« Nem nehéz elképzelni, hogy ezt nem fogadták volna különösebben megértően. (...) Visszatérve Hardy kérdésére: van-e gyakorlati haszna a relativitáselméletnek? Nos, aki használta az Iphone-ját arra, hogy ma este ideutazzon, GPS-t használt, és aki GPS-t használ, az az általános relativitáselméletet használja, mert a műholdak idődilatációjának helyesbítésére valójában korrekciókat kell alkalmazni ahhoz, hogy pontos GPS-helymeghatározást kapjunk. (...)

Eukleidész Elemek című munkájának legkorábbi fennmaradt töredéke (Kr. e. 100 körül) Forrás: Wikimedia Commons

Hadd térjek át a fizikára. Amikor Charles Townes felfedezte a lézert, sokan úgy kommentálták, hogy megoldása csupán újabb problémák létrehozására jó. A dolog puszta kíváncsiskodásnak tűnt. (...) De a lézerek igenis hasznosnak bizonyultak vágásra, hegesztésre, a nyomtatókban, a CD-olvasókban, vonalkódolvasásra, szkennelésre, a bőrgyulladás (acne) és a vesekövesség gyógyítására, a szemsebészetben, a fogászatban, ujjlenyomat-elemzésre, hologramok és lézerfényjátékok céljára.

És mi a helyzet az óriási részecskegyorsítókkal? (...) Mi a mentségünk arra, hogy különös kíváncsiságunk kielégítésére ilyen mértékben fektetünk közpénzt hatalmas részecskegyorsítók építésébe? Nos, úgy néz ki, ez a berendezés biztosítja a technológiát szinkrotronok építéséhez, amelyeket az emberi fehérjék szerkezetének tanulmányozására használunk (...). Minden jó gyógyszerfejlesztési munkához szükség van a fehérjecélpontok szerkezetére, amelyeket a szinkrotronsugárzás segítségével tárnak fel. (...)

Az Ignobel-díjtól a valódi Nobel-díjig

Azután ott van Andre Geim, az a fizikus, aki laboratóriumában péntekenként „képtelenségek” témában tartott összejöveteleket. A résztvevők azt tanulmányozták például, hogyan tudnak a gekkók függőlegesen mászni és nagyon sima felületen megtapadni, ami nem hangzik túl fontos kérdésnek. De ez vezetett el a szupererős ragasztókhoz, amelyek a legsimább felülethez is képesek tapadni. Nagyon érdekelte a mágneses lebegtetés is: elhíresült annak a laboratóriumi rendszernek a kifejlesztése, amellyel egy békát lebegtetett. Ezért a teljesítményéért megkapta az Ignobel-díjat, az igazi Nobel-díj paródiáját.

Geim [és Konsztantyin Novoszjolov – a szerk.] ugyanebben a laboratóriumban celluxot használt arra, hogy nagyon vékony grafitréteget húzzon le egy grafittömbről, azután azokról a rétegekről egy újabb szalaggal további, egyre vékonyabb rétegeket, amíg el nem jutott a csupán egyetlen grafitatomból álló rétegig. Vagyis előállították a grafént – a szénatomok egy atom vastagságú rétegét. E munkájáért nem az Ignobel-, hanem a rendes Nobel-díjat kapta meg. A grafén a legvékonyabb anyag, hihetetlenül erős, hihetetlenül átlátszó, teljesen áthatolhatatlan, még héliumot sem lehet rajta átbocsátani. A békalebegtetés mögött ugyanaz a kíváncsiság munkált, mint a grafén létrehozása mögött. Nagyon nehéz előre kitalálni, melyik ötlet vezet el a békák lebegtetéséhez, és melyikből lesz grafén. (...)

Vannevar Bush, az MIT mérnöki karának dékánja (...) a háború után írt egy híres esszét egy memexnek nevezett képzeletbeli eszközről. Az írás egy olyan szerkezet ötletéről szól, amely hozzáférést biztosítana a teljes emberi tudáshoz. Elképzelése szerint sok-sok mikrofilmből állna, valamint egy visszakereső rendszerből, amelynek segítségével az emberek mindent nyomon követhetnének (...). Benne lenne az egész Kongresszusi Könyvtár, az összes felhalmozott emberi tudás. 1945-ben nem kis őrültségnek számított ilyesmiről álmodozni. És ahogy egyre többen gondolkodtak hasonló dolgokon, kifejlesztették a számítógépet. (...)

1993-ban az NSF 3,6 milliós ösztöndíjat ítélt meg néhány stanfordi kutatónak. Az ösztöndíjkérelem rövid leírása szerint a cél az volt, hogy létrehozzanak egy virtuális könyvtárat, egy óriási adatgyűjteményt, amelyben egységesen lehet hozzáférni számos, folyamatosan keletkező, hálózatba kötött információforráshoz (...). A projekten két egyetemista dolgozott – tudják, ez a munka hová fejlődött –, a nevük Sergey Brin és Larry Page. Az ő munkájukból született meg a Google.

Megnéztem a Google jelenlegi piaci értékét: 360 milliárd dollár, ami az NSF 3,6 millió dolláros ösztöndíj-befektetésének egészen pontosan százezerszeres megtérülésével egyenlő. Százezerszeres megtérülés jó hozam, persze, ha meg tudjuk szerezni. Természetesen a probléma az, hogy nem tudhatjuk előre pontosan, miből lehet megszerezni.”

A Google legelső nyitóoldala 1998-ból

Ne kérdezze, mi lesz belőle!

„Nos, a Google-hoz nem csak a közpénzbefektetés volt szükséges. (...) Mozgásba lendült a csodagyár másik alkotóeleme – a magántőke, a kockázatitőke-befektetőktől a pénzpiaci szereplőkig azért, hogy az olyan vállalkozásokat, mint a Google, elindítsák és életben tartsák. Ebben az országban csodálatos partnerség van a közszféra – a közpénzből finanszírozott alapkutatás, amelyről nem tudjuk pontosan, hogy mi lesz az eredménye, vagy hogy egyáltalán mikor lesz eredményes – és a magánbefektetők között. (...)

Amikor a közgazdászok megpróbálják kiszámítani az alapkutatásba fektetett pénz megtérülését, a számok változnak, mert nehéz mérni, de a befektetés megtérülésének becsült rátája (ROI) évi 20 százalék és évi 60 százalék között mozog. Nos, ahogy barátom és PCAST-beli kollégám, Bill Press rámutat, azt is mondhatnánk: »Ilyen megtérülés esetén a teljes nyugdíjalapomat alapkutatásba szeretném fektetni.« A probléma persze az, hogy a befektető nem tekintheti magáénak az alapkutatás teljes hozamát (...). A tudás egy részét lehet ugyan szabadalmaztatni, de ez a tudásnak csak egy nagyon kis részére vonatkozik. A természet törvényeit nem lehet szabadalmaztatni, és ez így van jól.

Tehát a csodagyárnak két alkotóeleme van. Az első alkotórész az alapkutatásba tett állami befektetés. Ennek közpénznek kell lennie. A magánbefektetők nem fektetnek be, ha nem lehet övék a befektetés teljes haszna, de az állam igen, mert az eredmény társadalmi haszon, és a gazdasági tevékenységből származó nagyobb adóbevétel formájában áll elő. A másik elem az olyan magánbefektetés, amely lehetővé teszi az alapkutatások eredményének kereskedelmi alkalmazását.

Ha azt gondoljuk, hogy a társadalmi hasznot növelni lehet azzal, hogy a hosszú távú alapkutatásra fordítható pénzt rövid távú befektetésekre csoportosítjuk át, akkor alapvetően félreértjük a csodagyár működését. A végén a legjobb esetben is csak szerény megtérülésre számíthatunk. Nos, az alapkutatásba történő befektetés problémát okoz választott képviselőinknek, mert azt mondjuk: ne önök válasszák ki a támogatandó kutatási projekteket, és ne kérjék a kutatókat arra, hogy elmagyarázzák, munkájuk hogyan kapcsolódik közvetlenül a nemzeti érdekhez. Ne kérjék őket, hogy világosan fogalmazzák meg a céljaikat, mert akkor a rövid távú haszonra fognak koncentrálni – és az ügy már el is bukott.

Tehát hogyan kellene a pénzt elosztani? Nem szívesen mondom, mert elitistának hangzik, de a szakértők ízlésére és ítéletére kell hagyatkozni abban, mit kell tanulmányozni, kutatni. Egy demokratikus társadalomban nehéz kimondani, hogy a helyes választ akkor kapjuk meg, ha a szakemberekre hallgatunk. Nem szívesen mondjuk ki. De ez a helyes válasz.

Nos, ne kérjünk korlátlan bizalmat. Ahogy Reagan elnök mondta: »Bízzál, de ellenőrizz is.« Az alapkutatás helyes monitorozása azt jelenti, hogy nem azt kérdezzük, mi fog a kasszába kerülni a következő 25 évben, hanem visszatekintve arra kérdezünk rá, hogy mi volt a hasznunk az elmúlt 25 évben. Ha továbbra is azt látjuk, hogy az elmúlt 25 évben csodásan mentek a dolgok (ami ténylegesen így történt), akkor továbbra is be kell fektetni az alapkutatásba! Azt hiszem, annak a kockázata mindig fennáll, hogy egy adott időpontban az alapkutatás magas hozama elmarad, de eddig ez még nem következett be. Működésben kell tartanunk a csodagyárat, ki kell képeznünk a csodálatos fiatal elméket, díjaznunk kell a legjobb ötleteket, mert – legalábbis eddig – még senki sem talált ki olyan rendszert, amely ennél nagyobb hatással lett volna az emberi jólétre.”