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不断变化的美国创新结构:关于经济增长的一些告诫

来源于 《比较》 2019年第5期 出版日期 2019年10月01日
文丨阿希什·阿罗拉 沙伦·贝伦佐 安德烈亚·帕塔科尼 徐政奎

3.1950—1980年:战后时期

  3.1联邦政府加大对大学研究的支持力度

  19世纪中期以后,美国研究型大学一边在继续演进,一边在任务导向型研究目标和学科建立型研究目标之间摇摆不定。尽管研究型大学的出现是为了满足实用目的,但接受了德国培训的海归学者加入这些研究型大学后,引进了一个新的研究目标,即为科学本身追求科学发展。战争结束后,联邦政府大力扩张研究规模,使大学有能力不再依靠产业界的支持而随心所欲地开展科研。到了20世纪60年代,顶级研究型大学的教员大体上都在按照自己的日程开展研究,而不再与产业研究的需求相互协调。

  联邦政府在战争年代的研发支出大幅攀升,从1940年的8320万美元飙升至1945年的13.136亿美元,创下历史新高(Mowery and Rosenberg,1999,第28页)。图4还显示自1940年开始,大学成为政府研发支出飙升的重要受益者。合成橡胶、大规模生产的盘尼西林、雷达和原子弹等重大发现向政策制定者展示了联邦政府投资于科学可能获得的收益。大学成为这些政府研究的主导者。譬如,“曼哈顿计划”转交洛斯阿拉莫斯国家实验室之前,伯克利加州大学的恩斯特·劳伦斯(Ernest Lawrence)和罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)、哥伦比亚大学的哈罗德·尤里(Harold Urey)和芝加哥大学冶金实验室的阿瑟·康普顿(A.H.Compton)等学者承担了这个项目的主要科研工作。回旋加速器的实验由明尼苏达大学、威斯康星大学、哈佛大学和康奈尔大学共同完成。麻省理工学院的放射实验室在雷达科技上取得的研究成果对盟军在英国空战中的表现至关重要(Geiger,1993,第27—29页)。

  冷战和“史普尼克危机”(Sputnik Shock)的爆发进一步证明了联邦支持学术研究的合理性。政府首先创建了原子能委员会(Atomic Energy Commission),它主要继承了“曼哈顿计划”的基础设施,随后重组美国海军研究实验室(ONR)、美国国立卫生研究院(NIH)和美国国家航空航天局(NASA)等承担特定任务的机构在战争期间发起的项目,同时联邦政府于1950年成立了国家科学基金会(National Science Foundation)来监管和协调这些研究项目。据估算,联邦政府支持大学研究的资金从1935年至1936年的4.2亿美元(按1982年美元价值计算)增长至1960年的20亿美元以上(按1982年美元价值计算),进而攀升至1985年的85亿美元。在1960年至1985年间,大学研究在GNP(国民生产总值)中的占比几乎翻了一番,从0.13增加至0.25(Mowery and Rosenberg,1993,第47页)。联邦政府向研究型大学注入资金,意味着后者不需要过多地依靠产业界的资助。此外,联邦政府在战后投入的很多资金是为了积累人力资本,支持大学教员的原创研究,即使由国防部或能源部等任务导向型机构资助的项目也不例外。因此,联邦政府对大学的研究支持使它们持续远离产业界的具体创新需求。

  3.2企业实验室的黄金年代

  政府对科学的大规模投资使企业可以在战后与大学交流人才和观点。企业实验室在1920年至1940年就已经开始飞速发展,在二战后的增长则更为迅猛。譬如,20世纪60年代末贝尔实验室处于巅峰时期,拥有15000名员工,其中包括约1200名博士(Gertner,2013)。它的14名员工获得诺贝尔奖,5位员工获得图灵奖。继20世纪30年代发现并成功开发氯丁橡胶和尼龙,并在40年代受到司法部反垄断局的调查之后,杜邦在20世纪40年代末大幅扩张了研究项目的规模(Hounshell,1988)。早期它在创新方面取得的突出成绩,就使公司内部进一步统一意见,即研究(特别是基础研究)是公司盈利和发展壮大的关键所在。政府在反垄断问题上施加的压力使公司管理层确信自己需要投资于内部研究,而不能依靠技术市场获取先进科技。到了80年代初,杜邦实验室的雇员约有6000人,研发预算超过10亿美元,而杜邦公司的销售收入约为300亿美元。它的研发支出比20年代初高出近10000倍,销售额增长了1000倍(Hounshell and Smith,1988,第9页)。

  尽管实验和试错法仍然是创新过程的核心要素,但这一时期发生的一个根本变化是,科学知识对新产品开发的指导作用不断加强。毋庸置疑,这种变化趋势在制药业表现得更加显著。从19世纪末开始,新药研发的主要方法是大规模“随机”筛选化合物,随后尝试着改善分子并对候选药物进行测试以了解其安全性和效力。不过到了20世纪六七十年代,人们在基本知识、仪器仪表和计算能力方面取得的突破,使得投资药物基础研究对制药公司的价值日益凸显(Arora and Gambardella,1994;Gambardella,1995)。譬如,研究者分解出关键性酶并弄清楚它的结构后,可以使研发出化学药剂阻断发病过程的概率大大提高。

  洛伐他汀(Lovastatin)是一款具有突破意义的他汀类药物,用于治疗血液胆固醇过高并降低心血管疾病的风险,它的开发过程清晰地展现了默沙东研究实验室(Merck Research Laboratories,MRL)如何在20世纪70年代采用这种更加科学的方法研发药物(Vagelos and Galambos,2004)。许多实验室的研究人员都发现了同一种酶——HMG-CoA还原酶。它控制着胆固醇合成序列中最慢的反应。这种能够限制反应速度的酶自然成了“众矢之的”,人们都希望抑制它的活动,因为它控制着整个反应顺序的速度。默沙东研究实验室的研究人员通过随机筛选还发现了候选产品——卤芬酯。他们利用卤芬酯降低了血液胆固醇并将其研究推进至患者临床试验阶段。默沙东研究实验室的很多研究人员都很看好卤芬酯的发展前景,但是当时的新任主管罗伊·瓦吉罗(Roy Vagelos)持不同意见。首先,这一候选产品并没有抑制胆固醇合成过程涉及的任何一种酶。其次,临床试验已经表明除了降低血液胆固醇以外,卤芬酯还产生了多种人们知之甚少的副作用。因此瓦吉罗决定将HMG-CoA还原酶的研究工作放在首位,这个团队的科学家来自华盛顿大学,刚刚被招至默沙东研究实验室的麾下。1978年,该团队发现常见的土壤微生物——土曲霉(aspergillus terreus)可以制造出抵制目标酶的活性物质。1979年,洛伐他汀取得专利权,1987年被批准以“洛伐他汀”的商标名称用于医疗。由于采用了效率更高的新药研发方法,仅在1986年和1987年这两年,默沙东研究实验室就重磅推出七款新药。此外,这些以科学为基础的新药研发方法还不断提升了默沙东的盈利状况:1960年至1989年,它的年度销量增长了29倍,从2.18亿美元增长到66亿美元。

  以科学为基础的创新需要企业雇用更多科学家,而大学正好提供了他们所需要的人力资本。在20世纪三四十年代,随着制药企业的规模日益壮大,技术成熟度不断提高,出现了第一波科学家大批进入企业工作的浪潮(Mahoney,1959)。有学者(Furman and MacGarvie,2009)提供的证据表明,1927年至1946年,重视研究的制药企业花大力气从本地的科学博士生项目中招兵买马。还要学者(Lee,2003)说明了1940年后进行研发投资和没有进行这种投资的企业在创新产出方面差异显著,而且这种差距在1940年至1960年的20年间一直保持。

  即使在这个“黄金年代”,企业实验室和创新生态体系的其他要素(如政府机构、大学和初创企业)之间仍然保持着密切的互动。施乐公司帕洛阿尔托研究中心的发展过程展示了这种互动的重要性(Rao and Scaruffi,2013)。可以说帕洛阿尔托研究中心是20世纪70年代最富创造力的研究实验室,也是现代办公技术的先驱。它的研究人员创造出第一台有图形用户界面的个人计算机、激光打印机和以太网络科技。然而,帕洛阿尔托研究中心完成的创新有不少要素来源于外部,特别是美国国防高等研究计划署(ARPA)在斯坦福研究所(Stanford Research Institute,SRI)赞助的增智研究中心(Augmentation Research Center,ARC)。增智研究中心在20世纪60年代中期开发出了位图屏幕、鼠标、超文本、协作工具和图形用户界面的前身,且取得这些成果的时间远远早于私营部门。帕洛阿尔托研究中心招募了不少曾供职于增智研究中心的研究人员(如Robert Taylor),吸取了该中心早期的很多技术成果,从中受益匪浅(Hiltzik and others,1999)。但后来帕洛阿尔托研究中心的创新溢出到其他机构。1979年24岁的斯蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)造访帕洛阿尔托研究中心的故事众所周知。乔布斯将帕洛阿尔托研究中心的很多核心创新融入Apple Lisa个人计算机和Macintosh电脑。曾经为帕洛阿尔托研究中心开发出第一代用户友好型文字处理程序(即Bravo)的查尔斯·西蒙尼(Charles Simonyi)也离开了帕洛阿尔托研究中心去微软工作。他在那里负责监督办公应用软件的开发。如今回顾那段历史,施乐公司屡屡未能使帕洛阿尔托研究中心研发的技术实现商用。唯一的例外是与公司核心业务紧密相关的发明创造,如激光打印机。这些成功实现商用的科研成果使施乐公司赚得盆满钵满。尽管帕洛阿尔托研究中心的工作会出现失误而且其科研成果产生了溢出效应,但至少在当时,这些发明足以使公司收回对该研究中心的投资。

  激光科技的早期发展过程也展示了创新生态体系中各个元素之间的互动情况。创造激光的主要理论工作是由哥伦比亚大学的查尔斯·唐斯(Charles Townes)和贝尔实验室的阿瑟·肖洛(Arthur Shawlow)共同完成的(Schawlow and Townes,1958)。1953年查尔斯·唐斯在哥伦比亚大学放射实验室发明的氨气微波激射器是学界不断提高频率,从无线电、微波向红外光和可见光逐步进阶的自然演进过程中的一部分。不过私营部门在可见光区的光子受激发射研究上也颇具潜力,譬如美国电话电报公司和美国无线电公司认识到可见光的信息量远比微波波段的信息量丰富(Gertner,2013;Hecht,1992)。另一方面,大学迟迟未能以肖洛和唐斯发表的“微波激射器论文”为基础深入探索这个主题。戈登·卡尔德(Gordon Gould,他在哥伦比亚大学起草了“激光备忘录”)等大批大学科学家离开象牙塔,加入技术研究集团(Technical Research Group,TRG)等企业。由于既获得不菲的国防资金,又拿到大笔民间资助,所以美国电话电报公司、休斯飞机公司、技术研究集团、IBM和美国光学公司等为科学家提供的职位薪酬都相当可观。这种人才流动也反映在该产业发表的大量科研论文上。有学者利用文献计量学分析了1963年《物理学摘要》(Physics Abstracts)上接受了同行评审的科研期刊,发现美国研究者发表的激光论文中有71%是由企业科学家完成的(Bromberg,1991,第98页)。半导体掺杂、真空室建设和拉晶法等辅助性工程学技巧需要大量隐性知识。因此,能够保存并传递这类知识的企业对它们的后续突破做出了贡献。譬如,尽管IBM集团进入激光研发领域的时间较晚,但它们在数年间积累的知识和专业技术帮助它们在20世纪60年代开发出染料激光器和半导体激光器。这是激光设备向体积小型化迈出的重要一步。时至今日,这些技术仍然用于光纤数据链接(Guenther et al.,1991)。

  总之,二战后出现的创新生态体系见证了研究型大学在联邦资金的刺激下强势崛起。在这一时期,企业实验室的科研队伍一直保持极高的水准,并对研究所需的辅助性仪器仪表和实验设备进行了投资。企业借此轻松获得最新科研成果,并将大学科学家招募至自己的实验室。在此期间,人们责备企业未能深入探索实验室创造出的很多发明,这种指责或许并不公平。随着研究型大学持续扩张,企业从外部获取发明创新的能力也随之水涨船高。这些变化导致企业越来越难找到合适的理由对内部研究投入大笔资金。之后,自20世纪最后25年开始,美国的创新生态体系发生了翻天覆地的变化。

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版面编辑:吴秋晗
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