图片来自nist.gov/E. Edwards/JQI and S. Debnath/IonQ
撰文 | 乔纳森·格鲁伯（麻省理工学院经济学教授）
西蒙·约翰逊（麻省理工学院斯隆管理学院教授）
在《科学：无尽的前沿》这份报告中，范内瓦·布什及其同事认为，科学发现的可能性是无限的。自该报告问世以来的几十年所发生的事情似乎证实了他的愿景。
从早期的雷达工作，到我们已经拥有的计算机和互联网，人工智能的创新也即将出现。从青霉素的早期工作，到我们已经转向研发一系列拯救生命和延长生命的药物，到最近转向了可以进一步延长寿命的基因靶向药物。
但是，前沿是无止境的，并不意味着很容易到达那里。勘探前沿的成本正在增加，私营企业未能达到这一前沿，既有充分的理论原因，也有无奈的现实原因。私营企业没有动力去做开创性的研究，为其他企业开拓前沿。私营融资机构无法在清洁能源等资本密集型领域提供创新所需的大量资金。
在第二次世界大战后的几十年里，公共部门填补了这一空白。公共研究经费带来了科学突破，改变了世界面貌，同时推动了美国的经济增长，为美国中产阶级创造了广泛的机会。
从第二次世界大战到20世纪70年代初，以人均GDP增长为衡量标准，美国经济的增长约为平均每年2.5%。在整个收入的分配中，利益是平等的。自20世纪60年代末以来，公共部门在研发中的作用不断下降，与此同时，生产率增长放缓，大多数美国人的生活水平停滞不前。自1973年以来，人均GDP平均每年仅增长约1.7%，而且这些增长的福利绝大多数只流向了处于收入分配顶端的人。
恢复公共部门在研发过程中所扮演的角色能否使我们回到更高的生产率，并在此过程中创造广泛的经济增长和充满活力的就业市场？今天我们将提出各种证据，从创新的经济研究到令人信服的例子，以表明答案是肯定的。扩大公共资助的科学规模可以启动战后美国经济的增长引擎，其中最重要的是，可以广泛地分享这种增长的好处。
01 美国国立卫生研究院的创新机器
美国国立卫生研究院作为政府机构，为创新持续发力。诸多创新成果极大地改善了美国人的健康状况，提高了居民的平均寿命。
美国国立卫生研究院，图片来自cancer.gov
美国国立卫生研究院是世界上最大的生物医学研究公共资助者之一，每年提供370亿美元的研究资金，约占美国所有医学研究支出的1/4。该机构80%以上的资金是通过向2500家研究机构的30万名研究人员提供约5万份竞争性奖金发放的。该机构还将大约10%的预算用于自己实验室的研究，为另外6000名研究人员提供研究资金。
美国国立卫生研究院在很大程度上受到保护，免受美国公共研发史上许多其他机构所面临的资金变迁窘境的困扰。在20世纪60年代末之前，该机构资金增长迅速，在20世纪70年代初略有下降，但随后稳步增长到21世纪第一个10年的后期。虽然2010年美国国防部的开支占GDP的比例仅为1967年的60%，但美国国立卫生研究院的支出占GDP的比例却比1967年高出80%。
近年来，即使是美国国立卫生研究院也无法避免大规模的预算削减。2010—2017年，其支出资金占GDP的比例下降了约15%。此外，美国国立卫生研究院的成功，以及医学领域研发成本的不断增加，表明投入资金增速更快才合理。
美国国立卫生研究院的资助一直在创造广泛而成功的研究。该机构由27个中心和研究所组成，从最早的国家癌症研究所到最新的国家促进转化科学中心。来自这些中心和研究所的资助支持了153位诺贝尔奖获得者和195名拉斯克奖获得者。2016年，有11.5万篇论文的致谢中提及美国国立卫生研究院的支持。每项R01立项，即典型的研究导向型立项，平均产生7.36篇研究文章。此类论文平均每篇会被引用300次。
相关研究的应用范围远远超出了科学界。例如，美国国立卫生研究院资助了2010—2016年美国食品药品监督管理局（FDA）批准的所有210种新药研究。麻省理工学院的研究人员估计，每增加1000万美元的机构资金投入，就会产生2.7项额外的私营企业专利。根据增加专利带来的股市回报率估算，美国国立卫生研究院每投出1000万美元，就能为股票市场上的私营公司带来3020万美元的额外价值。这就是政府资助研究的巨大回报。
毫无疑问，这些研究给经济带来了巨大的好处。一项研究估计，美国国立卫生研究院的药品基础研究资金产生了43%的投资回报。政府机构资助也刺激了私营研究的投入：8年来，在工业研发支出中，基础研究资金每增加1美元，市场就会追加8.38美元的投资。
更重要的是，美国国立卫生研究院资助的研究在持续改善人类的健康状况并拯救生命。在经济方面，1970—2000年与研究相关的平均预期寿命增长，仅在美国就产生了95万亿美元的经济价值。例如，在过去的15年里，癌症死亡率每年下降超过1.5%。癌症死亡率每减少1%，美国人就会拥有5000亿美元的净现值。
利用相关资金取得成功的故事不胜枚举。在许多情况下，美国国立卫生研究院支持的研究从根本上改变了我们对疾病和治疗选择的理解。例如，弗雷明汉心脏研究院提供了许多早期对心血管疾病可预防的见解。它开始于1948年，在马萨诸塞州弗雷明汉镇有5000名参与者参加了相关的流行病学研究。当时，心脏病通常只在发病后治疗，而这项研究首次将吸烟、高血压、高胆固醇、肥胖症和糖尿病确定为与心脏病相关的危险因素。
研究表明，药物或生活方式方面的预防措施可以显著改善心血管的健康状况。由于这种治疗方法的变化，与心血管疾病相关的健康结果已显著改善。1969—2013年，美国的心脏病死亡率下降了67.5%；1970—2000年，相关的预期寿命有所增加，为国家财富增加了1.6万亿美元。70年后，弗雷明汉心脏研究院仍在持续发展，它现在的服务对象包括了初始参与者的子孙后代。
美国国立卫生研究院的研究同时也带来了其他显著的医学进展，包括从根本上消除疾病的疫苗。在疫苗出现之前，乙型流感嗜血杆菌（Hib）是导致儿童细菌性脑膜炎的主要原因。截至20世纪70年代中期，美国每年报告2万例乙型流感嗜血杆菌病例，产生20亿美元的医疗费用。每年有1000多名儿童因乙型流感嗜血杆菌而死，还有数千名儿童因此造成了听力障碍、癫痫、智力障碍或脑损伤。
1968年，美国国立卫生研究院资助了开发乙型流感嗜血杆菌疫苗的第一期研究。不久之后，又资助了儿童疫苗的临床试验。在20世纪80年代，美国国立卫生研究院和FDA资助的科学家发现了一种改良的偶联疫苗，即只使用特定细菌的疫苗。第一种偶联疫苗的临床试验于1987年获得FDA批准。疫苗发布后，乙型流感嗜血杆菌几乎被灭绝。如今，乙型流感嗜血杆菌的发病率比疫苗上市前下降了99%。2009年，美国仅报告了40例相关病例，为当年出生的儿童节省了37亿美元的社会费用。
必须强调，美国国立卫生研究院的资助还促进了新疗法的实现。即便在开始进行基础研究时没有关联相应的治疗性研究，但在实际的机构支持的研究中，申请拨款时虽申报的是对A病的研究，但超过一半的最终专利申报却是针对B病的治疗，即研究范围有了似乎是“无心插柳”的扩大和升级。 例如，美国国立卫生研究院的研究人员在研究一种被称为激酶（JAK）的酶时，意外发现了这种酶的基因突变，可用于对抗自身免疫性疾病，这一惊喜收获给当下带来了全新领先的治疗方法，帮助了150万名患有风湿性关节炎的美国人。
02 不仅只有美国国立卫生研究院
美国国立卫生研究院在经济效益和人类健康改善方面做出的成绩都是令人信服的。然而，卫生事业并非公费支持创新为全球经济带来巨大红利的唯一领域。
关于军工研发对民用经济效用的怀疑比比皆是。在美国，与国防相关的研发的支出始终占所有政府资助研发费用的一半以上。关于里根政府时期浪费军费开支的故事成为逸闻，例如，花110美元购买一个价值0.04美元的电子二极管，一个起钉锤435美元，一把卷尺437美元！但是，这些逸闻忽略了一点，除了这种浪费性开支，国防部在研发方面还有宝贵的投资。
恩里科·莫尔蒂、克劳迪娅·斯坦温德和约翰·范·雷宁最近的研究令人信服地证明了这一点。他们研究了近1/4个世纪以来经济合作与发展组织成员国家军工研发的变化。他们证实，更多的公共支出会增加（裹进来），而不是取代私营研发的资金（挤出去）。每1美元公共资助的军工研发支出导致的私营研发支出为2.5~5.9美元。这至少表明，军工研究正在推动更多而非更少的私营企业创新，就像美国国立卫生研究院的促进效应一样。
他们最重要的研究结论是更多的研发支出对生产力有很大的影响。结合背景看结果，他们指出，“9·11”事件后，美国军工研发的增幅从占GDP的0.45%上升到0.6%，并提高了近2%的经济增速。
在20世纪四五十年代，军工方面的相关研究对整体经济产生了积极的催化作用，而且一直持续到今天。目前在世界各地清洁地板的Roomba吸尘机器人就是典型的相关案例。
1990年，三名麻省理工学院的毕业生创立了iRobot机器人公司。1998年，这家年轻的公司从国防部高级研究计划局获得了一份研究合同，用于开发太空探索和军事防御的机器人。他们研发的Pack Bot机器人在伊拉克和阿富汗都有使用。但该公司真正的成功来自非军事领域。2002年该公司发行Roomba吸尘机器人，其设计灵感来自1997年他们为空军设计的一个叫作“探雷”（Fetch）的机器人。正如iRobot的联合创始人科林·安格尔所说，“探雷机器人的研究工作有点奇怪，我的下一个计划将是关于吸尘……军工业务也让我们学会了如何制造和销售这些吸尘机器人”。
2005年，该公司在纳斯达克上市。截至2012年，该公司已售出家用真空吸尘器机器人800万台，而国防/安全机器人的销量仅为5000台。该公司90%的收入来自消费类的机器人。
目前，该公司已在美国销售了1500万台机器人，并雇用了1000名工人。真空吸尘器机器人的份额占全球真空吸尘市场的20%，Roomba吸尘机器人的份额占真空吸尘器机器人市场的70%。军工研发为这家成功的私营企业的发展铺平了道路。
03 公共技术融资产生红利
我们已经阐述了风投模式的局限性及其对美国经济的影响。政府能帮上忙吗？美国小企业创新研究项目（SBIR）以及世界各地的类似经验表明，政府能帮上忙。
小企业创新研究是美国联邦政府支持私营研发的最大支出计划。
小企业创新研究开始于1982年。目前，联邦机构每年用于外围研究的支出超过1亿美元，其中3.2%用于奖励小企业。截至2015年，11个联邦机构参与了小企业创新研究计划。每年拨款超过20亿美元。
小企业创新研究计划有两个阶段。第一阶段是提供15万美元的赠款，用于资助9个月的概念验证工作；第二阶段是在第一阶段后的两年提供100万美元的赠款，以资助后期演示。该计划相当有选择性，只有大约10%的申请人能获得资金。对于许多小企业来说，小企业创新研究项目“是许多参与技术创新的企业家首先获得资金的地方”。
尽管预算有限，但还是取得了巨大的成功。在小企业创新研究中，通常支持初创企业早期技术的经费是私营风投的5~7倍，并且它有一个充满活力和劳动密集型的同行评审流程，允许修订立项申请，帮助初创技术公司开发核心业务。小企业创新研究还为私营企业提供了一个关键信号，表明通常风险基金避开的领域其实有潜在的投资价值。小企业创新研究获得的立项者仅占信息技术领域风投资助受助者的3%，但占生命科学领域受助者的20%，占能源/工业领域受助者的10%。
事实上，第一个获得小企业创新研究资金的是加里·亨德里克斯。他利用这笔资金组建了软件公司赛门铁克（Symantec）。他曾是机器智能公司某个项目的首席研究员，机器智能公司破产时，小企业创新研究的资金使亨德里克斯能够继续其项目。他的团队取得了成功。该项目突破性的Q&A（问答）产品带来5000万美元的销售额。亨德里克斯曾表示，该产品的发展创造了“智力和商业比萨”，迅速吸引了1400万美元的风险投资和IPO融资，聚集了管理、科学研究、工程和营销领域的顶尖人士。赛门铁克目前在全球35个国家/地区拥有超过1.2万名员工，其中6148名员工在美洲，他们大多数在美国。
图片来自esa.int
另一个值得注意的早期成功案例是高通电信公司（Qualcomm）。该公司于1987年获得小企业创新研究资金时只有35名员工，如今已增至3.8万名员工，其中约2万人在美国。正如其联合创始人欧文·雅各布斯2011年在国会上所说：
在高通早期的关键时刻，小企业创新研究的融资价值和重要性不可低估。尖端研究带来了突破性的发现，但公司为了吸引私人资金，需要支持并证明新的、有风险的和未经证实的技术的可行性。对于高通而言，小企业创新研究提供了关键启动资金的一部分。虽然它不是当时我们唯一的资金来源，但它是关键的“准入印章”，使我们能够成功地开辟私人资本来源。
小企业创新研究的成功不仅得到了显著的案例证实，而且得到了学术分析的证实。一项研究发现，获得小企业创新研究资金资助的公司比未获得的公司享有更高的就业率（增长56%）和销售业绩（增长98%）。另一项研究发现，获得第一阶段资助的公司申请专利的数量至少增加了30%，获得风投融资的机会增加了一倍，两年内获得正收益的可能性也增加了一倍。
小企业创新研究催化作用的一个最典型的新案例是因美纳的故事。因美纳成立于1998年，目标是进入新生的DNA测序市场，即由于人类基因组计划而存在的市场。作为一家初创公司，因美纳在1999—2004年获得了美国国立卫生研究院小企业创新研究资助，用于帮助其开发基因分型、并行阵列和基因表达分析技术。所有这些都在因美纳的成长中发挥了重要作用。小企业创新研究资金并不是因美纳获得的唯一融资，因为私人风投也给该公司投资。
但是，因美纳的创始人马克·戚博士指出，来自美国国立卫生研究院的小企业创新研究立项资助在早期推动公司核心技术的开发中起着关键作用，因为从私人投资者那里获得资金是很难的。国家科研委员会编写的一份案例研究给出结论：在追求近期研究目标的主流项目之外，小企业创新研究资金提供了灵活性，为过度关注长远目标的倾向提供了关键的平衡，在小公司中，这也许是不可避免的。
这项由小企业创新研究支持的研究，使因美纳迅速发展。截至2018年6月，公司拥有6200名员工，其中近4000名在美国，销售额为29.4亿美元。它在美国、巴西、英国、荷兰、中国、新加坡、日本和澳大利亚设有商务办事处。
小企业创新研究并非唯一成功资助初创公司的政府技术项目，但它在长期成功和可持续性方面相对独特。国家标准与技术研究所（NIST）是美国商务部的一个部门，其业务是“与工业和科学合作，推动创新，提高生活质量”。
该研究所与小企业创新研究有着天然的可比关系。国家标准与技术研究所成立于1901年，以确保重量和长度的标准化，并成为美国的物理实验室。国家标准与技术研究所的４名科研人员因在原子激光编码方面的工作成就卓越而获得诺贝尔物理学奖。
随着时间的推移，国家标准与技术研究所创建了重要的“墙外”计划，以促进科学向经济的转化。1981年它推出先进技术伙伴关系（ATP），旨在通过促进“具有巨大潜在社会和经济效益的高风险研究”来提高美国公司的竞争力。
最近的一项研究表明，赢得先进技术伙伴关系资助，能够使公司在14~16年后生存的概率更高。尽管取得了这一成功，但先进技术伙伴关系计划和后续的国家标准与技术研究所计划还是被国会否决了。特朗普政府提出的预算提案，将国家标准与技术研究所的计划削减了34%。
04 公共研发有风险——必须容忍失败
公共研发是一项巨大的投资，为人类健康和经济带来了巨大回报，但这也是一项高风险的投资。我们之前引用的一项研究发现，每两到三个美国国立卫生研究院的立项研究只能产生一项专利。
因此，即使是最有成效的、最典型的美国国立卫生研究院的立项研究也不会百分之百产生专利。这再次提醒人们，研发是一个过程，一个需要经过无数次尝试的过程，研发不代表一旦开始即可取得成功。但是，当你支持一个赢家时，就非常有价值了。
事实上，在对小企业创新研究项目成功度的评估中发现，这是成功度排名前1/3公司驱动的结果，也就是说，虽然许多公司获得了资助，取得巨大效益的只是相对少数的公司。
公共资助研究的目标不是让每项投资都得到回报。相反，目标应该是让赢家胜出。总体而言，投资组合具有很高的生产力。问题是，我们的政治辩论通常是抓住失败大做文章，而看不到通往成功的宏观大道。索林德拉的例子是一个具有警示性的故事。
2009年2月，奥巴马总统签署了《美国复苏和再投资法案》。这项法律涉及约8000亿美元的刺激，以帮助经济从大萧条以来最严重的衰退中复苏。作为《美国复苏和再投资法案》的一部分，资金的一个主要目标是在能源效率和可再生能源研究方面提供资助。
其目的是刺激美国清洁能源部门的增长，在短期内提供就业机会，并开发新技术，长期应对全球变暖问题。
作为该计划的一部分，政府资助了近40个新能源项目，耗资360亿美元。全面评估该计划的成功与否还为时过早，但迄今为止进展还比较顺利。截至目前，借款人只拖欠了项目贷款的2.3%。在作为该计划的部分目标而成立的所有新公司中，只有8%遭遇破产。这次融资中有很多成功的例子，如NRG太阳能公司和中美可再生能源的阿瓜卡连特光伏太阳能发电厂。该项目获得了9.67亿美元的担保贷款，用以完成电厂建设。该太阳能发电厂生产的电力可以满足23万户家庭的能源需求。它与太平洋燃气电力公司签订了一份为期25年的出售电力合同。在这25年中，零碳发电将避免向大气中排放550万吨碳，相当于每年减少了4万辆汽车的碳排放。一般而言，美国前五大太阳能项目都难以筹到足够的私人资金，但幸运的是，这个项目获得了政府的新能源投资资助。
然而，政治焦点都集中于一个失败的项目——索林德拉。这家公司生产薄膜太阳能电池，总部设在加利福尼亚州的弗里蒙特。索林德拉有一个创新计划，用圆柱形管而不是传统的平板来制造新的太阳能电池板。该公司声称，其太阳能电池板在给定年份中能发出更多的电力，并且不必跟踪太阳的移动轨迹。索林德拉是《美国复苏和再投资法案》清洁能源初创项目的第一个立项者，获得了5.35亿美元的担保贷款，用于建造一个7.5亿美元的工厂。它被政府广泛吹捧为一个成功的项目，但结果却是一次巨大的失败。
一部分原因在于索林德拉无法控制的因素：硅价格大幅下跌，使得它无法与传统的太阳能电池板竞争。另一部分原因在于索林德拉的虚假声明。2009年，该公司告诉政府，他们有签约的合同用户，在未来5年内能出售价值约22亿美元的太阳能电池板。但实际上，这些交易并未得到证实。最终索林德拉申请破产，并拖欠贷款。
这个失败案例成为清洁能源初创项目的主要辩论焦点。正如来自密歇根州的共和党人、众议院能源委员会主席弗雷德·阿普顿所说，“索林德拉将被铭记在历史书上，作为新一届政府的失败标志，政府觉得它凌驾于规则之上，渴望正面的新闻报道，而未专注于交付结果”。
但是辩论忽略的是，给索林德拉的投资仅占这一投资举措总额的1.5%，而且其他大部分投资表现良好。这一总体向好的消息被索林德拉的坏消息掩盖了。正如一位行业分析师所说，“索林德拉是该项计划的‘黑眼圈’，意味着美国太阳能产业发展上的不足”。
这类失败导致美国政府对太阳能开发的过度保守。正如一份专家报告所总结的那样，政府为太阳能技术开发提供的贷款违约率非常低，这表明联邦政府对发放贷款过于保守。此外，现有贷款集中于正在走向成功的大型项目，而不是最有可能产生新知识但风险也更大的试点设施。
对失败的担忧不仅仅表现在能源领域。过去资助尖端研究的两家公共机构现在似乎不太愿意冒风险。一项审查发现，近年来美国国立卫生研究院的拨款得分更多地倾向于“可操作性”，而不是创新性。在提交赠款提案时，三个目标中的两个通常已经完成。正如诺贝尔奖获得者罗杰·科恩伯格所指出的，“如果你自己不能确定提出的工作是否能够成功，那么它就不会得到资助”。
这种保守的观点甚至延伸到了负责承担巨大风险的机构——国防部高级研究计划局。它近年来已经转向资助近期风险较低的研究。正如哈佛大学病理学教授唐·英格伯指出的，“国防部高级研究计划局似乎正在转向美国国立卫生研究院的那种时间更短、风险更低的模式”。
成功的科学项目应该包括失败。回想一下风险投资的典型失败模式。风投资本家从少部分投资中获得绝大部分的回报。如果我们希望公共部门促进创新，我们就不能要求它的投资成功率比私营机构高得多。如果不接受失败，则不会愿意承担风险。如果不承担风险，将不可能有大胆的成功。
注：本文节选自由中信出版集团出版的《美国创新简史》，略有修改。文章图片为编者所加。