Scienza e ricchezza Ricerca, innovazione e sviluppo dei popoli San Miniato, Scuola Normale Superiore 12 settembre 2005 Andrea Bonaccorsi Università di Pisa Indice 1. La scienza è utile? 2. Lo sviluppo economico dipende dalla scienza? 3. Può la scienza ridurre il divario di sviluppo con i paesi poveri? Noi abbiamo conquistato la realtà e perduto il sogno. Non stiamo più sdraiati sotto un albero a contemplare il cielo attraverso le dita dei piedi, ma lavoriamo e fatichiamo. È precisamente come se la vecchia inetta umanità si fosse addormentata su un formicaio; sicché da allora è costretta a compiere i moti più violenti senza potersi liberare da quella sordida smania di animalesca laboriosità. Non occorre davvero dilungarsi troppo sull’argomento, giacché quasi tutti gli uomini oggi si rendono ben conto che la matematica è entrata come un demone in tutte le applicazioni della vita. Robert Musil, L’uomo senza qualità La scienza rappresenta il tratto distintivo dell’epoca moderna e della organizzazione della vita economica e sociale dei paesi avanzati. Oggi tuttavia la scienza è oggetto di critica e scetticismo da parte di molti. • Forse i benefici della scienza sono ristretti ad una èlite privilegiata che decide autonomamente su quali problemi investire, senza rispondere a nessuno? • Se la potenza della conoscenza scientifica è così elevata, perché non viene messa a servizio di cause propriamente umane? • Quali sono i ritorni economici della scienza? La scienza è utile? Soltanto la scienza può risolvere i problemi della fame e della povertà, della mancanza di igiene e dell’analfabetismo, della superstizione e di un consumo e di una tradizione mortificanti, delle vaste risorse che vanno sprecate, di un paese ricco abitato da gente che soffre la fame… Chi in verità oggi potrebbe permettersi di ignorare la scienza? A ogni passo dobbiamo cercarne l’aiuto… Il futuro appartiene alla scienza e a coloro che se la fanno amica. Jawaharlal Nehru (1889-1964) A. Produzione alimentare • In India tra 1945 e 1981 la popolazione è aumentata da 300 a 750 milioni di persone. • Nonostante questo, la quantità di cereali commestibili pro-capite è aumentata costantemente, al punto che il paese ha raggiunto la autosufficienza alimentare e ha scorte a sufficienza per i casi di inondazione e siccità. • Il merito è da attribuire alla Rivoluzione Verde, un vasto processo di applicazione sistematica di conoscenze scientifiche alla produzione agricola. • La produzione di riso è passata da 10-20 quintali per ettaro a circa 60 quintali. • Dopo la morte di Mao i raccolti di cereali in Cina sono aumentati del 7% l’anno e la produttività per addetto all’agricoltura del 12%. Variazione media annua nella produzione di grano, 1971-1984 Paese Variazione (%) Indonesia 5,2 Corea 5,0 Pakistan 4,3 Gambia - 0,3 Zambia - 2,2 Ghana - 2,4 Fonte: FAO B. Salute Tavola della speranza di vita a Breslavia nel 1690 Su ogni 100 nati: - 51 erano ancora vivi all’età di 10 anni - 43 arrivavano a 30 anni - 28 arrivavano a 50 anni - solo 11 arrivavano a 70 anni e 3 a 80 anni Edmund Halley, astronomo, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1693 Mortalità annua in Germania per 100.000 abitanti Malattia 1930-36 1976 Polmonite 165 21,2 Meningite 7,4 0,9 Tubercolosi 156 4,7 Poliomelite 19,5* 0,03 Dato al 1956. Fonte: Max Perutz, E’ necessaria la scienza? Ma il criterio di verità della scienza non è l’utilità È innegabile che una buona parte della matematica elementare (…) ha una considerevole utilità pratica. Questa parte della matematica in complesso è piuttosto noiosa ed è proprio quella che ha minore valore estetico. La “vera” matematica dei “veri” matematici, quella di Fermat, di Eulero, di Gauss, di Abel e di Riemann, è quasi totalmente “inutile”. Non è possibile giustificare la vita di nessun vero matematico professionista sulla base dell’utilità del suo lavoro. Godfrey H. Hardy, Apologia di un matematico Non ho mai fatto niente di “utile”. Nessuna mia scoperta ha aggiunto qualcosa, né verosimilmente aggiungerà qualcosa, direttamente o indirettamente, nel bene e nel male, alle attrattive del mondo. Giudicato secondo tutti i parametri pratici, il valore della mia vita matematica è nullo; e al di fuori della matematica è assolutamente insignificante. La sola difesa della mia vita (…) è dunque questa: ho aggiunto qualcosa al sapere e ho aiutato altri ad aumentarlo ancora. Utilità della scienza Incerta Internet al CERN Non intenzionale Casi di serendipity Indiretta e differita Teoria dei numeri Crittografia Inappropriabile Ritorno economico della ricerca Tutte le analisi economiche indicano che il “tasso di rendimento” dell’investimento in ricerca è enormemente elevato: - rendimento dell’investimento privato (propria ricerca e sviluppo): 20-50% - rendimento dell’investimento effettuato da altri (spillover): 40-80% - total social return to R&D: 70-100% Fonte: Griliches (1992), Jones e Williams (1998),Nadiri (1992) Lo sviluppo economico dipende dalla scienza? NO La scienza produce conoscenza (provvisoria) sulla realtà. Lo sviluppo economico si basa sulla applicazione della conoscenza ai bisogni, cioè sulla creazione di funzioni di uso. Ciò richiede la presenza di incentivi economici alla iniziativa imprenditoriale. Cfr. Russia e paesi dell’Est Europa (Darwin, n.2/2004) Lo sviluppo economico dipende dalla scienza? NO Sovente lo sviluppo di tecnologie è avvenuto senza una adeguata conoscenza scientifica dei fenomeni sottostanti. La tecnologia è una forma di conoscenza (relativamente) indipendente dalla scienza. La tecnologia “precede la scienza”. Cfr. motore jet Cfr. teoria fluidodinamica della turbolenza Lo sviluppo economico dipende dalla scienza? NO Molte importanti innovazioni sono state introdotte da imprenditori creativi ma privi di una formazione scientifica compiuta: • Steve Wozniak, fondatore di Apple “was an undistinguished engineer at Hewlett-Packard” • Steve Jobs “had just worked part-time at a video-game company and had not graduated from college” • Bill Gates “had dropped out of Harvard to start Microsoft” • Michael Dell “quit the University of Texas in his freshman year to start Dell Computers” Fonte: Bhidé (2000) Lo sviluppo economico dipende dalla scienza? NO Lo sviluppo economico dipende principalmente da altri fattori: • Investimento in capitale fisico • Investimento in capitale umano • Istituzioni (stato di diritto, diritti di proprietà, sistema bancario, sistema giudiziario) In ultima istanza dipende da: • Progresso tecnologico Fonte: Gordon (2004), Barro e Sala-i-Martin (1995), Jones (2002), Mokyr (2003) Lo sviluppo economico dipende dalla scienza? SI L’aumento della istruzione scolastica non è sufficiente perché un paese diventi in grado di generare e/o assorbire il progresso tecnologico. La qualificazione del capitale umano richiede che la istruzione (superiore e universitaria) sia associata alla soluzione di problemi scientifici originali (R&S pubblica) e alla esperienza pratica nella ricerca industriale (R&S privata). Cfr. Corea, Singapore, Taiwan, Cina, India Fonte:Easterlin (2003), Bonaccorsi (2003). Lo sviluppo economico dipende dalla scienza? SI … è aumentato il contenuto di conoscenza dei prodotti che usiamo tutti i giorni … è aumentato il fabbisogno di conoscenza necessario per produrre beni e servizi … è diminuito il tempo necessario per passare da scoperte scientifiche ad applicazioni industriali … il confine tra ricerca fondamentale, ricerca finalizzata e sviluppo industriale si è fatto mobile e permeabile in numerose aree di punta (biotecnologie, scienza dei materiali, nanotecnologie, informatica e telecomunicazioni, semiconduttori). Historical Milestones of Technology and Mathematics Leading to Cellular Systems First concepts for Electron tube spread spectrum systems Fleming FM Electromagnetism Cellular modulation Maxwell system Wireless Armstrong concept telegraphy Telephone AT&T Marconi Radar Bell Electromagnetic Appleton Telegraph waves Barnett Morse Hertz 1844 1870 1822 1876 1837 Fourier Poisson Analysis Process Fourier Poisson 1888 1846 1896 1904 1925 1933 1940 1900 1947 1917 1928 1930 1936 1942 Integrated circuits Texas Instruments Transistor Bardeen Brattain Shockley Digital signal processor The age of Texas Instruments Digital Cellular Systems is Analog The first starting, first cellular micro GSM call in processor Systems Helsinki Intel 4004 NMT and AMPS are launched 1948 1958 1971 1948 1950 1981 1983 1965 Fast Estimation Galois Markov Teletraffic Spectral Fourier Chain Theory Analysis Theory Information Coding Field Theory Transform Wiener Wiener Theory Galois Stochastic Erlang Shannon Hamming Cooley Process Sampling Algorithms and Tukey Markov Theory computation Nyquist Turing 1991 Intensità di conoscenza scientifica nella produzione industriale (citazioni a pubblicazioni scientifiche nei brevetti) Science Linkage - Key industry growth 1990-1999 900 Biotechnology Chemicals 800 Biotechnology Food, Bev. & Tobacco Health Care 700 Misc. Companies Pharmaceuticals 600 Semiconductors Telecommunications Miscellaneous 500 Health care Food Bev Pharmaceutical s 400 300 Semiconductor s Chemicals 200 Telecommunications 100 Source: Bonaccorsi (2001) on TechLine data 19 99 19 98 19 97 19 96 19 95 19 94 19 93 19 92 19 91 19 90 0 Science Linkage - Rank of Industries 1999 Biotechnology 28,11 Pharmaceuticals Misc. Companies Health Care Food, Bev. & Tobacco Semiconductors Telecommunications Conglomerates Chemicals Textiles Energy Computers Instrument. & Optical Aerospace Materials Electronics Forest & Paper Prods. Electrical Engrng., Oil Field Svcs. Metals Machinery Consumer Products Automotive 0 2 Source: Our elaborations from Techline 4 6 8 10 12 14 Science Strenght - Key industries 1990-1999 1000 Biotechnology Chemicals 900 Pharmaceuticals Computers 800 Conglomerates 700 Health Care 600 Pharmaceuticals Biotechnology Semiconductors 500 Telecommunications Conglomerates 400 300 Computers 200 Semiconductors Telecommunications Health Care Chemicals 100 Source: Our elaborations from Techline 19 99 19 98 19 97 19 96 19 95 19 94 19 93 19 92 19 91 19 90 0 Science Strenght - Rank of Industries 1999 Biotechnology Conglomerates Semiconductors Health Care Instrument. & Optical Electronics Food, Bev. & Tobacco Aerospace Textiles Forest & Paper Prods. Machinery Consumer Products 0 100 Source: Our elaborations from Techline 200 300 400 500 600 700 800 Science Strenght - Key industries growth 1990-1999 2500 Biotechnology Chemicals Computers 2000 Biotechnology Conglomerates Health Care Pharmaceuticals Semiconductors 1500 Telecommunications Semiconductors 1000 Pharmaceuticals Computers Health Care Conglomerates 500 Chemicals Telecommunications Source: Our elaborations from Techline 19 99 19 98 19 97 19 96 19 95 19 94 19 93 19 92 19 91 19 90 0 Intensità di conoscenza scientifica nella produzione industriale (citazioni a pubblicazioni scientifiche nei brevetti) Science Linkage - Region 1990-1999 4 US 3,5 3 2,5 2 1,5 EUROPE 1 JAPAN 0,5 OTHERS Source: Bonaccorsi (2001) on TechLine data 19 99 19 98 19 97 19 96 19 95 19 94 19 93 19 92 19 91 19 90 0 Science Linkage - Regions Growth 1990-1999 500 Europe 450 US Japan United States 400 Others Others 350 Japan 300 250 EUROPE 200 150 100 50 0 90 9 1 91 9 1 92 9 1 Source: Our elaborations from Techline 93 9 1 94 9 1 95 9 1 96 9 1 97 9 1 98 9 1 99 9 1 Science Strenght - Regions 1990-1999 250 200 US 150 EUROPE 100 JAPAN 50 OTHERS Source: Our elaborations from Techline 19 99 19 98 19 97 19 96 19 95 19 94 19 93 19 92 19 91 19 90 0 Science Strenght - Regions growth 1990-1999 800 Europe 700 Others Japan United States 600 Others US 500 EUROPE 400 JAPAN 300 200 100 Source: Our elaborations from Techline 19 99 19 98 19 97 19 96 19 95 19 94 19 93 19 92 19 91 19 90 0 SCIENCE LINKAGE - TOP 3 COMPANIES 1st Aerospace Automotive Biotechnology Chemicals Computers Conglomerates Consumer Products Electrical Electronics Energy Engrng., Oil Field Svcs. Food, Bev. & Tobacco Forest & Paper Prods. Health Care Instrument. & Optical Machinery Materials Metals Misc. Companies Pharmaceuticals Semiconductors Telecommunications Textiles Source: Our elaborations from Techline 2nd 3rd USA JAPAN FRANCE GERMANY GERMANY JAPAN JAPAN UK JAPAN JAPAN FRANCE JAPAN UK JAPAN JAPAN SWEDEN JAPAN UK JAPAN JAPAN AUSTRIA Il caso delle nanotecnologie Crescita esponenziale degli articoli scientifici, 19861995. Principali paesi attivi nella ricerca scientifica Papers 1992-2001 USA Japan Germany France China United Kingdom Russian Federation Italy Korea Fonte: Glanzel et al. (2003) 29.574 16.437 13.427 7.909 7.688 6.671 4.948 3.165 2.508 Share 29.4% 16.3% 13.3% 7.9% 7.6% 6.6% 4.9% 3.1% 2.5% Il caso delle nanotecnologie • Su 8.678 brevetti depositati, ben 3.994 provengono da inventori che hanno anche pubblicato come autori sulle riviste scientifiche (scienziati-inventori) • Su 413 fondatori di imprese nanotech, ben 144 sono anche autori di pubblicazioni scientifiche (scienziatiimprenditori) • Il fenomeno è più forte in Europa che negli Stati Uniti: in Europa su 101 imprese identificate, 49 sono state fondate da scienziati. Fonte: Bonaccorsi e Thoma (2004) Può la scienza ridurre il divario di sviluppo con i paesi poveri? Il paradosso della conoscenza La conoscenza scientifica è libera, circola senza restrizioni nella letteratura aperta (open science), può essere acquisita da chiunque. Allo stesso tempo per acquisire la conoscenza scientifica occorrono prolungati investimenti in istruzione superiore, istituzioni scientifiche di livello internazionale, continuità di investimenti. Il divario tra i paesi è aumentato, non diminuito. Può la scienza ridurre il divario di sviluppo con i paesi poveri? Ragioni di aggravamento del divario con i paesi poveri Basso livello di risparmio pro capite (poverty trap) Distorsioni negli incentivi Carriere politiche, militari, legali vs. produttive Mancanza di investimenti complementari nella istruzione Paesi Poveri Paesi Ricchi 75% della popolazione mondiale 25% della popolazione mondiale Diventeranno sempre più poveri 1 2 Diventeranno sempre più ricchi A partire dal 1980 si è avuto in circa quindici paesi uno spettacolare impulso alla crescita economica che ha rapidamente incrementato il reddito di gran parte di un miliardo e mezzo di persone, circa un quarto della popolazione mondiale. Al contrario un declino si è avuto durante lo stesso periodo in circa cento paesi nei quali è stato ridotto il reddito di quasi un miliardo e seicento milioni di persone, più di un quarto della popolazione mondiale. Dei 23 mila miliardi di PIL globale 18 appartengono ai paesi industrializzati e solo 5 ai paesi in via di sviluppo che rappresentano l’80% della popolazione mondiale. Il 20% più povero della popolazione mondiale ha visto la propria quota di reddito globale declinare dal 2,3% all’ 1,4% nei passati trent’anni. Per conto la quota del 20% più ricco è salita dal 70 all’85%. Tutto questo significa un raddoppio del rapporto tra le quote dei più ricchi e dei più poveri: da 30:1 a 61:1. Il divario nei redditi pro capite tra il mondo industrializzato e il mondo in via di sviluppo è triplicato da 5,700 dollari nel 1960 a 15,400 dollari nel 1993. Facciamo un esempio Paesi ricchi Nato nel 1980 in Nigeria, aveva al momento della nascita un Reddito Pro Capite di circa 164$ annui pari a 0,45$ giornalieri Nato nel 1980 in USA, aveva al momento della nascita un Reddito Pro Capite di circa 7300$ annui pari a 20$ giornalieri Cos’ è cambiato dopo 24 anni? Nel 2004, sempre che sia stato fortunato cioè che la mortalità infantile del 12% non l’abbia colpito è giunto a metà della sua vita, economicamente il suo Reddito Pro Capite da 164$ di 24 anni prima è calato a 109$ che equivalgono a 0,3 $ giornalieri. Nel 2004 è a un terzo della propria vita, la mortalità infantile quasi sicuramente non l’avrà colpito visto che è dell’ordine del’1%, economicamente aveva al momento della nascita un Reddito Pro Capite di circa 7300$ annui ora sono aumentati a 13400$ che equivalgono a circa 36$ giornalieri. Questo andamento non riguarda purtroppo solo la Nigeria ma tutta l’Africa Subsahariana e l’America latina. Andamento di crescita media dal 1980 in poi. Distribuzione della popolazione mondiale (asse orizzontale) rispetto alla % di popolazione alfabetizzata (asse verticale). Fonte: grafico elaborato da Mariutti (2001) su dati UNESCO c. confronto tra redditi pro-capite al 1960 e al 1990 rispetto all'indice di scolarizzazione reddito 1960 - reddito 1990 100 75 50 25 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Anni di scolarizzazione al 1960 scolarizzazione 1960 reddito 1960 Poli. (scolarizzazione 1960 reddito 1990) scolarizzazione 1960 reddito 1990 Poli. (scolarizzazione 1960 reddito 1960) Confronto tra reddito pro-capite al 1960 e 1990 rispetto agli anni di scolarizzazione Fonte: Integlia - Mariutti (2004) b. confronto tra reddito pro-capite al 1960 e 1990 reddito pro-capite 1960 - 1990 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 % della popolazione con terziaria al 1960 Secondaria 1960 - Y 1960 Poli. (Secondaria 1960 - Y 1990) Secondaria 1960 - Y 1990 Poli. (Secondaria 1960 - Y 1960) Confronto tra reddito pro-capite al 1990 rispetto all’indice di scolarizzazione terziaria al 1960 a. terziaria 60 e reddito pro-capite 1990 reddito pro-capite 1990 100 75 50 25 0 0 5 10 15 20 25 30 % della popolazione con istruzione terziaria al 60 Reddito pro-capite al 1990 e indice di scolarizzazione terziaria al 1960 35 A Global Network has Emerged Source: Wagner (2002) The Network has a Strong Core Source: Wagner (2002) The Core has a “inner core” made by Western countries Source: Wagner (2002) Conclusioni Il perseguimento della conoscenza scientifica è un bene in sé e merita tutte le energie possibili. Allo stesso tempo occorre essere consapevoli che il perseguimento della scienza è un privilegio consentito ad una minoranza di persone che vivono in paesi ricchi, in parte per i loro meriti e il loro talento, ma in parte anche senza alcun merito personale. Da ciò dipende una “responsabilità universale” verso gli altri. Occorre in un certo senso “restituire” quanto non dipende dai nostri meriti ma dalla sorte. Molte sono probabilmente le ragioni, tutte degne del più grande rispetto, che possono indurre gli uomini a intraprendere una ricerca, ma tre di esse sono molto più importanti di tutte le altre. La prima (senza la quale le altre non contano nulla) è la curiosità intellettuale, il desiderio di conoscere la verità. Poi viene l’orgoglio professionale, l’ansia, il bisogno di essere soddisfatti del proprio lavoro, la vergogna che prova qualsiasi artigiano rispettoso di se stesso quando la sua opera non è all’altezza del suo talento. Infine l’ambizione, il desiderio di una gloria che porti a occupare una posizione nella società… Godfrey H.Hardy, Apologia di un matematico Sapete, sapete voi che senza l’inglese l’umanità può ancora vivere, può vivere senza la Germania, può vivere anche troppo facilmente senza i russi, può vivere senza la scienza, può vivere senza pane, ma soltanto senza la bellezza non potrebbe vivere, perché non ci sarebbe più nulla da fare al mondo? Tutto il segreto è qui, tutta la storia è qui! La scienza stessa non sussisterebbe un momento senza la bellezza. Fedor Dostoevskij, I demoni