لقد شكلت العلوم بشكل أساسي مسار التاريخ البشري من خلال التقدمات الكبرى، لكننا لا نزال لا نعرف جيدًا الخصائص والسمات الفريدة للأفراد الذين حققوا تلك التقدمات. لقد أثارت هذه المسألة حول الميزات الخاصة لمكتشفي العلوم العظماء اهتمام كل من العلماء والجمهور العام. يعود العمل الكلاسيكي حول الاكتشافات العلمية وسمات المكتشفين إلى الأقل إلى بوليسواف بروس (1873)، فلوريان زنانيتسكي (1923)، رجال العلم الإنجليز لجالتون (1874): طبيعتهم وتربيتهم، وكان تأثير زوكيرمان (1977) في النخبة العلمية: الحائزون على جائزة نوبل في الولايات المتحدة خاصة مؤثرًا. زوكيرمان، عالمة الاجتماع الرائدة في العلوم، أجرت مقابلات مع الحائزين على جائزة نوبل في الولايات المتحدة حول خلفياتهم وعائلاتهم وأبحاثهم. كانت رائدة في دراسة الخصائص الديموغرافية والاجتماعية لهؤلاء العلماء البارزين، مما يوفر نظرة ثاقبة على حياة الحائزين على جائزة نوبل حول سمات مثل الوضع الاجتماعي، العمر، الجنس، الدين والعرق (زوكيرمان 1977). كانت الطريقة الشائعة في الدراسات الحالية هي دراسة عينة من المكتشفين في فترة زمنية معينة، أو مجال علمي أو بلد مثل الولايات المتحدة أو المملكة المتحدة (لي وآخرون، 2020؛ تشان وتورجلر، 2015؛ ليروي، 2003؛ شلاجبيرجر وآخرون، 2016؛ شيربي، 2002؛ تومسون، 2012؛ يي وآخرون، 2013؛ برايت وهيرش، 2004؛ بيورك وآخرون، 2014). ومع ذلك، لا يسمح لنا ذلك بإصدار ادعاءات عامة حول المكتشفين الرئيسيين في العلوم. وبالتالي، لا نزال لا نملك بيانات تمثيلية لمكتشفي العلوم الرئيسيين وكيف يختلفون عبر البلدان والزمن في مجموعة واسعة من الخصائص الديموغرافية والمؤسسية. لم يكن من الممكن فهم خصائص المكتشفين الرئيسيين في العلوم بطريقة تمثيلية حتى الآن، دون أولاً تجميع بيانات شاملة حول جميع المكتشفين الرئيسيين وخصائصهم وسماتهم (نفسه).

لمعالجة التحدي، تقيم هذه الدراسة المكتشفين الرئيسيين في العلوم من خلال اعتماد نطاق عالمي وتقييم جميع الحائزين على جائزة نوبل والمكتشفين الرئيسيين غير الحائزين على جائزة نوبل عبر تاريخ العلوم. تمكن هذه البيانات الجديدة من تجميع ملف عام للعلماء الذين حققوا أعظم الاختراقات العلمية وتحديد كيف ترتبط ميزات خلفياتهم بنجاحهم. مؤخرًا، درس الباحثون ميزات العلماء غالبًا بشكل فردي لعينة من العلماء؛ هنا نقوم بدلاً من ذلك بتقييم مجموعة واسعة من الميزات الديموغرافية لجميع الحائزين على جائزة نوبل والمكتشفين الرئيسيين غير الحائزين على جائزة نوبل: العمر (وانغ وباراباسي، 2021؛ سيناترا وآخرون، 2016؛ جونز وآخرون، 2014؛ زوكيرمان، 1977)، مستوى التعليم (تشان وتورجلر، 2015؛ زوكيرمان، 1977)، الخلفية التداخلية (سزل وآخرون، 2018)، الجنس (زينغ وآخرون، 2016؛ لونيمن وآخرون، 2019)، بلد الإقامة (ليبوري وآخرون، 2019؛ دانوس وآخرون، 2023؛ كينغ، 2004؛ سكيلا تو وآخرون، 2017) والانتماء الديني (زوكيرمان، 1977)، ولكن أيضًا ميزاتهم المؤسسية بما في ذلك تصنيف الجامعات للمكتشفين (شلاجبيرجر وآخرون، 2016؛ إيوانيديس وآخرون، 2007؛ كراوس وآخرون، 2023) وميزاتهم الاجتماعية والاقتصادية الأوسع بما في ذلك حجم السكان والدخل لكل فرد في البلد الذي عاشوا فيه (كينغ، 2004) في وقت الاكتشاف (انظر أيضًا كراوس 2024). بدلاً من التركيز عادةً على عامل واحد، نقوم بتجميع بيانات حول هذه المجموعة الأوسع من العوامل ونحللها جميعًا للحصول على فهم أكثر عمومية للسياق العام الذي يعمل فيه المكتشفون. نكشف عن أنماط شائعة في ميزات الخلفية وسمات هؤلاء المكتشفين البارزين عبر المجالات العلمية والتاريخ. نجد أن العلوم الرائدة قد تحولت على مدى العقود القليلة الماضية، مع تحول نحو مزيد من التعليم التداخلي والتدريب المنهجي، والجامعات الرائدة والعمر الأكبر بين المكتشفين البارزين في العلوم.

بينما هناك مزايا للتركيز على سؤال بحث ضيق في الدراسات العلمية، هناك أيضًا حالات عندما يكون التركيز على سؤال بحث أوسع وأكثر شمولية أكثر ملاءمة. لتوفير نظرة شاملة أكثر حول ميزات المكتشفين الرئيسيين في العلوم في دراسة واحدة يتطلب تقييم مجموعة أوسع من
الميزات الديموغرافية والمؤسسية والاقتصادية. يمكّننا ذلك من فهم السياق الأوسع بشكل أفضل وتحديد الاتجاهات الشاملة التي تؤثر على المكتشفين والتي لا يمكن لدراسة أكثر ضيقًا أن تفعلها. فهم ميزات المكتشفين الرئيسيين في العلوم مهم لأنه يساعد في تحديد الأنماط والميزات الرئيسية التي يمكننا تعزيزها، وهي معلومات مفيدة للجنة التوظيف، وأقسام الجامعات، وهيئات التمويل والمجلات الأكاديمية.

من خلال تحديد السمات والميزات الفريدة للمكتشفين، نقدم رؤى حول تطور النظام العلمي مع مرور الوقت. نلاحظ الدرجة التي أصبح فيها النظام أكثر انغلاقًا تجاه مجموعات معينة. على سبيل المثال، حقق الباحثون خارج أمريكا الشمالية حوالي من الاكتشافات الكبرى منذ عام 1950 ولكن كانوا يمثلون الأغلبية، وحقق الباحثون الأصغر سنًا الذين تقل أعمارهم عن 33 عامًا أقل من من الاكتشافات الكبرى منذ عام 1950 ولكن كانوا يمثلون تقريبًا قبل ذلك. كما أن النظام العلمي لا يزال مغلقًا للغاية أمام الباحثات، حيث حققن أقل من 6% من الاكتشافات الكبرى منذ عام 1950 (و4% قبل ذلك). نقدم أيضًا رؤى حول كيفية دعمنا للعلماء البارزين في المستقبل ومجتمع علمي شامل ومبتكر يعزز الاكتشاف.

تجمع هذه الدراسة بيانات حول جميع الاكتشافات العلمية الكبرى. تُعرف هذه الاكتشافات بأنها جميع الاكتشافات الفائزة بجائزة نوبل في العلوم والبالغ عددها 533 (من السنة الأولى للجائزة في 1901 حتى 2022) وجميع الاكتشافات الكبرى الأخرى التي تم إجراؤها قبل ذلك أو لم تحصل على جائزة نوبل؛ وهذه مستمدة من جميع كتب العلوم المدرسية (بمجموع سبعة) التي تقدم قائمة بأعظم 100 عالم واكتشافاتهم والتي تغطي مجالات علمية وتاريخية (مع عدم تضمين الكتب المدرسية المحددة لمجال أو فترة زمنية معينة) (تينر، 2022؛ سالتر، 2021؛ غريبين، 2008؛ روجرز، 2009؛ سيمونز، 2000؛ بالتشين 2014؛ هافن، 2007). بعد استبعاد الحالات المكررة ضمن الكتب المدرسية السبعة، تبقى 228 اكتشافًا رئيسيًا آخر. وبالتالي، تم تضمين ما مجموعه 761 اكتشافًا رئيسيًا قام به 982 مكتشفًا في الدراسة. توفر نتائج الاكتشافات الكبرى غير الحائزة على جائزة نوبل تحكمًا مستقلًا وفحصًا للموثوقية للتحقق من نتائج الاكتشافات الحائزة على جائزة نوبل، كما نقارن النتائج عبر المجالات وعلى مر الزمن. تشكل هذه الاكتشافات أساس العلوم – بدءًا من علم الأحياء الدقيقة وعلم الفلك إلى علم الإدراك وعلوم الحاسوب. علاوة على ذلك، تم نشر كتب العلوم المدرسية في التاريخ الحديث وبالتالي تأخذ في الاعتبار الاكتشافات المؤثرة بأثر رجعي باستخدام المعايير العلمية الحالية، بينما تعكس جوائز نوبل الممنوحة قبل قرن من الزمان الاكتشافات المؤثرة في ذلك الوقت ولكن يُعتبر جميعها تقريبًا مؤثرة اليوم. تشمل الاكتشافات الكبرى غير الحائزة على جائزة نوبل المكتشفين البارزين في العلوم الذين لم يحصلوا على جائزة نوبل ولكنهم ساعدوا في وضع أساس العلوم: من غاليليو ونيوتن وهوك وبويل وماكسويل إلى باستور وداروين ومندلييف و(روزاليند) فرانكلين.

يتطلب وصف سمات المكتشفين وبيئتهم الأوسع ربط الاكتشافات بتلك السمات والظروف. للقيام بذلك، فإن المصادر الرئيسية لجمع البيانات حول عمر المكتشفين، مستوى التعليم، الجنس، بلد الميلاد والإقامة هي موسوعة بريتانيكا (2023) والوثائق الرسمية لجائزة نوبل (2023). بعد استنفاد هذه المصادر، يتم اشتقاق البيانات المتبقية من خمس موسوعات علمية أخرى (داينث، 2009؛ بانش وهيلمانز، 2004؛ أوكس، 2007؛ سيمونيس، 1999؛ ليرنر وليرنر، 2004) ومن سبعة كتب علمية محددة. يتم اشتقاق بيانات تصنيف الجامعات للمكتشفين من تصنيفات QS العالمية للجامعات (2021)، وبيانات حجم السكان والدخل لكل فرد في البلد الذي عاشوا فيه من قاعدة بيانات مشروع ماديسون (2018) ومعظم البيانات حول انتمائهم الديني مأخوذة من شيربي (2002)، وأي بيانات أخرى من مصادر علمية أخرى.
تمت مراجعة المنشورات والتواصل مع الحائزين على جائزة نوبل الأحياء عبر البريد الإلكتروني (انظر الملحق التكميلي لمزيد من التفاصيل). تم تأكيد جميع البيانات المتعلقة بالمتغيرات ذات الصلة من مصادر موسوعية. تم الحصول على بيانات حول سنة الاكتشاف، والانتماء الجامعي للمكتشف في وقت الاكتشاف، والأساليب والأدوات المستخدمة في إجراء الاكتشاف من المنشور المتعلق بالاكتشاف. في المجموع، مع أكثر من عشرين متغيرًا لكل من الاكتشافات الـ761، تم جمع أكثر من 20,000 نقطة بيانات. كانت هناك فترة جمع بيانات مدتها خمسة عشر شهرًا لجمع البيانات لجميع المتغيرات. تعكس جميع البيانات في الدراسة السنة التي تم فيها نشر الاكتشاف – ما لم يُذكر صراحة أن البيانات تعكس السنة التي تم فيها منح جائزة نوبل. هنا، تم جمع وتحليل ميزات المكتشفين في السنة التي قاموا فيها بالاكتشاف، مما يمكننا من وصف العوامل التي يمكن أن تؤثر على الاكتشافات – بدلاً من مجرد جمع البيانات للمكتشفين الحائزين على جائزة نوبل في الوقت الذي يتلقون فيه الجائزة. حيث يتلقى الحائز على جائزة نوبل في المتوسط الجائزة بعد 21 عامًا من إجراء الاكتشاف، وقد تغيرت العديد من ميزاتهم التي أثرت على اكتشافاتهم. يتم تقديم تفاصيل أكبر حول البيانات المجمعة لمتغير معين عند تقديمها في كل قسم من أقسام النتائج. نطبق الإحصاءات الوصفية لتقييم التطور على مر الزمن وعبر المجالات العلمية لهذه المجموعة من الميزات الديموغرافية والمؤسسية والاقتصادية لأعظم مكتشفي العلوم.

تقريبًا جميع المكتشفين لديهم درجة الدكتوراه ومعظمهم لديهم تعليم متعدد التخصصات يتيح تدريبًا أكبر في طرق مختلفة لتحقيق الاكتشافات. عند تقييم الخصائص الديموغرافية والمؤسسية والاقتصادية لأهم المكتشفين في العلوم، نستكشف أولاً دور التعليم كخطوة أولى في تدريب العلماء. نجد أن من جميع الاكتشافات الكبرى منذ عام 1600 (عندما بدأت جوائز الدكتوراه تنتشر) تم إجراؤها بواسطة باحثين يحملون درجة الدكتوراه في وقت الاكتشاف، وتزداد النسبة إلى لجميع اكتشافات جائزة نوبل (الممنوحة منذ عام 1901). وبالتالي، فإن معظم الباحثين الذين يقومون بالاكتشافات مدربون تدريباً عالياً. مع توسع العلم، يزداد مستوى التعقيد الذي ندرسه جنباً إلى جنب مع مستوى التعقيد في الأساليب والأدوات التي نستخدمها لدراسة هذا التعقيد. اليوم، لإجراء اكتشافات جديدة، نحتاج عادةً إلى تدريب في الأساليب المتقدمة والأدوات – مثل المجاهر الإلكترونية والأساليب الإحصائية المتطورة – واكتساب كميات كبيرة من المعرفة.

بشكل عام، هناك طريقتان رئيسيتان نكتسب من خلالهما المعرفة في العلوم، وهما تقييم كيفية تغير ظاهرة ما بمرور الوقت (التحليل التاريخي) وتقييم مجموعات من السكان بشكل مقارن لتحديد الفروق بينها (التحليل المقارن). الدراسات التي تجمع البيانات لمجموعة واحدة من السكان في نقطة زمنية واحدة تقدم فقط جزءًا من الأدلة التي تتغير عادةً بمرور الوقت وبين المجموعات. معًا، توسع كلا التحليلين فهمنا العام – كما هو موضح في الشكل 1.

على مر تاريخ العلم، أكمل العشرات من المكتشفين العظماء في الغالب فقط التعليم الثانوي، بما في ذلك فاراداي وتيسلا ودالتون. ومع ذلك، من خلال اكتساب المعرفة بمفردهم ومع مساعدة الأدوات التي تم تطويرها حديثًا مثل الجلفانومتر، والمولد الكهربائي، واليويديومتر، بما في ذلك الرياضيات، تمكن هؤلاء العلماء من تحقيق اكتشافات كبيرة. بينما يسهل التعليم الجامعي اكتساب المعرفة والتدريب على الأساليب، إلا أنه لم يكن دائمًا شرطًا ضروريًا لتحقيق الاكتشافات في الماضي.

انتشرت الجامعات في جميع أنحاء أوروبا خاصة منذ القرن الرابع عشر والخامس عشر، عندما كان معظم المكتشفين لا يمتلكون تعليمًا رسميًا (الشكل 1أ). منذ القرن الثامن عشر، من المرجح أن يكون المزيد من المكتشفين حاصلين على درجة الدكتوراه وأن يكونوا أساتذة. عشرة اكتشافات حائزة على جائزة نوبل (تمثل ومع ذلك، تم إجراء مثل هذه الاكتشافات من قبل باحثين يحملون فقط درجة البكالوريوس
درجة في وقت الاكتشاف. تشمل هذه الاكتشافات على سبيل المثال اكتشافات ليو إساكي وإيفار غيافر وبراين جوزيفسون الذين حصلوا على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1973 لعملهم على أشباه الموصلات والنواقل الفائقة والتيار الفائق. ومع ذلك، نجد أن جميع الاكتشافات منذ عام 2000 قد تم القيام بها من قبل أساتذة (مع دكتوراه) (الشكل 1أ). الطب هو أحد أكثر المجالات احترافية وتطبيقًا، حيث أكمل جميع مكتشفي جائزة نوبل درجة MD أو دكتوراه ولكن فقط حوالي كونك أستاذًا. بالمقابل، أكثر من تمت اكتشافات جائزة نوبل في الكيمياء وعلم الفلك والاقتصاد والعلوم الاجتماعية من قبل أساتذة (الشكل 1ب) – على الرغم من أنهم عادة ما يكونون أساتذة أصغر سناً وأكثر حداثة (كما سيتم توضيحه لاحقاً).

ما الدور الذي تلعبه التعليم والتدريب بين التخصصات المختلفة بين أعظم مكتشفي العلوم؟ بينما أصبح من الطبيعي اليوم أن يتخصص العلماء ويعملوا في مجال واحد، نجد أن معظم اكتشافات جائزة نوبل، والتي تبلغ مجموعها تمت من قبل علماء أكملوا درجتين أو أكثر في مجالات أكاديمية مختلفة بحلول وقت الاكتشاف – مع الحصة عند للاكتشافات الكبرى غير الحائزة على جائزة نوبل خلال نفس الفترة (كعنصر تحكم مستقل). في الطب وعلم الأحياء، من المرجح أن يكون المكتشفون قد حصلوا على درجات علمية في مجالين أو أكثر، في . بالمقارنة، في الفيزياء الحصة هي ، مما يعني أن الفيزيائيين أكثر احتمالاً للتخصص (الشكل 1d). يمكن تفسير هذه الفروق الكبيرة بين المجالات من خلال الهيكل التاريخي للنظام العلمي، حيث يتم تنظيم الفيزياء تقليديًا كفرع مستقل مع مجالات فرعية محددة جيدًا، بينما تتطلب الطب وعلم الأحياء غالبًا تدريبًا بين تخصصات أكبر جزئيًا بسبب الطبيعة بين التخصصات لعلوم الحياة وتعقيد الأنظمة الحية. التعليم بين التخصصات في تزايد، مع أكثر من من جميع الاكتشافات منذ عام 2000 التي قام بها علماء حصلوا على درجتين مختلفتين. كمرجع، حوالي من حاملي الدكتوراه في الولايات المتحدة حصلوا على درجة الماجستير في مجال مختلف عن دكتوراههم، وفقًا لتعداد العلماء في الولايات المتحدة لعام 2021 (NSF، 2021). ببساطة، يتم تدريب الحائزين على جائزة نوبل بشكل أوسع من أقرانهم.

تُزوِّد التعليمات متعددة التخصصات الباحثين بالمهارات في الأساليب والأدوات من مجالات مختلفة. تضع التدريب متعدد التخصصات مجموعة أوسع من الأساليب في أيدينا وتمكننا أيضًا من دمج الأساليب وتطوير أساليب جديدة متكاملة. إن تطبيق أسلوب من مجال إلى آخر أو دمج الأساليب والمعرفة من مجالات مختلفة بطرق مبتكرة كان محورياً في إنتاج العديد من الأفكار والاكتشافات الجديدة. يسمح لنا بسد الفجوة بين التخصصات، ودمج وجهات النظر، واعتماد نهج جديد تمامًا لمعالجة الأسئلة المعقدة وتوليد أفكار جديدة. على سبيل المثال، انتقل الفيزيائي ماكس ديلبروك إلى علم الأحياء في الثلاثينيات لكنه استخدم أساليب جديدة من الفيزياء – المجهر الإلكتروني الذي تم تطويره حديثًا والأساليب الإحصائية. باستخدام هذه الأساليب غير التقليدية، تمكن من معالجة الأسئلة غير المجابة في علم الوراثة وإظهار أن البكتيريا تتطور عبر الطفرات. ساعد هذا البحث في فتح مجال علم الوراثة الجزيئي. أكمل كونراد بلوخ درجات في الهندسة الكيميائية وعلم الأحياء الكيميائي مما مكنه من تطبيق أساليب التوسيم النظائري الجديدة لاكتشاف آلية وتنظيم الكوليسترول. درس فريدريك سانجر العلوم الطبيعية وعلم الأحياء الكيميائي والطب، ودمج تدريبه المنهجي لإنشاء تقنيات لتسلسل الحمض النووي باستخدام أساليب جديدة في الرحلان الكهربائي الهلامي (سانجر وآخرون، 1977). درست دونا ستريكلاند فيزياء الهندسة والبصريات، ودرس جيرار مورو الفيزياء ثم عملا معًا لتطبيق أدوات الليزر الجديدة لتطوير طريقة مبتكرة من نبضات الليزر عالية الكثافة قصيرة المدى. حصل هيرمان فون هيلمهولتز على درجة الدكتوراه في الطب ودرس أيضًا الفيزياء والرياضيات، مما مكنه من تطبيق مبادئ رياضية جديدة وتحليل فيزيائي لم يتمكن علماء الفسيولوجيا الآخرون من القيام به. وهذا مكنه من تحقيق الاكتشاف الأساسي لمبدأ حفظ الطاقة الذي…

ساعد في تحويل جزء من علم الفسيولوجيا والفيزياء (موسوعة بريتانيكا، 2023أ). درس سفانتي بابه العلوم الإنسانية ثم الطب، وبعد ذلك أجرى دراسات ما بعد الدكتوراه في علم الأحياء الجزيئي وأصبح لاحقًا مدير معهد ماكس بلانك للأنثروبولوجيا التطورية في لايبزيغ (موسوعة بريتانيكا، 2023ب). مكنته خلفيته واهتماماته متعددة التخصصات من تطبيق طرق تسلسل الحمض النووي الجديدة والمحسنة لاكتشاف جينوم إنسان النياندرتال (ريتشارد وآخرون، 2010). درست روزاليند فرانكلين الكيمياء الفيزيائية ثم انتقلت إلى الأسئلة البيولوجية لتتمكن من تقديم الصور الأولى لهيكل الحلزون المزدوج للحمض النووي باستخدام طرق حيود الأشعة السينية التي تم تطويرها في الفيزياء.

بشكل عام، هناك تبادل تجاري قيد التنفيذ. مع استمرار توسيع مجالات المعرفة بمرور الوقت (جونز، 2009) وتنوع الأساليب التي نستخدمها لتطوير تلك المعرفة، كانت النتيجة هي تخصص أضيق بين الباحثين عبر العلوم. ومع ذلك، فإن قدرتنا على إجراء اتصالات جديدة واكتشافات كبيرة غالبًا ما تكون مرتبطة مباشرة بقدرتنا على تطبيق الأساليب والمناهج من مختلف المجالات العلمية. بينما يعتبر الباحث الشامل مثاليًا من الماضي، نجد أن النسبة الصغيرة من الباحثين الذين يحققون اكتشافات كبيرة ويدفعون حدود البحث هم أكثر عرضة لتحدي الاتجاه الحالي نحو التخصص. من المرجح أن يؤثر العدد الكبير من الباحثين المتخصصين في العلوم بشكل تدريجي على حدود البحث قليلاً قليلاً. أصغر
قد تبدو المساهمات أقل روعة من الاكتشافات الكبيرة متعددة التخصصات التي توفر عدسات جديدة لفهم العالم، لكنها تساهم أيضًا في التقدم العام للعلم.

علاوة على ذلك، نلاحظ أيضًا التفكير بين التخصصات في استخدام التشبيهات في الاكتشافات العلمية، حيث يتم ربط مفهوم من مجال علمي واحد بمفهوم من مجال بعيد. وبالتالي، فإن التشبيهات التي يستخدمها المكتشفون تتضمن أحيانًا رسم خرائط مفاهيمية بين التخصصات (انظر قسم التشبيه في الملحق التكميلي والجدول 2 في الملحق التكميلي).

عصر الذهب من الإنتاجية العالية والأثر: نصف جميع الاكتشافات تُجرى بواسطة علماء تتراوح أعمارهم سنوات. جادل توماس كون بأن ‘الرجال الذين يحققون هذه الاختراعات الأساسية لنموذج جديد [أو اختراق كبير] كانوا تقريبًا دائمًا إما في سن صغيرة جدًا أو جدد جدًا في المجال الذي يغيرون نموذجه. … لأنه من الواضح أن هؤلاء هم الرجال الذين، لكونهم غير ملتزمين كثيرًا بالممارسات السابقة بالقواعد التقليدية للعلم العادي، هم أكثر احتمالًا لرؤية أن تلك القواعد لم تعد تحدد لعبة قابلة للعب ولتخيل مجموعة أخرى يمكن أن تحل محلها’ (كون، 1962/2012). طور كون هذه الفرضية عن العالم الشاب أو الجديد الذي يدخل مجالًا معينًا بطريقة مبتكرة استنادًا إلى دراسته لعينة صغيرة من المكتشفين النظريين في الغالب في الفيزياء في أوائل القرن العشرين مثل

كما أن أينشتاين. نحن نختبر الفرضية هنا باستخدام بيانات حول جميع الاكتشافات الكبرى. كان أينشتاين في الواقع يبلغ من العمر 26 عامًا فقط عندما نشر ورقته الفائزة بجائزة نوبل حول قانون التأثير الكهروضوئي في عام 1905. كما ادعى أينشتاين، ‘الشخص الذي لم يقدم مساهمته الكبيرة في العلم قبل سن الثلاثين لن يفعل ذلك أبداً’ (راجع رابساندراتانا، 2014). ومع ذلك، فإن الظروف في الفيزياء في زمن أينشتاين لا تعكس العلم اليوم. نجد أن فترة العصر الذهبي للإنتاجية العالية والأثر في العلم تتراوح بين 35 و 45 عامًا. بالضبط 50% من جميع الحائزين على جائزة نوبل في العلوم يقع ضمن هذه الفئة العمرية عند إجراء اكتشافاتهم الفائزة بالجائزة، بمتوسط عمر 39 عامًا في وقت الاكتشاف (الوسيط 38). فقط من جميع اكتشافات جائزة نوبل و تمت العديد من الاكتشافات الكبرى غير الحائزة على جائزة نوبل خلال نفس الفترة (كعنصر تحكم مستقل) بعد سن الخمسين فقط و بعد سن الستين، على التوالي. اليوم، يمكننا أن نقول إن الشخص الذي لم يقدم مساهمته الكبيرة في العلوم قبل سن الستين من غير المحتمل أن يفعل ذلك (سواء كان اكتشافًا فاز بجائزة نوبل أو اكتشافًا كبيرًا غير فائز بجائزة نوبل). على الأقل بالنسبة لاكتشافات جائزة نوبل، يمكن تفسير ذلك بمتوسط العمر المتوقع الحالي والفجوة المتوسطة التي تبلغ 21 عامًا بين إجراء الاكتشاف وتلقي الجائزة. ومع ذلك، في المتوسط، يكون عمر الحائزين على جائزة نوبل في العلوم 60 عامًا عندما يتلقون الجائزة عن الاكتشاف (المتوسط أيضًا 60). هذه النتائج متوافقة أيضًا
مع الرأي القائل بأن الباحثين الأصغر سنًا، الذين ليس لديهم وظائف دائمة، قد يكونون أكثر تحفيزًا لمحاولة إجراء اكتشاف جديد من الباحثين الأكبر سنًا الذين لديهم وظائف آمنة.

يجب تحليل عمر العلماء عند إجراء الاكتشاف من خلال فحص فترات زمنية مختلفة بشكل منفصل. وذلك لأن العلماء في الماضي لم يكن لديهم بعد الأساليب والأدوات المتقدمة اليوم وعادةً لم يكن عليهم البناء على الكثير من المعرفة الموجودة – ولم يعيشوا أيضًا لفترة طويلة. نجد أنه قبل عام 1900، تم إجراء الاكتشافات قبل سن 32، وانخفضت النسبة إلى بين عامي 1901 و2000، ولكن منذ عام 2000 انخفضت إلى أقل من . ارتفع متوسط العمر عند إجراء الاكتشاف من 38 لأولئك الذين تم اكتشافهم بين عامي 1901 و1950، إلى 40 بين عامي 1951 و2000، و50 بين عامي 2001 و2022.

أصبح إجراء الاكتشافات في سن مبكرة نادرًا لأن اكتساب التدريب المنهجي والمعرفة الشاملة اللازمة لإجراء اكتشاف جديد يستغرق وقتًا أطول. فقد أصبحت طرقنا أكثر تعقيدًا وأجسام معرفتنا أكثر اتساعًا. وبالتالي، هناك المزيد من التدريب والبحث الذي يجب اجتيازه قبل الوصول إلى حدود البحث، التي يتم إعادة رسمها باستمرار مع الأساليب والمعرفة الجديدة التي تم تطويرها. يساعد هذا جزئيًا في تفسير لماذا تم التقاط الاكتشافات السهلة إلى حد كبير. الباحثون الأصغر سنًا
، وخاصة أولئك الذين أنهوا للتو تعليمهم الجامعي ويدخلون مجالًا جديدًا، يمكن أن يكون لديهم تدريب أكثر حداثة وتحديثًا في أحدث الأساليب والتقنيات. يمكنهم أيضًا أن يكون لديهم منظور جديد حول المشكلات القائمة، دون قبول الافتراضات الراسخة، وأن يكونوا أكثر انفتاحًا لاستكشاف أساليب وتقنيات جديدة (على الرغم من أنهم قد لا يكون لديهم فهم عميق لمجالهم).

نجد أن الاقتصاديين الحائزين على جائزة نوبل هم أصغر مجموعة عند إجراء اكتشافهم بمتوسط عمر 36 (انظر الشكل 2ب). إنه المجال الأصغر (مع معرفة أقل) وله أكبر حصة من الاختراقات النظرية التي قد تتطلب عملًا أقل للبناء عليها. لكن الاقتصاديين ينتظرون أطول فترة للحصول على جائزة نوبل، بمتوسط 31 عامًا. يتم توضيح توزيع أعمار المكتشفين في الشكل 2أ.

في الماضي، حقق بعض الباحثين اختراقًا كبيرًا في وقت مبكر جدًا من حياتهم المهنية. وصف تشاندراسخار العمليات الفيزيائية لتطور النجوم في سن 21 – مما يجعله أصغر عالم أجرى اكتشافًا فاز بجائزة نوبل. تبعه عن كثب جوزيفسون الذي اكتشف تيارات السوبركوندكتور في سن 22. أنشأ ناش مفهوم توازن ناش في سن 22. طور أرهينيوس النظرية الكهربية للتفكك في سن 24. قدم هايزنبرغ وديراك وبور مساهماتهم الكبرى في ميكانيكا الكم في سن 24 و26 و28، على التوالي. جميعهم حصلوا على جائزة نوبل عن هذه الاختراقات. قبل بضعة قرون، لم يكن لدى بعض الباحثين أيضًا تعليم رسمي عند إجراء الاكتشاف مثل جول الذي اكتشف قانون جول في سن 23، وباسكال الذي طور قانون باسكال في سن 24 وجيرمان الذي اكتشف نظرية جيرمان في سن 25. اليوم، من الصعب للغاية إجراء اكتشاف كبير في مثل هذا العمر الصغير. يتم توضيح زيادة عمر الباحثين عند إجراء الاكتشاف في خريطة الحرارة في الشكل 2ج.

علاوة على ذلك، فإن الفجوة في السنوات بين اكتشاف جائزة نوبل ومنحها تزداد أيضًا مع مرور الوقت عبر جميع المجالات – انظر الملحق التكميلي الأشكال 1 و2. يمكن تفسير ذلك بحقيقة أنه كلما كان الاكتشاف أكبر، أصبح من الأسرع منحه، وقد تم إدراك الأهمية الكبيرة للعديد من الاكتشافات الكبرى في أوائل القرن العشرين بسرعة ومنحها. نجد أن الاكتشافات التي مُنحت جائزة نوبل في غضون خمس سنوات من إجرائها تشمل على سبيل المثال تسلسل الحمض النووي، النيوترون، الموصلية الفائقة، الكواركات وتشتت الأشعة السينية.

حوالي ثلث المكتشفين منذ عام 1950 عملوا في أفضل 25 جامعة، مما يمكن أن يساعد في توفير وصول أكبر إلى الموارد والأدوات المتطورة لإجراء الاكتشافات. بعد استكشاف دور التعليم الجامعي بين الباحثين وعمرهم، نقوم بعد ذلك بتحليل ما إذا كان الباحثون في الجامعات الكبرى أكثر احتمالًا لإجراء اختراقات. نجد أن من جميع مكتشفي جائزة نوبل هم في جامعة مصنفة ضمن أفضل 25 جامعة في العالم. النسبة أيضًا بين مكتشفي الاكتشافات الكبرى غير الحائزة على جائزة نوبل خلال نفس الفترة (كضبط مستقل)، مما يوضح نتائج قوية بين المجموعتين. على مستوى العالم، ومع ذلك، أقل من من جميع الباحثين في جميع أنحاء العالم – يُقدّر أن -يقيمون في واحدة من أفضل 25 جامعة (الملحق التكميلي لحسابات التقدير العالمي). عند توسيع النطاق إلى أفضل 50 جامعة، نلاحظ أن من جميع مكتشفي جائزة نوبل و من مكتشفي الاكتشافات الكبرى غير الحائزة على جائزة نوبل كانوا في مثل هذه الجامعة عند إجراء اكتشافهم. تتركز بعض أكبر وأحدث مسرعات الجسيمات، والتلسكوبات الراديوية، والمجاهر الإلكترونية، ومقاييس التداخل بالليزر وطرق الأشعة السينية المتقدمة المستخدمة لإجراء الاكتشافات في أفضل الجامعات في العالم. على الرغم من أن العديد من أكثر طرقنا العلمية شيوعًا والأدوات المستخدمة لإجراء اكتشافات كبرى غير مكلفة، مثل الأساليب الإحصائية والرياضية، والمجاهر الضوئية، والتفريق الكهربائي، وتقنيات التحليل، وطرق الكروماتوغرافيا والطرد المركزي. ومع ذلك، يمكن أن توفر التواجد في جامعة
أفضل ميزة مقارنة للباحثين في الوصول إلى مرافق المختبر المتطورة. يمكن أن يوفر أيضًا وصولًا أكبر إلى الموارد، والتمويل، وشبكات من الباحثين الرائدين، بالإضافة إلى رواتب أعلى (التي تعتبر من بين الأعلى عالميًا في هذه المؤسسات).

نلاحظ أن معظم المكتشفين في علم الفلك والاقتصاد والعلوم الاجتماعية كانوا في جامعة من أفضل 50 جامعة. في هذه المجالات، كان هناك أيضًا حوالي زيادة في الانتقال إلى جامعة من أفضل 50 جامعة بعد إجراء الاكتشاف، مع حوالي ثلاثة أرباع المكتشفين في مثل هذه الجامعات عند تلقي جائزة نوبل (الشكل 3ب). مع وجود ربع فقط من المكتشفين ليسوا في جامعة من أفضل 50 جامعة في ذلك الوقت، يمكننا ملاحظة القيمة العالية التي تضعها المؤسسات الأكاديمية على جذب الباحثين الرائدين عالميًا. ومع ذلك، من المهم أن نلاحظ أن أولئك الذين يختارون الذهاب إلى الجامعات الكبرى غالبًا ما يكونون الأكثر تفانيًا وطموحًا. بشكل عام من حيث التنقل، تم إجراء معظم اكتشافات جائزة نوبل ( ) من قبل علماء في مؤسسة أكاديمية مختلفة في سنة الاكتشاف مقارنة بالسنة التي حصلوا فيها على الجائزة.

يمثل العلماء في خمس جامعات نخبة في وقت الاكتشاف – كامبريدج، هارفارد، بيركلي، شيكاغو وكولومبيا (بهذا الترتيب) – من جميع اكتشافات جائزة نوبل (84 اكتشافًا إجمالاً). يمثل العلماء في عشر جامعات فقط 25% من جميع اكتشافات جائزة نوبل.

النسبة المنخفضة جدًا من المكتشفات الإناث ودور التعاون في الاكتشافات. نقوم بعد ذلك بتقييم الفجوات بين الجنسين ونجد أن العلوم الرائدة لا تزال متحيزة بشدة نحو الذكور. نجد أن النساء يمثلن فقط من جميع العلماء الذين أجروا اكتشافًا كبيرًا ويمثلن فقط من جميع الحائزين على جائزة نوبل. لا يزال منح الاكتشافات العلمية محكومًا بشدة بالذكور عبر جميع المجالات: في الفيزياء، تم إجراء فقط من اكتشافات جائزة نوبل من قبل النساء، بينما النسبة هي في علم الفلك و في الطب (الملحق التكميلي الشكل 3). النساء اللواتي قدمن مساهمات رائدة في مجالات متنوعة تشمل اكتشاف ماري كوري للراديوم والبولونيوم، وعمل آدا لوفلايس في برمجة الكمبيوتر المبكرة، وبحث دونا ستريكلاند في تطوير نبضات الليزر عالية الكثافة وقصيرة المدة المستخدمة في الجراحة.

تمت العديد من الاكتشافات الكبرى في جزء كبير منها من قبل نساء لم يحصلن على الفضل أو جائزة نوبل لعملهن. مثال كلاسيكي هو روزاليند فرانكلين التي استخدمت طريقة حيود الأشعة السينية لتتمكن من إجراء أحد أعظم الاكتشافات في القرن العشرين، وهو تحديد بنية الحمض النووي مزدوج الحلزون. حصل كريك وواتسون وويلكنز على جائزة نوبل للعمل الذي يبني على أبحاثها مباشرة بعد وفاتها. تفسير مركزي لمستويات النساء الفائزات بجائزة نوبل المنخفضة جداً هو أن النساء تعرضن للتمييز المنهجي في الوصول إلى التعليم والعلوم على مر التاريخ. كانت النساء ممثلات تمثيلاً ناقصاً في العديد من المجالات وواجهت حواجز في الوصول إلى فرص البحث، خاصة في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM). بدأت المعايير غير المواتية حول دور النساء في العلوم تتحسن منذ النصف الثاني من القرن العشرين وخاصة في القرن الحادي والعشرين (Zeng et al., 2016). وبالتالي، نجد اتجاهًا إيجابيًا، حيث حصل أكثر من نصف جميع الفائزات بجائزة نوبل على الجائزة منذ عام 2000.

بعد ذلك، ما هو دور التعاونات في العلوم؟ العلم هو جهد جماعي. لم يتم إجراء أي اكتشاف فاز بجائزة نوبل في العلوم فعليًا أو كان يمكن أن يتم بواسطة عالم واحد في عزلة دون البناء على أساليب وأعمال الآخرين. ولكن من المدهش أن معظم اكتشافات جائزة نوبل تتميز بعالم واحد. كيف يكون ذلك ممكنًا؟ هناك تناقض بين كيفية إجراء العلوم وكيف يتم منح الجوائز وتعليمها في أنظمة التعليم. الكتب المدرسية حول أعظم العلماء والاكتشافات هي أيضًا بشكل عام

الشكل 3 زيادة في المكتشفين في أفضل 25 و50 جامعة في العالم، عبر الزمن والمجالات. تعكس البيانات جميع 761 اكتشافًا رئيسيًا (بما في ذلك جميع اكتشافات جائزة نوبل) (أ)، وجميع 533 اكتشافًا لجائزة نوبل (ب). تمثل البيانات انتماء الجامعة للمكتشفين في وقت الاكتشاف، باستخدام تصنيف الجامعة في عام 2021 كنقطة مرجعية مشتركة لجميع المكتشفين. ظلت معظم الجامعات الرائدة من بين أفضل الجامعات على مر الزمن (للسنوات التي تتوفر فيها البيانات)، على الرغم من عدم توفر بيانات التصنيف للقرون السابقة. يجب تفسير البيانات للقرون السابقة بحذر: بينما عاش معظم المكتشفين في الوقت الذي كانت فيه أفضل 50 جامعة اليوم موجودة، لم تكن بعض أفضل 50 جامعة اليوم موجودة لبعض المكتشفين في القرن السادس عشر إلى القرن الثامن عشر (أ). باستخدام بيانات من تصنيفات QS العالمية للجامعات 2021، يتم قياس تصنيف الجامعة بواسطة مقاييس الإنتاج مثل الاستشهادات والسمعة الأكاديمية. توضح التحليلات التي توسع البيانات في لتشمل، بالإضافة إلى ذلك، الاكتشافات الكبرى الأخرى التي لم تحصل على جائزة نوبل ولكن تم إجراؤها ضمن نفس الفترة الزمنية (633 اكتشافًا في المجموع) نتائج متطابقة تقريبًا وتعمل كتحقق من القوة، مع على سبيل المثال حصة المكتشفين في جامعة من أفضل 25 جامعة في وقت الاكتشاف عند و عبر هذه المجالات الخمسة، على التوالي.
منظم بطريقة تبرز العالم الأكثر تأثيرًا، أو آخر عالم، في عملية إجراء اكتشاف، الذي يحصل عمومًا على كل الفضل (Tiner, 2022; Salter, 2021; Gribbin, 2008; Rogers, 2009; Simmons, 2000; Balchin, 2014; Haven, 2007). أحيانًا يتم توسيع الاعتراف ليشمل عددًا قليلاً من العلماء.

متوسط عدد الباحثين الذين حصلوا على جائزة نوبل لإجراء اكتشاف معين هو 1.4 فرد (وهو لا يعكس العدد الذي شارك في الجائزة في أوقات لاكتشافات مختلفة) (الملحق التكميلي الشكل 3). ومع ذلك، غالبًا ما يتم تحقيق اكتشاف رئيسي بواسطة مجتمع من الباحثين، يعملون في تعاون وتنافس. يحتاج الباحثون داخل مجتمع إلى البناء على الأدوات والأبحاث الموجودة التي تمثل مساهمات مهمة نحو الاكتشاف. بالعودة إلى مثال بنية الحمض النووي مزدوج الحلزون، لم يتم تطوير النظرية فقط بواسطة واتسون وكريك. ولكن تم تمكينها من خلال العمل المحوري للأشعة السينية الذي أنتجته فرانكلين كما هو موضح أعلاه وطلابها غوسلينغ، بدونها لم يكن من الممكن إنتاج صورة الحلزون المزدوج التي تطلبت تطبيق طرق حيود الأشعة السينية التي طورها فون لاوي (الذي استخدم الإشعاع السيني الذي حددته رينتجن)، وتم البناء على العمل الأولي بواسطة ميسشر ودعم من العمل المتوازي حول بنية الحمض النووي بواسطة ويلكنز ومجموعة من زملائه، من بين العديد من الآخرين (واتسون، 1969). تم منح جائزة نوبل في الكيمياء في عام 1962 لبيروتز وكيندرو لاكتشافهما هياكل البروتينات الكروية، ولكن في خطاب بيروتز لجائزة نوبل، يعطي الفضل لـ 21 باحثًا لمساهماتهم المنهجية والتجريبية والنظرية الأساسية اللازمة لإجراء الاكتشاف في المقام الأول (جائزة نوبل، 1962). بشكل عام، يقوم بعض العلماء بإنشاء الأساليب والأدوات اللازمة لإجراء البحث، وقد يقوم آخرون بعد ذلك بإجراء الاكتشافات الملاحظة والتجريبية، وقد يقوم آخرون أخيرًا بتطوير تفسير نظري لتلك الاكتشافات. معًا، يتم عادةً جعل الاكتشاف ممكنًا من قبل الباحثين الأقل شهرة ولكنهم مهمون بنفس القدر الذين يطورون الأدوات اللازمة والتقدمات الصغيرة التي يتم البناء عليها بشكل تراكمي نحو الاكتشاف الأكبر أو الاختراق الأخير في مجموعة من الاختراقات المترابطة.

على سبيل المثال، تطلب اكتشاف بوزون هيغز والآليات المتعددة التي تدفع التطور جهدًا جماعيًا من مئات الباحثين الذين يعملون معًا. بشكل عام، أصبحت الفرق الأكبر أكثر شيوعًا في العلوم، وعادة ما تحسن جودة وتأثير البحث (Xu et al., 2022; Wuchty et al., 2007; Wu et al., 2019; Danús et al., 2023). لأن الفرق الأكبر قادرة بشكل أفضل على تطبيق منهجيات مختلفة ودمجها، ودمج المزيد من الخبرات وتطوير تركيبات جديدة من الأفكار – مع تأثيرات مضاعفة بين التعاونات متعددة التخصصات. تمكّن الفرق الأكبر من تجميع الموارد للحصول على أدوات أكثر تقدمًا وحداثة، وعادة ما يكون لديها وصول أكبر إلى تقنيات ومعدات مختبرات مختلفة. كما أنها توفر عملية مراجعة نظرية مدمجة حيث يمكن لأعضاء الفريق مراجعة وانتقاد أعمال بعضهم البعض. بشكل عام، يركز التركيز على عدد قليل من النجوم العلمية على العلماء المهمين الذين يضعون الأساس قبلهم ويجعلون الخطوة الأخيرة نحو الاكتشاف ممكنة.

لا تعكس الهيكل التقليدي لجائزة نوبل الذي يسمح فقط بحد أقصى ثلاثة فائزين لكل مجال كل عام وغالبًا ما يخصص الفضل لاكتشاف، من أجل البساطة، لعالم فردي الممارسة العلمية الفعلية. بدلاً من ذلك، يفرض عقلية الفائز يأخذ كل شيء ويدعم نمط ‘العبقري الوحيد’ في العلوم. من الأسهل للكتب المدرسية العلمية، وتعليم العلوم، ومنح الجوائز ووسائل الإعلام ربط اكتشاف باسم واحد بدلاً من مجتمع العلماء الذين طوروا الاكتشاف. وهذا جزء من السبب في أنهم يفعلون ذلك. ولكن تأتي البساطة بتكلفة: إنها تشوه صورة العلوم، وكيف تعمل العملية العلمية والاكتشاف وكيفية الاستفادة من التقدمات الكبرى الجديدة. لذلك نحتاج إلى إصلاح هيكل جائزة نوبل لمكافأة ليس فقط الأفراد ولكن أيضًا فرق البحث، بالإضافة إلى مثلث الباحثين الذين يقومون بالاكتشافات المنهجية والتجريبية والنظرية.

العوامل التاريخية والثقافية على مستوى الدولة: أصبح النظام العلمي أكثر انغلاقًا أمام الباحثين خارج أمريكا الشمالية الذين لم يعودوا يمثلون معظم المكتشفين. بعد ذلك، نقوم بتحليل الاختلافات عبر البلدان التي تساعد في تشكيل الوصول إلى

الموارد والمواقف تجاه العلم، وترتبط بموقع وتركيز أفضل الجامعات في العالم (شلاجبيرغر وآخرون، 2016). نجد أن أكثر من من الاكتشافات حتى عام 1900 تم بواسطة علماء يعيشون في أوروبا في وقت اكتشافهم، لكن الحصة انخفضت إلى خلال الفترة من 1900 إلى 1999، حيث وصلت إلى حوالي ثلث بين عامي 2000 و2022. شرق آسيا في صعود، حيث تمثل حوالي من المكتشفين منذ عام 2000. في الفيزياء والكيمياء، عاش معظم مكتشفي جائزة نوبل (1901-2022) في أوروبا عند قيامهم باكتشافاتهم. الاقتصاد هو المجال الذي يتمتع بأعلى تركيز في أمريكا الشمالية (الشكل 4ب). تاريخياً، قاد العلماء الألمان العالم في اكتشافات جائزة نوبل، مقاسة من حيث الأرقام المطلقة والنسبية، مقارنة بالعلماء من أي دولة أخرى. كانوا يمثلون حوالي ربع جميع اكتشافات جائزة نوبل حتى عام 1930 عند ، مع احتلال العلماء البريطانيين المرتبة الثانية الذين مثلوا من الاكتشافات. ومع ذلك، أدى الفاشية في ألمانيا والحرب العالمية الثانية إلى تحول. انتقل العلماء الرائدون في العالم، والمجلات والمؤسسات الرائدة من ألمانيا إلى الولايات المتحدة والمملكة المتحدة. يعكس التحول التأثير غير المقصود للفاشية على صعود العلم الناطق بالإنجليزية. تتبع جميع مكتشفي جائزة نوبل على مدار حياتهم – من بلد ميلادهم إلى البلد في وقت اكتشافهم ثم البلد في وقت استلام جائزة نوبل – يوضح هذه الحركة الجغرافية إلى الولايات المتحدة (الملحق التكميلي الجدول 1).

تلعب إقامة البلد دورًا مشابهًا لانتساب الجامعة ولكن على مستوى أكثر تجميعًا. يمكن أن يؤثر البلد الذي يقيم فيه الباحثون على وصولهم إلى أدوات علمية مختلفة، وتوافر التمويل، والبنية التحتية، ودعم الحكومة. غالبًا ما تكون البلدان ذات الاقتصاديات الأقوى والدعم العام لديها مختبرات أكثر تخصصًا وتقنيات أكثر تقدمًا
والتكنولوجيات ومرافق الحوسبة التي قد تكون مطلوبة لإجراء بعض الاكتشافات. يمكن أن يواجه الباحثون في الاقتصاديات الفقيرة عيبًا في المجالات التي تتطلب تقنيات متطورة معينة.

تجذب المؤسسات البحثية في البلدان ذات المرافق الأكبر، والهيبة، والرواتب، والتقنيات أفضل الباحثين وتعزز الاكتشافات. نجد أنه بين عامي 2000 و2022، تم إجراء 61% من جميع الاكتشافات بواسطة علماء يعيشون في أمريكا الشمالية ولكن أكثر من نصف جميع الاكتشافات خلال هذه الفترة تم بواسطة علماء ولدوا خارج أمريكا الشمالية، معظمهم من أوروبا القارية. يبرز هذا مدى الهجرة الأكاديمية.

بين جميع اكتشافات جائزة نوبل، تلقت المؤسسات البحثية في أمريكا الشمالية تدفقًا أكبر من الباحثين الذين قاموا أولاً باكتشافاتهم الفائزة بالجائزة في أوروبا، أمريكا اللاتينية وشرق آسيا، ثم انتقلوا إلى أمريكا الشمالية حيث أقاموا عند استلامهم لجائزة نوبل. بدورها، تلقت المؤسسات البحثية الأوروبية باحثين من أمريكا الشمالية والشرق الأوسط وشمال إفريقيا بعد إجراء اكتشافاتهم الفائزة بالجائزة (الشكل 4د) (سكيلاطو وآخرون، 2017).

من حيث الدين، نلاحظ أن الدين والعلم مرتبطان بشكل عكسي: الدين قد انخفض مع توسع العلم. يمكن أن تؤثر المعتقدات الدينية في دول مختلفة على المعتقدات الفردية (المواقف تجاه البحث العلمي)، والدعم الحكومي (البحث المحدود في خلايا الجذع، وتحرير الجينات، والتطور) والمعايير الثقافية (التأكيد على أنواع معينة من التعليم) (زوكيرمان، 1977).

بالنسبة للأحداث الكبرى في العالم التي لم نتمكن من ملاحظتها وشرحها، مثل أصل الحياة والكون، غالبًا ما اعتمد العلماء الرائدون حول القرن السابع عشر على ما وراء الطبيعة

التفسيرات، مثل كوبرنيكوس، كبلر، غاليليو ونيوتن الذين عرّفوا أنفسهم كمسيحيين. نجد أن حصة المكتشفين الذين هم متدينون انخفضت من في القرن السابع عشر إلى في النصف الثاني من القرن العشرين، ثم إلى لفترة 2000 إلى 2022 (الشكل 4هـ). توزيع الانتماءات الدينية للباحثين متسق عبر المجالات، باستثناء علم الفلك. المكتشفون في علم الفلك هم أكثر احتمالًا بأن يكونوا ملحدين أو غير مؤمنين بمقدار الضعف وقد يُفسر ذلك بمواجهة الدور الدقيق لجنسنا في الكون (الشكل 4و). كانت مساهمات داروين في أصل الأنواع في عام 1859 واكتشاف هابل للكون المتوسع في عام 1926 من أهم المساهمات في فهم الحياة البشرية، والكون ومكانتنا الدقيقة فيه. مثل هذه الاكتشافات، من خلال تقديم تفسيرات مدعومة بالأدلة التجريبية، قد تساعد في تفسير جزء من الانخفاض في استخدام التفسيرات الدينية لمثل هذه الظواهر، جنبًا إلى جنب مع عوامل مثل اعتماد المواطنين أقل على المؤسسات الدينية مقارنة بالحكومات ودول الرفاه.

دور العوامل الاقتصادية والديموغرافية. أخيرًا، ما هو دور العوامل الاقتصادية والديموغرافية الأوسع؟ بينما يجب علينا تطبيق الأساليب والأدوات مباشرة لإجراء اكتشافات جديدة، يمكن أن يعزز الدخل الأكبر للفرد (وبالتالي الموارد) وحجم السكان الأكبر (وبالتالي المزيد من الباحثين) الظروف الأساسية للعلم. يمكن أن تسهل المجتمعات الأكثر ثراءً والأكبر أدوات أكثر تطورًا ومعدات مختبرية. ومع ذلك، غالبًا ما لا تكون الأدوات المكلفة مطلوبة، والعديد من أساليبنا وأدواتنا الأكثر استخدامًا في العلم هي منخفضة التكلفة، كما تم توضيحه سابقًا. بين جميع اكتشافات جائزة نوبل منذ عام 1975، نلاحظ أن المكتشفين المقيمين في البلدان في أدنى خُمسين (الأفقر ) لا يواجهون بشكل منهجي وصولًا أقل واستخدامًا للأدوات والأساليب الشائعة في العلم (بما في ذلك الحواسيب، الطرد المركزي، الكهربائي، والميكروسكوبات الإلكترونية) مقارنةً بأولئك في الخُمس الأغنى (الشكل 5أ). وبالتالي، فإن الاكتشافات التي تمت باستخدام بعض هذه الأدوات العلمية الأكثر تطورًا ليست مركزة فقط في أغنى البلدان. لا تختلف استخدام الأساليب مثل الإحصائيات والكهربائي كثيرًا عبر خُمس الدخل حيث أنها رخيصة نسبيًا وسهلة الوصول. بمجرد تحقيق حد أدنى من الدخل، لا يبدو أن العلماء في سياقات ذات موارد أقل يواجهون قيودًا أكبر بشكل ملحوظ في إجراء الاختراقات العلمية (الشكل 5ب).

لقد هدفنا إلى كشف الميزات والخصائص الخاصة بالعلماء الذين قاموا بأعظم
الاختراقات في العلوم، مما يمكننا من تقديم ملف عام عن أعظم مكتشفي العلوم وفهم سياقهم الأوسع بشكل أفضل. وجدنا أن العلوم الرائدة قد تحولت بشكل كبير على مدى العقود الماضية، متجهة نحو تعليم متعدد التخصصات وتدريب منهجي أكبر، والجامعات الكبرى وسن أكبر بين المكتشفين الرئيسيين في العلوم. وجدنا أن حوالي نصف جميع اكتشافات جائزة نوبل قد تم إجراؤها بواسطة علماء يحملون على الأقل درجتين في مجالات مختلفة. وهذا يمكّن من تدريب منهجي متعدد التخصصات أكبر وروابط ومنظورات منهجية جديدة عبر المجالات التي يمكن أن تثير تقدمًا علميًا جديدًا. كما أن العلوم أصبحت أكثر تميزًا، حيث يشكل العلماء في أفضل 25 جامعة ما يقرب من ثلث جميع اكتشافات جائزة نوبل وغير جائزة نوبل. فقط عدد قليل من اكتشافات جائزة نوبل وغير جائزة نوبل تم إجراؤها بعد سن 50 ( و ) وقليل جدًا بعد سن 60 ( و ، على التوالي). تحتاج المؤسسات العلمية إلى النظر فيما إذا كان ينبغي توجيه بعض أنواع المنح المخصصة للابتكار بشكل خاص لأولئك الذين تتراوح أعمارهم بين 35 و45 عامًا (حيث يمثلون من جميع مكتشفي جائزة نوبل). بشكل عام، يمكن أن تدعم عوامل مثل مستويات التعليم، والتعليم متعدد التخصصات والبيئة المؤسسية الباحثين في الوصول إلى أحدث الأساليب والمرافق والموارد لإجراء الاكتشافات.

على الرغم من أن الأبحاث الرائدة غالبًا ما تكون متعددة التخصصات، فإن هيكل الجامعات والمجلات الأكاديمية والجوائز العلمية مثل جائزة نوبل يجسد الحدود التقليدية بين التخصصات (Szell et al.، 2018). لتعزيز الاكتشافات، نحتاج إلى إعادة التفكير في الانقسامات التخصصية وكيف يمكن تعزيز الأبحاث متعددة التخصصات ومنح الجوائز لها، بما في ذلك جائزة نوبل. نحتاج إلى مكافأة أفضل الأبحاث، بغض النظر عن التخصصات. بشكل عام، فإن القيد هنا هو نقص البيانات لتقييم الدور المحتمل للسمات النفسية للمكتشفين مثل مستويات الدافع والطموح. لا يمكن جمعها واختبارها بسهولة حيث أن معظم المكتشفين قد توفوا.

لاحظنا تطور النظام العلمي بمرور الوقت ودرجة انغلاق النظام بشكل متزايد على مجموعات معينة. الباحثون خارج أمريكا الشمالية على سبيل المثال يمثلون حوالي من الاكتشافات الكبرى منذ عام 1950 ولكنهم كانوا يمثلون الغالبية، والباحثون الأصغر سنًا الذين تقل أعمارهم عن 33 عامًا يمثلون أقل من من الاكتشافات الكبرى منذ عام 1950 ولكنهم كانوا يمثلون تقريبًا من قبل. كما أن النظام العلمي لا يزال مغلقًا للغاية أمام الباحثات اللاتي يمثلن أقل من من الاكتشافات الكبرى منذ عام 1950 (و من قبل). سيكون من المهم توفير حوافز للباحثين في مثل هذه المجموعات لتعزيز نظام علمي أكثر شمولاً وعالمية. نحتاج إلى إصلاح هيكل جائزة نوبل لمكافأة أيضًا فرق البحث (ليس فقط حتى ثلاثة
أفراد لكل مجال كل عام) حيث إنه يشوه صورة كيفية عمل عملية الاكتشاف وكيفية تحفيز تقدمات جديدة كبيرة. يتم توضيح ميزات أخرى من الاكتشافات الكبرى في العلوم في سلسلة من الأوراق القادمة، بما في ذلك المحركات الخاصة للاكتشافات الجديدة والمجالات. في النهاية، لدعم العلماء البارزين في المستقبل، تشير النتائج هنا أيضًا إلى أنه يمكن إجراء المزيد من الاكتشافات إذا قدمت وكالات العلوم والمؤسسات البحثية حوافز أكبر للباحثين للعمل ضد الاتجاه الشائع للتخصص الضيق وبدلاً من ذلك تعزيز الأبحاث متعددة التخصصات التي تجمع بين أساليب جديدة عبر المجالات.

البيانات المستخدمة في التحليل متاحة عبر الإنترنت من هذه المصادر الموضحة في قسم الطرق.

تاريخ الاستلام: 22 أغسطس 2023؛ تاريخ القبول: 30 يناير 2024؛
تم النشر عبر الإنترنت: 15 فبراير 2024

Balchin J (2014) Quantum leaps: 100 scientists who changed the world. Arcturus Publishing Limited, London
Bjork S, Offer A, Söderberg G (2014) Time series citation data: the Nobel Prize in economics. Scientometrics 98:185-196
Breit W, Hirsch B (eds.) (2004) Lives of the laureates: eighteen Nobel economists. MIT Press, Cambridge MA
Bunch B, Hellemans A (2004) The history of science and technology. Houghton Mifflin Company, Boston/New York
Chan H, Torgler B (2015) The implications of educational and methodological background for the career success of Nobel laureates: an investigation of major awards. Scientometrics 102(1):847-863
Daintith J (2009) Biographical encyclopedia of scientists-3rd edn. Boca Raton: Taylor & Francis Group, Boca Raton
Danús L, Muntaner C, Krauss A, Sales-Pardo M, Guimerà R (2023) Differences in collaboration structures and impact among prominent researchers in Europe and North America. EPJ Data Science
Encyclopaedia Britannica (2023) Encyclopaedia Britannica. www.britannica.com (2023)
Encyclopaedia Britannica (2023a) Hermann von Helmholtz. Encyclopaedia Britannica, https://www.britannica.com/biography/Hermann-von-Helmholtz
Encyclopaedia Britannica (2023b) Svante Pääbo. Encyclopaedia Britannica, https:// www.britannica.com/biography/Svante-Paabo
Galton F (1874) English men of science: their nature and nurture. MacMillan, London
Gribbin J (2008) Britannica guide to 100 most influential scientists. Robinson Publishing
Haven K (2007) 100 greatest science discoveries of all time. Libraries Unlimited, London
Hellyer M (2003) Editor’s introduction: what was the scientific revolution? In: The scientific revolution: the essential readings. Wiley-Blackwell
Ioannidis JP, Patsopoulos NA, Kavvoura FK et al. (2007) International ranking systems for universities and institutions: a critical appraisal. BMC Med 5:30
Jones B (2009) The burden of knowledge and the “Death of the Renaissance Man”: Is innovation getting harder? Rev Econ Stud 76:283-317. 1, pp
Jones B, Reedy E, Weinberg B (2014) Age and scientific genius. In: Simonton DK (ed.). The Wiley handbook of genius. John Wiley & Sons. pp. 422-450
King DA (2004) The scientific impact of nations. Nature 430:311-316
Krauss A (2024) Science of Science: Understanding the foundations and limits of science. Forthcoming
Krauss A, Danús L, Sales-Pardo M (2023) Early-career factors largely determine the future impact of prominent researchers: evidence across eight scientific fields. Nat Sci Rep 13:18794
Kuhn T (1st edn 1962; 4th edn 2012) The structure of scientific revolutions. University of Chicago Press, Chicago
Lepori B, Geuna A, Mira A (2019) Scientific output scales with resources. a comparison of US and European universities. PLoS ONE 14:1-18
Lerner KL, Lerner B (eds) (2004) Gale encyclopedia of science, third edition. Thomson/Gale
Leroy F (ed.) (2003) A century of Nobel prizes recipients chemistry, physics and medicine. Marcel Dekker, New York
Li J, Yin Y, Fortunato S, Wang D (2020) Scientific elite revisited: patterns of productivity, collaboration, authorship and impact. J R Soc Interface 17:20200135
Lunnemann P, Jensen MH, Jauffred L (2019) Gender bias in Nobel prizes. Palgrave Commun 5:46

Maddison Project Database (2018) Maddison Project Database. (developed by: Bolt, Jutta, Robert Inklaar, Herman de Jong and Jan Luiten van Zanden), www.ggdc.net/maddison
Nobel Prize. Nobel Prize (2023) Nobel Media AB, www.nobelprize.org
Nobel Prize (1962) Max Perutz-Nobel Lecture. Nobel Prize, https://www. nobelprize.org/uploads/2018/06/perutz-lecture.pdf
NSF (2021) Survey of earned doctorates. National Science Foundation; National Center for Science and Engineering Statistics. https://ncses.nsf.gov/pubs/ nsf23300/assets/data-tables/tables/nsf23300-tab005-003.pdf (2021)
Oakes E (2007) Encyclopedia of world scientists, revised edition. Infobase Publishing, New York (2007)
Prus B [Aleksander Głowacki] (1873) On discoveries and inventions. Public Lecture 23 March 1873, Warsaw, Printed by F. Krokoszyńska
QS World University Rankings (2021) QS World University Rankings. QS World University Rankings, London, UK www.topuniversities.com/university-rankings/world-university-rankings/2021 (2021)
Rabesandratana T (2014) Age is an advantage. Science. 10 Dec (2014)
Richard EG et al. (2010) A draft sequence of the Neandertal Genome. Science 328:710-722
Rogers K (2009) The 100 most influential scientists of all time. Britannica Educational Publishing
Salter C (2021) 100 science discoveries that changed the world. Pavilion, London
Sanger F, Nicklen S, Coulson AR (1977) DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci USA 74(12):5463-5467
Scellato G, Franzoni C, Stephan P (2017) A mobility boost for research. Science 356(Issue 6339):694. pp. 19 May
Schlagberger E, Bornmann L, Bauer J (2016) At what institutions did Nobel laureates do their prize-winning work? An analysis of biographical information on Nobel laureates from 1994 to 2014. Scientometrics 109(2):723-767
Sherby L (2002) The Who’s Who of Nobel Prize Winners 1901-2000. Oryx Press, London
Simmons J (2000). The scientific 100: a ranking of the most influential scientists, past and present. Citadel Press
Simonis D (ed.) (1999) Lives and legacies: an encyclopedia of people who changed the world scientists, mathematicians, and inventors. The Oryx Press, Phoenix
Sinatra R, Wang D, Deville P, Song C, Barabási A (2016) Quantifying the evolution of individual scientific impact. Science 354:aaf5239
Szell M, Ma Y, Sinatra R (2018) A Nobel opportunity for interdisciplinarity. Nat Phys 14:1075-1078
Thompson G (2012) Nobel prizes that changed medicine. Imperial College Press
Tiner J (2022) 100 scientists who shaped world history. Sourcebooks, Naperville
Uzzi B, Mukherjee S, Stringer M, Jones B (2013) Atypical combinations and scientific impact. Science 342:468-472
Wang D, Barabási A (2021) The science of science. Cambridge University Press, Cambridge
Watson J (1969) The double helix. New American Library, New York
Wu L, Wang D, Evans JA (2019) Large teams develop and small teams disrupt science and technology. Nature 566:378-382
Wuchty S, Jones B, Uzzi B (2007) The increasing dominance of teams in production of knowledge. Science 316:1036-1039
Xu F, Wu L, Evans J (2022) Flat teams drive scientific innovation. Proc Natl Acad Sci USA 119(23):e2200927119
Ye Siqi, Xing R, Liu J, Xing F (2013) Bibliometric analysis of Nobelists’ awards and landmark papers in physiology or medicine during 1983-2012. Ann Med 45(8):532-538
Zeng XHT, Duch J, Sales-Pardo M, Moreira JAG, Radicchi F, Ribeiro HV et al. (2016) Differences in collaboration patterns across discipline, career stage, and gender. PLoS Biol 14(11):e1002573
Znaniecki F (1923) The subject matter and tasks of the science of knowledge. (English transl. 1982), Polish contributions to the science of science (ed. Bohdan Walentynowicz), Reidel Publishing Company
Zuckerman H (1977) Scientific elite: Nobel laureates in the United States. Free Press, New York

أشكر التعليقات من كورينا بيترز، نيكولاس شيل، ميلان كوينتل، أوفي بيترز، جوليا هوفر مارتى، ألينا فيلياس وألفونسو غارسيا لابينا، وأود أيضًا أن أشكر نيبويشا روديتش، لاني براجير ولورينا أورتيغا. تلقيت تمويلًا من وزارة العلوم والابتكار في حكومة إسبانيا (منحة RYC2020-029424-I). لمناقشة أوسع حول ما يحفز الاكتشافات العلمية، انظر أيضًا كتابي القادم: محرك الاكتشاف العلمي.

ألكسندر كراوس هو المؤلف الوحيد.

يعلن المؤلف عدم وجود مصالح متنافسة.

تشمل الدراسة بيانات تم تجميعها من الأوراق الفائزة بجائزة نوبل (جائزة نوبل 2023)، ومنشورات الاكتشافات المشار إليها في سبعة كتب علمية، وستة موسوعات علمية، وما إلى ذلك، التي تتوفر للجمهور (انظر قسم الطرق). جميع البيانات في الدراسة مجهولة الهوية، ولم يتم إجراء تجارب على البشر ولم تكن هناك حاجة لموافقة أخلاقية.

لم تكن هناك حاجة لموافقة مستنيرة.

المعلومات التكميلية النسخة عبر الإنترنت تحتوي على مواد تكميلية متاحة على https://doi.org/10.1057/s41599-024-02781-4.

يجب توجيه المراسلات وطلبات المواد إلى ألكسندر كراوس.
معلومات إعادة الطبع والإذن متاحة على http://www.nature.com/reprints

ملاحظة الناشر: تظل Springer Nature محايدة فيما يتعلق بالمطالبات القضائية في الخرائط المنشورة والانتماءات المؤسسية.

الوصول المفتوح: هذه المقالة مرخصة بموجب رخصة المشاع الإبداعي للاستخدام والمشاركة والتكيف والتوزيع وإعادة الإنتاج في أي وسيلة أو تنسيق، طالما أنك تعطي الائتمان المناسب للمؤلفين الأصليين والمصدر، وتوفر رابطًا لرخصة المشاع الإبداعي، وتوضح ما إذا كانت هناك تغييرات قد تم إجراؤها. الصور أو المواد الأخرى من طرف ثالث في هذه المقالة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي للمقالة، ما لم يُشار إلى خلاف ذلك في سطر ائتمان للمادة. إذا لم تكن المادة مشمولة في رخصة المشاع الإبداعي للمقالة واستخدامك المقصود غير مسموح به بموجب اللوائح القانونية أو يتجاوز الاستخدام المسموح به، ستحتاج إلى الحصول على إذن مباشرة من صاحب حقوق الطبع والنشر. لعرض نسخة من هذه الرخصة، قم بزيارة http://creativecommons.org/ licenses/by/4.0/.
© المؤلفون 2024

Science has fundamentally shaped the course of human history through great advances, but we still do not know well the unique characteristics and traits of the individuals who have made those advances. This question of the particular features of science’s great discoverers has intrigued both scientists and the general public. Classic work on scientific discoveries and the traits of discoverers goes back at least to Bolesław Prus (1873), Florian Znaniecki (1923), Galton’s (1874) English men of science: Their nature and nurture and especially influential has been Zuckerman’s (1977) Scientific Elite: Nobel Laureates in the United States. Zuckerman, a leading sociologist of science, interviewed Nobel laureates in the US about their backgrounds, family and research. She pioneered the study of the demographic and social characteristics of these prominent scientists, providing insight into the lives of Nobel laureates on attributes like social status, age, gender, religion and ethnicity (Zuckerman 1977). The common approach in existing studies has been to study a sample of discoverers in a given time period, scientific field or country like the US or UK (Li et al., 2020; Chan and Torgler, 2015; Leroy, 2003; Schlagberger et al., 2016; Sherby, 2002; Thompson, 2012; Ye et al., 2013; Breit and Hirsch, 2004; Bjork et al., 2014). Yet this does not allow us to make general claims about science’s major discoverers. We thus do not yet have representative data for science’s major discoverers and how they differ across countries and time on the broad range of demographic and institutional characteristics. Systematically understanding the characteristics of science’s major discoverers in a representative way has not yet been possible, without first compiling comprehensive data on all major discoverers and their features and traits (ibid.).

To address the challenge, this study assesses science’s major discoverers by adopting a global scope and evaluating all nobelprize and major non-nobel-prize discoverers across the history of science. This new data enables compiling a general profile of the scientists who made science’s greatest breakthroughs and outlining how their background features relate to their success. Recently, researchers have studied the features of scientists often individually for a sample of scientists; here we instead assess the broad range of demographic features of all nobel-prize and major non-nobel-prize discoverers: age (Wang and Barabási, 2021; Sinatra et al., 2016; Jones et al., 2014; Zuckerman, 1977), education level (Chan and Torgler, 2015; Zuckerman, 1977), interdisciplinary background (Szell et al., 2018), gender (Zeng et al., 2016; Lunnemann et al., 2019), country of residence (Lepori et al., 2019; Danús et al., 2023; King, 2004; Scellato et al., 2017) and religious affiliation (Zuckerman, 1977), but also their institutional features including discoverers’ university ranking (Schlagberger et al., 2016; Ioannidis et al., 2007; Krauss et al., 2023) and their broader social and economic features including population size and income per capita of the country in which they lived (King, 2004) at the time of discovery (see also Krauss 2024). Rather than commonly focusing on one factor, we compile data on this broader set of factors and analyse them all to gain a more general understanding of the overall context in which discoverers work. We uncover common patterns in the background features and traits of these eminent discoverers across scientific fields and history. We find that breakthrough science has transformed over the past few decades, with a shift towards greater interdisciplinary education and methodological training, top universities and older age among science’s prominent discoverers.

While there are advantages to focusing on a narrow research question in scientific studies, there are also instances when focusing on a broader, more comprehensive research question can be more appropriate. To be able to provide a more comprehensive overview of the features of science’s major discoverers in a single study requires assessing the broader range of
demographic, institutional and economic features. This enables us to better understand the broader context and identify overarching trends influencing discoverers that a more narrow study cannot. Understanding the features of science’s major discoverers is important because it helps identify patterns and key features we can foster, which is useful information for hiring committees, university departments, funding bodies and academic journals.

By identifying the unique traits and features of discoverers, we provide insights into the evolution of the scientific system over time. We observe the degree to which the system is becoming more closed to particular groups. Researchers outside of North America for example made about of major discoveries since 1950 but used to account for the majority, and younger researchers under 33 made less than of major discoveries since 1950 but used to account for almost beforehand. The scientific system also remains highly closed to female researchers, making less than 6% of major discoveries since 1950 (and 4% beforehand). We also provide insights into how we can support future prominent scientists and an inclusive and innovative scientific community that fosters discovery.

This study compiles data on all major scientific discoveries. These are defined as all 533 nobel-prize-winning discoveries in science (from the first year of the prize in 1901 to 2022) and all other major discoveries that were made prior to or did not receive a Nobel prize; these are derived from all science textbooks (a total of seven) that provide a list of the greatest 100 scientists and their discoveries and that span across scientific fields and history (with textbooks specific to a field or time period not included) (Tiner, 2022; Salter, 2021; Gribbin, 2008; Rogers, 2009; Simmons, 2000; Balchin 2014; Haven, 2007). After excluding duplicate cases within the seven textbooks, 228 other major discoveries remained. A total of 761 major discoveries made by 982 discoverers have thus been included in the study. Results for the major non-nobel-prize discoveries provide an independent control and robustness check for validating results of the nobel-prize discoveries, and we also compare results across fields and over time. These discoveries make up the foundation of the sciences-ranging from microbiology and astrophysics to cognitive science and computer science. Moreover, the science textbooks were published in recent history and thus consider influential discoveries retrospectively using current scientific standards while Nobel Prizes awarded for instance a century ago reflect influential discoveries at the given time but are nearly all also considered influential today. The major non-nobel-prize discoveries include the eminent discoverers of science that did not earn a Nobel prize but helped lay the foundation of science: from Galileo, Newton, Hooke, Boyle and Maxwell to Pasteur, Darwin, Mendeleev and (Rosalind) Franklin.

Describing the traits of the discoverers and their broader environment requires linking discoveries to those traits and conditions. To do so, the main sources for compiling the data on discoverers’ age, education level, gender, country of birth and residence are Encyclopaedia Britannica (2023) and official Nobel Prize (2023) documentation. After exhausting these sources, the remaining data are derived from five other encyclopaedias of science (Daintith, 2009; Bunch and Hellemans, 2004; Oakes, 2007; Simonis, 1999; Lerner and Lerner, 2004) and the seven indicated science textbooks. Data on discoverers’ university ranking are derived from QS World University Rankings (2021), data on the population size and income per capita of the country in which they lived are derived from the Maddison Project Database (2018) and most data on their religious affiliation are derived from Sherby (2002), and otherwise from other scientific
publications and contacting living Nobelists via email (see the Supplementary Appendix for more details). All data for relevant variables have been confirmed with encyclopaedic sources. Data on the year of discovery, the university affiliation of the discoverer at the time of the discovery and the methods and instruments used in making the discovery are derived from the discoverymaking publication. In total, with over two dozen variables for each of the 761 discoveries, a total of over 20,000 data points have been collected. A fifteen-month period of data collection was required to gather the data for all variables. All data in the study reflect the year the discovery was published-unless explicitly stated that data reflect the year the Nobel prize was awarded. Here the features of discoverers in the year they made the discovery are thus collected and analysed which enables us to describe factors that can influence discoveries-rather than just collecting data for nobel-prize-winning discoverers at the time they receive the award. For the average Nobel laureate receives the prize 21 years after making the discovery and many of their features that influenced their discoveries have changed. Greater detail on the data collected for a given variable is provided when introduced in each section of the results. We apply descriptive statistics to assess the evolution over time and across scientific fields of this range of demographic, institutional and economic features of science’s greatest discoverers.

Nearly all discoverers have a PhD and most have an interdisciplinary education that enables greater training in different methods to make breakthroughs. In assessing the demographic, institutional and economic traits of science’s major discoverers, we first explore the role of education as an initial step in scientists’ training. We find that of all major discoveries since 1600 (when doctoral awards began to spread) have been made by researchers with a PhD at the time of discovery and the share increases to for all nobel-prize discoveries (awarded since 1901). Most researchers making discoveries are thus highly trained. As science has expanded, the level of complexity we study increases along with the level of sophistication in the methods and instruments we use to be able to study that complexity. Today, to make new discoveries we thus generally require training in advanced methods and instru-ments-such as electron microscopes and sophisticated statistical methods-and acquiring extensive bodies of knowledge.

In general, two central ways we gain knowledge in science are by assessing how a phenomenon changes over time (historical analysis) and by assessing groups of a population comparatively to identify differences between them (comparative analysis). Studies that just collect data for one group of a population at one point in time provide only a part of the evidence which commonly varies over time and groups. Both analyses together broaden our general understanding-as highlighted in Fig. 1.

Over the history of science, dozens of great discoverers completed at most only secondary schooling, including Faraday, Tesla and Dalton. Yet by acquiring knowledge on their own and with the aid of newly developed instruments like the galvanometer, electric generator and eudiometer, respectively, including mathematics, these scientists were able to make major discoveries. While university education facilitates knowledge and training in methods, it has thus not always been a necessary condition for making discoveries in the past.

Across Europe, universities spread especially since the 14th and 15th century, when most discoverers still had no formal education (Fig. 1a). Since the 18th century, more and more discoverers are likely to have a PhD and to be a professor. Ten nobel-prize discoveries (accounting for of such discoveries) have however been made by researchers with only a Bachelors
degree at the time of discovery. These include for example the discoveries by Leo Esaki, Ivar Giaever and Brian Josephson who received the Nobel Prize in physics in 1973 for their work on tunnelling semiconductors, superconductors and supercurrent. Yet we find that all discoveries since 2000 have been made by professors (with a PhD) (Fig. 1a). Medicine is one of the most professionalised and applied fields, with all nobel-prize discoverers completing an MD or PhD but only about being a professor. In contrast, over of nobel-prize discoveries in chemistry, astronomy, and economics and social sciences are made by professors (Fig. 1b)-though they are commonly younger and more recent professors (as illustrated later).

What role does an interdisciplinarily education and training play among science’s great discoverers? While it is the norm today for scientists to specialise and work in one field, we find that most nobel-prize discoveries, a total of , have been made by scientists who completed two or more degrees in different academic fields by the time of the discovery-with the share at for major non-nobel-prize discoveries over the same period (as an independent control). In medicine and biology, discoverers are most likely to have received degrees in two or more fields, at . In comparison, in physics the share is , meaning that physicists are much more likely to specialise (Fig. 1d). These large differences between fields can be explained by the historical structure of the scientific system, with physics traditionally organised as a standalone discipline with well-defined subfields while medicine and biology often require greater interdisciplinary training partly due to the interdisciplinary nature of the life sciences and the complexity of living systems. Interdisciplinary education is on the rise, with over of all discoveries since 2000 made by scientists who completed two different degrees. As a comparison, about of US doctorate recipients earned a master’s degree in a field different from their doctorate, according to a US census of scientists in 2021 (NSF, 2021). Simply put, Nobel laureates are trained more broadly than their peers.

An interdisciplinary education equips researchers with skills in methods and instruments from different fields. Interdisciplinary training puts a wider range of methods in our hands and also enables us to merge methods and develop new integrated methods. Applying a method from one field to another field or combining methods and knowledge from different fields in innovative ways has been central to producing many novel ideas and discoveries. It allows us to bridge the gap between disciplines, integrate perspectives and adopt a completely new approach to address complex questions and generate novel ideas. The physicist Max Delbrück for example turned to biology in the 1930s but used novel methods from physics-the newly developed electron microscope and statistical methods. Using these unconventional methods he was able to address unanswered questions in genetics and show that bacteria develop via mutations. This research helped open the field of molecular genetics. Konrad Bloch completed degrees in chemical engineering and biochemistry that enabled him to apply new isotopic labelling methods to discover the mechanism and regulation of cholesterol. Frederick Sanger studied natural science, biochemistry and medicine, and combined his methodological training to create techniques for sequencing DNA using new gel electrophoresis methods (Sanger et al., 1977). Donna Strickland studied engineering physics and optics and Gérard Mourou studied physics and then worked together applying new laser tools to develop the breakthrough method of ultrashort high-intensity laser pulses. Hermann von Helmholtz received a PhD in medicine and also studied physics and mathematics, allowing him to apply novel mathematical principles and physical analysis which other physiologists did not. This enabled him to make the foundational discovery of the principle of the conservation of energy that

helped transform a part of physiology and physics (Encyclopaedia Britannica, 2023a). Svante Pääbo studied humanities and later medicine, and then did his postdoctoral studies in molecular biology and later became the director of the Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology in Leipzig (Encyclopaedia Britannica, 2023b). His interdisciplinary background and interests enabled applying new and improved DNA sequencing methods to discover the Neanderthal genome (Richard et al., 2010). Rosalind Franklin studied physical chemistry and then turned to biological questions to be able to provide the first images of the double-helix structure of DNA using x-ray diffraction methods developed in physics.

In general, there is a trade-off at play. As bodies of knowledge continue to expand over time (Jones, 2009) and the range of methods we use to develop that knowledge, the result has been narrower specialisation among researchers across science. Yet our ability to make novel connections and major discoveries is often directly related to our ability to apply methods and approaches from across scientific domains. While the universal scholar is an ideal of the past, we find that the small share of researchers who make major discoveries and push the research frontier are more likely to have defied the present trend towards specialisation. Science’s large body of specialised researchers is more likely to incrementally dent the research frontier little by little. Smaller
contributions may seem less spectacular than large interdisciplinary breakthroughs that provide new lenses to the world, but they also contribute to the overall progress of science.

Moreover, we also observe interdisciplinary reasoning in the use of analogies in scientific discoveries, in which a concept from one scientific field is connected to a concept from a distant field. Analogies used by discoverers thus involve at times crossdisciplinary conceptual mapping (see analogy section in the Supplementary Appendix and Supplementary Appendix Table 2).

The golden age range of high productivity and impact: half of all discoveries are made by scientists aged years. Thomas Kuhn argued that ‘Almost always the men who achieve these fundamental inventions of a new paradigm [or major breakthrough] have been either very young or very new to the field whose paradigm they change. … for obviously these are the men who, being little committed by prior practice to the traditional rules of normal science, are particularly likely to see that those rules no longer define a playable game and to conceive another set that can replace them’ (Kuhn, 1962/2012). Kuhn developed this hypothesis of the young or new scientist entering a given field in an innovative way based on his study of a small sample of theoretical discoverers largely in physics in the early 1900s such

as Einstein. We test the hypothesis here using data on all major discoveries. Einstein was indeed only 26 when he published his nobel-prize-winning paper on the law of the photoelectric effect in 1905. As Einstein also claimed, ‘A person who has not made his great contribution to science before the age of 30 will never do so’ (cf. Rabesandratana, 2014). Yet the conditions in physics at Einstein’s time do not reflect science today. We find that the golden age range of high productivity and impact in science is between 35 and 45 years of age. Exactly 50% of all Nobel laureates in science fall into this age range when making their prizewinning discovery, with an average age of 39 years at the time of discovery (median 38). Only of all nobel-prize discoveries and of major non-nobel-prize discoveries over the same period (as an independent control) were made after the age of 50 and only and after the age of 60 , respectively. Today, we can thus say that a person who has not made their great contribution to science before the age of 60 is very unlikely to do so (whether a nobel-prize or major non-nobel-prize discovery). At least for nobel-prize discoveries, this can be explained by average life expectancy at present and the average 21-year gap between making the discovery and receiving the prize. Yet on average, Nobel laureates in science are 60 years old when they receive the prize for the discovery (median also 60 ). These findings are also
compatible with the view that younger, untenured researchers may be more motivated to try to make a new discovery than older, tenured researchers with secure positions.

Analysing scientists’ age at the time of discovery should be done by examining different time periods separately. This is because scientists in the past did not yet have today’s advanced methods and instruments and commonly did not have to build on as much existing knowledge-and they also did not live as long. We find that before 1900, of discoveries were made before age 32, and the share reduced to between 1901 and 2000, but since 2000 it dropped to less than . The average age at the time of discovery rose from 38 for those made between 1901 and 1950, to 40 between 1951 and 2000, and 50 between 2001 and 2022.

Making discoveries at a very young age has thus become rare because acquiring the needed methodological training and comprehensive knowledge to be able to discover something new takes longer. For our methods have become much more complex and our bodies of knowledge more vast. There is thus more training and research to get through before reaching the research frontier, which continuously gets redrawn with newly developed methods and knowledge. This helps explain in part why low-hanging-fruit discoveries have largely been picked. Younger
researchers, particularly those who have just completed their university education and are just entering a field, can have more recent and up-to-date training in the latest methods and technologies. They can also have a fresh perspective on existing problems, without accepting established assumptions, and be more open to exploring new approaches and techniques (though they may not have as deep an understanding of their field).

We find that nobel-prize-winning economists are the youngest group when making their discovery at an average age of 36 (see Fig. 2b). It is the youngest field (with less knowledge) and has the largest share of theoretical breakthroughs which can require less work to build on. But economists wait the longest to be awarded the Nobel prize, an average of 31 years. The age distribution of discoverers is illustrated in Fig. 2a.

In the past, some researchers made a major breakthrough very early in their careers. Chandrasekhar described the physical processes of the evolution of stars at age 21 -which makes him the youngest scientist who made a nobel-prize-winning discovery. He was closely followed by Josephson who discovered tunnelling supercurrents at 22. Nash created the concept of Nash equilibrium at 22 . Arrhenius developed the electrolytic theory of dissociation at 24 . Heisenberg, Dirac and Bohr made their major contributions to quantum mechanics at 24,26 and 28 , respectively. All received a Nobel prize for these breakthroughs. A few centuries ago, some researchers also had no formal education when making the discovery such as Joule who discovered Joule’s law at age 23, Pascal who developed Pascal’s law at 24 and Germain who discovered Germain’s theorem at 25 . Today, it is extremely difficult to make a major discovery at such a young age. The increasing age of researchers at the time of discovery is illustrated in the heatmap in Fig. 2c.

Moreover, the gap in years between the nobel-prize discovery and award is also increasing over time across all fields-see Supplementary Appendix Figs. 1 and 2. This could be explained by the fact that the bigger the discovery the quicker it becomes awarded, and the vast importance of many major discoveries in the early 20th century was quickly realised and awarded. We find that discoveries awarded with a Nobel prize within five years of being made include for example DNA sequencing, the neutron, superconductivity, quarks and X-ray diffraction.

Only about a third of discoverers since 1950 worked at top 25 universities which can help provide greater access to resources and sophisticated instruments for making discoveries. After exploring the role of university education among researchers and their age, we next analyse whether researchers at top universities are more likely to make breakthroughs. We find that of all nobel-prize discoverers are at a top 25 ranked university in the world. The share is also among major non-nobel-prize discoverers over the same period (as an independent control), illustrating robust results between the two groups. Globally however, less than of all researchers worldwide-an estimated -are based at one of the top 25 universities (Supplementary Appendix for calculations of global estimate). Expanding the scope to the top 50 universities we observe that of all nobelprize discoverers and of major non-nobel-prize discoverers were at such a university when making their discovery. Some of the world’s largest and most sophisticated particle accelerators, radio telescopes, electron microscopes, laser interferometers and advanced x-ray methods used for making discoveries are concentrated at the best universities in the world. Though many of our most common scientific methods and instruments used to make major discoveries are inexpensive, such as statistical and mathematical methods, light microscopes, electrophoresis, assay techniques, chromatography methods and centrifuges. Being at a
top university can nonetheless provide researchers with a comparative advantage in accessing sophisticated laboratory facilities. It can also provide greater access to resources, funding and networks of leading researchers, as well as higher salaries (which are among the highest worldwide at these institutions).

We observe that most discoverers in astronomy, and economics and social sciences were at a top 50 university. In these fields, there was moreover about a increase in moving to a top 50 university after making the discovery, with about three-fourths of discoverers at such universities when receiving the Nobel prize (Fig. 3b). With only one-quarter of discoverers thus not at a top 50 university at that time, we can observe the high premium that academic institutions place on attracting world-leading researchers. Yet it is important to note that those who select to go to top universities are also often the most dedicated and ambitious. More generally in terms of mobility, most nobel-prize discoveries ( ) were made by scientists at a different academic institution in the year of discovery than in the year they received the prize.

Scientists at five elite universities at the time of discoveryCambridge, Harvard, Berkeley, Chicago and Columbia (in that order)-account for of all nobel-prize discoveries ( 84 discoveries in total). Scientists at just ten universities account for 25% of all nobel-prize discoveries.

The very low share of female discoverers and the role of collaborations in discoveries. We next assess gender disparities and find that breakthrough science remains heavily biased towards males. We find that women account for only of all scientists who made a major discovery and only of all Nobel laureates. The rewarding of scientific breakthroughs remains rigidly maledominated across all fields: in physics, only of nobel-prize discoveries have been made by women, while the share is in astronomy and in medicine (Supplementary Appendix Fig. 3). Women who have made groundbreaking contributions to various fields include Marie Curie’s discovery of radium and polonium, Ada Lovelace’s work on early computer programming, and Donna Strickland’s research on developing high-intensity, ultrashort laser pulses that are used in surgeries.

A number of major discoveries have been in large part made by women who did not receive credit or a Nobel prize for their work. One classic example is Rosalind Franklin who applied the method of x-ray diffraction to be able to make one of the greatest discoveries of the 20th century, identifying DNA’s double-helix structure. Crick, Watson and Wilkins received the Nobel Prize for the work that builds on her research directly after she passed away. A central explanation for the very low levels of female Nobel laureates is that women have been systematically discriminated in accessing education and science throughout history. Women have been underrepresented in many fields and faced barriers to accessing opportunities for research, especially in science, technology, engineering and mathematics (STEM) fields. The unfavourable norms about the role of women in science have begun to improve since the second half of the 20th century and especially in the 21st century (Zeng et al., 2016). Consequently, we find a positive trend, with more than half of all female Nobelists ever awarded the prize receiving it since 2000.

Next, what role do collaborations play in science? Science is a collective effort. No nobel-prize-winning discovery in science has actually been made or could have been made by a single scientist in isolation without building on the methods and work of others. But surprisingly most nobel-prize discoveries feature a single scientist. How is that possible? There is a discrepancy between how science is conducted and how it is awarded and taught in education systems. Textbooks on the greatest scientists and discoveries are also generally

Fig. 3 An increase in discoverers at the top 25 and 50 universities worldwide, across time and fields. Data reflect all 761 major discoveries (including all nobel-prize discoveries) (a), and all 533 nobel-prize discoveries (b). Data represent the discoverers’ university affiliation at the time of discovery, using the university ranking in 2021 as a common reference point for all discoverers. Most top universities have remained among the top universities over time (for years with available data), though data on ranking are not available for earlier centuries. The data for earlier centuries should be interpreted with caution: while the majority of discoverers lived at the time the top 50 universities today existed, some top 50 universities today did not exist for some discoverers in the 1500 s to 1800 s (a). Using data from QS World University Rankings 2021, university ranking is measured by output metrics like citations and academic reputation. Analysis expanding the data in to include, in addition, the other major discoveries that did not earn a Nobel prize but were made within the same time period ( 633 discoveries in total) illustrates nearly identical results and serves as a robustness check, with for example the share of discoverers at a top 25 university at the time of discovery at and across these five fields, respectively.
structured in such a way to highlight the most influential scientist, or the last scientist, in the process of making a discovery, who generally receives all the credit (Tiner, 2022; Salter, 2021; Gribbin, 2008; Rogers, 2009; Simmons, 2000; Balchin, 2014; Haven, 2007). Sometimes recognition is expanded to encompass a few scientists.

The average number of researchers awarded a Nobel prize for making a given discovery is 1.4 individuals (which does not reflect the number who shared the prize at times for different discoveries) (Supplementary Appendix Fig. 3). A major discovery is however often achieved by a community of researchers, working in cooperation and competition. Researchers within a community require building on existing tools and research that account for important contributions towards the discovery. Returning to the example of DNA’s double-helix structure, the theory was not just developed by Watson and Crick. But it was enabled by the pivotal x-ray work produced by Franklin as outlined above and her student Gosling, without which producing the image of the double helix would not have been possible that required applying x-ray diffraction methods developed by von Laue (who used x-radiation identified by Röntgen), and was built on initial work by Miescher and supported by parallel work on DNA structure by Wilkins and his group of colleagues, among many others (Watson, 1969). The Nobel prize in chemistry in 1962 was awarded to Perutz and Kendrew for discovering the structures of globular proteins, but in Perutz’s nobel-prize speech he gives credit to 21 researchers for their essential methodological, experimental and theoretical contributions needed to be able to make the discovery in the first place (Nobel Prize, 1962). In general, some scientists create the needed methods and instruments to be able to carry out the research, others may then make the observational and experimental findings, and others may finally develop a theoretical explanation for those findings. Taken together, a discovery is commonly made possible by the less known but equally important researchers who develop the needed tools and the smaller advancements that are cumulatively built on towards the larger discovery-or last breakthrough in a set of interconnected breakthroughs.

Discovering the Higgs boson and the multiple mechanisms driving evolution for instance have required the collective effort of hundreds of researchers working together. In general, larger teams are becoming more common in science, and generally improve the quality and impact of research (Xu et al., 2022; Wuchty et al., 2007; Wu et al., 2019; Danús et al., 2023). For larger teams are better able to apply different methodologies and combine them, integrate more expertise and develop new combinations of ideas-with multiplier effects among interdisciplinary collaborations. Larger teams enable pooling resources for more advanced and cutting-edge instruments, and generally have greater access to different technologies and laboratory equipment. They also provide a built-in peer review process as team members can review and critique each other’s work. Overall, focusing on a few scientific superstars neglects the important scientists who lay the foundation before them and make the last step towards discovery possible.

The traditional structure of the Nobel prize that only allows up to a maximum of three winners per field each year and often allocates credit for a discovery, for simplicity, to an individual researcher does not reflect actual scientific practice. It instead institutes a winner-takes-all mentality and endorses a ‘lone genius’ stereotype in science. It is simpler for science textbooks, teaching science, awarding prizes and the media to associate a discovery with a single name rather than with the community of scholars who developed the discovery. And this is part of the reason why they do so. But simplicity comes at a cost: it distorts the image of science, how the scientific and discovery process works and how to leverage new major advances. We need to thus reform the structure of the Nobel prize to reward not just individuals but also research teams, as well as the triangle of researchers who make the methodological, experimental and theoretical discoveries.

Country-level, historical and cultural factors: the scientific system is becoming more closed to researchers outside North America who no longer account for most discoverers. We next analyse differences across countries that help shape access to

resources and attitudes to science, and are linked to the location and concentration of top universities in the world (Schlagberger et al., 2016). We find that over of discoveries up to 1900 were made by scientists living in Europe at the time of their discovery, but the share dropped to over the period 1900 and 1999, reaching about one-third between 2000 and 2022. East Asia is on the rise, accounting for about of discoverers since 2000. In physics and chemistry, most nobel-prize discoverers (1901-2022) lived in Europe when making their discovery. Economics is the field with the highest concentration in North America (Fig. 4b). Historically, German scientists led the world in nobel-prize discoveries, measured in both absolute and relative terms, compared to scientists from any other country. They accounted for about one-quarter of all nobel-prize discoveries up to 1930 at , with British scientists falling in second place who accounted for of discoveries. Fascism in Germany and World War II however led to a shift. World-leading scientists, top journals and institutions moved from Germany to the US and UK. The shift reflects the unintentional effect of fascism on the rise of anglophone science. Tracing all nobel-prize discoverers over their lives-from their country of birth to the country at the time of their discovery and then country at the time of receiving the Nobel prize-illustrates this geographic mobility to the US (Supplementary Appendix Table 1).

Country residence plays a similar role as university affiliation but at a more aggregate level. The country in which researchers reside can affect their access to different scientific instruments, funding availability, infrastructure and government support. Countries with stronger economies and public support often have more specialised laboratories and more advanced
technological and computing facilities that can be needed for making some discoveries. Researchers in poor economies can have a disadvantage in fields that require certain cutting-edge technologies.

Research institutions in countries with greater facilities, prestige, salary and technologies thus attract the best researchers and foster discoveries. We find that between 2000 and 2022, 61% of all discoveries were made by scientists living in North America but over half of all discoveries over this period were made by scientists born outside North America, most of whom coming from continental Europe. This highlights the extent of academic migration.

Among all nobel-prize discoveries, North American research institutions received a larger influx of researchers who first made their prize-winning discoveries in Europe, Latin America and East Asia, and later moved to North America where they resided when receiving the Nobel prize. European research institutions in turn received researchers from North America and the Middle East and Northern Africa after making their prize-winning discoveries (Fig. 4d) (Scellato et al., 2017).

In terms of religion, we observe that religion and science are inversely correlated: religion has declined as science has expanded. Religious beliefs in different countries can influence individual beliefs (attitudes towards scientific inquiry), governmental support (limited research on stem cells, gene editing and evolution) and cultural norms (emphasis on certain types of education) (Zuckerman, 1977).

For major events in the world we could not observe and explain, such as the origin of life and the universe, leading scholars around the 17th century often relied on supernatural

explanations, such as Copernicus, Kepler, Galileo and Newton who self-identified as Christians. We find that the share of discoverers who are religious dropped from in the 1600 s to in the second half of the 20th century, and then to for the period 2000 to 2022 (Fig. 4e). The distribution of the religious affiliations of researchers is consistent across fields, with the exception of astronomy. Discoverers in astronomy are about twice as likely to be atheists or agnostic and may be explained by being faced with the minute role of our species in the universe (Fig. 4f). Darwin’s On the Origin of Species in 1859 and Hubble’s discovery of the expanding universe in 1926 have been two important contributions to understanding human life, the universe and our minute place in it. Such discoveries, by providing explanations supported by empirical evidence, may help explain part of the decline in the use of religious explanations of such phenomena, together with factors such as citizens depending less on religious institutions than on governments and welfare states.

The role of economic and demographic factors. Finally, what role do broader economic and demographic factors play? While we must directly apply methods and instruments to make new discoveries, greater income per capita (and thus resources) and greater population size (and thus more researchers) can foster the basic conditions of science. For wealthier and larger societies can facilitate more sophisticated instruments and laboratory equipment. Though, expensive instruments are often not needed and a number of our most commonly used methods and instruments of science are low-cost, as outlined earlier. Among all nobel-prize discoveries since 1975, we observe that the discoverers residing in countries in the bottom two quintiles (the poorest ) do not systematically have less access and use of common instruments and methods of science (including computers, centrifuges, electrophoresis and electron microscopes) compared to those in richer quintiles (Fig. 5a). Discoveries made using some of these more sophisticated scientific instruments are thus not just concentrated in the richest countries. Using methods like statistics and electrophoresis does not vary much across income quintiles as they are relatively cheap and easily accessible. Once a minimal threshold of income is met, scientists in contexts with less resources do not appear to face substantially greater constraints in making scientific breakthroughs (Fig. 5b).

We have aimed to uncover the particular features and characteristics of the scientists who have made the greatest
breakthroughs in science, enabling us to provide a general profile of science’s great discoverers and better understand their broader context. We found that breakthrough science has transformed vastly over the last decades, shifting towards greater interdisciplinary education and methodological training, top universities and older age among science’s major discoverers. We found that about half of all nobel-prize discoveries have been made by scientists with at least two degrees in different fields. This enables greater interdisciplinary methodological training and novel methodological connections and perspectives across fields that can spark new scientific advances. Science is also becoming increasingly elitist, with scientists at the top 25 universities making up almost one-third of both all nobel-prize and non-nobel-prize discoveries. Only few nobel-prize discoveries and non-nobel-prize discoveries were made after the age of 50 ( and ) and very few after the age of 60 ( and , respectively). Science institutions need to consider whether some types of grants aimed at innovation should be targeted especially to those between 35 and 45 years of age (as they account for of all nobel-prize discoverers). Overall, factors such as levels of education, interdisciplinary education and institutional environment can support researchers in accessing the latest methods, facilities and resources to make discoveries.

Although breakthrough research is often interdisciplinary, the structure of universities, academic journals and scientific awards like the Nobel Prize embodies the traditional disciplinary borders between fields (Szell et al., 2018). To foster discoveries, we need to rethink disciplinary divisions and how interdisciplinary research can be fostered and awarded, including the Nobel Prize. We need to reward the best research, independent of disciplines. Overall, a constraint here is the lack of data to also assess the possible role of psychological traits of the discoverers like levels of motivation and drive. These cannot be easily collected and tested as most discoverers have passed away.

We observed the evolution of the scientific system over time and the degree to which the system is increasingly closed to particular groups. Researchers outside of North America for example account for about of major discoveries since 1950 but used to account for the majority, and younger researchers under 33 account for less than of major discoveries since 1950 but used to account for almost beforehand. The scientific system also remains highly closed to female researchers who account for less than of major discoveries since 1950 (and beforehand). Providing incentives for researchers in such groups will be important to foster a more inclusive and more global scientific system. We need to reform the structure of the Nobel prize to reward also research teams (not just up to three
individuals per field each year) as it distorts the image of how the discovery process works and how to trigger new major advances. Other features of science’s major discoveries are outlined in a series of forthcoming papers, including the particular drivers of new discoveries and fields. Ultimately, to support future prominent scientists, the findings here also suggest that more discoveries could be made if science agencies and research institutions provide greater incentives for researchers to work against the common trend of narrow specialisation and instead foster interdisciplinary research that combines novel methods across fields.

Data used for the analysis are available online from these sources outlined in the Methods section.

Received: 22 August 2023; Accepted: 30 January 2024;
Published online: 15 February 2024

Balchin J (2014) Quantum leaps: 100 scientists who changed the world. Arcturus Publishing Limited, London
Bjork S, Offer A, Söderberg G (2014) Time series citation data: the Nobel Prize in economics. Scientometrics 98:185-196
Breit W, Hirsch B (eds.) (2004) Lives of the laureates: eighteen Nobel economists. MIT Press, Cambridge MA
Bunch B, Hellemans A (2004) The history of science and technology. Houghton Mifflin Company, Boston/New York
Chan H, Torgler B (2015) The implications of educational and methodological background for the career success of Nobel laureates: an investigation of major awards. Scientometrics 102(1):847-863
Daintith J (2009) Biographical encyclopedia of scientists-3rd edn. Boca Raton: Taylor & Francis Group, Boca Raton
Danús L, Muntaner C, Krauss A, Sales-Pardo M, Guimerà R (2023) Differences in collaboration structures and impact among prominent researchers in Europe and North America. EPJ Data Science
Encyclopaedia Britannica (2023) Encyclopaedia Britannica. www.britannica.com (2023)
Encyclopaedia Britannica (2023a) Hermann von Helmholtz. Encyclopaedia Britannica, https://www.britannica.com/biography/Hermann-von-Helmholtz
Encyclopaedia Britannica (2023b) Svante Pääbo. Encyclopaedia Britannica, https:// www.britannica.com/biography/Svante-Paabo
Galton F (1874) English men of science: their nature and nurture. MacMillan, London
Gribbin J (2008) Britannica guide to 100 most influential scientists. Robinson Publishing
Haven K (2007) 100 greatest science discoveries of all time. Libraries Unlimited, London
Hellyer M (2003) Editor’s introduction: what was the scientific revolution? In: The scientific revolution: the essential readings. Wiley-Blackwell
Ioannidis JP, Patsopoulos NA, Kavvoura FK et al. (2007) International ranking systems for universities and institutions: a critical appraisal. BMC Med 5:30
Jones B (2009) The burden of knowledge and the “Death of the Renaissance Man”: Is innovation getting harder? Rev Econ Stud 76:283-317. 1, pp
Jones B, Reedy E, Weinberg B (2014) Age and scientific genius. In: Simonton DK (ed.). The Wiley handbook of genius. John Wiley & Sons. pp. 422-450
King DA (2004) The scientific impact of nations. Nature 430:311-316
Krauss A (2024) Science of Science: Understanding the foundations and limits of science. Forthcoming
Krauss A, Danús L, Sales-Pardo M (2023) Early-career factors largely determine the future impact of prominent researchers: evidence across eight scientific fields. Nat Sci Rep 13:18794
Kuhn T (1st edn 1962; 4th edn 2012) The structure of scientific revolutions. University of Chicago Press, Chicago
Lepori B, Geuna A, Mira A (2019) Scientific output scales with resources. a comparison of US and European universities. PLoS ONE 14:1-18
Lerner KL, Lerner B (eds) (2004) Gale encyclopedia of science, third edition. Thomson/Gale
Leroy F (ed.) (2003) A century of Nobel prizes recipients chemistry, physics and medicine. Marcel Dekker, New York
Li J, Yin Y, Fortunato S, Wang D (2020) Scientific elite revisited: patterns of productivity, collaboration, authorship and impact. J R Soc Interface 17:20200135
Lunnemann P, Jensen MH, Jauffred L (2019) Gender bias in Nobel prizes. Palgrave Commun 5:46

Maddison Project Database (2018) Maddison Project Database. (developed by: Bolt, Jutta, Robert Inklaar, Herman de Jong and Jan Luiten van Zanden), www.ggdc.net/maddison
Nobel Prize. Nobel Prize (2023) Nobel Media AB, www.nobelprize.org
Nobel Prize (1962) Max Perutz-Nobel Lecture. Nobel Prize, https://www. nobelprize.org/uploads/2018/06/perutz-lecture.pdf
NSF (2021) Survey of earned doctorates. National Science Foundation; National Center for Science and Engineering Statistics. https://ncses.nsf.gov/pubs/ nsf23300/assets/data-tables/tables/nsf23300-tab005-003.pdf (2021)
Oakes E (2007) Encyclopedia of world scientists, revised edition. Infobase Publishing, New York (2007)
Prus B [Aleksander Głowacki] (1873) On discoveries and inventions. Public Lecture 23 March 1873, Warsaw, Printed by F. Krokoszyńska
QS World University Rankings (2021) QS World University Rankings. QS World University Rankings, London, UK www.topuniversities.com/university-rankings/world-university-rankings/2021 (2021)
Rabesandratana T (2014) Age is an advantage. Science. 10 Dec (2014)
Richard EG et al. (2010) A draft sequence of the Neandertal Genome. Science 328:710-722
Rogers K (2009) The 100 most influential scientists of all time. Britannica Educational Publishing
Salter C (2021) 100 science discoveries that changed the world. Pavilion, London
Sanger F, Nicklen S, Coulson AR (1977) DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci USA 74(12):5463-5467
Scellato G, Franzoni C, Stephan P (2017) A mobility boost for research. Science 356(Issue 6339):694. pp. 19 May
Schlagberger E, Bornmann L, Bauer J (2016) At what institutions did Nobel laureates do their prize-winning work? An analysis of biographical information on Nobel laureates from 1994 to 2014. Scientometrics 109(2):723-767
Sherby L (2002) The Who’s Who of Nobel Prize Winners 1901-2000. Oryx Press, London
Simmons J (2000). The scientific 100: a ranking of the most influential scientists, past and present. Citadel Press
Simonis D (ed.) (1999) Lives and legacies: an encyclopedia of people who changed the world scientists, mathematicians, and inventors. The Oryx Press, Phoenix
Sinatra R, Wang D, Deville P, Song C, Barabási A (2016) Quantifying the evolution of individual scientific impact. Science 354:aaf5239
Szell M, Ma Y, Sinatra R (2018) A Nobel opportunity for interdisciplinarity. Nat Phys 14:1075-1078
Thompson G (2012) Nobel prizes that changed medicine. Imperial College Press
Tiner J (2022) 100 scientists who shaped world history. Sourcebooks, Naperville
Uzzi B, Mukherjee S, Stringer M, Jones B (2013) Atypical combinations and scientific impact. Science 342:468-472
Wang D, Barabási A (2021) The science of science. Cambridge University Press, Cambridge
Watson J (1969) The double helix. New American Library, New York
Wu L, Wang D, Evans JA (2019) Large teams develop and small teams disrupt science and technology. Nature 566:378-382
Wuchty S, Jones B, Uzzi B (2007) The increasing dominance of teams in production of knowledge. Science 316:1036-1039
Xu F, Wu L, Evans J (2022) Flat teams drive scientific innovation. Proc Natl Acad Sci USA 119(23):e2200927119
Ye Siqi, Xing R, Liu J, Xing F (2013) Bibliometric analysis of Nobelists’ awards and landmark papers in physiology or medicine during 1983-2012. Ann Med 45(8):532-538
Zeng XHT, Duch J, Sales-Pardo M, Moreira JAG, Radicchi F, Ribeiro HV et al. (2016) Differences in collaboration patterns across discipline, career stage, and gender. PLoS Biol 14(11):e1002573
Znaniecki F (1923) The subject matter and tasks of the science of knowledge. (English transl. 1982), Polish contributions to the science of science (ed. Bohdan Walentynowicz), Reidel Publishing Company
Zuckerman H (1977) Scientific elite: Nobel laureates in the United States. Free Press, New York

I am thankful for comments from Corinna Peters, Nikolas Schöll, Milan Quentel, Uwe Peters, Julia Hoefer Marti, Alina Velias and Alfonso García Lapeña, and would also like to thank Nebojsa Rodic, Laney Brager and Lorena Ortega. I received funding from the Ministry of Science and Innovation of the Government of Spain (grant RYC2020-029424-I). For a broader discussion of what drives scientific discoveries, see also my forthcoming book: The Motor of Scientific Discovery.

Alexander Krauss is the sole author.

The author declares no competing interests.

The study involves data compiled from the nobel-prize-winning papers (Nobel Prize 2023), the publications of the discoveries indicated in the seven science textbooks, six encyclopaedias of science, etc. that are publicly available (see Methods section). All data in the study are anonymized, no human experiments were conducted and no ethical approval was required.

No informed consent was required.

Supplementary information The online version contains supplementary material available at https://doi.org/10.1057/s41599-024-02781-4.

Correspondence and requests for materials should be addressed to Alexander Krauss.
Reprints and permission information is available at http://www.nature.com/reprints

Publisher’s note Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecommons.org/ licenses/by/4.0/.
© The Author(s) 2024