美國(guó)的世界科學(xué)超級(jí)大國(guó)地位，還能維持多久？

近日，Nature發(fā)表了這樣一篇文章，預(yù)測(cè)了美國(guó)科學(xué)的未來(lái)。

如果以大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，在歷史時(shí)間線上看，美國(guó)的科學(xué)實(shí)力顯然從未如此強(qiáng)大。

在過(guò)去5年里，美國(guó)獲得的科學(xué)類(lèi)諾貝爾獎(jiǎng)數(shù)量，已經(jīng)超過(guò)了世界其他國(guó)家的總和。的確，自20世紀(jì)中葉以來(lái)，美國(guó)可以說(shuō)完全統(tǒng)治了諾貝爾的科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。

另一方面，最近幾年的許多爆炸性成果也都出自美國(guó)。

2022年末，一家位于加州的初創(chuàng)公司發(fā)布了革命性的AI工具ChatGPT，后來(lái)大家都知道了它的名字——OpenAI。

與此同時(shí)，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）在可控核聚變領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性突破——一次又一次實(shí)現(xiàn)「點(diǎn)火」，并創(chuàng)下多個(gè)紀(jì)錄。

今年，美國(guó)在研發(fā)方面的支出有望達(dá)到1萬(wàn)億美元，這一數(shù)字遠(yuǎn)超其他任何國(guó)家。

美國(guó)的實(shí)驗(yàn)室，持續(xù)吸引著來(lái)自全球的研究人員，在美國(guó)STEM領(lǐng)域的工作人員中，有43%的博士來(lái)自其他國(guó)家。

雖然看起來(lái)一片繁榮，但已經(jīng)有一些科學(xué)界領(lǐng)袖開(kāi)始擔(dān)憂：美國(guó)的科技霸主之位會(huì)很快將讓位于其他研究強(qiáng)國(guó)，尤其是中國(guó)。

現(xiàn)在，中國(guó)在許多領(lǐng)先的科學(xué)指標(biāo)上，已經(jīng)超越了美國(guó)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院長(zhǎng)Marcia McNutt在6月的一次演講中表示：「很多人認(rèn)為，美國(guó)正在輸?shù)羧騍TEM領(lǐng)導(dǎo)地位的競(jìng)爭(zhēng)，事實(shí)也的確如此?！?/span>

專(zhuān)家們所憂心的，包括研發(fā)資金限制、科學(xué)的日益政治化，以及關(guān)于移民的激烈討論。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)院（NASEM）在8月的報(bào)告中指出，這些因素造成了「美國(guó)對(duì)外國(guó)人越來(lái)越不友好」的印象，并發(fā)出警告：美國(guó)不能再理所當(dāng)然地認(rèn)為，它將繼續(xù)成為全球最優(yōu)秀人才的首選。

因此，NASEM呼吁政府各部門(mén)共同努力，來(lái)留住這些國(guó)際人才。

而美國(guó)科學(xué)的未來(lái)，很大程度在11月后就會(huì)有定論。資助計(jì)劃、移民政策和國(guó)家安全措施，都會(huì)影響未來(lái)的國(guó)際合作，很大程度上決定美國(guó)科學(xué)未來(lái)幾年的發(fā)展方向。

美國(guó)在科學(xué)發(fā)展上目前的表現(xiàn)如何，未來(lái)又會(huì)怎樣發(fā)展？

為此，Nature對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，探討了幾個(gè)可能決定美國(guó)科學(xué)未來(lái)的關(guān)鍵問(wèn)題。

美國(guó)，正被中國(guó)趕超

研究背后的核心驅(qū)動(dòng)力是什么？

答案只有一個(gè)字——「錢(qián)」。

美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)在科技領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，很大程度上就是靠的資金。在研發(fā)投入上，美國(guó)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他國(guó)家。

在2022年，美國(guó)在研發(fā)上投入的政府和私人資金，就高達(dá)9230億美元，直接占全球研發(fā)投入的30%。

不過(guò)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，我們的研發(fā)投入也迎頭趕上——達(dá)到了約8120億美元（根據(jù)購(gòu)買(mǎi)力平價(jià)PPP調(diào)整后）。

按照這一趨勢(shì)，中國(guó)將在2030年之前就和美國(guó)持平。

如今，在人員數(shù)量、科研產(chǎn)出和專(zhuān)利方面，美國(guó)顯然已經(jīng)失去了領(lǐng)先地位。

- 2016年，中國(guó)超越美國(guó)，成為科技論文產(chǎn)出第一大國(guó)。

- 2019年，中國(guó)的科學(xué)和工程博士學(xué)位授予數(shù)量超過(guò)美國(guó)。

- 2021年，中國(guó)在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)方面居全球首位。

多年來(lái)，研究科學(xué)指標(biāo)的很多研究者會(huì)認(rèn)為中國(guó)在科研產(chǎn)出質(zhì)量方面仍然落后，但是，現(xiàn)在這種情況也在改變！

根據(jù)Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，2020年，中國(guó)在全球被引次數(shù)前1%的論文占比方面已經(jīng)超過(guò)了美國(guó)，這是衡量高影響力工作的一個(gè)重要指標(biāo)。

在工程學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域，中國(guó)已經(jīng)展現(xiàn)出突出優(yōu)勢(shì)，而美國(guó)在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，則繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。

當(dāng)然，僅看高被引數(shù)，可能證據(jù)并不完備。

美國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)研究局（NBER）在今年發(fā)表的一項(xiàng)研究中指出，中國(guó)研究人員的「本土引用偏差」是最明顯的，也就是說(shuō)，他們會(huì)更傾向于引用本國(guó)的研究成果。

考慮進(jìn)這一層因素，中國(guó)的排名可能會(huì)降至世界第四位，僅次于美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)。

但Nature認(rèn)為，盡管如此，也并沒(méi)有改變整體的發(fā)展趨勢(shì)。

論文地址：https://www.nber.org/papers/w32468

此外，更有其他跡象表明，中國(guó)相對(duì)其他國(guó)家的研究質(zhì)量正在提升。

根據(jù)一篇于2023年發(fā)表在Nature上的文章，中國(guó)在高水平期刊發(fā)表的論文數(shù)量方面已經(jīng)超過(guò)了美國(guó)！

文章地址：https://www.nature.com/articles/d41586-023-02159-7

下面幾張圖，顯示了中國(guó)、美國(guó)、歐盟國(guó)家在化學(xué)、生命科學(xué)、地球和環(huán)境科學(xué)、物理有影響力的期刊上發(fā)表的論文數(shù)量。

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TOP 1的是中國(guó)還是美國(guó)，真的那么重要嗎？

有些人認(rèn)為重要，是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這是一場(chǎng)純粹的零和博弈。

但是也有人指出，在科研領(lǐng)域，一個(gè)國(guó)家的發(fā)展并不一定意味著另一個(gè)國(guó)家的損失。

俄亥俄州立大學(xué)的研究政策專(zhuān)家Caroline Wagner就持這樣的觀點(diǎn)。她指出，目前最具影響力的高被引論文大多來(lái)自美國(guó)、中國(guó)和歐洲研究人員的共同合作。

英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的研究政策分析師Kieron Flanagan也認(rèn)為，如果中國(guó)或其他國(guó)家加大研究投入，這實(shí)際上是對(duì)美國(guó)有利的。

當(dāng)然，這一結(jié)論的前提是，美國(guó)能留住世界頂尖的科學(xué)家隊(duì)伍，讓他們充分融入全球的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)保住本國(guó)的科研投入和研究質(zhì)量。

政府資金缺位

其實(shí)，這類(lèi)警告已經(jīng)不是什么新鮮事了。

在美國(guó)每一代政策圈中，都會(huì)流傳著類(lèi)似的擔(dān)憂。

在2005年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院就曾發(fā)布一份名為「Rising Above the Gathering Storm」（超越迫近的風(fēng)暴）的重要警示報(bào)告，指出全球化對(duì)美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力造成的威脅。

這份報(bào)告的一項(xiàng)重要建議，就是將數(shù)學(xué)、工程和物理科學(xué)的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)翻倍，這與1998年至2003年間國(guó)立衛(wèi)生研究院預(yù)算翻倍的政策相呼應(yīng)。

2007年，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了一項(xiàng)法律，承諾做到這一點(diǎn)，但立法者并未兌現(xiàn)。

如今，同樣的歷史正在重演。

2022年，為了遏制中國(guó)的崛起，國(guó)會(huì)一致通過(guò)了「CHIPS and Science Act」（芯片與科學(xué)法案），授權(quán)了約2800億美元的資金，用于推動(dòng)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并且增加幾大主要研究機(jī)構(gòu)的預(yù)算。

作為這項(xiàng)法案的主要受益者，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）的預(yù)算在2023年猛增11%達(dá)到了99億美元，但今年卻又降到了91億美元。

美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)政府關(guān)系和公共政策副主席Matt Hourihan表示，作為GDP的占比，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)能源部科學(xué)辦公室和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的公共投資，現(xiàn)已降至1997年以來(lái)的最低水平。

雖然美國(guó)的研究投資在GDP中的占比仍在上升，但這主要是因?yàn)樗綘I(yíng)企業(yè)在不斷增加研發(fā)投資。

美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)顧問(wèn)、白宮科技政策辦公室（OSTP）主任Arati Prabhakar強(qiáng)調(diào)：「我們必須讓聯(lián)邦資助的研發(fā)重回健康軌道。盡管私營(yíng)研發(fā)的快速增長(zhǎng)對(duì)就業(yè)和經(jīng)濟(jì)是有利的，但這絕不能替代聯(lián)邦投資支持的基礎(chǔ)科學(xué)研究。」

其實(shí)，正是這些趨勢(shì)，接受了美國(guó)和中國(guó)之間實(shí)力對(duì)比的變化，科睿唯安科學(xué)信息研究所首席科學(xué)家Jonathan Adams表示。

Adams指出，美國(guó)在其投入最多的領(lǐng)域（如生物醫(yī)學(xué)研究）仍然保持領(lǐng)先地位。

然而，在材料科學(xué)、物理科學(xué)和計(jì)算機(jī)等投資相對(duì)不足的領(lǐng)域，中國(guó)正在趕超美國(guó)。

明年1月的關(guān)鍵問(wèn)題，就在于下一屆總統(tǒng)和國(guó)會(huì)能否通力合作，推進(jìn)兩黨此前都曾答應(yīng)的科研資助承諾。

這很大程度上取決于誰(shuí)將控制目前處于分裂狀態(tài)的國(guó)會(huì)兩院——目前，民主黨主導(dǎo)了參議院，而共和黨在眾議院占多數(shù)。

在確定支出優(yōu)先次序時(shí)，國(guó)會(huì)往往會(huì)做出獨(dú)立決策，而不受總統(tǒng)預(yù)算提案的影響，美國(guó)實(shí)驗(yàn)生物學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)公共事務(wù)辦公室負(fù)責(zé)人Jennifer Zeitzer表示。

比如，雖然前總統(tǒng)多次試圖削減科學(xué)預(yù)算，但恰恰是在他任期內(nèi)，國(guó)會(huì)打破了自己制定的預(yù)算上限，不僅增加了國(guó)防開(kāi)支，也加大了對(duì)科學(xué)機(jī)構(gòu)的資金支持。

如今，立法者面對(duì)的是一項(xiàng)限制2025年前總體支出的預(yù)算協(xié)議框架下，STEM領(lǐng)域的支出可能會(huì)再一次被制約。

在明年新總統(tǒng)和新國(guó)會(huì)就職后，這一情況是否還會(huì)發(fā)生新的變化？目前還無(wú)法預(yù)測(cè)。

Zeitzer表示，這是一種「鞭打效應(yīng)」。

資助機(jī)構(gòu)會(huì)持續(xù)受到政治風(fēng)向變化的影響，這些變化此前曾帶來(lái)巨大承諾——偶爾伴隨著大額投資，但隨后必然會(huì)轉(zhuǎn)向財(cái)政緊縮。

在將近一半的時(shí)間里，資助機(jī)構(gòu)都不得不在臨時(shí)撥款的情況下運(yùn)作，甚至面臨著政府停擺的威脅。

「如果接下來(lái)20年情況仍是如此，我不知道我們?cè)撊绾伪３指?jìng)爭(zhēng)力?！?/span>

外國(guó)人才的重要性

現(xiàn)在一個(gè)最關(guān)鍵的問(wèn)題就是：美國(guó)是否仍將是全球科研人員學(xué)習(xí)和工作的首選地？

顯然，如今美國(guó)科學(xué)的發(fā)展，在很大程度上都依賴于國(guó)際人才。

去年授予的科學(xué)和工程博士學(xué)位中，超過(guò)三分之一頒發(fā)給了國(guó)際學(xué)生，其中計(jì)算機(jī)科學(xué)的比例為59%。

對(duì)此，IBM研究總監(jiān)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)主席Darío Gil表示：「我們對(duì)于外國(guó)人才的依賴，已經(jīng)達(dá)到了歷史最高水平。」

這些學(xué)生主要來(lái)自中國(guó)，其次是印度。

2022年的數(shù)據(jù)顯示，在美國(guó)取得博士學(xué)位的中國(guó)學(xué)生中，有77%的人打算繼續(xù)留在美國(guó)，這一比例比起過(guò)去5年略有下降。

經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織的數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)仍然是國(guó)際學(xué)生的首選地。

最新數(shù)據(jù)顯示，在2020年，美國(guó)接收了全球15%的學(xué)生。

但已經(jīng)有跡象表明，美國(guó)可能正在失去這種優(yōu)勢(shì)。

國(guó)際學(xué)生的比例已經(jīng)在下降，從2000年的23%下降到了2020年的15%。

盡管在經(jīng)歷了短暫的低谷后，入學(xué)人數(shù)已經(jīng)恢復(fù)到歷史最高水平，但來(lái)自中國(guó)的頂尖人才，是否仍將美國(guó)視為有吸引力的地方？

目前，中國(guó)仍然是美國(guó)最大的研究合作伙伴，但中美研究人員的合著文章數(shù)量正在下降。

相比之下，中國(guó)和其他國(guó)家的合作正在持續(xù)增加。

NBER今年發(fā)表的一項(xiàng)研究，對(duì)中國(guó)學(xué)生與非中國(guó)學(xué)生申請(qǐng)美國(guó)博士項(xiàng)目的傾向進(jìn)行了比較。

結(jié)果顯示，兩組數(shù)據(jù)在2016年之前保持一致，但到了2019年，中國(guó)學(xué)生的入學(xué)率下降了15%。

論文地址：https://www.nber.org/papers/w32622

盡管自疫情以來(lái)，中國(guó)學(xué)生在美國(guó)大學(xué)的入學(xué)人數(shù)有所回升，但中國(guó)的優(yōu)秀人才可能正在避開(kāi)美國(guó)。

雪城大學(xué)亞洲/亞裔美國(guó)人研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、社會(huì)學(xué)家Yingyi Ma表示：不斷升級(jí)的反華言論可能是一個(gè)因素，但中國(guó)研究生在國(guó)內(nèi)有越來(lái)越多的機(jī)會(huì)，獲取工作簽證也日益困難，這些都不可忽視。

康奈爾大學(xué)的移民學(xué)者Amy Nice表示，另一個(gè)挑戰(zhàn)，就是綠卡的數(shù)量也在限制，這一點(diǎn)其實(shí)國(guó)會(huì)很容易解決。

不過(guò)，并不是所有人都相信，美國(guó)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在國(guó)際人才上已經(jīng)面臨緊迫的危機(jī)。

國(guó)際教育協(xié)會(huì)的首席執(zhí)行官Allan Goodman指出，美國(guó)并不是唯一一個(gè)收緊移民政策的國(guó)家，加拿大、英國(guó)也在采取類(lèi)似措施。

這就意味著，國(guó)際學(xué)生考慮在哪里開(kāi)展職業(yè)生涯時(shí)，非美國(guó)的選擇也在減少。

IBM研究總監(jiān)兼美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)主席Gil也表示，中國(guó)學(xué)生來(lái)美國(guó)深造的熱情依然高漲。

「學(xué)生們依然對(duì)留美十分熱情，更大的問(wèn)題是如何鼓勵(lì)美國(guó)學(xué)生投身科技領(lǐng)域，尤其是如何提升美國(guó)學(xué)生正在滑坡的數(shù)學(xué)水平?！?/span>