美国科技霸主地位要凉！Nature：中国急速赶超，物理化学论文数已逆袭
时事
2024-10-31 11:58
湖北
近日，Nature发表了这样一篇文章，预测了美国科学的未来。如果以大多数标准来衡量，在历史时间线上看，美国的科学实力显然从未如此强大。在过去5年里，美国获得的科学类诺贝尔奖数量，已经超过了世界其他国家的总和。的确，自20世纪中叶以来，美国可以说完全统治了诺贝尔的科学奖项。2022年末，一家位于加州的初创公司发布了革命性的AI工具ChatGPT，后来大家都知道了它的名字——OpenAI。与此同时，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）在可控核聚变领域取得了关键性突破——一次又一次实现「点火」，并创下多个纪录。今年，美国在研发方面的支出有望达到1万亿美元，这一数字远超其他任何国家。美国的实验室，持续吸引着来自全球的研究人员，在美国STEM领域的工作人员中，有43%的博士来自其他国家。虽然看起来一片繁荣，但已经有一些科学界领袖开始担忧：美国的科技霸主之位会很快将让位于其他研究强国，尤其是中国。现在，中国在许多领先的科学指标上，已经超越了美国。美国国家科学院院长Marcia McNutt在6月的一次演讲中表示：「很多人认为，美国正在输掉全球STEM领导地位的竞争，事实也的确如此。」专家们所忧心的，包括研发资金限制、科学的日益政治化，以及关于移民的激烈讨论。美国国家科学、工程和医学院（NASEM）在8月的报告中指出，这些因素造成了「美国对外国人越来越不友好」的印象，并发出警告：美国不能再理所当然地认为，它将继续成为全球最优秀人才的首选。因此，NASEM呼吁政府各部门共同努力，来留住这些国际人才。而美国科学的未来，很大程度在11月后就会有定论。资助计划、移民政策和国家安全措施，都会影响未来的国际合作，很大程度上决定美国科学未来几年的发展方向。美国在科学发展上目前的表现如何，未来又会怎样发展？为此，Nature对相关数据进行了分析，探讨了几个可能决定美国科学未来的关键问题。
美国长期以来在科技领域占据领先地位，很大程度上就是靠的资金。在研发投入上，美国远远超过了其他国家。在2022年，美国在研发上投入的政府和私人资金，就高达9230亿美元，直接占全球研发投入的30%。不过，随着我国经济的腾飞，我们的研发投入也迎头赶上——达到了约8120亿美元（根据购买力平价PPP调整后）。按照这一趋势，中国将在2030年之前就和美国持平。如今，在人员数量、科研产出和专利方面，美国显然已经失去了领先地位。- 2016年，中国超越美国，成为科技论文产出第一大国。- 2019年，中国的科学和工程博士学位授予数量超过美国。- 2021年，中国在国际专利申请方面居全球首位。多年来，研究科学指标的很多研究者会认为中国在科研产出质量方面仍然落后，但是，现在这种情况也在改变！根据Web of Science数据库的数据，2020年，中国在全球被引次数前1%的论文占比方面已经超过了美国，这是衡量高影响力工作的一个重要指标。在工程学、化学和材料科学等领域，中国已经展现出突出优势，而美国在生物学和医学等领域，则继续保持领先地位。美国国家经济研究局（NBER）在今年发表的一项研究中指出，中国研究人员的「本土引用偏差」是最明显的，也就是说，他们会更倾向于引用本国的研究成果。考虑进这一层因素，中国的排名可能会降至世界第四位，仅次于美国、英国和德国。但Nature认为，尽管如此，也并没有改变整体的发展趋势。
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论文地址：https://www.nber.org/papers/w32468此外，更有其他迹象表明，中国相对其他国家的研究质量正在提升。根据一篇于2023年发表在Nature上的文章，中国在高水平期刊发表的论文数量方面已经超过了美国！
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文章地址：https://www.nature.com/articles/d41586-023-02159-7下面几张图，显示了中国、美国、欧盟国家在化学、生命科学、地球和环境科学、物理有影响力的期刊上发表的论文数量。有些人认为重要，是因为他们认为这是一场纯粹的零和博弈。但是也有人指出，在科研领域，一个国家的发展并不一定意味着另一个国家的损失。俄亥俄州立大学的研究政策专家Caroline Wagner就持这样的观点。她指出，目前最具影响力的高被引论文大多来自美国、中国和欧洲研究人员的共同合作。英国曼彻斯特大学的研究政策分析师Kieron Flanagan也认为，如果中国或其他国家加大研究投入，这实际上是对美国有利的。当然，这一结论的前提是，美国能留住世界顶尖的科学家队伍，让他们充分融入全球的创新网络，同时保住本国的科研投入和研究质量。
在2005年，美国国家科学院就曾发布一份名为「Rising Above the Gathering Storm」（超越迫近的风暴）的重要警示报告，指出全球化对美国竞争力造成的威胁。这份报告的一项重要建议，就是将数学、工程和物理科学的基础研究经费翻倍，这与1998年至2003年间国立卫生研究院预算翻倍的政策相呼应。2007年，美国国会通过了一项法律，承诺做到这一点，但立法者并未兑现。2022年，为了遏制中国的崛起，国会一致通过了「CHIPS and Science Act」（芯片与科学法案），授权了约2800亿美元的资金，用于推动美国半导体产业的发展，并且增加几大主要研究机构的预算。作为这项法案的主要受益者，美国国家科学基金会（NSF）的预算在2023年猛增11%达到了99亿美元，但今年却又降到了91亿美元。美国大学协会政府关系和公共政策副主席Matt Hourihan表示，作为GDP的占比，美国国家科学基金会、美国能源部科学办公室和美国国家标准与技术研究院的公共投资，现已降至1997年以来的最低水平。虽然美国的研究投资在GDP中的占比仍在上升，但这主要是因为私营企业在不断增加研发投资。美国总统科学顾问、白宫科技政策办公室（OSTP）主任Arati Prabhakar强调：「我们必须让联邦资助的研发重回健康轨道。尽管私营研发的快速增长对就业和经济是有利的，但这绝不能替代联邦投资支持的基础科学研究。」其实，正是这些趋势，接受了美国和中国之间实力对比的变化，科睿唯安科学信息研究所首席科学家Jonathan Adams表示。Adams指出，美国在其投入最多的领域（如生物医学研究）仍然保持领先地位。然而，在材料科学、物理科学和计算机等投资相对不足的领域，中国正在赶超美国。明年1月的关键问题，就在于下一届总统和国会能否通力合作，推进两党此前都曾答应的科研资助承诺。这很大程度上取决于谁将控制目前处于分裂状态的国会两院——目前，民主党主导了参议院，而共和党在众议院占多数。在确定支出优先次序时，国会往往会做出独立决策，而不受总统预算提案的影响，美国实验生物学学会联合会公共事务办公室负责人Jennifer Zeitzer表示。比如，虽然前总统多次试图削减科学预算，但恰恰是在他任期内，国会打破了自己制定的预算上限，不仅增加了国防开支，也加大了对科学机构的资金支持。如今，立法者面对的是一项限制2025年前总体支出的预算协议框架下，STEM领域的支出可能会再一次被制约。在明年新总统和新国会就职后，这一情况是否还会发生新的变化？目前还无法预测。资助机构会持续受到政治风向变化的影响，这些变化此前曾带来巨大承诺——偶尔伴随着大额投资，但随后必然会转向财政紧缩。在将近一半的时间里，资助机构都不得不在临时拨款的情况下运作，甚至面临着政府停摆的威胁。「如果接下来20年情况仍是如此，我不知道我们该如何保持竞争力。」
现在一个最关键的问题就是：美国是否仍将是全球科研人员学习和工作的首选地？显然，如今美国科学的发展，在很大程度上都依赖于国际人才。去年授予的科学和工程博士学位中，超过三分之一颁发给了国际学生，其中计算机科学的比例为59%。对此，IBM研究总监、美国国家科学委员会主席Darío Gil表示：「我们对于外国人才的依赖，已经达到了历史最高水平。」2022年的数据显示，在美国取得博士学位的中国学生中，有77%的人打算继续留在美国，这一比例比起过去5年略有下降。经济合作与发展组织的数据显示，美国仍然是国际学生的首选地。最新数据显示，在2020年，美国接收了全球15%的学生。国际学生的比例已经在下降，从2000年的23%下降到了2020年的15%。尽管在经历了短暂的低谷后，入学人数已经恢复到历史最高水平，但来自中国的顶尖人才，是否仍将美国视为有吸引力的地方？目前，中国仍然是美国最大的研究合作伙伴，但中美研究人员的合著文章数量正在下降。NBER今年发表的一项研究，对中国学生与非中国学生申请美国博士项目的倾向进行了比较。结果显示，两组数据在2016年之前保持一致，但到了2019年，中国学生的入学率下降了15%。
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论文地址：https://www.nber.org/papers/w32622尽管自疫情以来，中国学生在美国大学的入学人数有所回升，但中国的优秀人才可能正在避开美国。雪城大学亚洲/亚裔美国人研究项目负责人、社会学家Yingyi Ma表示：不断升级的反华言论可能是一个因素，但中国研究生在国内有越来越多的机会，获取工作签证也日益困难，这些都不可忽视。康奈尔大学的移民学者Amy Nice表示，另一个挑战，就是绿卡的数量也在限制，这一点其实国会很容易解决。不过，并不是所有人都相信，美国学术机构在国际人才上已经面临紧迫的危机。国际教育协会的首席执行官Allan Goodman指出，美国并不是唯一一个收紧移民政策的国家，加拿大、英国也在采取类似措施。这就意味着，国际学生考虑在哪里开展职业生涯时，非美国的选择也在减少。IBM研究总监兼美国国家科学委员会主席Gil也表示，中国学生来美国深造的热情依然高涨。「学生们依然对留美十分热情，更大的问题是如何鼓励美国学生投身科技领域，尤其是如何提升美国学生正在滑坡的数学水平。」https://www.nature.com/articles/d41586-024-03403-4
