美國的世界科學超級大國地位，還能維持多久？

近日，Nature發表了這樣一篇文章，預測了美國科學的未來。

如果以大多數標準來衡量，在歷史時間線上看，美國的科學實力顯然從未如此強大。

在過去5年里，美國獲得的科學類諾貝爾獎數量，已經超過了世界其他國家的總和。的確，自20世紀中葉以來，美國可以說完全統治了諾貝爾的科學獎項。

另一方面，最近幾年的許多爆炸性成果也都出自美國。

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

與此同時，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）在可控核聚變領域取得了關鍵性突破——一次又一次實現「點火」，并創下多個紀錄。

今年，美國在研發方面的支出有望達到1萬億美元，這一數字遠超其他任何國家。

美國的實驗室，持續吸引著來自全球的研究人員，在美國STEM領域的工作人員中，有43%的博士來自其他國家。

雖然看起來一片繁榮，但已經有一些科學界領袖開始擔憂：美國的科技霸主之位會很快將讓位于其他研究強國，尤其是中國。

現在，中國在許多領先的科學指標上，已經超越了美國。

美國國家科學院院長Marcia McNutt在6月的一次演講中表示：「很多人認為，美國正在輸掉全球STEM領導地位的競爭，事實也的確如此。」

專家們所憂心的，包括研發資金限制、科學的日益政治化，以及關于移民的激烈討論。

美國國家科學、工程和醫學院（NASEM）在8月的報告中指出，這些因素造成了「美國對外國人越來越不友好」的印象，并發出警告：美國不能再理所當然地認為，它將繼續成為全球最優秀人才的首選。

因此，NASEM呼吁政府各部門共同努力，來留住這些國際人才。

而美國科學的未來，很大程度在11月后就會有定論。資助計劃、移民政策和國家安全措施，都會影響未來的國際合作，很大程度上決定美國科學未來幾年的發展方向。

美國在科學發展上目前的表現如何，未來又會怎樣發展？

為此，Nature對相關數據進行了分析，探討了幾個可能決定美國科學未來的關鍵問題。

美國，正被中國趕超

研究背后的核心驅動力是什么？

答案只有一個字——「錢」。

美國長期以來在科技領域占據領先地位，很大程度上就是靠的資金。在研發投入上，美國遠遠超過了其他國家。

在2022年，美國在研發上投入的政府和私人資金，就高達9230億美元，直接占全球研發投入的30%。

不過，隨著我國經濟的騰飛，我們的研發投入也迎頭趕上——達到了約8120億美元（根據購買力平價PPP調整后）。

按照這一趨勢，中國將在2030年之前就和美國持平。

如今，在人員數量、科研產出和專利方面，美國顯然已經失去了領先地位。

- 2016年，中國超越美國，成為科技論文產出第一大國。

- 2019年，中國的科學和工程博士學位授予數量超過美國。

- 2021年，中國在國際專利申請方面居全球首位。

多年來，研究科學指標的很多研究者會認為中國在科研產出質量方面仍然落后，但是，現在這種情況也在改變！

根據Web of Science數據庫的數據，2020年，中國在全球被引次數前1%的論文占比方面已經超過了美國，這是衡量高影響力工作的一個重要指標。

在工程學、化學和材料科學等領域，中國已經展現出突出優勢，而美國在生物學和醫學等領域，則繼續保持領先地位。

當然，僅看高被引數，可能證據并不完備。

美國國家經濟研究局（NBER）在今年發表的一項研究中指出，中國研究人員的「本土引用偏差」是最明顯的，也就是說，他們會更傾向于引用本國的研究成果。

考慮進這一層因素，中國的排名可能會降至世界第四位，僅次于美國、英國和德國。

但Nature認為，盡管如此，也并沒有改變整體的發展趨勢。

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

此外，更有其他跡象表明，中國相對其他國家的研究質量正在提升。

根據一篇于2023年發表在Nature上的文章，中國在高水平期刊發表的論文數量方面已經超過了美國！

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

下面幾張圖，顯示了中國、美國、歐盟國家在化學、生命科學、地球和環境科學、物理有影響力的期刊上發表的論文數量。

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TOP 1的是中國還是美國，真的那么重要嗎？

有些人認為重要，是因為他們認為這是一場純粹的零和博弈。

但是也有人指出，在科研領域，一個國家的發展并不一定意味著另一個國家的損失。

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

英國曼徹斯特大學的研究政策分析師Kieron Flanagan也認為，如果中國或其他國家加大研究投入，這實際上是對美國有利的。

當然，這一結論的前提是，美國能留住世界頂尖的科學家隊伍，讓他們充分融入全球的創新網絡，同時保住本國的科研投入和研究質量。

政府資金缺位

其實，這類警告已經不是什么新鮮事了。

在美國每一代政策圈中，都會流傳著類似的擔憂。

在2005年，美國國家科學院就曾發布一份名為「Rising Above the Gathering Storm」（超越迫近的風暴）的重要警示報告，指出全球化對美國競爭力造成的威脅。

這份報告的一項重要建議，就是將數學、工程和物理科學的基礎研究經費翻倍，這與1998年至2003年間國立衛生研究院預算翻倍的政策相呼應。

2007年，美國國會通過了一項法律，承諾做到這一點，但立法者并未兌現。

如今，同樣的歷史正在重演。

2022年，為了遏制中國的崛起，國會一致通過了「CHIPS and Science Act」（芯片與科學法案），授權了約2800億美元的資金，用于推動美國半導體產業的發展，并且增加幾大主要研究機構的預算。

作為這項法案的主要受益者，美國國家科學基金會（NSF）的預算在2023年猛增11%達到了99億美元，但今年卻又降到了91億美元。

美國大學協會政府關系和公共政策副主席Matt Hourihan表示，作為GDP的占比，美國國家科學基金會、美國能源部科學辦公室和美國國家標準與技術研究院的公共投資，現已降至1997年以來的最低水平。

雖然美國的研究投資在GDP中的占比仍在上升，但這主要是因為私營企業在不斷增加研發投資。

美國總統科學顧問、白宮科技政策辦公室（OSTP）主任Arati Prabhakar強調：「我們必須讓聯邦資助的研發重回健康軌道。盡管私營研發的快速增長對就業和經濟是有利的，但這絕不能替代聯邦投資支持的基礎科學研究。」

其實，正是這些趨勢，接受了美國和中國之間實力對比的變化，科睿唯安科學信息研究所首席科學家Jonathan Adams表示。

Adams指出，美國在其投入最多的領域（如生物醫學研究）仍然保持領先地位。

然而，在材料科學、物理科學和計算機等投資相對不足的領域，中國正在趕超美國。

明年1月的關鍵問題，就在于下一屆總統和國會能否通力合作，推進兩黨此前都曾答應的科研資助承諾。

這很大程度上取決于誰將控制目前處于分裂狀態的國會兩院——目前，民主黨主導了參議院，而共和黨在眾議院占多數。

在確定支出優先次序時，國會往往會做出獨立決策，而不受總統預算提案的影響，美國實驗生物學學會聯合會公共事務辦公室負責人Jennifer Zeitzer表示。

比如，雖然前總統多次試圖削減科學預算，但恰恰是在他任期內，國會打破了自己制定的預算上限，不僅增加了國防開支，也加大了對科學機構的資金支持。

如今，立法者面對的是一項限制2025年前總體支出的預算協議框架下，STEM領域的支出可能會再一次被制約。

在明年新總統和新國會就職后，這一情況是否還會發生新的變化？目前還無法預測。

Zeitzer表示，這是一種「鞭打效應」。

資助機構會持續受到政治風向變化的影響，這些變化此前曾帶來巨大承諾——偶爾伴隨著大額投資，但隨后必然會轉向財政緊縮。

在將近一半的時間里，資助機構都不得不在臨時撥款的情況下運作，甚至面臨著政府停擺的威脅。

「如果接下來20年情況仍是如此，我不知道我們該如何保持競爭力。」

外國人才的重要性

現在一個最關鍵的問題就是：美國是否仍將是全球科研人員學習和工作的首選地？

顯然，如今美國科學的發展，在很大程度上都依賴于國際人才。

去年授予的科學和工程博士學位中，超過三分之一頒發給了國際學生，其中計算機科學的比例為59%。

對此，IBM研究總監、美國國家科學委員會主席Darío Gil表示：「我們對于外國人才的依賴，已經達到了歷史最高水平。」

這些學生主要來自中國，其次是印度。

2022年的數據顯示，在美國取得博士學位的中國學生中，有77%的人打算繼續留在美國，這一比例比起過去5年略有下降。

經濟合作與發展組織的數據顯示，美國仍然是國際學生的首選地。

最新數據顯示，在2020年，美國接收了全球15%的學生。

但已經有跡象表明，美國可能正在失去這種優勢。

國際學生的比例已經在下降，從2000年的23%下降到了2020年的15%。

盡管在經歷了短暫的低谷后，入學人數已經恢復到歷史最高水平，但來自中國的頂尖人才，是否仍將美國視為有吸引力的地方？

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

相比之下，中國和其他國家的合作正在持續增加。

NBER今年發表的一項研究，對中國學生與非中國學生申請美國博士項目的傾向進行了比較。

結果顯示，兩組數據在2016年之前保持一致，但到了2019年，中國學生的入學率下降了15%。

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

盡管自疫情以來，中國學生在美國大學的入學人數有所回升，但中國的優秀人才可能正在避開美國。

雪城大學亞洲/亞裔美國人研究項目負責人、社會學家Yingyi Ma表示：不斷升級的反華言論可能是一個因素，但中國研究生在國內有越來越多的機會，獲取工作簽證也日益困難，這些都不可忽視。

康奈爾大學的移民學者Amy Nice表示，另一個挑戰，就是綠卡的數量也在限制，這一點其實國會很容易解決。

不過，并不是所有人都相信，美國學術機構在國際人才上已經面臨緊迫的危機。

國際教育協會的首席執行官Allan Goodman指出，美國并不是唯一一個收緊移民政策的國家，加拿大、英國也在采取類似措施。

這就意味著，國際學生考慮在哪里開展職業生涯時，非美國的選擇也在減少。

IBM研究總監兼美國國家科學委員會主席Gil也表示，中國學生來美國深造的熱情依然高漲。

「學生們依然對留美十分熱情，更大的問題是如何鼓勵美國學生投身科技領域，尤其是如何提升美國學生正在滑坡的數學水平。」