中國和美國的科學(xué)差距到底是大是?。恐袊目茖W(xué)發(fā)展在全球又位居何地？是否能以具體的數(shù)字來量化？

來自武漢大學(xué)、美國加州大學(xué)洛杉磯分校、美國芝加哥大學(xué)和美國圣菲研究所的研究人員，通過開發(fā)一個(gè)框架來評估含中國和美國在內(nèi)的多個(gè)國家在國際科學(xué)合作網(wǎng)絡(luò)中等級位置。

研究人員通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型識別了 5966623 個(gè)跨國合作型科研團(tuán)隊(duì)。借此發(fā)現(xiàn)，在 1990 年至 2023 年間，中國科學(xué)家在絕對數(shù)量上大幅縮小了與美國、英國和歐盟科學(xué)家在領(lǐng)導(dǎo)力方面的差距。研究人員由此推測：預(yù)計(jì)在 2027 年至 2028 年間，中國和美國在雙邊合作中將擁有同等數(shù)量的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者。

（來源：arXiv）

然而，研究人員同時(shí)指出，單以每位合作者來衡量的話，中國目前的進(jìn)展要慢得多。他們根據(jù)各國非科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)者數(shù)量進(jìn)行調(diào)整之后給出的模型預(yù)測結(jié)果是：中國和美國直到 2087 年之后才能實(shí)現(xiàn)均勢。

這些發(fā)展動態(tài)也將延伸到對于兩個(gè)持續(xù)外交至關(guān)重要的 11 個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域比如人工智能、半導(dǎo)體和先進(jìn)通信等。研究人員還指出，盡管中國的精英科學(xué)家正在國際學(xué)界取得領(lǐng)導(dǎo)地位，但是中國科學(xué)事業(yè)的發(fā)展仍有一定問題等待解決，研究人員觀察到中國已經(jīng)為克服這些問題采取了一定措施，比如增加在“一帶一路”倡議簽署國的科學(xué)培訓(xùn)和研究參與等。

論文指出，美國在全球科學(xué)領(lǐng)域享有將近一個(gè)世紀(jì)的領(lǐng)導(dǎo)地位，這一地位是其于 20 世紀(jì)初從德國手中獲得的。來自世界各地的移民科學(xué)家極大地造福了美國，維持了其科研地位并擴(kuò)大了其產(chǎn)出。近年來，中國則經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展和科研崛起的進(jìn)程。作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，中國在 2001 年加入 WTO 之后深入融入全球貿(mào)易體系，在過去二十年中迅速成功融入了國際科學(xué)合作網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)持續(xù)增加科研投入。研究人員調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，中國目前在培養(yǎng)自然科學(xué)博士數(shù)量和在 Nature 上發(fā)表論文的數(shù)量均已超過美國。

中國將在 2087 年后和美國達(dá)到均勢

為了評估中國在國際合作網(wǎng)絡(luò)中的領(lǐng)導(dǎo)地位，他們使用了前人開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并利用源自論文貢獻(xiàn)聲明的數(shù)據(jù)，從 OpenAlex 索引的將近 600 萬篇涉及中國、美國、英國和歐盟等 13 個(gè)全球區(qū)域之間雙邊合作的科學(xué)出版物中識別那些較為出色的科研團(tuán)隊(duì)。

研究人員借此發(fā)現(xiàn)，從本次研究的整個(gè)周期來看，相比美國、英國和歐盟這三個(gè)國家和地區(qū)，中國的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力在絕對數(shù)量上有著大幅提升。2010 年-2012 年是本次研究的早期階段，當(dāng)時(shí)在與中國科學(xué)家的跨國合作中，擁有“高領(lǐng)導(dǎo)概率”的中國科學(xué)家數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于擁有“高領(lǐng)導(dǎo)概率”的美國科學(xué)家。但是在研究末期即在 2021 年-2023 年，這一關(guān)系發(fā)生了變化，此時(shí)擁有“中等領(lǐng)導(dǎo)概率”的中國科學(xué)家已經(jīng)超過美國，并在“最高領(lǐng)導(dǎo)概率”層級上也大幅追上了美國。

（來源：arXiv）

為了量化中國科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力隨時(shí)間的變化，研究人員將“領(lǐng)導(dǎo)概率”大于 0.65 的科學(xué)家定義為領(lǐng)導(dǎo)者，將所有“領(lǐng)導(dǎo)概率”低于這一閾值的科學(xué)家定義為“支持者”。利用這些指標(biāo)，研究人員計(jì)算了中國與各個(gè)合作伙伴區(qū)域的“領(lǐng)導(dǎo)份額”，即在每年中美、中歐和中英合作中，任職于中國機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)者的所展比例。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2010 年，中美合作中的領(lǐng)導(dǎo)有 30% 在中國、70% 在美國。而到了 2023 年，則有 45% 在中國，55% 在美國。對于中國和歐盟，模型預(yù)測結(jié)果顯示兩者將在 2025 至 2027 年之間實(shí)現(xiàn)均勢。對于中國和英國，模型結(jié)果顯示中國已于 2019 年和英國達(dá)成均勢。

但是，研究人員同時(shí)指出：中國在絕對數(shù)量上迅速追趕美國、英國和歐盟的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力的態(tài)勢，掩飾了其在人均合作者項(xiàng)下可能較慢的追趕速度。研究人員計(jì)算了中國與各個(gè)合作伙伴區(qū)域的“領(lǐng)導(dǎo)溢價(jià)”，這一指標(biāo)旨在以人均合作者項(xiàng)來衡量一個(gè)國家的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國的“領(lǐng)導(dǎo)溢價(jià)”將在 2032 年至 2036 年之間和英國實(shí)現(xiàn)均勢，在 2051 年至 2108 年之間與歐盟實(shí)現(xiàn)均勢，在 2087 年之后和美國達(dá)到均勢。

美國可能仍會保留頂級領(lǐng)導(dǎo)者地位

有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，相比美國、英國和歐盟的科學(xué)家，中國科學(xué)家會在質(zhì)量稍低的期刊上發(fā)表論文。針對這一觀點(diǎn)，研究人員根據(jù) 2021 年的 Web of Science 影響因子針對期刊數(shù)據(jù)進(jìn)行分組。針對不同影響因子的 5 個(gè)期刊分檔，本次研究發(fā)現(xiàn)無論期刊影響因子如何，中國都將在 2034 年之前和美國達(dá)到均勢。但是，研究人員同時(shí)指出：“‘領(lǐng)導(dǎo)溢價(jià)’的點(diǎn)估計(jì)預(yù)測結(jié)果顯示，中國在高影響力期刊上永遠(yuǎn)無法與美國達(dá)到均勢?！边@說明中國最頂尖的科學(xué)家要想在全球科學(xué)界起到領(lǐng)導(dǎo)作用依然任重道遠(yuǎn)。因此，研究人員認(rèn)為：“關(guān)于中國科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力崛起的第二種可能性是，中國的增長可能僅限于‘中層領(lǐng)導(dǎo)者’，而像美國這樣的西方國家仍會保留頂級領(lǐng)導(dǎo)者地位?！贬槍@種可能性研究人員做了進(jìn)一步探討，他們使用不同的閾值來定義到底何為領(lǐng)導(dǎo)者，并分別運(yùn)行了模型。點(diǎn)估計(jì)預(yù)測結(jié)果顯示，即使在最高閾值之下，中國也將需要花費(fèi)二十年來與美國在“領(lǐng)導(dǎo)份額”上達(dá)到均勢。但是，在“領(lǐng)導(dǎo)溢價(jià)”這一指標(biāo)上，中國需要花費(fèi)更久的時(shí)間和美國達(dá)到均勢，研究人員甚至發(fā)現(xiàn)在最高閾值之下中國和美國永遠(yuǎn)無法達(dá)到均勢。

（來源：arXiv）

美國國家科學(xué)基金會的技術(shù)與創(chuàng)新理事會定義了 11 個(gè)美國國家戰(zhàn)略級關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，它們分別是：先進(jìn)制造、先進(jìn)材料、人工智能、生物技術(shù)、通信與無線、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與先進(jìn)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全、災(zāi)害預(yù)防、能源技術(shù)、量子技術(shù)、半導(dǎo)體與微電子。為了評估中美在這些領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，研究人員針對美國領(lǐng)域的論文分別運(yùn)行了模型。

模型預(yù)測結(jié)果顯示，中國在綜合類別上的“領(lǐng)導(dǎo)份額”將在 2026 至 2029 年間與美國達(dá)到均勢。此外，中國在上述 11 個(gè)領(lǐng)域中的 8 個(gè)領(lǐng)域上的“領(lǐng)導(dǎo)份額”，預(yù)計(jì)將在 2030 年之前和美國達(dá)到均勢。在生物技術(shù)領(lǐng)域，預(yù)計(jì)中國要在 2030 年-2035 年才能和美國達(dá)到均勢。在量子信息領(lǐng)域，預(yù)計(jì)中國和美國要在 2029 年之后才能達(dá)到均勢。在綜合類別上，中國和美國達(dá)到均勢的時(shí)間要更加遙遠(yuǎn)，預(yù)計(jì)要到 2095 年之后。

（來源：arXiv）

研究人員還按照六大科學(xué)領(lǐng)域的分類進(jìn)行分析，借此發(fā)現(xiàn)中國預(yù)計(jì)最快能在 2026 年之前在化學(xué)和材料科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理與工程以及計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域達(dá)到均勢，而醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最晚將在 2037 年之前和美國達(dá)到均勢。

中國通過“一帶一路”擴(kuò)大科學(xué)影響力

除了和美國、英國以及歐盟開展合作之外，研究人員發(fā)現(xiàn)中國正在與“一帶一路”倡議簽署過進(jìn)行更深入的科研合作與人才發(fā)展。研究人員審視了中國與“一帶一路”簽署國之間的“領(lǐng)導(dǎo)份額”和“領(lǐng)導(dǎo)溢價(jià)”，發(fā)現(xiàn)加入這一倡議的國家非常多樣，既有意大利、奧地利和新西蘭等非常富裕的國家，也有一些發(fā)展中國家。本次研究發(fā)現(xiàn)，無論是與高收入“一帶一路”國家相比、還是與低收入“一帶一路”國家相比，中國在“領(lǐng)導(dǎo)溢價(jià)”上和它們即將達(dá)成均勢，這說明中國在“一帶一路”國家中的領(lǐng)導(dǎo)力趨勢，并未脫離其和美國、英國以及歐盟相比時(shí)的領(lǐng)導(dǎo)地位。那就是中國擁有能夠領(lǐng)導(dǎo)國際合作的頂尖科學(xué)家，但是目前較難在整個(gè)全球?qū)用娉袚?dān)領(lǐng)導(dǎo)角色。

（來源：arXiv）

中國也在通過高校來培養(yǎng)來自于“一帶一路”國家的年輕科學(xué)家，這能在一定程度上可以幫助將中國科學(xué)家推向國際領(lǐng)導(dǎo)地位。研究人員查閱了中國教育部的預(yù)算數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)中國于 2012 年至 2024 年間設(shè)置超過 320 億元人民幣的撥款預(yù)算來支持外國學(xué)生來華學(xué)習(xí)。這一金額只比中國用于資助本國公民出國留學(xué)的金額少了 30%，同時(shí)這一金額相當(dāng)于美國國家科學(xué)基金會 2018 年總預(yù)算申請的 66%。盡管在新冠疫情期間，中國用于外國人留華的金額降低，但在 2023 年和 2024 年重新回升，這表明中國計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行這些投資。中國教育部的數(shù)據(jù)顯示，2006 年大部分來華留學(xué)生主要來自東亞，少部分來自南亞。而到了 2018 年，來自南亞和非洲的留學(xué)生數(shù)量，已經(jīng)占據(jù)中國所有留學(xué)生的將近一半左右。

為了識別在華留學(xué)生的研究成果類型，研究人員針對知網(wǎng)的碩士論文和博士論文進(jìn)行了內(nèi)容檢索，結(jié)果發(fā)現(xiàn) 2012 年知網(wǎng)論文中有 0.21% 和“一帶一路”相關(guān)，到了 2019 年這一數(shù)字則上升到了 1.17%。由此可見，通過教育補(bǔ)貼和日益提升的科學(xué)聲望，中國正在吸引著更多的留學(xué)生，并且能夠深化在華留學(xué)生出生國和中國之間的文化融合研究和經(jīng)濟(jì)融合研究。

一國阻礙另一國進(jìn)步時(shí)所能使用的政策有限

總的來說，通過和美國、英國以及歐盟的雙邊合作，中國有望在絕對數(shù)量上在未來十年內(nèi)與西方國家達(dá)到科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)地位的均勢。盡管取得了一定進(jìn)展，但以人均合作者來衡量的話，中國的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力增長得較為緩慢。而中國和美國在考慮政策行動時(shí)，需要仔細(xì)反思這些事態(tài)。任何旨在鼓勵(lì)對方國家科學(xué)研究的政策，都將給兩國以及從其研究成果中受益的世界其他地區(qū)帶來巨大代價(jià)。此外，兩國在彼此之間以及與其他全球區(qū)域的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力上均已建立起強(qiáng)大地位。這限制了一國阻礙另一國進(jìn)步時(shí)所能使用的杠桿力度。因此，研究人員在論文中呼吁：“最重要的是，我們的研究結(jié)果表明中國和美國在科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力上的競爭動態(tài)可以轉(zhuǎn)向更加具有生產(chǎn)力和互惠互利的方向。競爭將導(dǎo)致負(fù)面結(jié)果還是正面結(jié)果，取決于競爭的性質(zhì)。試圖遏制任何一國的科學(xué)進(jìn)步是危險(xiǎn)的，而且鑒于兩國科學(xué)事業(yè)的成熟度，此類努力不太可能成功。”

參考資料：

https://arxiv.org/pdf/2406.05917

運(yùn)營/排版：何晨龍