【向子期專欄】中國在世界排名前 1% 的論文超過了美國

傑夫·托勒夫森& 理查‧範諾登 Jeff Tollefson & Richard Van Noorden發表在最新一期權威期刊《自然》(Nature)的<美國是世界科學超級大國——但能維持多久？>( The US is the world’s science superpower — but for how long?)指出， 今年的關鍵選舉將塑造美國科學的未來。日益激烈的國際競爭和國內擔憂也在發揮作用。(This year's pivotal election will shape the future of US science. Rising international competition and domestic concerns are also at play.)
博士學位的勞動力中，43% 是在其他國家出生的
在過去的五年裡，該國獲得的諾貝爾科學獎比世界其他國家的總和還要多——這與該國自二十世紀中葉以來在諾貝爾科學獎上的統治地位一致。 2020 年，兩家美國製藥公司率先開發了有助於遏止流感大流行的疫苗。兩年後，加州一家新創公司發布了革命性的人工智慧 (AI) 工具 ChatGPT，國家實驗室打破了核融合的根本障礙。
今年，美國預計在研發 (R&D) 上花費 1 兆美元，遠超過其他國家。它的實驗室吸引了來自世界各地的研究人員，在美國科學、技術、工程和醫學 (STEM) 領域擁有博士學位的勞動力中，43% 是在其他國家出生的。
美國大選辯論：哈里斯和川普對科學的看法
但隨著選民在 11 月投票選舉新總統和國會，一些科學界領袖擔心美國正在向其他研究強國讓路，特別是中國，它在許多領先的科學指標上已經超過了美國。 「人們認為，美國科學正在——而且正在——輸掉全球 STEM 領導地位的競爭，」位於華盛頓特區的美國國家科學院院長馬西婭·麥克納特 (Marcia McNutt) 在 6 月的一次演講中說道。
人們的擔憂包括研發資金限制、科學日益政治化以及移民的激烈辯論。美國國家科學、工程和醫學院 (NASEM) 8 月1 日報道稱，這造成了“美國對外國人越來越敵視的看法”，並警告美國“不能再理所當然地認為自己會仍然是世界上最優秀和最聰明的人的首選目的地」。這些學院呼籲政府範圍內努力吸引和留住國際人才並改善國內的 STEM 教育。
美國科學的未來取決於 11 月的大選
美國科學的未來在很大程度上取決於 11 月的大選。下一任總統和國會將共同製定影響國際合作的資助計畫、移民政策和國家安全措施，為美國科學事業未來幾年的發展方向發揮關鍵作用。
鑑於人們對美國在科學領域的領導地位的擔憂，該國的表現如何以及大選後接下來會發生什麼？《自然》雜誌研究了可能決定美國科學未來的數字和一些關鍵問題。
輸給中國
研究背後的驅動力是金錢，美國長期以來在科技領域享有領先地位，很大程度上是因為它的支出超過了所有其他國家。結合政府和私人資金，美國在 2022 年花費了 9,230 億美元（有完整數據的最後一年），約佔全球研發支出的 30%。
但隨著中國經濟的起飛，其研發支出也隨之增加，達到相當於 8,120 億美元（根據購買力平價調整）。按照這一軌跡，它將在 2030 年之前與美國持平。
就人員數量、科學產出和專利而言，美國已經失去了領先地位。 2016年，中國躍居科技論文產出第一大國。 2019年科學與工程博士學位授予數量超過美國；根據美國國家科學基金會（NSF）3月2日發布的報告，2021年，它成為國際專利申請中的佼佼者。
中國在世界排名前 1% 的論文中所佔份額超過了美國
多年來，一些研究科學指標的研究人員認為，中國在科學產出的品質方面仍然落後，但這種情況也正在改變。例如，根據 Web of Science 資料庫的數據，2020 年，中國在世界排名前 1% 的論文中所佔份額超過了美國，這是衡量高影響力工作的一個替代指標。
中國在工程、化學和材料科學領域表現出獨特的優勢，而美國在生物學和醫學等領域保持領先地位（請參閱「誰在各個科學領域處於領先地位？」）。
引用統計數據是不完善的影響力衡量標準：今年的一項研究發現，中國的研究人員表現出最大的“本土偏見”，即不成比例地引用來自自己國家的作品。研究表明，對這種偏見進行調整會削弱中國的進步——可能會將其排名降至世界第四——但這並沒有極大地改變其前進的方向。
相對於其他國家，中國還有其他品質不斷提高的跡象。去年，在有影響力的期刊上發表的論文數量方面，它超過了美國。
中國領先還是美國領先重要嗎？
中國領先還是美國領先重要嗎？一些政治言論將這些趨勢本質上視為零和遊戲。但在研究方面，一個國家的收益不一定是另一個國家的損失，哥倫布俄亥俄州立大學的研究政策專家卡洛琳‧瓦格納說。
她說，所有被引用最多的論文都來自美國、中國和歐洲研究人員的共同努力。基隆說，如果中國或任何其他國家在研究上投入更多資金，這應該會讓美國受益——只要美國留住能夠利用全球創新的世界領先科學家，並保持自己的研究資金和品質較高弗拉納根（Flanagan）是英國曼徹斯特大學的研究政策分析師。
行動中缺失：聯邦資金
目前對美國科學的警告與類似的警告相呼應，這些警告在政策圈中大約一代人傳遍一次。例如，2005 年，美國國家科學院發表了一份名為《超越風暴》的可怕報告，警告 全球化對美國競爭力的威脅。
報告中的一項建議是將數學、工程和物理科學的基礎研究經費增加一倍，與 1998 年至 2003 年間美國國立衛生研究院的預算增加一倍相一致。 ，承諾做到這一點，但立法者並未兌現。
現在歷史正在重演。 2022 年，國會著眼於中國，聯合通過了《晶片和科學法案》，授權 2,800 億美元來促進國內半導體產業的發展，並增加幾個主要研究機構的預算。該立法的主要受益者 NSF 的預算在 2023 年增加了 11% 至 99 億美元，但當國會最終確定今年的預算時，該預算又回落至 91 億美元。
讓聯邦政府資助的研發回到更健康的軌道
作為國內生產毛額 (GDP) 的一部分，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（所有物理科學基礎研究的主要資助者）的公共投資目前低於華盛頓特區美國大學協會負責政府關係和公共政策的副總裁 Matt Hourihan 表示，自 1997 年以來，這種情況一直存在（參見「聯邦研究強度下降」）。美國的研究投資佔 GDP 的比重仍在上升，但這是因為私人企業的研發投資正在彌補這一不足。
美國總統喬·拜登的科學顧問兼白宮科技政策辦公室 (OSTP) 主任阿拉蒂·普拉巴卡爾 (Arati Prabhakar) 表示：“我們絕對必須讓聯邦政府資助的研發回到更健康的軌道。”她告訴《自然》雜誌，私人研發的急劇增長有利於就業和經濟，但它無法取代聯邦投資支持的基礎科學。
中國在材料科學、物理/電腦正在超越美國
事實上，這些趨勢解釋了美國和中國之間的力量平衡變化，總部位於倫敦的分析公司科睿唯安旗下科學資訊研究所的首席科學家喬納森·亞當斯說。亞當斯指出，美國在生物醫學研究等投資最多的領域中保持領先地位。相較之下，中國在材料科學、物理科學和電腦科學等領域正在超越美國，而這些領域是美國投資不足的領域。
一月份到來的問題是，下一任總統和國會是否會共同努力推動兩黨過去都認可的科學資助承諾。這在很大程度上取決於誰控制目前分裂的國會兩院，民主黨佔據參議院，共和黨在眾議院佔多數。
拜登尋求增加科學經費——但他的預算面臨著不祥的未來
在確定支出優先事項時，無論總統在預算中提出什麼建議，國會通常都會採取自己的方式。例如，儘管前總統唐納德·川普一再尋求削減科學預算，但正是在他任職期間，國會打破了自己設定的預算上限，並在川普政府尋求增加國防開支的同時，大幅增加了科學機構的資金投入」 珍妮佛‧蔡澤 (Jennifer Zeitzer) 說道，她是位於馬裡蘭州羅克維爾的美國實驗生物學會聯合會公共事務辦公室的負責人。
外國人才的重要性
如今，立法者再次根據一項預算協議運作，該協議旨在將總體支出限制在2025 年之前，這可能會使增加STEM 支出變得困難，但目前尚不清楚明年新總統和國會的討論將如何進行。
「我稱之為鞭打效應，」蔡策說。資助機構不斷受到不斷變化的政治風向的衝擊，這些政治風向產生了巨大的承諾——有時甚至是大筆投資——然後不可避免地轉向緊縮。有一半的時間，資助機構是在臨時預算和迫在眉睫的政府關門威脅下運作的。 「如果我們再面臨 20 年這樣的情況，我不知道我們該如何保持競爭力，」Zeitzer 說。
由於美國嚴重依賴國際人才來推動其科學引擎，因此一個關鍵問題是它是否仍將是全球研究人員學習和工作的首選。有不同的方法來解釋數據。
美國對海外研究人員的依賴程度越來越高：去年授予的科學和工程博士學位中有三分之一以上授予了國際學生（持有臨時簽證的學生），其中電腦科學領域的比例為59% （參見「美國對海外研究人員的依賴」）海外人才」）。 「我們對外國人才的依賴程度達到了歷史最高水平，」位於紐約州約克敦高地的科技巨頭 IBM 研究總監、美國國家科學委員會現任主席達裡奧·吉爾 (Darío Gil) 說道。 。
77%的博士學位中國學生表示他們打算留在美國
這些學生大多來自中國和印度，遠遠落後於第二名。根據2022年的數據，當被問及在美國獲得博士學位的中國學生時，77%的人表示他們打算留在美國，這一比例比過去五年僅略有下降。
更廣泛地說，根據經濟合作暨發展組織的數據，美國仍然是世界上國際學生的最佳留學目的地，最新的比較數據顯示，2020 年，美國接待了全球 15% 的學生。
但有跡象顯示美國可能正在失去優勢。其國際學生比例正在下降，低於 2000 年的 23% 5。儘管入學人數在短暫的疫情下滑後已恢復至歷史最高水平（參見“國際學生反彈”），但來自中國的頂尖人才是否繼續將美國視為有吸引力的目的地仍然是一個問題。
中國仍然是美國最大的研究合作國，但中國和美國研究人員共同撰寫的文章數量正在下降——儘管中國與競爭對手的合作有所增加（參見「中美合作正在下降」）。
國會中的一些立法者可能會歡迎這一趨勢。國會共和黨人以讓美國納稅人資助的科學研究落入中國軍方手中的危險為由，正在推動立法，限制大學研究人員可以進行的研究合作。
當川普入主白宮時，有關移民和研究安全的問題達到了緊要關頭。首先是臨時旅行禁令，主要影響幾個穆斯林占多數國家的公民。隨後，聯邦針對學術間諜活動發起了一項名為「中國倡議」的行動，該行動在誘捕與中國有聯繫的學者（其中包括許多華裔美國公民）後，引發了種族主義指控。
拜登最終結束了這兩項政策，但許多學者表示，如果川普在 11 月獲勝，這兩項政策可能會捲土重來。上個月，川普發誓要恢復旅行禁令，控制美國眾議院的共和黨人也批准了一項立法，如果該法案獲得通過，基本上將恢復「中國倡議」。
許多中國研究人員擔心「中國倡議」後會出現偏見
這些緊張局勢可能會造成損失：美國的調查發現，許多中國研究人員擔心「中國倡議」後會出現偏見。今年發表的一項研究6調查了中國學生與非中國學生組成的對照組相比，就讀美國博士課程的傾向。兩者在 2016 年之前一直保持一致，但到 2019 年，中國學生入學的可能性降低了 15%，而去非美國英語國家入學的可能性則更大。 （疫情期間入學人數的迅速下降意味著這項尚未經過同行評審的研究無法可靠地擴展到以後的幾年。）
紐約雪城大學亞裔/亞裔美國人研究計畫負責人社會學家馬英毅表示，儘管自疫情爆發以來，美國大學的中國學生入學人數有所回升，但中國最優秀、最聰明的學生可能會迴避。馬雲表示，反華言論的高漲可能是其中的一個原因，但中國研究生在國內的機會不斷增加以及獲得工作簽證的挑戰也日益嚴峻。
“綠卡”的數量進行限制
紐約州伊薩卡康奈爾大學的移民學者艾米·尼斯 (Amy Nice) 表示，另一個挑戰，也是國會很容易解決的挑戰，是對授予美國永久居留權的“綠卡”的數量進行限制。最近在拜登領導下的白宮科技政策辦公室任職。她說，拜登政府一直在努力根據現有法律和法規做到這一點，但最終要由國會來決定增加可用綠卡的數量。 「這是國會可以做的一件事來解決這個問題，」尼斯說。
並非所有人都相信美國學術機構在國際人才方面面臨著迫在眉睫的危機。紐約國際教育學院執行長艾倫古德曼指出，美國並不是唯一打擊移民的國家：加拿大、英國和其他國家也在做同樣的事情。這意味著當國際學生考慮在哪裡發展自己的職業生涯時，非美國的選擇會減少。
吉爾也表示，他沒有看到任何證據顯示中國學生被推遲來美國。 「人們對繼續來到美國有著非凡的興趣，」他說。吉爾表示，一個更大的問題是如何鼓勵美國學生參與科學和技術，並指出數學成績不斷下降。
校園文化之戰
在美國的大學校園裡，加薩-以色列戰爭等問題的緊張局勢日益加劇；努力促進多元、公平和包容；和變性人的權利。作為政治兩極化加劇的更廣泛趨勢的一部分，這些文化戰爭席捲了校園，並導致一些立法者對大學研究人員可以學習和教學的內容施加限制，並限制促進多樣性、公平和包容性的政策。 8 月的 NASEM 報告1利用了其中一些情緒，引發了人們對美國聲譽開始在海外受損的擔憂。報告指出：“國家在吸引和留住人才方面最重要的一些優勢是無形的：價值觀、自由和機會。”
與拜登一樣，副總統兼總統候選人卡馬拉·哈里斯預計將推進有利於科學的預算，同時繼續強調科學在應對氣候變遷和促進公共衛生方面的作用。相較之下，川普和他的任命者在任職期間不斷削弱政府科學家和機構，特別是在氣候變遷和公共衛生等議題上。
川普承諾利用聯邦政府的權力進行政治報復
許多政治學家擔心，川普的第二個任期可能會讓政府研究人員更加擔憂。除了川普拒絕承認他沒有贏得的任何選舉結果以及他承諾利用聯邦政府的權力進行政治報復之外，研究人員擔心他可能會通過用順從的聯邦科學家取代數千名聯邦科學家來成功重塑美國政府。這將進一步削弱科學在製定管理從溫室氣體排放到藥物開發等一切事務的規則和法規方面所發揮的作用。
無論哪個政黨控制總統和國會，美國科學的命運都與日益兩極化的社會的更廣泛趨勢息息相關，在這個社會中，對許多機構的信任幾十年來一直在削弱。
加州大學政治學家亨利·布雷迪表示，到目前為止，「科學」機構仍然是一個局外人，得到了廣大公眾的支持，但如果從疫苗到全球暖化等問題上的兩極分化加劇，這種情況可能會改變。 “如果科學和學術界成為意識形態的事業，”他說，“它們將很難生存。”