中國和美國的科學差距到底是大是小？中國的科學發展在全球又位居何地？是否能以具體的數字來量化？

來自武漢大學、美國加州大學洛杉磯分校、美國芝加哥大學和美國圣菲研究所的研究人員，通過開發一個框架來評估含中國和美國在內的多個國家在國際科學合作網絡中等級位置。

研究人員通過使用機器學習模型識別了 5966623 個跨國合作型科研團隊。借此發現，在 1990 年至 2023 年間，中國科學家在絕對數量上大幅縮小了與美國、英國和歐盟科學家在領導力方面的差距。研究人員由此推測：預計在 2027 年至 2028 年間，中國和美國在雙邊合作中將擁有同等數量的團隊領導者。

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然而，研究人員同時指出，單以每位合作者來衡量的話，中國目前的進展要慢得多。他們根據各國非科學領導者數量進行調整之后給出的模型預測結果是：中國和美國直到 2087 年之后才能實現均勢。

這些發展動態也將延伸到對于兩個持續外交至關重要的 11 個關鍵技術領域比如人工智能、半導體和先進通信等。研究人員還指出，盡管中國的精英科學家正在國際學界取得領導地位，但是中國科學事業的發展仍有一定問題等待解決，研究人員觀察到中國已經為克服這些問題采取了一定措施，比如增加在“一帶一路”倡議簽署國的科學培訓和研究參與等。

論文指出，美國在全球科學領域享有將近一個世紀的領導地位，這一地位是其于 20 世紀初從德國手中獲得的。來自世界各地的移民科學家極大地造福了美國，維持了其科研地位并擴大了其產出。近年來，中國則經歷了一個快速發展和科研崛起的進程。作為世界第二大經濟體，中國在 2001 年加入 WTO 之后深入融入全球貿易體系，在過去二十年中迅速成功融入了國際科學合作網絡，同時持續增加科研投入。研究人員調查后發現，中國目前在培養自然科學博士數量和在 Nature 上發表論文的數量均已超過美國。

中國將在 2087 年后和美國達到均勢

為了評估中國在國際合作網絡中的領導地位，他們使用了前人開發的機器學習模型，并利用源自論文貢獻聲明的數據，從 OpenAlex 索引的將近 600 萬篇涉及中國、美國、英國和歐盟等 13 個全球區域之間雙邊合作的科學出版物中識別那些較為出色的科研團隊。

研究人員借此發現，從本次研究的整個周期來看，相比美國、英國和歐盟這三個國家和地區，中國的科學領導力在絕對數量上有著大幅提升。2010 年-2012 年是本次研究的早期階段，當時在與中國科學家的跨國合作中，擁有“高領導概率”的中國科學家數量遠遠少于擁有“高領導概率”的美國科學家。但是在研究末期即在 2021 年-2023 年，這一關系發生了變化，此時擁有“中等領導概率”的中國科學家已經超過美國，并在“最高領導概率”層級上也大幅追上了美國。

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為了量化中國科學領導力隨時間的變化，研究人員將“領導概率”大于 0.65 的科學家定義為領導者，將所有“領導概率”低于這一閾值的科學家定義為“支持者”。利用這些指標，研究人員計算了中國與各個合作伙伴區域的“領導份額”，即在每年中美、中歐和中英合作中，任職于中國機構的領導者的所展比例。結果發現，2010 年，中美合作中的領導有 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，模型預測結果顯示兩者將在 2025 至 2027 年之間實現均勢。對于中國和英國，模型結果顯示中國已于 2019 年和英國達成均勢。

但是，研究人員同時指出：中國在絕對數量上迅速追趕美國、英國和歐盟的科學領導力的態勢，掩飾了其在人均合作者項下可能較慢的追趕速度。研究人員計算了中國與各個合作伙伴區域的“領導溢價”，這一指標旨在以人均合作者項來衡量一個國家的科學領導力。結果發現，中國的“領導溢價”將在 2032 年至 2036 年之間和英國實現均勢，在 2051 年至 2108 年之間與歐盟實現均勢，在 2087 年之后和美國達到均勢。

美國可能仍會保留頂級領導者地位

有一種觀點認為，相比美國、英國和歐盟的科學家，中國科學家會在質量稍低的期刊上發表論文。針對這一觀點，研究人員根據 2021 年的 Web of Science 影響因子針對期刊數據進行分組。針對不同影響因子的 5 個期刊分檔，本次研究發現無論期刊影響因子如何，中國都將在 2034 年之前和美國達到均勢。但是，研究人員同時指出：“‘領導溢價’的點估計預測結果顯示，中國在高影響力期刊上永遠無法與美國達到均勢。”這說明中國最頂尖的科學家要想在全球科學界起到領導作用依然任重道遠。因此，研究人員認為：“關于中國科學領導力崛起的第二種可能性是，中國的增長可能僅限于‘中層領導者’，而像美國這樣的西方國家仍會保留頂級領導者地位。”針對這種可能性研究人員做了進一步探討，他們使用不同的閾值來定義到底何為領導者，并分別運行了模型。點估計預測結果顯示，即使在最高閾值之下，中國也將需要花費二十年來與美國在“領導份額”上達到均勢。但是，在“領導溢價”這一指標上，中國需要花費更久的時間和美國達到均勢，研究人員甚至發現在最高閾值之下中國和美國永遠無法達到均勢。

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美國國家科學基金會的技術與創新理事會定義了 11 個美國國家戰略級關鍵技術領域，它們分別是：先進制造、先進材料、人工智能、生物技術、通信與無線、網絡基礎設施與先進計算、網絡安全、災害預防、能源技術、量子技術、半導體與微電子。為了評估中美在這些領域的領導地位，研究人員針對美國領域的論文分別運行了模型。

模型預測結果顯示，中國在綜合類別上的“領導份額”將在 2026 至 2029 年間與美國達到均勢。此外，中國在上述 11 個領域中的 8 個領域上的“領導份額”，預計將在 2030 年之前和美國達到均勢。在生物技術領域，預計中國要在 2030 年-2035 年才能和美國達到均勢。在量子信息領域，預計中國和美國要在 2029 年之后才能達到均勢。在綜合類別上，中國和美國達到均勢的時間要更加遙遠，預計要到 2095 年之后。

（arXiv）

研究人員還按照六大科學領域的分類進行分析，借此發現中國預計最快能在 2026 年之前在化學和材料科學、數學、物理與工程以及計算機科學領域達到均勢，而醫學領域最晚將在 2037 年之前和美國達到均勢。

中國通過“一帶一路”擴大科學影響力

除了和美國、英國以及歐盟開展合作之外，研究人員發現中國正在與“一帶一路”倡議簽署過進行更深入的科研合作與人才發展。研究人員審視了中國與“一帶一路”簽署國之間的“領導份額”和“領導溢價”，發現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，也有一些發展中國家。本次研究發現，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“領導溢價”上和它們即將達成均勢，這說明中國在“一帶一路”國家中的領導力趨勢，并未脫離其和美國、英國以及歐盟相比時的領導地位。那就是中國擁有能夠領導國際合作的頂尖科學家，但是目前較難在整個全球層面承擔領導角色。

（arXiv）

中國也在通過高校來培養來自于“一帶一路”國家的年輕科學家，這能在一定程度上可以幫助將中國科學家推向國際領導地位。研究人員查閱了中國教育部的預算數據，發現中國于 2012 年至 2024 年間設置超過 320 億元人民幣的撥款預算來支持外國學生來華學習。這一金額只比中國用于資助本國公民出國留學的金額少了 30%，同時這一金額相當于美國國家科學基金會 2018 年總預算申請的 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，這表明中國計劃繼續進行這些投資。中國教育部的數據顯示，2006 年大部分來華留學生主要來自東亞，少部分來自南亞。而到了 2018 年，來自南亞和非洲的留學生數量，已經占據中國所有留學生的將近一半左右。

為了識別在華留學生的研究成果類型，研究人員針對知網的碩士論文和博士論文進行了內容檢索，結果發現 2012 年知網論文中有 0.21% 和“一帶一路”相關，到了 2019 年這一數字則上升到了 1.17%。由此可見，通過教育補貼和日益提升的科學聲望，中國正在吸引著更多的留學生，并且能夠深化在華留學生出生國和中國之間的文化融合研究和經濟融合研究。

一國阻礙另一國進步時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，中國有望在絕對數量上在未來十年內與西方國家達到科學領導地位的均勢。盡管取得了一定進展，但以人均合作者來衡量的話，中國的科學領導力增長得較為緩慢。而中國和美國在考慮政策行動時，需要仔細反思這些事態。任何旨在鼓勵對方國家科學研究的政策，都將給兩國以及從其研究成果中受益的世界其他地區帶來巨大代價。此外，兩國在彼此之間以及與其他全球區域的科學領導力上均已建立起強大地位。這限制了一國阻礙另一國進步時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，我們的研究結果表明中國和美國在科學領導力上的競爭動態可以轉向更加具有生產力和互惠互利的方向。競爭將導致負面結果還是正面結果，取決于競爭的性質。試圖遏制任何一國的科學進步是危險的，而且鑒于兩國科學事業的成熟度，此類努力不太可能成功。”

參考資料：

https://arxiv.org/pdf/2406.05917

運營/排版：何晨龍