中美科学发展差距如何？学者预测中国牵头项目数或2028年追平美国

中国和美国的科学差距到底是大是小？中国的科学发展在全球又位居何地？是否能以具体的数字来量化？

来自武汉大学、美国加州大学洛杉矶分校、美国芝加哥大学和美国圣菲研究所的研究人员，通过开发一个框架来评估含中国和美国在内的多个国家在国际科学合作网络中等级位置。

研究人员通过使用机器学习模型识别了 5966623 个跨国合作型科研团队。借此发现，在 1990 年至 2023 年间，中国科学家在绝对数量上大幅缩小了与美国、英国和欧盟科学家在领导力方面的差距。研究人员由此推测：预计在 2027 年至 2028 年间，中国和美国在双边合作中将拥有同等数量的团队领导者。

（来源：arXiv）

然而，研究人员同时指出，单以每位合作者来衡量的话，中国目前的进展要慢得多。他们根据各国非科学领导者数量进行调整之后给出的模型预测结果是：中国和美国直到 2087 年之后才能实现均势。

这些发展动态也将延伸到对于两个持续外交至关重要的 11 个关键技术领域比如人工智能、半导体和先进通信等。研究人员还指出，尽管中国的精英科学家正在国际学界取得领导地位，但是中国科学事业的发展仍有一定问题等待解决，研究人员观察到中国已经为克服这些问题采取了一定措施，比如增加在“一带一路”倡议签署国的科学培训和研究参与等。

论文指出，美国在全球科学领域享有将近一个世纪的领导地位，这一地位是其于 20 世纪初从德国手中获得的。来自世界各地的移民科学家极大地造福了美国，维持了其科研地位并扩大了其产出。近年来，中国则经历了一个快速发展和科研崛起的进程。作为世界第二大经济体，中国在 2001 年加入 WTO 之后深入融入全球贸易体系，在过去二十年中迅速成功融入了国际科学合作网络，同时持续增加科研投入。研究人员调查后发现，中国目前在培养自然科学博士数量和在 Nature 上发表论文的数量均已超过美国。

中国将在 2087 年后和美国达到均势

为了评估中国在国际合作网络中的领导地位，他们使用了前人开发的机器学习模型，并利用源自论文贡献声明的数据，从 OpenAlex 索引的将近 600 万篇涉及中国、美国、英国和欧盟等 13 个全球区域之间双边合作的科学出版物中识别那些较为出色的科研团队。

研究人员借此发现，从本次研究的整个周期来看，相比美国、英国和欧盟这三个国家和地区，中国的科学领导力在绝对数量上有着大幅提升。2010 年-2012 年是本次研究的早期阶段，当时在与中国科学家的跨国合作中，拥有“高领导概率”的中国科学家数量远远少于拥有“高领导概率”的美国科学家。但是在研究末期即在 2021 年-2023 年，这一关系发生了变化，此时拥有“中等领导概率”的中国科学家已经超过美国，并在“最高领导概率”层级上也大幅追上了美国。

（来源：arXiv）

为了量化中国科学领导力随时间的变化，研究人员将“领导概率”大于 0.65 的科学家定义为领导者，将所有“领导概率”低于这一阈值的科学家定义为“支持者”。利用这些指标，研究人员计算了中国与各个合作伙伴区域的“领导份额”，即在每年中美、中欧和中英合作中，任职于中国机构的领导者的所展比例。结果发现，2010 年，中美合作中的领导有 30% 在中国、70% 在美国。而到了 2023 年，则有 45% 在中国，55% 在美国。对于中国和欧盟，模型预测结果显示两者将在 2025 至 2027 年之间实现均势。对于中国和英国，模型结果显示中国已于 2019 年和英国达成均势。

但是，研究人员同时指出：中国在绝对数量上迅速追赶美国、英国和欧盟的科学领导力的态势，掩饰了其在人均合作者项下可能较慢的追赶速度。研究人员计算了中国与各个合作伙伴区域的“领导溢价”，这一指标旨在以人均合作者项来衡量一个国家的科学领导力。结果发现，中国的“领导溢价”将在 2032 年至 2036 年之间和英国实现均势，在 2051 年至 2108 年之间与欧盟实现均势，在 2087 年之后和美国达到均势。

美国可能仍会保留顶级领导者地位

有一种观点认为，相比美国、英国和欧盟的科学家，中国科学家会在质量稍低的期刊上发表论文。针对这一观点，研究人员根据 2021 年的 Web of Science 影响因子针对期刊数据进行分组。针对不同影响因子的 5 个期刊分档，本次研究发现无论期刊影响因子如何，中国都将在 2034 年之前和美国达到均势。但是，研究人员同时指出：“‘领导溢价’的点估计预测结果显示，中国在高影响力期刊上永远无法与美国达到均势。”这说明中国最顶尖的科学家要想在全球科学界起到领导作用依然任重道远。因此，研究人员认为：“关于中国科学领导力崛起的第二种可能性是，中国的增长可能仅限于‘中层领导者’，而像美国这样的西方国家仍会保留顶级领导者地位。”针对这种可能性研究人员做了进一步探讨，他们使用不同的阈值来定义到底何为领导者，并分别运行了模型。点估计预测结果显示，即使在最高阈值之下，中国也将需要花费二十年来与美国在“领导份额”上达到均势。但是，在“领导溢价”这一指标上，中国需要花费更久的时间和美国达到均势，研究人员甚至发现在最高阈值之下中国和美国永远无法达到均势。

（来源：arXiv）

美国国家科学基金会的技术与创新理事会定义了 11 个美国国家战略级关键技术领域，它们分别是：先进制造、先进材料、人工智能、生物技术、通信与无线、网络基础设施与先进计算、网络安全、灾害预防、能源技术、量子技术、半导体与微电子。为了评估中美在这些领域的领导地位，研究人员针对美国领域的论文分别运行了模型。

模型预测结果显示，中国在综合类别上的“领导份额”将在 2026 至 2029 年间与美国达到均势。此外，中国在上述 11 个领域中的 8 个领域上的“领导份额”，预计将在 2030 年之前和美国达到均势。在生物技术领域，预计中国要在 2030 年-2035 年才能和美国达到均势。在量子信息领域，预计中国和美国要在 2029 年之后才能达到均势。在综合类别上，中国和美国达到均势的时间要更加遥远，预计要到 2095 年之后。

（来源：arXiv）

研究人员还按照六大科学领域的分类进行分析，借此发现中国预计最快能在 2026 年之前在化学和材料科学、数学、物理与工程以及计算机科学领域达到均势，而医学领域最晚将在 2037 年之前和美国达到均势。

中国通过“一带一路”扩大科学影响力

除了和美国、英国以及欧盟开展合作之外，研究人员发现中国正在与“一带一路”倡议签署过进行更深入的科研合作与人才发展。研究人员审视了中国与“一带一路”签署国之间的“领导份额”和“领导溢价”，发现加入这一倡议的国家非常多样，既有意大利、奥地利和新西兰等非常富裕的国家，也有一些发展中国家。本次研究发现，无论是与高收入“一带一路”国家相比、还是与低收入“一带一路”国家相比，中国在“领导溢价”上和它们即将达成均势，这说明中国在“一带一路”国家中的领导力趋势，并未脱离其和美国、英国以及欧盟相比时的领导地位。那就是中国拥有能够领导国际合作的顶尖科学家，但是目前较难在整个全球层面承担领导角色。

（来源：arXiv）

中国也在通过高校来培养来自于“一带一路”国家的年轻科学家，这能在一定程度上可以帮助将中国科学家推向国际领导地位。研究人员查阅了中国教育部的预算数据，发现中国于 2012 年至 2024 年间设置超过 320 亿元人民币的拨款预算来支持外国学生来华学习。这一金额只比中国用于资助本国公民出国留学的金额少了 30%，同时这一金额相当于美国国家科学基金会 2018 年总预算申请的 66%。尽管在新冠疫情期间，中国用于外国人留华的金额降低，但在 2023 年和 2024 年重新回升，这表明中国计划继续进行这些投资。中国教育部的数据显示，2006 年大部分来华留学生主要来自东亚，少部分来自南亚。而到了 2018 年，来自南亚和非洲的留学生数量，已经占据中国所有留学生的将近一半左右。

为了识别在华留学生的研究成果类型，研究人员针对知网的硕士论文和博士论文进行了内容检索，结果发现 2012 年知网论文中有 0.21% 和“一带一路”相关，到了 2019 年这一数字则上升到了 1.17%。由此可见，通过教育补贴和日益提升的科学声望，中国正在吸引着更多的留学生，并且能够深化在华留学生出生国和中国之间的文化融合研究和经济融合研究。

一国阻碍另一国进步时所能使用的政策有限

总的来说，通过和美国、英国以及欧盟的双边合作，中国有望在绝对数量上在未来十年内与西方国家达到科学领导地位的均势。尽管取得了一定进展，但以人均合作者来衡量的话，中国的科学领导力增长得较为缓慢。而中国和美国在考虑政策行动时，需要仔细反思这些事态。任何旨在鼓励对方国家科学研究的政策，都将给两国以及从其研究成果中受益的世界其他地区带来巨大代价。此外，两国在彼此之间以及与其他全球区域的科学领导力上均已建立起强大地位。这限制了一国阻碍另一国进步时所能使用的杠杆力度。因此，研究人员在论文中呼吁：“最重要的是，我们的研究结果表明中国和美国在科学领导力上的竞争动态可以转向更加具有生产力和互惠互利的方向。竞争将导致负面结果还是正面结果，取决于竞争的性质。试图遏制任何一国的科学进步是危险的，而且鉴于两国科学事业的成熟度，此类努力不太可能成功。”

参考资料：

https://arxiv.org/pdf/2406.05917

运营/排版：何晨龙