在北京中国科学院 ( CAS ) 一栋科研大楼的中庭，有一面专利墙。这面墙宽约 5 米，高两层，展示了 192 份专利证书，整齐地排列着，后面的灯光很有品味。在地面上，在一条天鹅绒绳子后面，一排玻璃罐里装着专利保护的创新产品：种子。
中国科学院是世界上最大的研究机构，它和中国各地的机构在粮食作物生物学方面开展了大量研究。过去几年，中国科学家发现了一种基因，如果删除该基因，小麦粒的长度和重量就会增加；另一种基因可以提高高粱和小米等作物在盐渍土中的生长能力；还有一种基因可以使玉米产量提高约 10%。去年秋天，贵州农民收获了第二茬转基因巨型水稻，这种水稻是由中国科学院的科学家开发的。
中国共产党将农业研究视为确保国家粮食安全的关键，并将农业研究列为科学家的首要任务。过去十年，中国农作物研究的质量和数量都大幅提升，如今中国被广泛认为是该领域的领导者。据欧洲一家著名植物科学杂志的编辑称，有些月份，一半的投稿来自中国。
千里之行
植物科学研究的兴起并非中国独有。2019 年，《经济学人》调查了中国的研究状况，并询问中国是否有朝一日能成为科学超级大国。今天，这个问题得到了明确的答案：“是的”。中国科学家最近在两项备受关注的高质量科学指标中占据优势，而且该国在顶尖研究方面的增长没有放缓的迹象。由美国、欧洲和日本主导的旧科学世界秩序即将终结。
衡量一个国家科研质量的一种方法是统计每年发表的高影响力论文数量，即在后来的研究中被其他科学家引用次数最多的论文。根据科学分析公司 Clarivate 的数据，2003 年美国发表的高影响力论文数量是中国的 20 倍（见图 1）。到 2013 年，美国发表的顶级论文数量约为中国的四倍，而根据最新发布的数据（该数据研究了 2022 年的论文），中国已经超越了美国和整个欧盟 ( EU )。
当然，基于引用的指标可能会被操纵。科学家可以而且确实会想方设法增加其论文在其他研究中被提及的次数。最近，三位经济学家奎淑敏、克劳迪娅·施坦温德和皮埃尔·阿祖莱在一篇工作论文中指出，中国研究人员引用同胞的次数远远超过西方研究人员。但中国现在在其他不太容易被操纵的基准上领先世界。中国在自然指数中名列前茅，该指数由同名出版商创建，统计了发表在一系列著名期刊上的文章的贡献。要被选中发表，论文必须经过同行评审小组的批准，评审小组会评估研究的质量、新颖性和影响潜力。2014 年该指数首次推出时，中国排名第二，但其对合格论文的贡献还不到美国的三分之一。到 2023 年，中国将登上榜首。
根据莱顿大学科研产出量排名，目前中国有六所大学或机构进入世界前十，根据自然指数排名，中国有七所进入前十。这些大学或机构在西方可能还不是家喻户晓的名字，但人们已经习惯了将上海交通大学、浙江大学和北京大学与剑桥大学、哈佛大学和苏黎世联邦理工学院相提并论。牛津大学高等教育学教授西蒙·马金森说：“清华大学现在是世界第一的科技大学。这太神奇了。他们只用了一代人的时间就做到了这一点。”
如今，根据《自然》指数和引用率指标，中国在物理科学、化学和地球与环境科学领域处于世界领先地位（见图 2）。但美国和欧洲在普通生物学和医学领域仍然遥遥领先。“工程学是现代中国最顶尖的学科，”马金森教授说，“我认为这部分与军事技术有关，部分是因为这是发展一个国家所需要的。”
应用研究是中国的强项。例如，钙钛矿太阳能电池板的论文在该国占据主导地位，这种太阳能电池板在将阳光转化为电能方面比传统硅电池效率高得多。中国化学家开发了一种从海水中提取氢气的新方法，使用一种特殊的膜分离出纯水，然后通过电解将其分离。2023 年 5 月，据宣布，这些科学家与一家中国国有能源公司合作，在该国东南沿海开发了一个试点浮动氢气农场。
中国现在的专利数量也超过任何其他国家，尽管其中许多专利都是针对设计的渐进式调整，而不是真正的原创发明。新发展在中国的传播和采用速度往往比西方慢。但其强大的工业基础加上廉价的能源意味着它可以迅速启动材料等物理创新的大规模生产。“这就是中国真正比西方国家更具优势的地方，”英国公司 Materials Nexus 的首席执行官乔纳森·比恩 (Jonathan Bean) 说，该公司利用人工智能发现新材料。
中国还在以更引人注目的方式展示其科学实力。本月早些时候，中国的嫦娥六号机器人航天器在月球背面的一个巨大陨石坑着陆，采集了一些岩石样本，插上了一面中国国旗，然后返回地球。如果它在本月底成功返回地球，这将是首次从月球这片难以到达的土地上带回样本的航天任务。
首先，磨砺你的工具
中国科学的重塑是通过关注三个领域实现的：资金、设备和人才。按实际价值计算，中国在研发方面的支出自2000 年以来增长了 16倍。根据经合组织的最新数据，截至 2021 年，中国在总体研发支出方面仍落后于美国，支出为 6680 亿美元，而按购买力平价计算，美国为 8060 亿美元。但仅从大学和政府机构的支出来看，中国已经略有领先。在这些地方，按成本计算，美国在基础研究上的支出仍比中国高出约 50%，但中国正在大把花钱进行应用研究和实验开发（见图 3）。
资金被精心投入战略领域。2006 年，中共公布了未来 15 年科学发展的愿景。此后，科学蓝图被纳入中共的五年发展计划。目前的计划于 2021 年发布，旨在促进量子技术、人工智能、半导体、神经科学、遗传学和生物技术、再生医学以及深空、深海和地球两极等“前沿领域”的探索。
打造世界一流大学和政府机构也是中国科学发展计划的一部分。“211工程”、“985计划”和“九大高校联盟”等计划向选定的实验室提供资金，以发展其研究能力。如果员工在高影响力的国际期刊上发表文章，大学会向他们支付奖金——平均每人约 4.4 万美元，最高可达 16.5 万美元。
建设劳动力队伍一直是中国工作的重中之重。据中国教育部统计，2000 年至 2019 年期间，有 600 多万中国学生出国留学。近年来，他们纷纷回国，带回了新学到的技能和知识。经合组织的数据显示，自 2000 年代末以来，回国的科学家比出国的科学家还多。中国现在雇用的研究人员比美国和整个欧盟都多。
很多中国归国的科学家被政策吸引回国，他们通常被称为“海归”。中国2010年启动的一项此类计划名为“青年千人计划”，向40岁以下的研究人员提供高达50万元人民币的一次性奖金（按购买力平价计算约相当于15万美元），以及高达300万元人民币的补助金，以启动和运营国内实验室。这一计划确实奏效了。去年《科学》杂志上发表的一项研究发现，该计划吸引了许多高水平的年轻研究人员回国，他们平均是同龄人中生产力最高的15%（尽管真正的超级明星往往会拒绝这些邀请）。几年之内，由于能够获得更多的资源和学术人力，这些海归成为首席科学家的论文数量是留在美国的同等研究人员的2.5倍。
除了拉动，中国也受到了一定程度的推动。近年来，在国外工作的中国科学家受到越来越多的怀疑。2018 年，美国启动了“中国计划”，旨在将中国间谍从工业和学术界铲除，但基本上没有成功。也有报道称，一些学生因与中国“军民融合战略”有关联而被驱逐出境。最近对目前和以前在美国留学的中国学生进行的一项调查发现，遭受种族虐待或歧视的人数比例正在上升。
中国科学家的丰富意味着，在量子计算领域，该国的一些学术实验室在规模上更像西方的商业实验室。代尔夫特大学量子研究员克里斯蒂安·安德森 (Christian Andersen) 表示：“他们有 20、30 甚至 40 人的研究团队在进行相同的实验，而且取得了很好的进展。”2023 年，中国研究人员打破了量子计算机中纠缠的量子比特数的记录。
中国也在科学设备上大手笔投入。2019 年，《经济学人》上一次对中国的科研状况进行调查时，中国已经拥有令人羡慕的豪华硬件，包括超级计算机、世界上最大的全孔径射电望远镜和地下暗物质探测器。此后，这份名单不断增加。中国目前拥有世界上最灵敏的超高能宇宙射线探测器（最近用于测试爱因斯坦狭义相对论的某些方面）、世界上最强的稳态磁场（可探测材料的特性），并且很快还将拥有世界上最灵敏的中微子探测器之一（将用于确定哪种基本亚原子粒子的质量最大）。欧洲和美国自己也有很多很酷的设备，但中国正在迅速增加硬件。
中国顶尖机构的实验室也装备精良。尼科·麦卡锡是一名记者，曾任麻省理工学院研究员，他最近参观了中国的合成生物学实验室，他惊讶地发现，中国学术机构的“机器比美国的更令人印象深刻，也更昂贵”。中国希望深圳先进技术研究院成为中国硅谷的中心，麦卡锡先生在先进生物铸造厂描述了一座“令人惊叹的建筑，四层楼都是机器人”。随着中国大学挤满了最先进的设备和精英研究人员，工资也变得越来越有竞争力，西方机构对年轻而雄心勃勃的中国科学家的吸引力越来越小。“中国学生并不像他们的导师那样把美国视为‘科学圣地’，”麦卡锡先生说。
中国科学质量和数量的增长似乎不太可能在短期内停止。政府对科技研究的投入仍在增加——政府已宣布 2024 年将增加 10% 的资金。中国正在培养大量年轻科学家。2020 年，中国大学授予了 140 万个工程学位，是美国的七倍。中国目前在本科阶段培养的顶尖人工智能研究人员数量是美国的 2.5 倍。到 2025 年，中国大学预计将培养出几乎两倍于美国的科学和技术博士毕业生。
要想看得更远，请登上另一层楼
尽管中国正在产生更多顶级成果，但也存在大量低质量的科学成果。平均而言，以引用量衡量，来自中国的论文影响力低于美国、英国或欧盟的论文。尽管少数几所大学取得了进步，但中等水平的大学却落后了。与欧洲或美国的同类大学相比，中国二流大学的成果质量仍然相对较差。“尽管中国在顶级水平上质量极佳，但基础薄弱，”俄亥俄州立大学科学政策教授卡罗琳·瓦格纳 (Caroline Wagner) 解释道。
在基础研究（而非应用研究）方面，中国仍在奋力追赶——中国在两大最负盛名的科学杂志《自然》和《科学》上发表的论文数量远少于美国。这或许可以部分解释为什么中国在全新技术的发现方面似乎没有发挥出应有的水平。中国企业的基础研究尤其匮乏，导致做出发现的科学家与最终可能使用这些发现的行业之间存在差距。“对于更多原创创新而言，这可能是一个缺点，”中国太阳能公司隆益绿色能源科技的首席科学家徐希翔说。
发表论文的动机催生了虚假科研出版物市场。今年早些时候， 《研究伦理》杂志发表的一项研究匿名采访了中国学者，其中一位学者表示，为了应对发表论文和保住工作的压力，他“别无选择，只能犯下[科研]不端行为”。“引文卡特尔”已经出现，一群研究人员联合起来撰写低质量的论文，并引用彼此的工作，以提高他们的指标。2020 年，中国科研机构宣布应终止此类以稿酬换论文计划，并于 2021 年宣布在全国范围内审查科研不端行为。这已带来一些改善——例如，根据 2023 年发表的研究，中国研究人员引用自己论文的比例正在下降。中国排名中等的大学也在慢慢赶上西方大学。
因此，美国和欧洲仍处于领先地位的领域不太可能长期处于安全状态。伯明翰大学生物技术教授、英国商务部前顾问蒂姆·达弗恩 (Tim Dafforn) 表示，生物和健康科学更依赖于深厚的学科专业知识，而中国历来更难“恢复和加速”这些领域。但中国在这些领域的影响力正在不断增强。尽管目前美国在临床医学领域发表的具有高影响力的论文数量大约是美国的四倍，但在许多领域，中国发表的引用这一核心研究的论文数量最多，这表明中国对这一领域的兴趣正在增长，预示着未来的扩张。科睿唯安科学信息研究所首席科学家乔纳森·亚当斯 (Jonathan Adams) 表示：“在生物学方面，中国发展速度非常快。它将重点转移到新领域的能力非常了不起。”
中国科学的崛起对西方政府来说是一把双刃剑。中国的科学体系与国家和军队密不可分——许多中国大学的实验室专门从事国防工作，其中几所被指控从事间谍活动或网络攻击。中国还被指控盗窃知识产权，日益严格的监管使国际合作者更难将数据带出中国；众所周知，2019 年，中国切断了武汉病毒研究所由美国资助的冠状病毒研究的渠道。还有一些中国研究人员未能遵守西方科学家所期望的道德标准。
尽管存在这些担忧，但与中国合作对西方研究人员来说还是很常见的。美国作者撰写的电信论文中约有三分之一涉及中国合作者。在成像科学、遥感、应用化学和地质工程领域，这一数字在 25% 到 30% 之间。在欧洲，这一数字较低，约为 10%，但仍然相当可观。这些伙伴关系对两国都有利。中国倾向于在材料和物理等已经很强大的领域开展更多合作。去年发布的一项预印本研究发现，对于人工智能研究，拥有来自美国或中国的合著者对来自另一个国家的作者同样有益，平均引用量增加 75%。
合作也取得了一些显著的成果。在新冠肺炎疫情期间，牛津大学工程系和牛津苏州高级研究中心联合开发了一种快速新冠病毒检测试剂，用于英国各机场。2015 年，卡迪夫大学和华南农业大学的研究人员发现了一种使细菌对抗生素粘菌素产生耐药性的基因。此后，该药物的最大消费国中国禁止在动物饲料中使用粘菌素，动物和人类的粘菌素耐药水平均有所下降。
在美国和欧洲，政治压力限制了与中国的合作。今年 3 月，美国与中国的《科学技术协议》悄悄续签了六个月，该协议规定两国科学家可以在互利的议题上进行合作。尽管北京方面似乎热衷于续签这项已有 45 年历史的协议，但许多共和党人担心与中国的合作会帮助该国实现其国家安全目标。在欧洲，除了环境和气候项目外，中国大学实际上已被禁止通过“地平线”计划（一项巨大的欧洲研究计划）获得资金。
科学家还担心中国正在转向内向型。中国有明确的目标，要在很多科学技术领域实现自力更生，并不再将国际出版物作为衡量研究成果的一种方式。许多研究人员无法与媒体交谈——为本文寻找中国的消息来源是一项挑战。一位不愿透露姓名的中国植物科学家说，她必须提前一年申请许可才能参加海外会议。“这很矛盾——一方面，他们设置限制，让科学家没有自由，比如能够出国与同事交流。但另一方面，他们又不想让中国落后。”
活到老，学到老
中国和西方科学家的普遍看法是，合作必须继续，或者最好是加强。而且还有进一步发展的空间。尽管中国的科学产出大幅增长，但与国际合作者合作的份额仍稳定在 20% 左右——西方科学家往往有更多的国际合作。西方研究人员也可以更多地关注来自中国的最新科学成果。去年发表在《自然-人类行为》杂志上的一项研究数据显示，对于同等质量的工作，中国科学家引用西方论文的次数远远超过西方科学家引用中国论文的次数。西方科学家很少访问、工作或在中国学习，这使他们失去了像中国科学家在西方取得的巨大成就那样向中国同事学习的机会。
向希望进入西方实验室的中国学生和研究人员关闭大门对西方科学来说也是灾难性的。中国研究人员是美国和欧洲顶尖大学许多院系的骨干。到 2022 年，在美国工作的顶级人工智能研究人员中，来自中国的人数将超过来自美国的人数。西方的科学模式目前依赖大量学生（通常来自海外）进行大多数日常研究。
几乎没有迹象表明中国科学巨头不会继续发展壮大。中国疲软的经济最终可能会迫使中共放缓对研究的投入，如果中国完全与西方科学界隔绝，其研究将受到影响。但这两种情况似乎都不会很快发生。2019 年，我们还问过研究能否在威权体制下蓬勃发展。也许随着时间的推移，它的局限性会变得清晰。但就目前而言，至少对于硬科学而言，答案是它可以蓬勃发展。“我认为对中国奇迹下定论是非常不明智的，”马金森教授说。“因为到目前为止，它还没有极限。”
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