争论：美国科学在衰退吗？

20世纪是“美国的世纪”。20世纪末，美国成为世界上唯一的超级大国，在众多领域处于领先地位。美国的经济繁荣和世界强国的地位主要源于其在差不多整个20世纪对全球科学和技术的领导。一个日本历史学家曾在1962年大胆地预言：“始于1920年的美国科学的繁荣将在2000年结束。”但事实是，美国科学时到如今仍在不断发展和壮大。

美国人口仅占世界总人口的5%，但在大多数可测量的指标上，美国却拥有1/3～2/3的科学活动和成就。例如，如今美国在以下各项上所占的比例为：

（1）世界总研发经费的40%；

（2）经济合作与发展组织（OECD）中的工业国家技术发明专利的38%；

（3）截至2009年，世界物理学、化学和生理学或医学领域诺贝尔奖获得者的45%；

（4）世界科学出版物、引用、高频被引用出版物的35%、49%和63%；

（5）世界前20所顶级大学的85%和世界前100所顶级大学的54%。

单独看，这些统计数据可能存在测量误差，不能当成衡量美国对科学贡献的精确指标。然而从整体看，它们却强有力地展现出美国在科学、技术和创新方面持续的、无可争议的世界霸主地位。就像美国科学家自己意识到的一样，没有其他任何一个国家在这些指标上接近或达到美国这样的水平。2009年皮尤研究中心（Pew Research Center）和美国科学促进协会（American Association for the Advancement of Science）开展了一项针对美国科学家的调查。在被调查的科学家中，有49%的人认为，美国取得的科学成就是“世界上最好的”，同时有45%的人认为美国的科学成就在工业化国家中处于平均水平之上。此外，有88%的人认为在他们自己的专业领域内美国所取得的成就要么是全世界最好的，要么处于平均水平之上。

尽管大多数专家认同美国科学目前所处的统治地位，但许多研究者、政策制定者以及公众对美国科学的未来发展前景却信心不足。他们提出了两个关键问题：（1）美国将来能否维持在科学领域的领导地位？（2）美国是否高估了自己目前在科学领域的实力和地位？对美国科学家供给不足这一潜在问题的担忧和争论从第二次世界大战结束开始一直持续到现在：自20世纪50年代苏联成功发射第一颗人造地球卫星“斯普特尼克一号”（Sputnik 1）起，80年代随着美国全国对数学和科学教育重视程度的提高再次出现，并一直延续至今。1990年，前加利福尼亚大学校长、国家科学基金会（National Science Foundation）会长理查德·阿特金森（Richard Atkinson）在《科学》（Science）杂志上发表了一篇著名的文章，预言“在不久的将来，美国科学家数量将骤降”，并称其为“国家危机”。在同一年另一期《科学》杂志上，因与埃德温·麦克米伦（Edwin McMillan）一起发现镎元素而成名的菲利普·艾布尔森（Philip Abelson）认为，科学领先地位与整个民族的福祉息息相关。“在未来的全球竞争中，”他写道，“一个无法在化学领域脱颖而出的国家注定沦为二流国家甚至更差的地位。”显然，两人所表达的观点虽然完全不同但高度相关，即美国未来可能出现科学家数量的短缺，以及国家福祉取决于本国科学在世界上的主导地位。为简单起见，我们称这些观点为“警钟观点”。这种观点被研究者和评论家广泛地分享，但也遭到了批评。

美国国家科学院（National Academy of Science, NAS）、国家工程院（National Academy of Engineering）和医学研究所（Institute of Medicine）在2007年联合发布了一篇引人注目的报告，名为《未雨绸缪：充分挖掘美国潜力，为未来经济繁荣富强而奋斗》（Rising above the Gathering Storm: Energizing and Employing America for a Brighter Economic Future），报告中明确体现了“警钟观点”。这份报告由21世纪全球经济繁荣委员会（Committee on Prospering in the Global Economy of the 21st Century）（2005年组建）起草，主要回应国会两党的要求——评估美国科学目前的状况，认清当前的挑战，并提出建议与措施，以永葆美国科学在世界的领导地位。这份报告在委员会第一次会议后的几个星期内就发布了，强调了科学和工程学对经济发展的重要性。作者承认美国在基础和应用研究领域以及运用科学成果促进经济发展方面仍然处于毫无争议的领导地位，但也表达了对目前这种状态不能持续的担忧。一方面，其他国家的科学人才队伍在不断壮大；另一方面，本国在培养科学家和支持科学家研究方面投资不足。报告的作者认为，科学不能跟上时代的发展步伐不仅会给国家经济发展带来致命的打击，也会对公共卫生、环境、国家安全和人民生活的其他方面产生很大的负面影响。最后，报告的政策建议集中在以下几个方面：完善美国基础教育（K－12）和高等教育，投资长期性的基础科学研究，为研究和创新创造良好的环境以吸引和留住世界各地最优秀的学生。

这份报告受到了政策制定者的广泛关注，在它发布后的一年内国会收到了几十份议案。有关教育和劳动力的几项指标似乎为这种担忧提供了充分的证据。在教育方面，科学学位尤其是博士学位的获得者中，外国留学生所占比例越来越大（第7章将讨论这个问题）。近几十年，美国高中生在一些国际标准的数学测试上的表现都比较普通，表明美国学生可能没有为高级科学训练做好充分准备。在劳动力方面，美国的科学家和工程师中，移民所占的比例越来越大，表明美国对国外出生和国外接受教育的科学家的依赖性在增强。此外，科学和工程学一直因为女性和少数族裔参与率较低而饱受批评，这不仅涉及不平等问题，也是一个才能的非充分利用问题。美国国家科学院在最近赞助的一份报告中鼓励科学领域提高非白种人、非亚裔美国公民的参与率，这将有利于丰富科学领域的研究视角，并且有助于增加本土出生的美国科学家的数量，以预防未来可能遇到的移民科学家招募困难的问题。

不过，美国国家科学院原报告的作者们和其他研究者对科学现状担忧的观点也受到了挑战。这份对美国科学发展表现出担忧的报告发布以后，美国兰德公司（RAND Corporation）的学者召开了一次会议对报告做出了回应，接着出版了此次会议的论文集，并在接下来的一年发布了一份观点更为鲜明的报告，该报告虽然承认美国在某些领域遇到的问题，比如美国基础教育阶段的学生在数学和科学方面的得分相当低，但对美国国家科学院的观点——美国正在经历“蔓延的危机”，需要立即采取行动将美国从科学和技术的衰落中挽救出来的“警钟”已经敲响——提出了质疑。兰德报告指出，20世纪八九十年代所谓的“可怕的警钟”并没有伴随出现预期的大灾难，因此，对数据进行精准评估是非常重要的。兰德报告挑战了“科学和技术全球化以及其他国家科学技术人才的增多从根本上不利于美国发展”的观点，它甚至指出，这些趋势可能是有利的。

与兰德报告的作者们一样，其他一些学者也认为美国科学或科学教育的状况并没有像国家科学院发布的报告所声称的那样令人担忧。在2007年城市研究所（Urban Institute）的一篇工作论文中，洛厄尔（Lowell）和萨尔兹曼（Salzman）反驳了NAS发布的报告。他们利用来自“国家教育进展评估”（National Assessment of Educational Progress）、“学术能力测试”（Scholastic Aptitude Test）的数学部分、“国际数学与科学教育成就趋势调查”（Trends in International Mathematics and Science Study）以及“国际学生学习能力评估项目”（Program for International Student Assessment）几大数据，绘制了美国数学和教育健康、稳定发展的蓝图。

同时，有关经济方面的研究也发现美国科学家市场供应短缺的观点证据不足。本书后面章节对这个问题的分析显示，近几十年，科学领域劳动力的增长速度已经超过了一般劳动力的增长速度，但是科学家的收入相对于其他职业的从业者而言却没有出现我们预想中科学劳动力短缺情况下那样的增长。事实上，与其他职业相比，由于相对工资的下降和科学职业生涯开始年龄的推迟，科学职业的经济回报在减少，这让一些科学家坚信，美国可能面临科学危机，但它是一个需求不足而非供给不足的问题。2010年Miller-McCune上的一篇文章认为，目前美国的科学家岗位不足，这挑战了美国国家科学院报告中的观点。这篇文章引用了2005年国家科学研究委员会（National Research Council）发布的一篇名为《通向独立的桥梁：培育新一代研究者在生物学研究领域的独立性》（Bridges to Independence: Fostering the Independence of New Researchers in Biological Research）的报告中的观点，该报告指出，美国年轻的科学家面临“期望危机”，他们陷入了职业机会不足的困境。该文章也引用了另外一个发现，即每年在科学和工程学领域获得学位的人，只有1/3能在他们的领域内找到合适的工作。与“警钟观点”恰恰相反，从这个视角看，劳动力领域的年轻科学家供大于求。本书将在第8章更详细、全面地讨论这个问题。

尽管受到多方面的攻击和批评，美国国家科学院的报告传达的主要信息——美国需要更多、更好的科学——已引起了商业领导者和政治家的共鸣。创新教育组织（Education for Innovation Initiative）在2008年发布的报告中描述了商业领导者对缺乏政策措施来维持美国在科学领域的统治地位的担忧。美国总统奥巴马2009年在美国国家科学院的讲话中明确表示，美国在科学领域已经落后了，至少从对科学的投资上来看是这样的。

半个世纪以前，美国向全国人民做出承诺：领导全球科学和技术创新；投资教育、研究和工程学；制订太空计划，鼓励全国人民投入这一历史使命中。那时是美国对研究和发展投资的鼎盛时期。从那以后，我们国民收入中用来投资研究的部分在不断减少。结果，其他国家在追逐这一时代的重大科学技术发现的过程中逐渐居于领先地位。

总统的话预示着国家对科学研究大量的资金投入，这被纳入了2009年的《美国复兴与再投资法案》（American Recovery and Reinvestment Act）。奥巴马总统对科学和技术的重视受到了科学界的热烈欢迎。

同时，对美国国家科学院报告的批评并没有促使报告的作者改变他们早期的观点。事实上，他们在2010年的报告里进一步强调了“警钟观点”，声称“国家的前景堪忧”，认为“风暴”目前在“迅速接近第五级（Category 5）”。该报告讨论了2005年（原始报告起草时间）以来可能对未来美国科学的竞争地位有负面影响的一些变化。这些变化包括：其他国家科学的持续发展和对科学投资的增长；全球经济低迷导致联邦政府预算中缺乏资金来应对美国科学面临的挑战；美国大学的财政危机。基于自2007年报告以来所收集的数据，新的报告以名为“创新的元素”的章节结束，认为美国科学甚至比过去面临更大的危机。

在评估“警钟观点”的支持者和反对者言论的过程中，我们需要认识到国家科学政策的任何变动都会对不同的利益群体产生不同的影响。例如，科学家的增多会对商业部门有利，因为他们能以更低的成本享受科学家的生产力。但与此同时，这将加剧个体科学家之间的职业竞争，最终导致劳动力市场状况的恶化。我们注意到，撰写2007年报告的委员会成员不仅包括大学校长、诺贝尔奖得主和前总统任命的官员，也包括一些公司的前CEO。相反，批评者则基本是从事学术研究的经济学家，他们强烈意识到了相对于胸怀雄心壮志的年轻科学家数量而言，终身教职不足的问题始终存在。

无论美国未来是否真的会面临科学家的严重短缺问题，都很难否定美国至少在这方面有一定程度的脆弱性。如果以下任何一种情况发生，美国的科学将受到灾难性的打击：移民科学家不再流入或数量大幅下降；工资的下降开始阻碍美国本土有科学天赋的年轻人追求这个职业。鉴于科学家短缺对美国经济和国家安全的潜在负面影响，我们有必要谨慎地回答这个问题——美国当前是否已经面临科学家短缺问题或美国在不久的将来是否存在科学家短缺的可能性？“警钟观点”——美国现在或不久的将来面临科学家短缺问题——是对社会发展趋势的一种判断，即美国科学鼎盛时代已一去不复返。至少根据一些观察家和评论家的观点，美国人对科学失去兴趣代表了“二战”以来一种文化上的转变。在“二战”刚刚结束的时代，伴随苏联人造地球卫星“斯普特尼克”的发射，美国全社会对科学充满了热情。因此，要评估“警钟观点”，对有关科学家和未来几十年潜在科学家的实证数据进行分析是至关重要的。幸运的是，政府部门已经收集了丰富的数据，研究机构能够回答是否/为什么只有一小部分美国年轻人追求科学事业这个研究问题。在本书中，我们将对这些数据进行分析和解读。

最后，悲观者或乐观者对美国科学前景所持的态度可能依赖其对科学的诸多方面所选择的评估标准。在判断科学作为一种职业是否处于健康、良性发展的过程中时，研究者主要考虑的是：处于基础教育阶段的学生在数学和科学测试上的表现、打算攻读科学和工程学的大一新生的比例、科学和工程学的研究生入学人数、被授予科学和工程学博士学位的人数、研究机构排名、受雇科学家数量、出版物数量、正在申请或已获得的专利数、《科学引文索引》（SCI）上的论文数量、诺贝尔奖得主数量、国内生产总值（GDP）用于研发上的比例、公众和媒体对科学的态度、移民科学家比例，以及一系列其他因素。本书主要关注美国受雇科学家数量和影响一个人成为科学家的因素，如科学家的工作回报、科学从业者的个体特征、对待科学的文化态度，以及科学教育的质量和可及性。当然，我们并不奢望对这些因素的全面把握能回应当前关于美国科学将持续繁荣还是衰退的争论。应该看到，美国科学在某些指标上仍然稳健，但在另一些指标上却有退步的风险。因此，在本书中，我们希望摆脱对美国科学发展究竟是健康还是衰退这样“非白即黑”的极端判断，在充分认识其多样性、复杂性的基础上进行更细致、准确的评论。