学术探究
当前位置: 首页 > 学术探究

中美英科技竞争:《2016研究前沿》提供了一份难得的“上帝视角”

【作者/复旦大学中国研究院副研究员 余亮 ;报告全文下载地址请点这里: 2016研究前沿 (PDF文件大小为3.83M)】


2016年10月31日下午,北京中科院环形学术会堂。

从照片上这个角度看下去,有点天庭俯瞰人间的感觉。

下方是中国科研精英们在联合发布2016年世界与中国研究前沿报告。我以复旦大学中国研究院代表身份,受邀观摩此次大会。李静海院士、白春礼院士、冷伏海研究员、潘教峰研究员、高福院士、方忠研究员、张伟贤教授等轮番发言、讲解,半日内让听众把握一年尖端科技发展。真叫天上一日地上一年。

《2016研究前沿》报告由中科院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心与Clarivate Analytics公司(原汤森路透知识产权与科技事业部)联合研制,10月31日全球首发。

此报告采用大数据统计和人工鉴定结合的方式,基于2009-2015年Essential Science Indicators (ESI) 数据库中的12188个研究前沿,遴选出2016年自然科学和社会科学10大学科领域排名最前的100个热点前沿和80个新兴前沿。你们感兴趣的量子科技、基因科学、航天科技等等都在其中。报告还评估了美、中、英、德、法、日等大国在180个前沿的贡献和潜在发展水平,并首次遴选出中国表现卓越的若干研究。

据冷伏海研究员介绍:所谓研究前沿,在这里由“核心论文”和“施引论文”构成。基本方法是:当一簇高被引论文共同被引用的情形达到一定的活跃度和连贯性时,就形成一个“研究前沿”(Research Front),而这一簇高被因论文便是组成该研究前沿的“核心论文”,之后引用了这些“核心论文”的论文称做“施引论文”。分析数据揭示了不同研究者在探究相关问题时会产生一定的关联,尽管他们学科背景不同。所以研究前沿分析提供了一个独特的视角去洞悉科学研究是如何展开的。

当全世界都在感知或者疑心“中国时刻”的到来,这样一份基于数据挖掘和专家分析的前沿报告,无异于给人们提供了一种难得的“上帝视角”,借以观察中国与世界的科技发展态势。

基本面不出所料,美国依然保持老大地位,中英德法日分庭抗礼。值得注意的是中英在激烈竞争第二位置。报告说:“中国在前沿引领度方面与美国差距较大,与英国竞争激烈。潜在引领度方面,中国全面超越英国,居于第二,显示出强劲的后续发展能力。”前日不落帝国毕竟实力雄厚,但后劲显得不足。中国共参与68个前沿方向,在其中30个领跑全球,远超英国,与美国总体上还有较大差距,但是在很多领域已经反超,总体堪称位列第二。

良性竞争有利于科技进步。欢迎英国借力亚投行,保持自己的竞争态势。

上面是雷达图表示六强前沿分布。美国之外,绿色线条的英国看上去图形更丰满,中国在经济学、生态学、天文学和生物医学方面还有不少差距。这方面我倒不十分担心,因为数理化等硬科技和农业科技领先,这些都是社会生存进步之根本的根本。天文、生物、医学、地学等需要加大努力。天文研究强烈依赖空间任务平台。随着天宫二号、长征五号相继升空和世界第一射电望远镜“天眼”在贵州投入运行,中国天文学也将获得足够的动力。而经济学方面,虽然英美遥遥领先,我却想起不久前美国两位著名的实务学者费希尔和保罗•罗默严厉批评西方宏观经济学已经完全脱离现实,几无实用价值。中国经济科学发展应走出新的道路。

我比较兴奋地看到,在数学、计算机科学和工程学领域,中国异军突起,引领前沿数第一。

报告说:“数学、计算机科学和工程学领域包括10个热点前沿和3个新兴前沿,共13个前沿。前沿引领度和潜在引领度方面,中国都是第1名前沿数最多的国家,通讯作者核心论文有7个前沿是第1名,而通讯作者施引论文则是12个前沿排名第1。超过美国,成为该领域第1名最多的国家。”

很遗憾,在该领域总体榜单和分项榜单前十名中,我都未能找到舆论传说中IT强大的印度的位置。

中国在物联网、云制造研究方面领先,无愧于制造业大国称号。北航建立了云制造的国家标准草案。不过我感觉在数学、计算机科学和工程类里,应用型的多,基础类的相对较少。北大潘维教授说在科学领域,数学这样的基础学科不是物质文明而是精神文明,短期没有什么商业收益,要有奉献精神才能去做。希望这一块中国有更多突破。

很多读者应该还记得去年中科大袁岚峰博士发表雄文力撑中国科研发展。这篇长文起先发在微博上,少有大V问津。我在青年南亚专家毛克疾的力荐下,阅读全文并求证各方,震惊不已,果断以《中国科技实力正以多快的加速度逼近美国》标题全文发表于观察者网,引发广泛转发和热议,有支持有反对。而《2016研究前沿》可以说从数据的角度提供了一个佐证。

在中国表现卓越的30个研究前沿,中国学者在化学、材料科学领域尤其出色,在物理、数学、计算机、计算机、生物等领域实力强劲,在禽流感病毒、聚合物太阳能电池、黑磷、外尔半金属和云制造等前沿主题上引领世界潮流。

仅仅数据是枯燥的,现场几位院士大拿和科学家的讲解,让人大开眼界,目不暇接。

我们普通科技爱好者还在津津乐道石墨烯材料革命,渴望瞬间充满的超能石墨烯电池,各种假借石墨烯概念博眼球的广告还在层出不穷,中国科学家已经研究出一种更神奇的材料:单层/多层黑磷。

“2014年,中国科学技术大学的陈仙辉团队和复旦大学的张远波团队等制备出了基于二维黑磷单晶的场效应晶体管。”这次,奋起直追的美国人只晚了两周。两周后,美国普渡大学的Peide Ye团队也制备出二维黑磷场效应晶体管。

“二维黑磷材料兼具石墨烯和过渡金属硫化物的优点,成为了继石墨烯和过渡金属硫化物后又一个未来纳米电子应用的候选者。黑磷的特性研究是《2015 研究前沿》的新兴前沿之一,2016 年,‘单层/ 多层黑磷的特性及其应用’进一步成为了热点前沿。在25 篇核心论文中,被引频次最高的是上述中国团队的论文,为466 次。其后是同期美国团队的论文,被引频次为406 次。这两篇核心论文的被引频次远高于其他核心论文。”

2015年7月20日外尔费米子首次被中科院物理研究所团队在拓扑半金属TaAs晶体中发现,该团队领军者方忠研究员也来到现场。他从我们小学学奥数时候就熟悉的七桥问题说起,给大家讲了一堂生动的拓扑量子学课程。

直接影响日常生活的研究也不少。

钙钛矿型材料可以大大提升太阳能转化率,中国研究者在这方面的深挖可能终于让我们圆梦太阳能利用。

“钙钛矿型太阳能电池是第三代太阳能电池中最热门的研究方向,短短几年时间就超过了非晶硅、染料敏化、有机太阳能电池等新一代薄膜电池历经十多年研究的成果,被Science 评为2013 年度十大科学突破之一。”2015 年,中、日、瑞士合作制得大面积(工作面积超过1cm2)钙钛矿型太阳能电池,使其首次可以与其他类型太阳能电池在同一标准下比较性能。2016年,瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授课题组将认证效率提高至19.6%。

“从统计数据来看,在5个新兴前沿中,中国整体呈现后发追赶态势。在核心论文方面,在“钙钛矿型发光二极管”前沿有1篇(通讯作者),在“钙钛矿型太阳能电池光电转换机理研究”前沿有2 篇(1篇是通讯作者),在其他3个新兴前沿中,中国没有核心论文入选。在施引论文方面,中国全部仅次于美国,处于每个前沿的第二位。”据我所知,清华大学毕业研究生范斌已经组建公司投入钙钛矿太阳能电池的生产工作。

节能环保灯技术也是激烈竞争领域。不就是个灯泡吗?可是背后的科技进步是何等深刻,请看:

“白光发光二极管(白光LED)作为一种新型的固态照明器件,因其节能、环保、体积小、寿命长、响应快和可平面封装等优点而成为21世纪最有前景的新光源,被誉为继白炽灯、荧光灯之后人类照明史上又一次革命。荧光粉光转换法,即在LED芯片上涂敷荧光粉,是实现白光LED的主流……高效的单一基质白光荧光粉近年来受到研究者的关注,成为研究热点……该热点前沿12个国家参与了核心论文的产出。中国以59.1%的比例,占据第1名,是第2名中国台湾的2.4倍(表31)。德国和美国分别位列第3和第4名。核心论文机构列表中,中国科学院遥遥领先,其次是台湾大学和中国地质大学。”

中科院长春应化所使得中国成为唯一掌握通过稀土荧光粉生产低频闪交流LED产品的国家。另外恭喜台湾研究者夺得第二名。若两岸齐心,其利断金。

高福院士给大家讲解“新发突发病毒感染人的机制”,飞鸟和人类的航线成为病毒传染途径之一。他谈及韩春雨事件,说争议的背后是基因编辑这种技术已经从科幻变成人类可以欲求的实用技术了。他用PPT动画演示埃博拉病毒的感染机制。这种病毒肆虐非洲夺取万人性命,虽然很可怕,但是经过高院士的图示,感觉生命还是好神奇——埃博拉病毒侵入正常细胞的过程俨然一场微观世界的手术,病毒亲自“主刀”,切掉人类的部分染色体,把自己连接上去。

同济大学环境高等研究院院长张伟贤教授说,我国疾病多、污染多,因此也驱动化学、环境科学的进步。

看张教授的演示,中国的重金属、抗生素、微塑料污染问题严重。科学解决办法也在齐头并进。我想起马云对阿里员工说过:我们这个国家有这么多问题存在,说明你有机会去解决这些问题,不要只是抱怨。

高福院士的雄心壮志也不小:“我们要把疾病防治前沿前移,我们不仅要在中国防治疾疫,还要在全世界防治疾疫!”这就是有世界责任感的大国科学精神体现。此外,他不停提醒大家该去打流感疫苗了~。

我唯一有点奇怪的是在自由讨论时间,有老实巴交的理工研究生提问中国某某技术何时能拿到诺贝尔奖这种媒记问题。在场学者回答,科研追求的是解决问题,至于拿不拿诺贝尔奖,那都是副产品。回答的好。

演讲丰富,报告更丰富,只是需要耐心发掘。科研人披荆斩棘,他们的创造就在那里,冷热自明。

听完这一天的发布会,我想,假如真有开篇所说的上帝视角,那个观察者的感受应该正如这段诗词所言:

往事越千年,

魏武挥鞭,

东临碣石有遗篇,

萧瑟秋风今又是,

换了人间。