中美博弈:在一个以科学和技术为动力的21世纪

 
中美博弈:在一个以科学和技术为动力的21世纪

当美国寻求解决危机或取得卓越成就时,它会求助于科学。

然而,今天美国人在薯片上的花费比在能源研究上的花费还多。美国15岁学生的阅读、数学和科学综合成绩在31个经济合作与发展组织国家和地区中排名第25,各州政府对全日制公立大学的投资平均减少了20%以上,几十年都没有足够的年轻美国人选择把科学和工程当作自己的事业。 

毫不奇怪,美国的科学界严重依赖出生在世界其他地方的年轻男女来施展才能和抱负。美国有整整28%的科学和工程教师以及一半的博士后工作人员出生在国外,全国科学技术劳动力总数的24%也是如此。 但即使有这么多人才涌入,彭博的创新指数显示,美国创新程度从 10 年来的第一位下降到了第八位,美国的研发强度(研发占 GDP 的一部分)也排在第 10 位。  

对于这些趋势的担忧,美国艺术与科学学院与莱斯大学贝克公共政策研究所合作,审查美国到底需要什么才能重新获得美国过去通过大力投资研发而建立起的强大竞争地位。

——前洛克希德马丁公司首席执行官 奥古斯丁

莱斯大学贝克研究所高级研究员 尼尔·莱恩

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译者: 东西智库研究员 张乃琳
编审: 机工战略 陈琛

 

中美博弈:在一个以科学和技术为动力的21世纪

 

自满的危险

在这个时代,美国经济的绝大多数增长(国内生产总值),都归功于科学技术的进步
 
事实上,我们生活在一个并不少见的技术时代。但是,令人惊讶的是,媒体的头条新闻没有注意到这一分水岭事件,总统辩论中也没有提到这个话题。这个国家似乎忽视了正在发生的事情以及将要发生的事情的后果。
 
在编写这份报告时,一场大规模的冠状病毒正在影响中国、美国和世界其他地区成千上万人的生命。与此同时,出于安全考虑,美国一些政策制定者却提出了对外国研究人员的严厉限制,而美国之前正是依靠这些研究人员来填补国内在科学和工程领域长期存在的人才缺口。美国最近提出的移民限制的一个结果是,其他国家在吸引工人方面变得更具竞争力,而美国公司更倾向于将研发实验室转移到其他国家。雪上加霜的是,美国对基础研究和应用研究的支持持续疲软:2021财年,总统预算请求削减联邦政府对这些类别的支持高达79亿美元。
 
他们没有意识到的是,全球科技创新的步伐正在加快。今天,全球在科技领域的领导地位是以月份或者几年,而不是几十年或者几百年来衡量的

 

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例如,几乎所有现代电子设备(半导体集成电路)的关键元件的计算能力翻倍所需的时间只有几年。因此,即使在科技研发方面落后几年,也会对一个国家的经济、创造就业机会、生活水平和国家安全造成严重后果。

 

美国在经济、军事和文化上成为世界强国,在很大程度上是因为在科技进步的推动下高度重视创新。而领先的前提条件是,投资用于研发,特别是在大学和国家实验室进行的科学、技术、工程、医学和数学领域的基础研究。

 

按GDP计算,到2030年,中国预计将成为世界上最大的经济体。到2026年,也就是美国成立250周年之际,中国的战略计划要求中国在科学、技术和创新方面走在世界领先地位。这些发展对美国来说是危险的,在阿波罗11号登月50年后的今天,美国正处于研发的转折点

 

美国及其公民的福祉在很大程度上取决于美国经济的实力,而美国经济的实力又在很大程度上取决于研发。如果没有强劲的经济,就业机会就会消失——这是一个漫长的过程,需要税收来提供医疗、社会保障、教育、基础设施以及国土和国家安全。许多研究得出的结论是,在美国经济的长期增长(以GDP衡量)中,高达85%的增长归因于两个密切相关领域的进步:科学和技术

 

临界点

近半个世纪以来,美国在研发方面的国家总投资占国内生产总值的比例一直保持在2.4%-2.7%的水平。

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与此同时,其他国家,特别是中国,加快了此类投资。由于美国对国外日益激烈的竞争反应不温不火,美国在经济合作与发展组织(OECD)成员国中,研发(公共和私人)投资占GDP的比例已降至第十位

 

虽然国家研发支出占GDP的比例只是发达经济体的一个衡量指标,而发达经济体主要是由科技进步推动的,但这一比例是衡量一个国家未来投资强度的有力指标。美国在研发领域的全球排名在GDP中所占比例迅速下降,这反映出政府决策者、企业董事会和首席执行官们将注意力放在了近期的企业管理问题上,而忽视了长期的、可能存在的潜在问题。考虑到当今推动政治和商业发展的短期激励机制,这或许是意料之中的事,但这对一个国家的未来来说并不是一个好兆头,因为在这个世界上,其他国家,尤其是中国,都致力于并投资于实现成功的长期战略。

 

因为中国在劳动力规模上拥有主要优势,所以美国不能通过劳动力规模与中国竞争,但美国必须通过创造力和创新与中国竞争。然而,中国也在后者中占了上风,在研发支出总额、基础研究经费、专利授予等方面已经接近或超过美国。

 

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科技创新有四个基本的、密切相关的组成部分:1)人力资本;2) 知识资本;3) 有利于创新的生态系统;4)金融资本。

 

以下几段用这四个指标来考察中国和美国的创新。

 

(1)人力资本

 

2003年是一个关键的转折点,中国授予的理工科学士学位数量超过了美国,而今,从数量上看,中国已经超过了美国、欧盟和日本的总和。为了跟上需求,预计中国将继续大幅增加理工科毕业生的数量。

 

美国院校授予相应学位的数量仍然相对持平,而且这些学位中有很大一部分是授予国际公民,通常是中国公民。中国仍然落后于美国拥有自己大学博士学位的毕业生,但这些数字正在迅速增长,中国大学排名也在不断增加。

 

因美国大学预科教育体系的不足,美国年轻人对科学、技术、工程和数学(stem)职业兴趣降低。国际学生评估计划组织对15岁的年轻人进行阅读、数学和科学方面的测试,发现美国学生在经合组织国家中排名第25位。

 

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使国内K-12 stem教育总体较差的问题更加复杂的原因是,美国系统性地未能吸引具有不同背景的美国人进入stem职业,无论是以性别、种族、社会经济地位、性取向、残疾、宗教或美国境内的地理位置来衡量,这种代表性不足将继续阻碍美国发展强大的国内stem系统,尤其是在历史上代表性不足的群体在美国总人口中所占比例越来越大的情况下。

 

美国在stem领域的学术研究严重依赖于来自中国、印度和世界其他地区的外籍人士。近年来,美国约三分之一的博士、stem的毕业生不是美国公民或永久居民,28%的美国教员出生在海外,超过一半的美国培训的博士后也是如此。美国财富500强企业中有近一半是由移民或移民子女创办的,同样,26%的美国国家科学院院士和31%的美国国家工程院院士是外国出生的。

 

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在2017-2018学年,来自中国的约280000名男女大学生作为本科生或研究生在美国高校就读,约占在美留学生总数的三分之一。在美国本科生和研究生招生总数方面,仅次于中国的是印度(1202000),其次是韩国(44000)和沙特阿拉伯(39000)。引人注目的是,在过去十年中,中国留学生回国的比例显著增加,这意味着培训他们的国家(包括美国)的人才流失

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(2)知识资本

 

知识资本没有统一的衡量标准;然而,常用的指标包括出版物和专利的数量和质量。在同行评审的期刊上发表科学发现是传播研究成果的主要机制。

 

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2016年,中国发表的研究论文数量超过了美国,在最受认可的期刊上发表的论文数量正在迅速上升。同时,中国近年来在授予的专利数量中也处于领先地位。然而,大部分中国专利在五年后没有更新,这首先让人对其中许多专利的价值产生了疑问。

(3)创新生态系统

现在是一个科学发现技术及其应用迅速发展的空前机遇的时代。新技术提供了工具,反过来又加速了研究发现。例如大数据、人工智能、机器学习、量子技术、crispr、基因组医学、医学成像、机器人技术、高性能材料、纳米技术等等。科学被描述为正在经历一场“革命”,为了取得有意义的进步,需要科学家和工程师在各个领域和行业有目的地将方法和方法进行重大的融合。

衡量美国在创新方面与世界其他国家对比的标准是它在彭博创新指数上的排名。

在彭博社2019年的评估中,美国总体排名第八,研发强度(国家研发支出占GDP的百分比)排名第十,研究人员集中度(人均从事研发的专业人员)排名第28,制造业增加值排名第25,第三产业增加值排名第43。

世界知识产权组织根据对126个国家80项创新绩效指标的评估,包括政治环境、教育、基础设施和商业成熟度等指标,发布了一个全球创新指数。在《2018年能源创新报告》中,中国排名上升至第17位,原因是“中国经济正在经历以研发为主的政府政策引导下的快速转型——密集型创新”。相比之下,美国在一年内从第四位下滑至第六位。

即使在美国进行了大量早期研究的情况下,由于新知识向产品和服务快速转化的障碍(法规、法律、税收等),市场和就业机会也被其他国家夺走。这种情况的例子包括太阳能电池电池、电视和5G通信。随着从实验室向市场过渡的步伐加快,美国的地位日益受到威胁。

(4)金融资本

美国2018年的国内生产总值约为20万亿美元,按当前汇率计算,美国是世界上最大的经济体。中国是世界第二大经济体,到2030年中国将缩小与美国的差距。

中国于2001年成为世界贸易组织成员,并在2008年至2018年的一个十年内,中国全球财富500强企业的数量从29家上升到120家,而美国企业的数量从153家下降到126家。在不久的将来,如果中国还没有通过后一项措施超越美国的话,它将走上超越美国的道路。

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在美国,来自股东的压力倾向于鼓励上市公司推动股价短期上涨而不是长期回报,从而抑制了在基础设施和研究等领域的投资。

因此,为确保美国继续成为一个科学发现和创新的国家,奠定基础的任务落在美国联邦政府的肩上。30多年来,用于研发的联邦支出(年度支出)总体上保持平稳,约占联邦支出总额的4%,约占可自由支配支出的10%。与美国不同的是,过去20年来,中国的总体研发支出大幅增加。从2000年到2012年,中国研发支出占GDP的比例每年增长18%

挑战

在不远的将来,迫在眉睫的财政状况可能会使美国任何增加研发资金的计划变得非常复杂。但是这个问题几乎没有得到那些解决国家未来研发投资问题的人的关注。

国会预算办公室行政长官注意到了这个问题数年,但似乎影响不大。根据现行法律,只有两个一般预算类别(应享权利和债务利息)的支出预计到2042年将等于联邦收入的总和。届时,任何研发资金都必须与国防、国土安全以及基础设施向关联。

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警示

有些观察家问,政府为什么要资助研发,特别是当工业企业(及其股东、客户和员工)是重要的受益者时。事实上,工业界现在为国家研发提供了约三分之二的资金,而政府则提供了近四分之一的资金。然而,最优先的是d(开发)而不是r(研究)。结果,美国大多数伟大的企业研究机构都已经衰落或被关闭。典型的例子是贝尔实验室,这里有9位诺贝尔奖获得者和15位诺贝尔奖获得者,还有激光器和晶体管,现在归芬兰诺基亚公司所有。

 

从长远来看,对基础研究的全面支持有可能成为最具变革性的研究,在美国受到影响,现在更依赖政府或其他(非商业)资金来源,如私人慈善事业。

在将研究成果转化为适销对路的产品和服务方面,美国受益于一个强劲的私人股本市场,该市场为初创企业提供了大量资本。据估计,仅2018年一年,对美国公司的风险资本投资就超过1000亿美元。然而,创新者赖以获得资源的金融市场也越来越多地寻求短期回报。就公司股本而言,股东现在持有股票的时间只有4个月左右,而不是几十年前的8年。就日间交易员和套利者而言,持有期限通常可以用纳秒来衡量。在这种环境下,政府成为唯一的投资方,长期、高风险/高回报的默认出资人。

 

中国通过建立大量的政府基金来支持创新,并对未能获得国内资金的有前途的美国公司进行大量投资,从而解决了这一问题。2018年上半年,中国为风险投资筹集的资金首次超过美国。中国投资了数百亿美元,可以说是正在进行的技术革命中最重要的有利因素。当然,中国并非没有内部挑战。但中国近几十年来在科技创新方面的表现不容否认,中国政府也没有表示计划改变研发增长战略。事实上,它继续公开表明自己的主导意图,并为实现这一目标提供资金。对于美国来说,依靠中国的内爆来实施研发投资战略,充其量只是一种幻想。因此,美国在世界上的竞争地位将在未来几年迅速转变。鉴于亚洲,特别是中国的巨大规模和发展速度,美国将发现,扭转自己的下滑趋势将是非常困难的,在研发和创新的世界里,变化发生得很快。举个例子,苹果无所不在的iPhone上市才13年。

 

国内外的发展使美国在未来的全球竞争力方面处于一个不稳定的“转折点”。美国创造就业机会、医疗保健、国家安全和整体生活质量都可能处于平衡状态。而且,随着其他国家(特别是中国)对科学技术的日益重视和研发资金的快速增长,美国应对这一问题的紧迫性与日俱增。果断应对。国家的未来取决于采取行动确保一个充满活力和生产力的研发组织。如果我们忽视这个问题,我们公民的经济福祉和我们影响世界事务的能力的下降将是不可避免的。

建议

(一)重申2014年报告的建议

建议1

美国应在五年内将研发总投资(公共和私人)占国内生产总值的比例从2.7%提高到3.0%,在十年内至少提高到3.3%

30多年来,美国研发投资占国内生产总值的比例一直保持2.4%到2.7%之间。鉴于研发对国家经济的影响,在国家安全和全球竞争加速的情况下,研发目标应至少提高到3.3%,这个数字与领先国家相比更具竞争力。

建议2

联邦对基础研究的资助应以每年至少4%的实际增长率持续增加,目标是将联邦基础研究经费占国内生产总值的百分比从目前的0.2%提高到0.3%。

由联邦政府资助研究的STEM领域的基础研究,将继续产生重大发现,为技术革命和创新提供动力。但基础研究经费的增加不应以牺牲应用研究为代价,理想情况下,对应用研究的投资也应当以大致相同的速度增长。

建议3

白宫科技政策办公室(OSTP)应与管理和预算办公室(OMB)和政府资助机构合作,为每个支持研发的机构制定一个滚动的五年综合联邦研发资金计划,包括基础研究、应用研究和开发三个类别的总体资助目标。

每个联邦机构根据计划分配研发资金,但其支持科学和工程优先领域的总体战略需要政府规划。OSTP在年度预算过程中的作用是咨询,OSTP与OMB密切合作处理总统预算中与科学技术有关的部分。内阁级国家科学技术委员会(包括OSTP和OMB的董事)是实现上述目标的关键要素。

建议4

应制定资本预算编制流程,为联邦政府资助的研发设施提供资源。

企业应当在评估当前投资的长期影响的基础上进行长期的资本预算,用于大型研发项目的建设和更新编制多年预算(包括购买主要研究设备)将避免机构拨款逐年浪费。

建议5

美国研发预算应(至少)以两年为周期,而不是每年一次拨付。

高质量的研究不是在一年的时间段内进行的,支持机构可以通过拥有较长的投资范围来最大限度地服务于国家在促进科学知识方面的利益。经费的逐年大幅波动会产生浪费,不利于研究质量的提高。

建议6

H1-B签证的数量应增加一倍,并适当安置接收者的直系亲属。

美国的科技企业将需要额外的人才。至少在未来十年,大部分人才将从国外引进,世界各地的学生将被美国大学吸引,美国应该制定政策,鼓励他们接受教育后留在美国,从而为美国STEM劳动力作出贡献。

建议7

应审查目前对开展研发活动施加的法规、政策和报告要求,以消除无法提供明显效益的约束。

几十年来,许多已出台的规则、条例和其他政策降低了国家研究人员的生产力,已有研究报告详细描述了这些问题并提出了具体的政策改革。联邦机构、OMB和国会应尽快采取行动。虽然大学和联邦机构正在考虑新的政策以确保对知识产权的适当保护,但仍应继续鼓励外国裔学生和科学与工程研究人员在美国学习和创业,任何新法规都不应给研究人员和机构带来重大行政负担。

建议8

大学应修订其知识产权政策,以更加符合1980年《拜赫多尔法案》的初衷。

该法案旨在确保公众从联邦政府资助的研发中受益,赋予大学教师所生产的知识产权的所有权,并鼓励大学通过专利和许可协议与行业分享发现发明。公司和大学应实施机制,使合作伙伴关系更加有效,特别是鼓励跨学科的联合研究。联邦政府应澄清其初衷并在必要时修订税法,以鼓励加强大学与企业的合作关系。

(二)2020年的新建议

除了上文重申的2014年报告的建议外,本报告还附加了以下建议,重点是加强美国STEM教育和美国劳动力:

建议1

2005年美国国家科学、工程和医学研究院关于K-12学前教育的“聚集风暴(Gathering Storm)”报告中的建议应得到实施,包括每年设立1万个联邦资助的STEM领域四年制奖学金,授予有竞争力的美国公民,并要求他们毕业后在公立学校教授STEM知识至少5年。

几十年来,美国12年级前的公共教育体系一直处于危机之中,迫切需要提高学生成绩是“创新:美国的当务之急”行动呼吁中列出的七个优先事项之一,该呼吁得到了全国500多个组织的支持。美国国家科学、工程和医学研究院在其“聚集风暴”报告中提出了应对危机的策略。

建议2

各州应恢复、维持或增加公立大学经费大幅减少前的水平,按全日制同等学制(FTE)学生计算。

恢复国家对大学的资助使这些机构更好地满足国家公民的教育需求,提高劳动力技能水平,支持充分就业,与当地公司建立更牢固的伙伴关系,为国家的科技企业和经济做出贡献。

建议3

对(私立)大学捐赠收益征收的税收会适得其反,应立即废除。

废除这一惩罚性税收将有助于大学控制学费,提供更多的财政援助,并维持现代化的研究和教学设施,这样做也有望进一步阻止这种目标狭窄、适得其反的做法。

建议4

继续在日益竞争激烈的全球市场上保持领先地位。

美国必须要加快创新的步伐——将科学发现和发明从实验室研究转化为产品。联邦政府应将研发投资重点放在应对相对紧迫的挑战上,加速对研究的投资,特别是科学、技术、工程和数学(STEM)等领域的基础研究,鼓励大胆的想法,并且资助那些可能产生重大变革的项目。进一步降低工科大学合作的障碍,使突破性发现更容易迅速进入应用程序,包括商业产品、市场、经济增长和高收入工作。

国际科学合作对美国的利益至关重要,并非每一项科学发现或技术创新都在美国有其起源。但是,在21世纪的科学技术驱动下,美国只有作为新知识发现的主要贡献者,并有能力和意愿将这些知识转化为应用程序,才不会被抛在后面、孤立和衰落。

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此外,如果没有资金支持研究人员的研究,那么大幅增加研究人员的数量是没有意义的。美国未来在科学、技术和创新方面的领导地位将需要两者兼而有之。

美国公民目前的人均国内生产总值是地球上所有其他公民平均水平的近6倍。这在很大程度上是美国在研发、高等教育、创新和相关领域的独创性和过去投资的结果。美国在科技领域地位的下降并非一蹴而就,也不是别人强加给美国的。不是中国限制了美国对研发的投资,使我们的K-12之前的教育体系持续衰退、减少了美国大学的外国毕业生留在美国工作的人数,或者取消我们公立大学的资格。

在这个美国竞争力的拐点上做出或不做出的决定,将决定我们是否像所有前几代美国人一样,留给子孙后代的生活水平和机会比我们自己享受的要低。今天的美国成年人有一天会被称为美国“最自私的一代”,把消费看得比投资重要吗?

如果美国要在竞争日益激烈的21世纪全球市场上继续保持领先地位,美国创新的步伐就必须加快,将发现和发明从实验室研究转化为产品。该行业将把研发投资集中于应对相对紧迫的挑战是可以理解的,这使得联邦政府加快对研究的投资变得更加重要,尤其是在科学、工程、医学和数学等所有领域的基础研究,鼓励真正大胆的想法和资助项目,这些想法和项目在资助时取得明显成功的可能性很低,但在长期内具有变革的潜力降低产学研合作的障碍,将使这些开创性的发现更容易迅速进入应用领域,包括商业产品、市场、经济增长和高薪工作。

要满怀信心地预测未来几十年科学技术将带来什么样的新能力是不可能的。但是,如果没有过去几十年科学技术的贡献,我们今天的生活会有多大的不同,这一点也不难理解:没有智能手机、高清电视、笔记本电脑、电动和混合动力汽车、磁共振成像、人工关节、支架、激光眼科手术或脊髓灰质炎等疾病的疫苗,世界上也不会有电子商务、汽车上的GPS或者丙肝的治疗方法;如果没有科学技术的进步和私营企业的创新,世界将无法发展更清洁的发电方法,无法适应气候变化,也无法战胜未来的疾病;如果没有科学的进步,covid-19就不会被征服。

并不是每一项科学发现或技术创新都会起源于美国,也不需要这样做。这使得国际科学合作对美国的利益至关重要。但是,除非美国仍然是发现新知识的主要贡献者,并有能力和意愿将这些知识转化为应用,否则在一个以科学和技术为动力的21世纪世界里,美国人和美国将被抛在后面,与世隔绝,越来越贫穷。一个很好的机会将会失去。

参考资料:

https://www.amacad.org/news/report-america-chinaperils-of-complacency

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