Китай превратился в научную сверхдержаву — The Economist
Страна находится на переднем крае науки — от биологии растений до физики сверхпроводников.
Статью о "китайском чуде" в области науки опубликовал британский журнал The Economist, передает inbusiness.kz.
В атриуме исследовательского корпуса Китайской академии наук (CAS) в Пекине находится стена с патентами. На стене шириной около пяти метров и высотой в два этажа расположены 192 свидетельства, расположенные аккуратными рядами и со вкусом подсвеченные сзади. На уровне земли, за бархатной сеткой, выстроился ряд стеклянных банок с инновациями, защищенными патентами: это семена.
CAS — крупнейшая в мире исследовательская организация — и институты по всему Китаю проводят огромное количество исследований в области биологии продовольственных культур. За последние несколько лет китайские учёные обнаружили ген, который при удалении увеличивает длину и вес зерен пшеницы, ещё один, который улучшает способность таких культур, как сорго и просо, расти на засоленных почвах, и ещё один, который может увеличить урожайность кукурузы примерно на 10%. Осенью прошлого года фермеры в Гуйчжоу собрали второй урожай генетически модифицированного гигантского риса, который был разработан учёными CAS.
Коммунистическая партия Китая (КПК) сделала сельскохозяйственные исследования, которые она считает ключевыми для обеспечения продовольственной безопасности страны, приоритетными для учёных. За последнее десятилетие качество и количество исследований в области растениеводства, проводимых в Китае, значительно возросло, и теперь страна считается лидером в этой области. По словам редактора престижного европейского журнала по растениеводству, в некоторые месяцы половина материалов поступает из Китая.
Путешествие в тысячу миль
Рост научных исследований в области растениеводства не является чем-то уникальным в Китае. В 2019 году журнал The Economist проанализировал ситуацию с научными исследованиями в стране и задал вопрос, может ли Китай однажды стать научной сверхдержавой. Сегодня на этот вопрос был дан однозначный ответ: “да”. Китайские учёные недавно получили преимущество в двух тщательно отслеживаемых показателях качества научных исследований, и рост числа первоклассных исследований в стране не замедляется. Старому мировому научному порядку, в котором доминировали Америка, Европа и Япония, приходит конец.
Одним из способов оценить качество научных исследований в той или иной стране является подсчет количества статей с высокой отдачей, публикуемых каждый год, то есть публикаций, которые чаще всего цитируются другими учёными в их собственных, более поздних работах. Согласно данным Clarivate, научно-аналитической компании, в 2003 году в Америке было выпущено в 20 раз больше этих высокоэффективных работ, чем в Китае. К 2013 году в Америке было опубликовано примерно в четыре раза больше лучших работ, а в последнем выпуске данных, в котором рассматриваются работы за 2022 год, Китай превзошел как Америку, так и весь Европейский союз (ЕС).
Конечно, метриками, основанными на цитированиях, можно управлять. Учёные могут найти и находят способы увеличить количество упоминаний их работы в других исследованиях, и в недавнем рабочем документе, подготовленном тремя экономистами Куи Шумином, Клаудией Стейнвендер и Пьером Азуле, утверждается, что китайские исследователи цитируют своих соотечественников гораздо чаще, чем западные. Но сейчас Китай лидирует в мире по другим показателям, которые менее подвержены фальсификациям. Он возглавляет рейтинг Nature Index, созданный одноименным издательством, который учитывает вклад в статьи, опубликованные в ряде престижных журналов. Чтобы быть отобранными для публикации, статьи должны быть одобрены группой экспертов-рецензентов, которые оценивают качество, новизну и потенциальную значимость исследования. Когда индекс был впервые опубликован в 2014 году, Китай занимал второе место, но его вклад в число подходящих статей составлял менее трети от американского. К 2023 году Китай занял первое место.
Согласно Лейденскому рейтингу по объёму результатов научных исследований, в настоящее время шесть китайских университетов или институтов входят в десятку лучших в мире, а по индексу Nature — семь. Возможно, на Западе их имена ещё не стали нарицательными, но вы уже привыкли слышать о Шанхайском университете Цзяотун, Чжэцзянском и Пекинском университетах (Beida) на одном дыхании с Кембриджем, Гарвардом и eth Zurich.
“Цинхуа сейчас является научно-техническим университетом номер один в мире, — говорит Саймон Марджинсон, профессор высшего образования Оксфордского университета. — Это удивительно. Они добились этого за одно поколение.”
Сегодня Китай лидирует в мире в области физических наук, химии, а также наук о земле и окружающей среде, как по индексу Nature, так и по показателям цитируемости. Однако Америка и Европа по-прежнему занимают лидирующие позиции как в области общей биологии, так и в области медицинских наук.
“Инженерное дело — это высшая китайская дисциплина в современный период, — говорит профессор Марджинсон. — Я думаю, что отчасти это связано с военными технологиями, а отчасти с тем, что это то, что нужно для развития нации”.
Прикладные исследования — сильная сторона Китая. В стране преобладают публикации, посвященные, например, перовскитовым солнечным панелям, которые могут быть гораздо эффективнее обычных кремниевых элементов при преобразовании солнечного света в электричество. Китайские химики разработали новый способ извлечения водорода из морской воды с помощью специальной мембраны для отделения чистой воды, которая затем может быть разделена с помощью электролиза. В мае 2023 года было объявлено, что учёные в сотрудничестве с государственной энергетической компанией Китая разработали экспериментальную плавучую водородную ферму у юго-восточного побережья страны.
Кроме того, в настоящее время в Китае выдается больше патентов, чем в любой другой стране, хотя многие из них касаются постепенных изменений в дизайне, а не по-настоящему оригинальных изобретений. Новые разработки, как правило, распространяются и внедряются в Китае медленнее, чем на Западе. Но его мощная промышленная база в сочетании с дешевой энергией позволяют быстро развернуть крупномасштабное производство инновационных физических материалов.
“Именно в этом Китай действительно имеет преимущество перед западными странами", — говорит Джонатан Бин, генеральный директор Materials Nexus, британской фирмы, которая использует искусственный интеллект для открытия новых материалов.
Страна также демонстрирует своё научное мастерство более заметными способами. Ранее в этом месяце китайский роботизированный космический аппарат "Чанъэ-6" совершил посадку в гигантском кратере на обратной стороне Луны, собрал несколько образцов породы, установил китайский флаг и отправился обратно к Земле. Если он успешно вернется на Землю в конце месяца, это будет первая миссия, которая доставит образцы с этой труднодоступной стороны Луны.
Сначала заточите инструменты
Перестройка китайской науки была достигнута благодаря сосредоточению внимания на трёх областях: деньгах, оборудовании и людях. В реальном выражении расходы Китая на исследования и разработки (r&d) выросли в 16 раз с 2000 года. Согласно последним данным ОЭСР, с 2021 года Китай по-прежнему отстает от Америки по общим расходам на НИОКР, выделяя 668 миллиардов долларов по сравнению с 806 миллиардами долларов в Америке по паритету покупательной способности. Но с точки зрения расходов только на университеты и государственные учреждения Китай вырвался вперед. В этих странах Америка по-прежнему тратит на фундаментальные исследования примерно на 50% больше, что покрывает расходы, но Китай тратит деньги на прикладные исследования и экспериментальные разработки.
Деньги тщательно направляются в стратегические области. В 2006 году КПК опубликовала своё видение того, как должна развиваться наука в течение следующих 15 лет. С тех пор планы развития науки были включены в пятилетние планы развития КПК. Нынешний план, опубликованный в 2021 году, направлен на активизацию исследований в области квантовых технологий, искусственного интеллекта, полупроводников, нейронауки, генетики и биотехнологии, регенеративной медицины и исследования “пограничных областей”, таких как дальний космос, океанские глубины и полюса Земли.
Создание университетов мирового уровня и государственных учреждений также является частью плана научного развития Китая. Такие инициативы, как “Проект 211”, “Программа 985” и “Лига девяти китайцев”, выделили средства отдельным лабораториям для развития их исследовательского потенциала. Университеты выплачивали сотрудникам премии — в среднем по 44 000 долларов каждому и до колоссальных 165 000 долларов каждому — за публикации в престижных международных журналах. Создание рабочей силы было приоритетной задачей.
По данным министерства образования Китая, в период с 2000 по 2019 год более 6 миллионов китайских студентов покинули страну, чтобы учиться за границей. В последние годы они вновь возвращаются, принося с собой свои недавно приобретённые навыки и знания. Данные ОЭСР свидетельствуют о том, что с конца 2000-х годов в страну возвращалось больше учёных, чем уезжало. В настоящее время в Китае работает больше исследователей, чем в Америке и во всем ЕС.
Многих возвращающихся из Китая учёных, которых часто называют “морскими черепахами” (обыгрывая китайский омоним хайгуй, означающий “возвращаться из-за границы”), привлекли на родину стимулы. Одна из таких программ, запущенная в 2010 году, “Тысяча молодых талантов”, предлагала исследователям в возрасте до 40 лет единовременные бонусы в размере до 500 000 юаней (что эквивалентно примерно 150 000 долларов США по паритету покупательной способности) и гранты в размере до 3 млн юаней на создание лабораторий у себя на родине. И это сработало. Исследование, опубликованное в журнале Science в прошлом году, показало, что эта схема вернула молодых исследователей высокого уровня — в среднем они были самыми продуктивными из 15% своих сверстников (хотя настоящие суперзвезды, как правило, отклоняли предложения). В течение нескольких лет, благодаря доступу к большему количеству ресурсов и академической рабочей силы, эти вернувшиеся стали ведущими учёными, написавшими в 2,5 раза больше научных работ, чем аналогичные исследователи, оставшиеся в Америке.
Помимо притяжения, в какой-то степени было и отталкивание. В последние годы китайские учёные, работающие за рубежом, подвергаются все большему подозрению. В 2018 году Америка запустила Китайскую инициативу — в основном безуспешную попытку искоренить китайских шпионов из промышленности и научных кругов. Также поступали сообщения о депортации студентов из-за их связи с китайской “стратегией слияния военного и гражданского”. Недавний опрос нынешних и бывших китайских студентов, обучающихся в Америке, показал, что доля тех, кто подвергся расовому насилию или дискриминации, растёт.
Наличие учёных в Китае означает, что, например, в области квантовых вычислений некоторые академические лаборатории страны по масштабам больше похожи на коммерческие лаборатории на Западе.
“У них есть исследовательские группы из 20, 30, даже 40 человек, работающие над одними и теми же экспериментами, и они добиваются действительно хороших результатов”, — говорит Кристиан Андерсен, исследователь квантовой физики из Делфтского университета.
В 2023 году исследователи, работающие в Китае, побили рекорд по количеству квантовых битов, или кубитов, запутанных внутри квантового компьютера. Китай также потратился на научные разработки. В 2019 году, когда The Economist в последний раз проводил обзор состояния научных исследований в стране, у неё уже был завидный набор современного оборудования, включая суперкомпьютеры, крупнейший в мире радиотелескоп с заполненной апертурой и подземный детектор тёмной материи. С тех пор список только увеличился.
В настоящее время в стране находится самый чувствительный в мире детектор космических лучей сверхвысоких энергий (который недавно был использован для проверки некоторых аспектов специальной теории относительности Альберта Эйнштейна), самое сильное в мире стационарное магнитное поле (которое может определять свойства материалов), и вскоре оно будет создано. У вас есть один из самых чувствительных в мире детекторов нейтрино (который будет использоваться для определения того, какой тип этих фундаментальных субатомных частиц обладает наибольшей массой). В Европе и Америке есть множество собственных интересных комплектов, но Китай быстро добавляет новое оборудование.
Отдельные лаборатории в ведущих институтах Китая также хорошо оборудованы. Нико Маккарти, журналист и бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института, который недавно побывал на экскурсии по лабораториям синтетической биологии в Китае, был поражен тем, что в академических учреждениях “машины просто более впечатляющие и более обширные”, чем в Америке. Г-н Маккарти описал “удивительное здание с четырьмя этажами роботов”, расположенное в передовом биофабрике Шэньчжэньского института передовых технологий, которое, как надеется страна, станет центром китайского ответа Кремниевой долине.
По мере того как китайские университеты наполняются самым современным оборудованием и элитными исследователями, а зарплаты становятся все более конкурентоспособными, западные институты становятся все менее привлекательными для молодых и амбициозных китайских учёных.
“Студенты в Китае не воспринимают Америку как некую “научную мекку”, как это могли бы их наставники”, — сказал мистер Маккарти.
Возьмём, к примеру, искусственный интеллект. В 2019 году только 34% китайских студентов, работающих в этой области, остались в стране для получения высшего образования или работы. К 2022 году это число составило 58%, согласно данным американского аналитического центра MacroPolo, занимающегося отслеживанием талантов в области искусственного интеллекта (в Америке этот показатель на 2022 год составлял около 98%). В настоящее время на долю Китая приходится около 40% мировых научных работ по искусственному интеллекту, по сравнению с примерно 10% в Америке и 15% в ЕС и Великобритании вместе взятых. Одна из самых цитируемых научных работ всех времен, демонстрирующая, как глубокие нейронные сети могут быть обучены распознаванию изображений, была написана исследователями искусственного интеллекта, работающими в Китае, хотя и для американской компании Microsoft.
“Исследования в области искусственного интеллекта в Китае находятся на мировом уровне, — сказал Закари Арнольд, аналитик по ИИ в Джорджтаунском центре новейших технологий и безопасности. — В таких областях, как компьютерное зрение и робототехника, они занимают лидирующие позиции по количеству научных публикаций”.
Рост качества и количества китайской науки, похоже, вряд ли прекратится в ближайшее время. Расходы на научно-технические исследования продолжают расти — правительство объявило об увеличении финансирования на 10% в 2024 году. Кроме того, в стране обучается огромное количество молодых учёных. В 2020 году китайские университеты присвоили 1,4 млн инженерных степеней, что в семь раз больше, чем в Америке. В настоящее время в Китае на уровне бакалавриата обучено в 2,5 раза больше ведущих исследователей в области искусственного интеллекта, чем в Америке. Ожидается, что к 2025 году китайские университеты будут выпускать почти в два раза больше аспирантов в области науки и техники, чем американские.
Чтобы узнать больше, поднимитесь на другой этаж
Несмотря на то, что Китай выпускает больше высококлассных работ, он по-прежнему производит огромное количество научных работ более низкого качества. В среднем статьи из Китая, как правило, имеют меньшую популярность, если судить по цитируемости, чем статьи из Америки, Великобритании или ЕС. И хотя несколько избранных университетов продвинулись вперед, университеты среднего уровня остались позади. Китайские вузы второго уровня по-прежнему выпускают работы относительно низкого качества по сравнению с их аналогами в Европе или Америке.
“Несмотря на то, что Китай обладает фантастическим качеством на самом высоком уровне, у него слабая база”, — считает Кэролайн Вагнер, профессор научной политики в Университете штата Огайо.
Когда дело доходит до фундаментальных исследований, основанных на любопытстве (а не прикладных), Китай по-прежнему играет в догонялки — в стране публикуется гораздо меньше статей, чем в Америке, в двух самых престижных научных журналах Nature и Science. Это может отчасти объяснить, почему Китай, похоже, не справляется со своей задачей в области создания совершенно новых технологий. Фундаментальные исследования особенно скудны в китайских компаниях, что создает разрыв между учёными, делающими открытия, и отраслями, которые в конечном итоге могут их использовать.
“Для более оригинальных инноваций это может быть минусом”, — говорит Сюй Сисян, главный научный сотрудник китайской солнечной компании longi Green Energy Technology.
Стимулы к публикации статей создали рынок поддельных научных публикаций. Исследование, опубликованное ранее в этом году в журнале Research Ethics, включало анонимные интервью с китайскими учёными, один из которых сказал, что у него “не было другого выбора, кроме как совершить [исследовательский] проступок”, чтобы не поддаваться давлению и сохранить свою работу. Появились “картели цитирования”, когда группы исследователей объединяются для написания некачественных статей, в которых цитируются работы друг друга, чтобы повысить свои показатели. В 2020 году научные агентства Китая объявили, что таким схемам получения наличных за публикации следует положить конец, а в 2021 году страна объявила о проведении общенационального обзора нарушений в научных исследованиях. Это привело к улучшению ситуации — например, согласно исследованию, опубликованному в 2023 году, уровень цитирования китайскими исследователями самих себя снижается. И китайские университеты среднего уровня также постепенно догоняют свои западные аналоги.
Биологические науки и науки о здоровье в большей степени опираются на глубокие знания по конкретным предметам, и исторически Китаю было труднее их “вернуть и ускорить”, говорит Тим Даффорн, профессор биотехнологии Бирмингемского университета и бывший советник департамента бизнеса Великобритании. Но авторитет Китая в этих областях растёт. Хотя в настоящее время в Америке публикуется примерно в четыре раза больше влиятельных статей по клинической медицине, во многих областях в Китае публикуется больше всего статей, в которых цитируются эти ключевые исследования, что является признаком растущего интереса, который предвещает дальнейшее расширение.
“Что касается биологии, то Китай развивается удивительно быстро, — говорит Джонатан Адамс, главный научный сотрудник Института научной информации Clarivate. — Его способность переключать внимание на новую область просто поразительна”.
Подъём китайской науки — это палка о двух концах для западных правительств. Научная система Китая неразрывно связана с его государством и вооруженными силами: во многих китайских университетах есть лаборатории, непосредственно работающие в сфере обороны, а некоторые из них были обвинены в шпионаже или кибератаках. Китай также обвиняется в краже интеллектуальной собственности, и все более строгие правила усложняют международным сотрудникам вывоз данных из страны; как известно, в 2019 году страна закрыла доступ к работам Уханьского института вирусологии по изучению коронавирусов, финансируемым США. Также известны случаи, когда китайские исследователи не придерживались этических стандартов, ожидаемых западными учёными.
Несмотря на опасения, сотрудничество с Китаем является обычным делом для западных исследователей. Примерно в трети работ американских авторов по телекоммуникациям участвуют китайские коллеги. В области визуализации, дистанционного зондирования, прикладной химии и инженерной геологии эти показатели составляют от 25% до 30%. В Европе эти показатели ниже, около 10%, но все равно значительны.
Эти партнёрские отношения выгодны для обеих стран. Китай стремится к более активному сотрудничеству в областях, где он уже силен, таких как материаловедение и физика. Исследование препринтов, опубликованное в прошлом году, показало, что для исследований в области искусственного интеллекта наличие соавтора из Америки или Китая одинаково полезно для авторов из другой страны, так как они получают в среднем на 75% больше цитат.
Совместная работа также принесла ряд заметных успехов. Во время пандемии COVID-19 совместное предприятие инженерного факультета Оксфордского университета и Оксфордского центра перспективных исследований в Сучжоу разработало экспресс-тест на COVID, который использовался в аэропортах Великобритании. В 2015 году исследователи из Университета Кардиффа и Южно-Китайского сельскохозяйственного университета идентифицировали ген, который делает бактерии устойчивыми к антибиотику колистину. После этого Китай, крупнейший потребитель препарата, запретил его использование в кормах для животных, и уровень резистентности к колистину как у животных, так и у людей снизился.
В Америке и Европе политическое давление ограничивает сотрудничество с Китаем. В марте американское соглашение с Китаем в области науки и технологий, в котором говорится, что учёные из обеих стран могут сотрудничать по темам, представляющим взаимную выгоду, было тайно продлено ещё на шесть месяцев. Хотя Пекин, похоже, стремится возобновить действие соглашения 45-летней давности, многие республиканцы опасаются, что сотрудничество с Китаем помогает стране достичь своих целей в области национальной безопасности. В Европе, за исключением экологических и климатических проектов, китайским университетам был фактически закрыт доступ к финансированию в рамках программы Horizon, крупной европейской исследовательской инициативы. Учёные также обеспокоены тем, что Китай поворачивается внутрь себя. У страны есть чёткие цели стать самостоятельной во многих областях науки и техники, а также отказаться от международных публикаций как способа оценки результатов исследований. Многие исследователи не могут общаться с прессой — найти источники для этой статьи в Китае было непросто. Одна китайская исследовательница растений, пожелавшая остаться неизвестной, рассказала, что ей пришлось за год до этого запрашивать разрешение на участие в зарубежных конференциях.
“Это противоречиво — с одной стороны, они устанавливают ограничения, чтобы у учёных не было таких свобод, как возможность выезжать за границу для общения со своими коллегами. Но, с другой стороны, они не хотят, чтобы Китай отстал”.
Век живи, век учись
Подавляющее большинство учёных Китая и Запада придерживаются мнения, что сотрудничество должно продолжаться или, что ещё лучше, расширяться. И есть возможности для большего. Несмотря на значительный рост научных достижений Китая, доля научных исследований, проводимых с привлечением международных сотрудников, остается стабильной и составляет около 20% — западные учёные, как правило, гораздо активнее сотрудничают с другими странами. Западные исследователи могли бы также уделять больше внимания новейшим достижениям науки из Китая.
Данные исследования, опубликованного в прошлом году в журнале Nature Human Behavior, показали, что в своих работах эквивалентного качества китайские учёные гораздо чаще цитируют западные работы, чем наоборот. Западные учёные редко приезжают в Китай, работают или учатся в нём, что лишает их возможности учиться у китайских коллег так, как это делают китайские учёные на Западе. Закрытие дверей для китайских студентов и исследователей, желающих работать в западных лабораториях, также имело бы катастрофические последствия для западной науки. Китайские исследователи составляют костяк многих кафедр в ведущих американских и европейских университетах. В 2022 году больше ведущих исследователей в области искусственного интеллекта, работающих в Америке, были родом из Китая, чем из Америки. Западная научная модель в настоящее время зависит от огромного числа студентов, часто из-за рубежа, которые проводят большинство повседневных исследований.
Мало что указывает на то, что китайский научный гигант не будет продолжать набирать силу. Ослабление экономики Китая может в конечном итоге вынудить КПК сократить расходы на исследования, и если страна окажется полностью отрезанной от западного научного сообщества, пострадают её научные исследования. Но ни то, ни другое не выглядит неизбежным. В 2019 году мы также задались вопросом, могут ли научные исследования процветать в условиях авторитарной системы. Возможно, со временем их пределы станут очевидны. Но пока, по крайней мере для точных наук, ответ таков: они могут процветать.
“Я думаю, было бы очень неразумно ограничивать китайское чудо, — говорит профессор Марджинсон. — Потому что до сих пор у него не было границ”.