VoxEU列经济历史经济研究前沿生产力和创新

前沿知识对于创意产生的重要性

2018年1月26日

获取现有知识促进了基础科学进步，是发展新技术的关键。本专栏研究第一次世界大战后科学合作的减少如何影响科学和创新。国际知识流动的中断导致了科学成果的数量和质量的严重下降。这就指出了开放获取科学期刊和辨别什么是前沿研究的优点。

作者

费边Waldinger

创意的创造对于科学进步、技术创新和经济发展至关重要，特别是在一个“知识已经占据了经济的大部分”的世界里。《经济学人》2000)。正如许多学者(如Arrow 1962, Mokyr 2002)所论证的那样，在创造新思想的过程中，主要的输入之一是现有的知识。最著名的是，艾萨克·牛顿在给罗伯特·胡克的信中强调了现有知识的重要性:

”如果说我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上”(牛顿,1675)。

这句话不仅强调了科学家在现有知识的基础上产生新思想，而且还强调了由科学“巨人”产生的知识——即前沿知识——特别重要。正如经济增长的理论模型所强调的那样(例如Romer 1986, Romer 1990, Jones 1995, Weitzman 1998)，获取现有知识不仅推动了基础科学进步，而且也是新技术发展的关键。

如图1所示，引用前沿研究的科学文章更有可能成为“热门”(即最终在长期引用分布的前1%)。

图1根据引用文献的不同，论文被选中的概率不同

笔记:该图绘制了一篇论文成为“热门”的概率，即直到今天为止在领域级引用分布中排名前1%的概率，这取决于被引用文献的质量。只考虑引用论文发表前五年内发表的研究。文献被排除在外。“至少有一篇前1%的参考文献”条表示的是，如果这篇论文引用的文献至少有一篇在今天之前的引用分布中排名前1%，那么它成为热门文章的概率。“至少有一篇前3%的参考文献”条表示的是，如果一篇引用的文献至少有一篇最终在引用分布的前3%中结束，那么该论文成为热门文章的概率，以此类推。“无前沿参考文献”栏显示的是，如果这篇论文没有引用引文分布中排名前5%的文献，那么它成为热门文章的概率。

虽然图1显示引用研究前沿与撰写热门论文相关，但尚不清楚进入研究前沿是否对高质量想法的产生有因果影响。这种关联可能是由富有成效的科学家组成的网络所激发的，他们大多引用彼此的研究，比如在20世纪20年代和30年代推进量子革命的物理学家。由于这个和其他内生性问题，研究人员无法从经验上分离出前沿知识对创意创造的因果影响。

为了克服这些挑战，我们研究了第一次世界大战期间和战后最初几年国际科学合作的急剧下降——“抵制中央科学家”(Iaria等人，2018年)。

这对国际科学合作是一个冲击

随着第一次世界大战的开始，世界分裂为同盟国(英国、法国、后来的美国和一些较小的国家)和中同盟国(德国、奥匈帝国、奥斯曼帝国、保加利亚)阵营。科学家参与战争，特别是参与化学武器的开发，以及许多人为支持祖国而采取的极端民族主义立场，使对立的科学阵营彼此对立。

同盟国的科学家突然被切断了与中部国家同行的联系——特别是来自德国的科学家。在战前，德国科学家获得了超过40%的诺贝尔物理学和化学奖。同样，中央科学中心的科学家被切断了与同盟国同行的联系——特别是来自英国(20%的诺贝尔奖)、法国(15%的诺贝尔奖)和正在崛起的科学超级大国美国的科学家。科学世界的这种分裂在战后的几年里持续存在，因为联合科学家组织了一场抵制中央科学家的运动，以惩罚他们参与战争的努力。抵制活动在战后的头几年最为强烈，一直持续到1926年。

我们记录了国际期刊的交付严重延误，国际会议被取消或只涉及来自交战阵营之一的科学家(见图2)。

图2索尔维物理会议的核心科学家们

笔记:该图收集了索尔维物理会议代表的历史照片。圆圈表示来自中部国家的代表。第一届索尔维会议于1911年举行，当时的著名物理学家都参加了会议，包括玛丽·居里、欧内斯特·卢瑟福、马克斯·普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦。在这一年，24名与会者中有9名来自中部国家。1913年，31位参加者中有9位来自中央国家。战争期间，索尔维会议中断了。战后第一次会议于1921年召开。来自中亚国家的科学家没有被邀请。他们也没有被邀请参加1924年的会议。到1927年，抵制运动结束，30名参与者中有5人来自中部国家。 The 1927 conference is possibly the most famous scientific conference ever organised. It took place at the height of the quantum revolution, and 17 of the 30 participants were current or future Nobel Laureates. In 1930, six of the 36 participants came from Central countries. For more details see Iaria et al. (2018).

衡量国际知识流动的中断

我们表明，第一次世界大战和随后对中央科学家的抵制严重中断了国际科学合作(Iaria等人，2018年)。第一次世界大战开始后，论文引用的来自营地外的研究相对较少，相比于来自国内的研究(图3，红色实线)。同样，论文引用的来自阵营内外国的研究较少，但这种下降明显较小(图3，蓝色虚线)。重要的是，国际引用量的下降不仅影响了平均质量的研究，也影响了科学前沿的研究。

图3国际引用量下降

笔记:“国外外部阵营”线衡量的是来自外部阵营的研究相对于来自国内的研究的引用份额。“阵营内的外国科学家”这条线衡量的是阵营内外国科学家的研究与国内研究的相对引用份额。只考虑对最近研究的引用(即前五年发表的研究)。例如，第一个点(1905)衡量的是1901年至1905年发表的研究的相对引用份额。第二个点(1906)衡量1902年至1906年发表的研究的相对引用份额，以此类推。更多细节见Iaria等人(2018)。

我们还调查了国际科学合作的崩溃是否影响了对立科学阵营的研究方向。利用机器学习技术潜在语义分析(Latent Semantic Analysis)，我们记录了与阵营外论文的相似度在第一次世界大战爆发后急剧下降，然后在20世纪20年代缓慢恢复(图4)。

图4论文相似度下降

笔记:纵轴测量的是与国内科学家、阵营内的外国科学家和阵营外的外国科学家的论文的标准化(均值0和标准差1)潜在语义分析(LSA)标题相似度。“国外外营”线衡量的是LSA标题与国外营的论文的相似度，相对于国内的论文。“营地内的外国人”这条线衡量的是LSA标题与营地内外国科学家的论文的相似度，相对于国内的论文。只考虑与近期论文(即前5年发表的论文)的标题相似度。例如，第一个点(1905)衡量的是与1901年至1905年间发表的论文的相对标题相似度，以此类推。更多细节见Iaria等人(2018)。

对科学生产和技术应用的影响

在本文的第二部分，我们表明国际科学合作的减少导致了基础科学的生产及其在新技术中的应用的下降。

我们将战前依赖国外前沿研究的科学家的生产力变化与依赖国内前沿研究的科学家的生产力变化进行比较。1914年以后，依靠国外前沿研究的科学家在顶级科学期刊上发表的论文减少了，而现在突然被排除在前沿研究之外。

图5依赖国内前沿研究的科学家的生产力变化，来自营地内的外国科学家的生产力变化，以及来自营地外的外国科学家的生产力变化

笔记“国外营外”线衡量的是战前依赖于营外前沿研究的科学家与依赖于国内前沿研究的科学家的年度顶级论文的变化。“营地内的外国科学家”这条线衡量的是，在战前时期，依靠营地内外国科学家的前沿研究的科学家与依靠国内前沿研究的科学家的年度顶级论文数量的变化。战前对前沿研究的依赖程度是通过战前对前沿研究的田野-国家对一级的引用量来衡量的。更多细节见Iaria等人(2018)。

在进一步的研究结果中，我们还表明，国际知识流动的中断导致了值得获得诺贝尔奖提名的研究成果的显著下降。此外，通过引入新的科学词汇(如磁控管或脑电图)来衡量，科学家引入的新科学概念更少。我们还表明，基础科学知识生产的减少影响了新技术的发展。突然与研究前沿隔绝的科学领域产生的用于专利的科学概念更少。因此，基础科学产出的减少也对新技术的发展产生了负面影响。

对科学和创新政策的影响

这些结果表明，进入前沿研究是产生想法的关键，包括开创性的想法。因此，促进对前沿研究的获取可以大大增加基础科学的产出。需要从广义上解释对知识前沿的接触——不仅是对期刊文章、会议和研究研讨会的实际接触，而且要从每年发表的数百万篇科学论文中辨别出薄弱的、不断进步的、真正具有开创性的前沿。科学政策应着眼于促进获取和利用前沿研究在促进科学进步方面的潜在催化作用。提供期刊的开放获取可能在一定程度上实现这一目标。然而，辨别什么是前沿研究需要的技能，如果没有工作在科学努力前沿的顶尖科学家的指导，这些技能是很难培养出来的。个人联系尤其有用，因为面对面的交流是传递思想的一种更好的方式(例如Glaeser 2011, Head et al. 2015)。因此，在前沿研究激增的大学里，高质量的博士项目可以帮助年轻科学家走上最有前途的职业道路(Waldinger 2010)。甚至更多已经成名的科学家也可以从对科学中心的长期和短期访问(Catalini et al. 2016)、参加高质量的会议(de Leon and McQuillin 2015)和研究研讨会中获益。

最后，这些结果表明，获得前沿研究不仅影响基础科学的生产，而且还增加了科学在新技术开发中的应用。因此，扩大前沿研究准入的政策可以使社会超越科学本身的范围。