现实的科学国界
2019年诺贝尔物理学奖得主迪迪埃·奎洛兹
2019 年诺贝尔物理学奖得主詹姆斯·皮布尔斯
与其他奖项相比，诺贝尔自然科学奖在学界内具有极高的公信度与权威性，其获奖者代表着在该领域内的最高水平。加之诺贝尔自然科学奖偏重基础科学领域，是关乎人类对自然认知的基础性知识，在该领域内取得突破性成果，更体现一个国家的整体科研水平与原始创新能力，为随后的科技应用与生产实践带来源源不断的推动力。
因此，诺贝尔自然科学奖获奖数量，像一个不够精确却足够明了的指标，反映着现代自然科学在国别层面的发展格局。本文就通过统计历年诺贝尔自然科学奖的国别归属，来管窥这项科学荣誉之下的国际竞争。
推动者
根据诺贝尔奖官方数据，自1901年颁发该奖项以来（数据截至2019年度获奖名单公布后），共有612位科學家获得诺贝尔自然科学奖，其中4位科学家两次摘得诺奖桂冠。对这612位科学家所属国籍进行统计（双重国籍者统计两次）发现，他们分布于世界6大洲31个国家。其中拥有美国国籍的获奖人就有267位，占比43.63%，并与位居其后的英、德、法等国拉开较大差距，可谓遥遥领先。第五名是日本，共有22位获奖者。
到目前为止，中国籍诺贝尔自然科学奖得主共有两位（一位是杨振宁，于1957年与李政道一同在美国获得诺贝尔物理学奖，已于2017年加入中国国籍;一位是屠呦呦，于2015年获得诺贝尔生理学或医学奖，是第一位获得诺奖的中国本土科学家），位居第18位。排名在此之前的国家均为发达国家，其中位居前列者均为世界经济强国。可见，诺贝尔自然科学奖在地理空间上，存在明显的集聚现象，并且集中于发达国家，美、英、德、法四国获奖者几乎就占据了总数的3/4。
若想通过诺贝尔自然科学奖获得者的数量来体现一个国家的整体科研实力，那么国籍统计也许并不十分合适。因为科学精英在人生历程的不同阶段，常常发生跨国迁移，他们的国籍、出生地、教育地、工作地，以及诺奖成果完成地之间，在空间上并不统一。
考虑到学术传统、工作合作、科研经费和设备对研究工作的重要性，考察诺奖成果的完成地（获奖的研究工作是在哪个国家进行的）显得更为准确。例如，杨振宁先生虽然已是中国国籍，但当年他获得诺奖的成果是在美国完成的，即便那个时候杨振宁尚未加入美国国籍，根据诺奖成果完成地统计原则，他的诺奖归属地应该被计入美国。
从诺奖成果完成地的角度来看，其空间集聚性现象更为明显。612位获奖科学家的成果，集中于25个国家完成，其中美国几乎占据半壁江山。也就是说，一个世纪以来，对人类具有重大意义的科学发现与发明，几乎一半是在美国国土上诞生的，另外超过1/3的成果完成于西欧。人类现代自然科学当之无愧的主要缔造者，是美国与西欧国家。它们在这100多年里，不断推进着人类对自然的认知边界，是当今世界的科学中心。
到目前为止，中国籍诺贝尔自然科学奖得主共有两位。
三种类型
在诺奖颁发至今的近120年间，我们如果在不同的历史时期截取时间切面，就可以历时性地考察自然科学在不同国家的发展历程。陈其荣教授在2011年做过该类研究。
自1901年起至今，每20年为一个阶段，可以将诺贝尔自然科学奖的发展历程划分为6个时期。不同国家所完成诺奖成果数量在各阶段的起落，可以大致划分为三种类型。
直线上升型。此类型以美国和日本为代表。美国自1907年阿尔伯特·迈克尔孙获得第一个物理学奖之后，诺贝尔自然科学奖获奖人数逐年上升，且增势迅猛，至今一直保持在高位，尚未出现衰落迹象。日本的情形与美国较为相似，只是起步晚了近半世纪。1949年汤川秀树获得的物理学奖是日本首座诺贝尔自然科学奖，进入21世纪后，日本获奖者数量出现“井喷”现象，仅2000年至今，已有19位日本本土科学家问鼎诺奖，占日本诺贝尔自然科学奖获奖总人数的86.4%。
诺奖级别的科研创新，与学科积累传统、知识传承体制关系密切。
直线下降型。与直线上升型相反，德国、法国在20世纪的第一个20年内，频频获奖，但随后获奖者数量逐渐减少。虽然从全球范围内看，德、法两国依然是诺奖的热门国家，但早已不及往日辉煌，尤其是在美国的耀眼光芒映照下。同样走向暗淡的还有近代自然科学的发源地—意大利，它在20世纪初期短暂地延续了往昔余晖之后，几乎退出了诺奖角逐的舞台。
单峰型。还有一些国家在某个特定阶段，获奖数量明显高于其他时期，形成诺奖小高峰，如20世纪二三十年代的奥地利、六七十年代的英国、八九十年代的瑞士、冷战时期的苏联，以及21世纪以来的以色列，但这样的高潮似乎不具有延续性与稳定性。
“现代物理学之父”爱因斯坦
如果对各阶段获奖人数进行排序，可以发现诺贝尔自然科学奖空间集聚地的转移轨迹，即20世纪前40年德国位居榜首，40年代起美国一枝独秀，并一直保持至今，只是在21世纪到来之际，出现了新的追赶者—日本。
护城河
纵观诺贝尔自然科学奖获奖历史，美日两国在获奖数量上能成为直线上升型国家，很大程度上源自两国首先实现的世界经济强国地位。美国在19世纪末（一说是1894年）GDP超过英国成为世界霸主，20多年后成为世界科学中心，40多年后在诺奖获奖数量上一骑绝尘;日本于1970年GDP超过西德，80年代后期超越苏联，成为世界第二经济大国，其后30年，“阶段内诺奖数量”跃居世界第二。
由于诺贝尔自然科学奖侧重于那些对人类科学认知具有开创性贡献的基础研究，而非可以直接指导实践与进行商业生产的应用技术发明，因此，一个国家的总体经济实力是保障科学家进行诺奖级原创性研究的重要前提。优越的经济条件推动科学创新，而科学创新又通过随后的生产实践反哺经济发展，经济强国与科学强国之间的循环累积效应，使得国家的优势在随后不断加强、延续，美国就是最突出的例子。
除了经济基础之外，日本在国家层面对基础科学研究的重视以及对诺贝尔奖的推崇，使其迅速成为一位有实力的追赶者。20世纪60年代，日本提出“振兴科学技术的综合基本政策”，将国民收入的2%用于科学研究，1971年又将目标提高至3%，高于美、德、法等国。进入新世纪的2001年，日本出台了“第二个科学技术基本计划”，提出在未来的50年内获得30个诺贝尔奖的目标，引发热议与争议。然而，时间仅仅过去了不到20年，50年目标已经完成了大半。
如果说，日本的诺奖获奖人数爆发，主要源于诸如本国经济增长、政策导向这样的“内力”，那么美国科研实力的迅速崛起，在一定程度上还借助了难得的“外力”。
20世纪30年代起，法西斯政府推行的种族灭绝政策，以及弥漫整个欧洲的二战硝烟，迫使大批欧洲科学家，尤其是犹太科学家纷纷逃离欧洲，来到美国寻求庇护。据统计，二战期间被迫流亡的约1.2万犹太人中，至少有63%被美国接受，其中约1400名是科学家，包括“现代物理学之父”爱因斯坦、“原子彈之父”希拉德、“氢弹之父”特勒等。欧洲的精英流失又以德国为甚，仅1937—1939年，德国高校损失了45%的师资。大规模的德国知识流亡与美国知识注血，极大地加速了德、美两国之间的世界科学中心接替。
美国国家科学院
从微观角度来看，诺奖级别的科研创新，与学科积累传统、知识传承体制关系密切。根据美国社会学家哈里特·朱克曼对1901—1972年286位获奖者的统计，41%的获奖者至少求学或共事于一位诺贝尔获奖者周围。1972年前，美国92位获奖者中，存在师徒关系的比例在物理学领域为61.3%、化学为57.9%、生理学或医学为42.9%。1909年化学奖获得者奥斯特瓦尔德（Ostwald）的学生能斯特（Nernst）获得1920年化学奖，能斯特的学生密立根（Millikan）获1923年物理学奖，密立根的学生安德森获1936年物理学奖，安德森的学生格拉泽获1960年物理学奖。
因此，科学家的大批外流，对于一个国家、一个科研机构来说，不仅仅是失去了这些科学家本身，更是彻底摧毁了科学创新所必需的学术积累与传承机制，使其难以为继，更难以复兴。
以德国柏林大学（今柏林洪堡大学、柏林自由大学的前身）为例，该校自1810年创立以来，名师荟萃，不仅有人文领域的世界级大师黑格尔、叔本华，还有自然科学巨擘爱因斯坦、普朗克、薛定谔、海森堡、玻恩、费歇尔等，在柏林大学任教或毕业的学生中，有21位获得诺贝尔自然科学奖。但二战时期科学家的集体逃离，使得该校一蹶不振。1954年，柏林大学诞生了该校迄今为止最后一位诺贝尔自然科学奖得主博特，其后再无科学家获得诺贝尔奖。
学术优势一旦形成，就会发生良性循环的“边缘—中央”人才迁移现象，科学精英纷纷从世界各地汇聚至科学中心。
从中观层面的科研机构来看，诺奖获得者无论其受高等教育地还是工作地，都集中在世界一流的研究性大学。截至2018年，诺贝尔自然科学奖得主获得最高学历最集中的三所大学，分别为英国剑桥大学（61人）、美国哈佛大学（55人）、加州大学伯克利分校（34人）。
从宏观的国家层面来看，截至2018年的603位诺贝尔自然科学奖获得者，其中32.67%出生于美国，38.64%在美国接受教育，42.74%拥有美国国籍，47.26%在美国完成诺奖研究工作。美国科学界吸引和汇聚了世界范围内的优秀大脑，维持着其作为世界科学中心的领先地位。经济实力是一国科研水平提升的内生动力，由人才流动形成的空间层面的“马太效应”，则是以外力的方式维持并不断扩大着已有优势。
2008年，中国在科研领域的经费支出超过日本;2018年国务院发布《关于全面加强基础科学研究的若干意见》，确立“到本世纪中叶（2050年），把中国建设成为世界主要科学中心和创新高地”的战略目标。根据近一个世纪以来世界各国科研实力消长变化来看，中国与诺贝尔自然科学奖、与世界科学中心的距离，也许只需要时间来缩短。