獲得現有知識推動了基本的科學進步，是開發新技術的關鍵。本專欄研究了第一次世界大戰期間和之後發生的科學合作的下降如何影響科學和創新。國際知識流動的中斷導致科學生產的數量和質量急劇下降。這表明了開放科學期刊和辨別什麼是前沿研究的好處。
思想的創造對於科學進步，技術創新和經濟發展至關重要，特別是在一個“知識已經佔據了大部分經濟”的世界中（
經濟學人
2000）。正如許多學者（例如Arrow 1962，Mokyr 2002）所論證的那樣，創造新思想的主要投入之一是現有知識。最著名的是，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）在給羅伯特·胡克（Robert Hooke）的信中強調了現有知識的重要性：
“如果我看得更遠，那就是站在巨人的肩膀上。（牛頓，1675）
這句話不僅強調科學家以現有知識為基礎來產生新的想法，而且科學“巨人”（即前沿知識）產生的知識尤其重要。獲得現有知識不僅推動了基本的科學進步，而且也是開發新技術的關鍵，正如經濟增長的理論模型所強調的那樣（例如Romer 1986，Romer 1990，Jones 1995，Weitzman 1998）。
如圖1所示，引用前沿研究的科學文章更有可能成為“熱門”（即最終進入長期引用分佈的前1%）。
圖 1
命中論文的機率取決於引用的參考文獻
注
：該圖繪製了一篇論文成為“熱門”的機率，即直到今天，根據引用參考文獻的質量，最終在領域級引用分佈中排名前1%。僅考慮引用論文發表前五年內發表的研究的參考文獻。自我引用被排除在外。“至少一個前1%的參考文獻”條形圖顯示了引用論文成為熱門的機率，如果它引用了至少一個參考文獻，這些參考文獻最終在引文分佈的前1%中直到今天。“至少一個前 3% 參考文獻”條形圖顯示瞭如果引用論文引用了至少一個最終位於引文分佈前 3% 的參考文獻，則引用論文成為熱門論文的機率，依此類推。“無邊界參考文獻”條形圖顯示瞭如果引用論文未引用最終進入引文分佈前5%的參考文獻，則該論文成為熱門論文的機率。
雖然圖1顯示，引用研究前沿與撰寫熱門論文相關，但目前尚不清楚進入研究前沿是否對高質量思想的產生產生因果影響。這種相關性可能是由高產科學家網路推動的，他們大多引用彼此的研究，例如在1920年代和1930年代推進量子革命的物理學家。由於這種和其他內生性問題，研究人員無法從經驗上分離出前沿知識對思想創造的因果效應。
為了克服這些挑戰，我們研究了第一次世界大戰期間和戰後第一批國際科學合作的急劇下降 - “抵制中央科學家”（Iaria et al。 2018）。
對國際科學合作的衝擊
隨著第一次世界大戰的開始，世界分裂為盟軍（英國，法國，後來的美國和一些較小的國家）和中央（德國，奧匈帝國，奧斯曼帝國，保加利亞）陣營。科學家參與戰爭努力，特別是化學武器的發展，以及許多人為支援自己的祖國而採取的極端民族主義立場，使對立的科學陣營相互對立。
盟軍科學家突然與中央國家的同行——特別是德國——的同行隔絕了，德國的科學家在戰前獲得了超過40%的諾貝爾物理學和化學獎。同樣，中央科學家與盟國的同行隔絕，特別是英國（20%的諾貝爾獎）、法國（15%的諾貝爾獎）和崛起的科學超級大國美國。科學界的這種分裂在戰後持續存在，因為盟軍科學家組織了對中央科學家的抵制，以懲罰他們參與戰爭的努力。抵制在戰後的頭幾年最強烈，一直持續到1926年。 編譯 陳講運
我們記錄了國際期刊的交付被嚴重推遲，國際會議被取消或僅涉及來自交戰陣營之一的科學家（見圖2）。
圖2
索爾維物理學會議的中心科學家
注
：該圖收集了索爾維物理學會議代表的歷史照片。圓圈表示來自中部國家的代表。第一屆索爾維會議於1911年舉行，當時的主要物理學家出席了會議，包括瑪麗居里，歐內斯特盧瑟福，馬克斯普朗克和阿爾伯特愛因斯坦。同年，24名參與者中有9名來自中部國家。1913年，31名參與者中有9名來自中央國家。戰爭期間，索爾維會議被終止。第一次戰後會議於1921年舉行。來自中央國家的科學家沒有被邀請。他們也沒有被邀請參加1924年的會議。到1927年，抵制已經結束，30名參與者中有五名來自中央國家。1927年的會議可能是有史以來最著名的科學會議。它發生在量子革命的高峰期，30名參與者中有17名是現任或未來的諾貝爾獎獲得者。1930年，36名參與者中有6名來自中央國家。有關更多詳細資訊，請參閱Iaria et al。 （2018）。
衡量國際知識流動的中斷情況
我們表明，第一次世界大戰和隨後對中央科學家的抵制嚴重中斷了國際科學合作（Iaria等人，2018）。第一次世界大戰開始後，與家庭研究相比，論文引用的營地外的研究相對較少（圖3，紅色實線）。同樣，論文引用了營地內外國的研究較少，但這種下降幅度明顯較小（圖3，藍色虛線）。重要的是，國際引用的下降不僅影響了平均質量的研究，還影響了科學前沿的研究。
圖 3
國際引用次數的下降
注
：“外營外”線衡量的是營外研究相對於國內研究的引用份額。“外國內部營地”線衡量的是營地內外國科學家研究的引用份額，相對於國內的研究。僅考慮對最近研究的引用（即，前五年發表的研究）。例如，第一個點（1905年）衡量1901年至1905年間發表的研究的相對引用份額。第二個點（1906年）衡量1902年至1906年間發表的研究的相對引用份額，依此類推。有關更多詳細資訊，請參閱Iaria et al。 （2018）。
我們還調查了國際科學合作的崩潰是否影響了對立科學陣營的研究方向。使用機器學習技術潛在語義分析，我們記錄了與營地外論文的相似性在第一次世界大戰開始後急劇下降，然後在20世紀20年代緩慢恢復（圖4）。
圖 4
論文相似度的下降
注
：垂直軸測量標準化（平均值0和標準差1）潛在語義分析（LSA）標題與來自國內，營地內的外國和營地外的外國的科學家的論文相似性。“外國外營”線衡量LSA標題與營地外的論文的相似性，相對於來自家鄉的論文。“外國內部營地”線衡量LSA標題與營地內外國科學家的論文的相似性，相對於來自家鄉的論文。僅考慮與最近論文的標題相似性（即，前五年發表的論文）。例如，第一個點（1905年）測量與1901年至1905年間發表的論文的相對標題相似性，依此類推。有關更多詳細資訊，請參閱Iaria et al。 （2018）。
對科學生產和技術應用的影響
在我們論文的第二部分中，我們表明，國際科學合作的減少導致基礎科學的生產及其在新技術中的應用下降。
我們將戰前依賴國外前沿研究的科學家的生產力變化與依賴國內前沿研究的科學家的生產力變化進行了比較。1914年後，依賴國外前沿研究的科學家，現在突然與研究前沿隔絕，在頂級科學期刊上發表的論文較少（圖5）。
圖 5
依賴國內前沿研究、營內外國、營外外國前沿研究的科學家生產力的變化
注
：“外國外營”一行衡量的是戰前時期依賴營外前沿研究的科學家與依賴國內前沿研究的科學家相比，每年頂級出版物的變化。“外國內部陣營”線衡量的是那些在戰前時期依賴營地內外國科學家的前沿研究的科學家的年度頂級出版物的變化，而這些科學家則依賴於國內的前沿研究。戰前對前沿研究的依賴是透過戰前對野戰國家對一級前沿研究的引用來衡量的。有關更多詳細資訊，請參閱Iaria et al。 （2018）。
在進一步的結果中，我們還表明，國際知識流動的中斷導致值得諾貝爾獎提名的研究成果急劇下降。此外，科學家引入的新穎科學概念較少，透過引入新穎的科學術語（例如磁控管或腦電圖）來衡量。我們還表明，基本科學知識生產的減少影響了新技術的發展。突然與研究前沿隔絕的科學領域產生了更少的專利中使用的科學概念。因此，基礎科學產出的減少也對新技術的發展產生了負面影響。
對科學和創新政策的影響
這些結果表明，獲得前沿研究是產生想法的關鍵，包括開創性的想法。因此，促進獲得前沿研究可以大大增加基礎科學的產量。知識前沿的獲取需要從廣義上來解釋——不僅要對期刊文章、會議和研究研討會進行物理訪問，還要從每年發表的數百萬篇科學論文中辨別出前沿的薄薄、不斷進步和真正突破性的邊緣。科學政策應著眼於促進獲取，並利用前沿研究在促進科學進步方面的潛在催化作用。提供對期刊的開放獲取可能部分實現這一目標。
然而，辨別什麼是前沿研究需要技能，如果沒有在科學事業最前沿工作的領先科學家的指導，這些技能很難發展。個人接觸特別有用，因為面對面的互動是傳遞想法的一種優越方式（例如Glaeser 2011，Head et al。 2015）。因此，在前沿研究激增的大學中，高質量的博士課程可以幫助年輕科學家走上最有前途的職業道路（Waldinger 2010）。更成熟的科學家可以從科學中心的長期和短期訪問（Catalini et al。 2016）以及參加高質量的會議（de Leon和McQuillin 2015）和研究研討會中受益。
最後，這些結果表明，獲得前沿研究不僅影響基礎科學的生產，而且增加了科學在新技術開發中的應用。因此，擴大前沿研究機會的政策可以使社會受益，超越科學本身的範圍。