• 精選
  • 會員

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

2019年10月10日來源:知識分子 作者: 提供人:huilu50......
日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

編者按:

2000年來的20年間,日本共有19位科學家獲得諾貝爾自然科學獎,平均每年一位,令世人驚嘆。

日本何以取得“井噴”式成就?北大哲學系暨科學與社會研究中心科技史教授周程從宏觀、中觀、微觀三個層面分析其文化、體制等多方面因素發現,日本科學“井噴”最不可忽視的原因是,該國在經濟快速發展時持續加大科研投入,在經濟形勢嚴峻時依然不吝于科研投入,并把堅持原始性科技創新作為改觀日本前途的必由之路。

“他山之石,可以攻玉”,剖析鄰國的科研、教育體制,也許可以在人才培養、科技強國方面給予我們一些啟迪。《知識分子》將陸續刊文探討這一現象。

撰文 | 周程(北京大學科學與社會研究中心教授 )

秦皖梅(北京大學科學與社會研究中心碩士研究生)

責編 | 程莉

● ● ●

北京時間10月9日傍晚,2019年諾貝爾化學獎揭曉,授予約翰·班寧斯特·古迪納夫(John. B. Goodenough)教授、斯坦利·惠廷漢姆(Stanley Whittingham)教授、吉野彰教授。

吉野彰出生于1948年1月30日,出生于日本大阪,現年71歲。吉野教授于1970年從京都大學工學部石油化學科畢業,1972年獲工學碩士學位,2005年獲大阪大學工學博士學位。1972年,吉野彰進入旭化成工業株式會社,1994年擔任AT&T技術開發部長,1997年擔任旭化成工業株式會社離子二次電池事業推進室室長。2005年至今,吉野教授擔任旭化成工業株式會社吉野研究室室長。

此前,日本曾于2000年至2002年連續三年摘得諾貝爾自然科學獎桂冠。這次,日本又摘得諾貝爾自然科學獎桂冠。

日本在邁入21世紀的最初20年里,平均每年獲得1枚諾貝爾自然科學獎獎牌,將過去的諾貝爾獎強國——英國、德國、法國遠遠甩在身后,令國際社會驚嘆不已。人們不禁要問,日本何以在21世紀初期出現諾貝爾獎井噴現象?

以下,擬從宏觀、中觀和微觀三個視角嘗試考察一下導致日本在21 世紀初期出現諾貝爾獎井噴現象的可能原因。

1 二戰后日本的經濟、科研和教育

統計表明,2000年以后的日本諾獎獲得者的獲獎研究成果大都是在上個世紀70、80年代前后取得的,比他們的獲諾獎時間要早二、三十年。

大隅良典的獲獎研究成果實際上也是上個世紀80年代末90年代初在東京大學執教期間取得的,距今已有二十多年。

因此,如果要從宏觀視角探尋導致21世紀初期日本諾貝爾獎出現井噴現象的原因,有必要將視線投向上世紀的七、八十年代,乃至六十年代。當時的日本社會一定發生了某種巨大的變化,使得當時的科學家有條件取得足以獲諾貝爾獎的研究突破。

1.1 戰后經濟的飛速發展

經濟的發展無疑對科技的發展起著重要的促進作用。科技的發展需要足夠的優秀人才、先進的實驗儀器設備和充裕的研究經費,這些要素無不需要堅實的經濟基礎。實際上,日本上個世紀六、七十年代的經濟發展就提供了這樣的一個后盾。

在上個世紀60年代,日本政府制定了著名的“國民收入倍增計劃”,推動經濟以近于10%的年平均增長率持續高速增長。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

從表1中可以看出,日本六十年代大多數年份的經濟增長率都十分可觀,許多年份甚至達到了兩位數。結果,日本經濟的增長遠遠超過了“國民收入倍增計劃”所定下的“在今后10年中計劃將國民生產總值提高兩倍以上,尤其是1961年后的三年間要將平均經濟增長率維持在9%”這一目標。

和湯川秀樹有深交的,京都大學名譽教授佐藤文隆在接受日經社采訪時就提到了經濟要素對科技發展的作用:“70年代之后日本科學十分具有活力。伴隨著經濟發展,日本的理論研究和實驗都達到了世界頂尖水平。湯川秀樹點燃了火種,而助長火勢的就是經濟發展。”

1.2 科研經費投入持續增長

1960年,日本在制訂“國民收入倍增計劃”的同時,還制定了與此目標相呼應的“振興科學技術的綜合基本政策”,提出要力爭將國民收入的2%用于科研。下圖揭示了這一時期日本研發費投入占國民收入及國內生產總值之比的實際增長情況。該圖顯示,2%的數值目標進入七十年代后不久即告達成,也就是說,日本上個世紀七十年代初的研發投入強度就接近達到了我國今天的水準。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?日本經濟高速增長期研發費投入占國民收入及GNP之比

20世紀70年代兩次石油危機對世界經濟造成很大的沖擊,但日本國民生產總值仍然增長了1.8倍。在科研資金的投入方面,1971年提出的目標是,將國民收入的3%用于科研。由于國際經濟發展的影響,這一目標在實踐當中受到影響,研發經費的增長低于60年代,但到1975年,日本的研發經費總額還是達到2.62萬億日元,占國民收入的2.11%,超過了法、英兩國的研發經費總額,步入科技大國的行列。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?主要國家研發費投入占國內生產總值之比的推移

從上圖中可以看出,20世紀最后的20年里,除去泡沫經濟破裂之初的三、四年,日本的研發費投入占國內生產總值之比基本上處于不斷攀升的態勢。事實上,即使在泡沫經濟崩潰之后面對著嚴峻的經濟形勢,日本政府也依然不吝嗇于科研投入。由2015年諾貝爾物理學獎得主梶田隆章主持的超級神岡探測器便建于1991年,耗資約104億日元。可以說,如果沒有這臺領先世界的儀器,梶田想要作出諾獎級研究幾乎是不可能的。

前已述及,2000年以后的日本諾貝爾獎得主的獲獎研究成果大都是在20世紀七、八十年代前后取得的。換言之,日本21世紀初期的諾貝爾獎獲獎者大多數是在日本將研發費投入占國民收入之比提高到2%之后才取得重大科技突破的。這一點非常重要!

從圖中還可以發現,德國、法國,尤其是韓國近年來的研發費占國內生產總值之比也相當之高,但卻沒有像日本一樣培育出眾多諾貝爾獎得主。由此看來,加大研發費的投入只是取得諾獎級科技突破的必要條件,并非充分條件。因此,有必要進一步考察其他因素。

1.3 第二次教育改革卓有成效

本世紀日本諾貝爾獎獲得者接受義務教育和高等教育的年代大多集中于上個世紀五、六十年代,而當時日本的教育正經歷著一場深刻的變革。

學界一般認為日本經歷了三次教育改革,第一次改革從明治維新開始到第二次世界大戰結束為止(1868-1945)。這一時期的教育體制與西方啟蒙運動以來的教育理念相悖,目的是讓個人服從于國家。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?大日本帝國明治天皇《教育敕語》,于1890年頒布,是這個教育體制的最高綱領

可想而知,如此僵硬的體制必然會退出歷史舞臺,1947年頒布的《教育基本法》提供了一種新的選擇,即用和平主義和民主主義教育取代以往的國家主義和軍國主義教育,對教育理念、學校制度、課程教學等多方面進行了改革。例如許多國際知名的文學作品被寫進教科書,而這些作品無不洋溢著科學精神,包含尊重人權與個性、世界的合作與和諧等要素。戰后開始的這場改革被稱作為第二次教育改革。日本的第三次教育改革從七十年代開始,直至今日仍在繼續。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?《教育基本法》?御署名原本。來源:國立公文書館

從時間上看,與諾獎井噴關系最為密切的是第二次教育改革。

以1960-1970年間的十年為例,為了使大學培養出能夠為社會所用的人才,日本中央教育審議會先后就義務教育、醫學教育、特殊教育、私立學校教育、教科書制度、短期大學制度、教師培養制度等諸多問題向文部省提出了多份咨詢報告。1963年1月中央教育審查會議向文部省提出了題為“關于改善大學教育”的第19份咨詢報告。這份報告提出的諸如擴大教育規模、增設理科類的高等教育機構、充分保障大學的財政狀況等建議,對后來的日本大學教育產生了深遠的影響。

在上述報告以及相應的政策計劃的指導下,日本大學教育在經濟高速成長期得到了很大的發展。首先,大學數量明顯增加。1960年至1970年間,日本高等教育機構的總數從525所增加到921所,增加了75%。相對應的,大學生數量大幅增加,1970年的在校生數量(168.5萬)是1960年(71萬)的2.4倍。日本的大學教育在六十年代中期儼然進入了“大眾化階段”。這為大幅度提高公民科學素養奠定了基礎。

這一時期,日本大學的學科結構也發生了顯著變化。經濟的高速增長加大了對理工類人才的需求,工程類學生的比例從1960年的15.4%上升到1970年的21.1%,人文學科類學生的比例則從1960年的15.4%下降到了1970年的12.7%。

教育經費的增長也成為這一時期的一個明顯特征。日本教育經費占國民收入的比例從六十年代起一直處于上升趨勢,到1977年這一比例已經達到了8.02%。同時,高等教育經費占教育經費的比例也穩步上升,從1960年的13.4%上升到了1970年的16.9%,中間有些年份甚至超過了18%。

第二次教育改革不僅使日本的大學教師獲得了更多研究自由和穩定的經費支撐,而且還使學生獲得了更多參與科學研究的機會,得到了更多科學研究訓練。這些無疑會對日本學者的科學研究產生積極影響。根據湯森路透的數據,1982年日本在五個科學領域中發表的論文數量為12534篇,僅次于發表數量為33744篇的美國,位列世界第二,而當年世界總論文發表數量僅為121739篇。

要而言之,日本經濟從上個世紀六十年代開始進入高速增長期,歷經十余年一躍成為世界經濟強國。伴隨著經濟的發展,日本的研發經費投入總額和研發經費投入強度也在不斷增大,這為科技發展奠定了堅實的物質基礎。經濟的發展需要補充大批高質量的專門人才,特別是理工科人才,這就要求大學擴大教育規模、調整學科結構,增加經費投入,提高辦學質量,改善治理方式。這些因素綜合起來,給日本的諾獎得主們創造了一個得天獨厚的教育環境和研究氛圍。

2 日本的國立綜合大學:以名古屋大學為例

下圖揭示了日本高校培育21世紀諾貝爾獎得主的情況。該圖采用的計分方式為:獲獎科學家在某大學讀完本科課程,則給該大學計1分;在某大學讀完碩士課程,也給該大學計1分;同理,在某大學讀完博士課程,也給其計1分。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?日本高校培育21世紀諾貝爾獎得主情況

從圖中可以得出以下兩點信息:

第一,日本的諾貝爾獎得主們大多在名古屋大學、東京大學、京都大學等國立綜合大學接受了教育。這也從一個側面說明日本本土的高等學府,特別是國立綜合大學已經具備培育出眾多諾貝爾獎得主的條件。

第二,名古屋大學和東京大學在這一方面表現尤為突出。進入21世紀后,名古屋大學出身的下村修、益川敏英、小林誠、天野浩等先后摘得諾貝爾獎桂冠,使得名古屋大學的積分攀升至13分,占據明顯優勢。因此可以說,名古屋大學是日本高等學府的典型代表之一,對其進行適當考察大有必要。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?名大(Nagoya University)校碑

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?名大地標,豐田講堂

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?名大博物館,設有“名古屋大學諾貝爾獎研究Corner”

2.1 學風開明、自由

二戰結束之前,日本在本土內一共設立了七所帝國大學:東京帝國大學、京都帝國大學、東北帝國大學、九州帝國大學、北海道帝國大學、大阪帝國大學、名古屋帝國大學。這七所帝國大學二戰后被改造成了以研究為主的國立綜合大學。作為一所研究型大學,名古屋大學教師中“科研至上”的觀念可謂根深蒂固。1992年、2007年的卡內基大學教師國際調查顯示,七成左右的日本大學教師在教育與研究中更重視后者。在國立綜合大學中,這種傾向更為嚴重。盡管在學生趨于多元的高等教育后大眾化階段,這種研究至上的辦學模式已經引起日本民眾越來越多的非議,但它在研究人才的挖掘和培養上確實存在諸多優勢。

而且,名古屋大學還是日本最年輕的帝國大學,它的創立要比第一所帝國大學——東京大學晚六十多年。為了同老牌帝國大學競爭,名古屋大學教師的晉升相對比較快,以致該校教授和副教授大都比較年輕,學術風氣也更為開明、自由與民主。名古屋大學副校長渡邊芳人在2009年接受記者采訪時指出:“名古屋大學的校訓是‘做有勇氣的知識分子’,其含義不僅僅是培養獲取已有知識的人才,而且是有勇氣抱著懷疑精神進行研究的人……并且,導師的開明可以說是一個重要因素……”

名古屋大學的開明、自由與民主還體現在不拘一格地選拔人才上。2001年諾貝爾化學獎得主野依良治原本畢業于京都大學,碩士畢業后留校擔任助教。在他決定離開京都大學、但尚未找到去處之際,兩位名古屋大學的教授熱情地將其邀請到自己所在大學擔任有機化學講座的副教授并任講座負責人。當時野依在學術界并不出名,刊發其不對稱合成研究成果的雜志影響力也不高。但是名古屋大學依然肯定了他對待學術的態度和能力,并破格錄用了他。

綠色熒光蛋白的發現者下村修1960年被名古屋大學破格授予理學博士學位,但他當時只是名古屋大學理學部的一名進修生,博士論文也只有六頁。由于他首次制得海螢熒光素的結晶,并揭示了其化學結構,獲得了國際同行的高度評價,故盡管他只是一名專科畢業生,而且在名古屋大學只進修了兩年,但是名古屋大學仍然破格授予其最高學位。正是因為有了這張博士文憑,下村修隨后才得以前往普林斯頓大學做博士后研究,并最終發現綠色熒光蛋白。

藍光二極管的發明人之一赤崎勇從松下技術研究所調回名古屋大學時已年滿51歲。為了支持他開展化合物半導體研究,名古屋大學花巨資專門為其建造了一間無塵實驗室,而當時日本的大學普遍都還沒有無塵實驗室。此后,為回報名古屋大學,赤崎將自己的研究室建設成了一座“不夜城”,并為名古屋大學培養出了一名年輕的諾貝爾物理學獎獲得者——天野浩。

2.2產學合作活躍

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?名大在名古屋市的位置

名古屋市與豐田市等城市一起形成了世界知名的汽車工業都市圈,即著名的“中京工業地帶”。坐落在工業都市圈中的名古屋大學與產業界的合作不僅非常緊密,而且由來已久。渡邊副校長在接受采訪時曾強調指出:“名古屋大學所在的制造業發達的名古屋地區,有豐田汽車等集團,應該說名古屋大學的工學和產業界聯系最為密切,開展產學研合作是一個重要內容。”

名古屋大學在舊制帝國大學中比較早地設立了和企業合作的“共同研究中心”,在校內營造出了一種濃厚的產學合作研究氛圍。野依良治可謂是開展產學合作研究的一個典范。野依非常重視三“際”,即國際、學際和社會際。社會際主要指大學和產業界之間的交流合作。他認為:雖然日本當時在許多領域已經具有比較高的論文引用頻率,但是產生了強烈影響的研究并不多,因此,需要借助產業界來使研究成果走向應用,以擴大研究成果在社會上的影響。這就要求大學高度重視產學合作。實際上,野依在不對稱合成反應領域取得的重大科技突破可以說是和高砂香料工業、帝人株式會社等產業界合作伙伴開展協同創新的結果。

產學合作在日本受到了高度的重視,尤其是在高等教育經費受限,日美“技術摩擦”加劇的情況下。實際上,東京大學、京都大學、北海道大學、東北大學等日本國立大學也都建立了產學合作研究機構,開展合作研究。譬如,東京大學小柴昌俊主持的神岡探測器項目就離不開企業的大力支持;田中耕一獲獎更表明日本的企業通過開展產學合作已具備了作出諾貝爾獎級科技突破的實力。

總的來說,以名古屋大學為代表的日本高等學府,特別是國立綜合大學重視科研、敢于打破常規,努力為學生及任教人員自由開展科學研究創造良好條件;并通過與產業界開展產學合作,實現互惠雙贏,大幅度地提升了大學和企業開展原始性科技創新的能力。

3 日本的科學工作者

日本的科學工作者給大多數人留下的第一印象大概都是工作態度認真嚴謹。對日本的諾貝爾獎得主逐一進行考察之后,不難發現他們身上還具有一些其他共性。

3.1 師承關系密集

即使是在世界范圍內,日本科學工作者中密集的師承關系也是十分突出的。

在三個諾貝爾自然科學獎項中,日本得獎人數最多的獎項是物理學獎。故以物理學獎為例,概覽一下“名師出高徒”現象在日本諾獎獲得者中的體現。

先來看看小柴昌俊和梶田隆章師徒二人的情況。20世紀70年代末,小柴提出進行神岡實驗來尋找質子衰變,當時梶田作為助手也參與了進來。神岡實驗沒有找到質子衰變,卻探測到了宇宙中微子。小柴因此與戴維斯分享了2002年諾貝爾物理學獎。到了20世紀90年代,梶田隆章從老師小柴手中接過接力棒,成了超級神岡實驗裝置的負責人之一。1998年,梶田發表了實驗測量結果,第一個證實了中微子震蕩現象的存在。這一發現使梶田得以登上2015年的諾貝爾物理學獎領獎臺。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?小柴昌俊(右,Masatoshi Koshiba)和梶田隆章(左,Takaaki Kajita)師徒,2015年10月15日。來源:產經新聞社

小柴和梶田師徒二人是以不同時期做出的不同研究成果分別獲得諾貝爾物理學獎的,赤崎勇和天野浩則是以同一時期在同一領域做出的研究成果同時獲得諾貝爾物理學獎的。1981年赤崎回到曾經擔任過副教授的名古屋大學工學部電子工學科任半導體講座教授,進行藍色發光二極管(LED)的研究。1982年,還是大學本科四年級學生的天野浩加入到赤崎勇實驗室。二人經過十年的努力,終于在1992年成功得到了高亮度的藍色發光二極管。同年赤崎勇從名古屋大學退休轉到名城大學理工學部任特聘教授,天野浩也跟隨其老師前往名城大學任講師。這種師徒二人共同進行研究、共同獲獎的情況可以說是師承關系的典型體現。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?赤崎勇(中,Isamu Akasaki)和天野浩(右,Hiroshi Amano),左為中村修二(Shuji Nakamura)

第三個例子來自于2008年的物理學獎得主益川敏英和他在名古屋大學的導師坂田昌一。投身物理學界的契機來源于1955年高中時代的益川在雜志上讀到坂田昌一的一篇論文,內容是一個由質子、中子和λ粒子構成的復合粒子模型。他曾在演講稿中寫道:“原來我的想法十分膚淺,以為科學還是歐洲那邊19世紀以前弄出來的東西。如果這件事發生在首都東京,我也許不會關注,但是就在我居住的名古屋,科學在發展!由此我產生了想要加入他們的強烈愿望”。正是因為看到了這篇論文,益川才決定考取名大的物理學系,并最終成功通過入學考試,進入了坂田昌一實驗室。坂田在他的時代也是聲名赫赫的物理學家,可謂是諾貝爾獎級別的大師,雖然他自身沒有獲得諾貝爾獎,但他的學生為他圓了諾獎夢。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?坂田昌一(左,Shoichi Sakata)、益川敏英(右,Toshihide Maskawa)

3.2 擅長團隊合作

2015年諾貝爾生理或醫學獎得主的大村智曾經說過:“相比于美國人,日本的科學工作者們更加擅長合作。” SSK的代表人物之一沙倫·特拉維克(Sharon Traweek)曾經對日本高能物理研究所(KEK)和美國斯坦福線性加速中心(SLAC)做過詳盡的對比研究:在日本粒子物理學界,日本人高度重視培育下一代,美國則強調每個物理學家都要作出盡可能好的物理學。另外,以KEK為例,日本的研究小組的模型是“家”,小組中的人員沒有嚴格的分工,也不存在等級制度。而SLAC則類似于一支“球隊”,研究小組的領導相當于球隊的教練,掌握著主導權。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?進入研究生院學習的益川敏英(Toshihide Maskawa)和小林誠(Makoto Kobayashi)

2008年諾貝爾物理學獎得主益川敏英和小林誠創立的小林-益川模型就是典型的二人合作研究的成果。益川在演講稿中寫道:“小林誠進入名古屋大學研究生院的時候,我正在名古屋大學做助手(1967-1970)。我們有一個研究小組,而小林屬于那種碩士生階段就能和我們對等討論的,十分有才華的人。我已經不記得小林誠是什么時候不知不覺就融入了我們的研究小組。他在我前往京都之后給我寄了信件,借此機會我們二人開始頻繁往來書信,最后敲定一起寫出一篇論文。小林在兩年后也來到了京都大學,和我一起進行工作。”由于益川對CP對稱性的破缺這一課題十分在意,1972年5月開始,兩人開始從事這一項研究。每天上午十點,兩人會在京都大學碰頭,討論兩個小時。他們的分工相當明確,益川負責進行理論性的假設和構想,而小林則負責實驗檢驗。在經歷了無數次小林給出NG之后,益川某天晚上在洗澡起身時構思的六元夸克模型終于通過了小林的驗證。二人十分謹慎的花了一個月的時間寫了一篇五頁的論文,然后小林將其翻譯成英文,并于當年的9月1日投稿。益川的英文一直不好,因此論文的翻譯才全權委托給了小林。即使是在語言問題上,二人的工作也體現了完美的合作精神。

小林-益川模型的獲獎不僅包含了這兩個人之間的合作,而且還體現了KEK和小林及益川的合作。論文發表當時,世界上只發現了三種夸克,誰都無法證明二人創立的六元夸克模型是否正確,更別提基于這個模型才會發生的CP對稱性破缺。KEK找出第四到第六種夸克的第一個目標沒有達成,于是將目光轉向了小林-益川理論中的另一個部分:CP對稱性破缺。2001年日本幾乎同時和美國觀察到了CP對稱性破缺現象。在2008年的諾貝爾物理學獎頒獎詞中提到了SLAC和KEK在證明CP對稱性破缺中作出的重大貢獻。“KEK的新計劃就是對小林-益川理論進行實驗驗證,他們獲獎了就好像研究所的所有人員一起獲獎了一樣。”頒獎詞中的這句話很短,但它卻很好地揭示出了日本科學工作者的團隊合作精神。

像這類緊密合作、集智攻關、協同創新的例子還可以舉出很多。如果沒有這種團結合作意識,彼此各自為陣,甚至相互拆臺,很難想象能夠戰勝競爭對手,率先取得諾貝爾級研究突破。

3.3 勇于改造實驗裝置

在科學日益技術化、技術日益科學化的今日,使用別人已經使用過的實驗裝置開展研究,雖然偶爾也能夠獲得一些意外的發現,但是這種概率遠小于先行者。因此,自行改造或設計制作實驗裝置,確保其先進性和唯一性,在很多情況下已成為開拓研究領域、催生源頭創新、推動前沿突破的前提條件之一。

可以說,自行改造乃至設計制作重要實驗裝置是2014年諾獎得主中村修二得以率先研制出氮化鎵基高效率藍色發光二極管的關鍵。

日本科學家再次獲諾獎:日本科學為何“井噴”?

?中村修二(左,Shuji Nakamura)在實驗室

中村修二受父親的影響,從小就喜歡動手干些工匠活。在名不經傳的德島大學上學期間,中村遇到了一位不主張從市場上購買通用儀器設備開展實驗研究的導師,因此開展研究時不得不自行設計制作一些實驗儀器設備。在此過程中,中村逐漸掌握了電氣焊接和機械加工等技能。這為其后來開展實驗研究打下了良好的基礎。

進入“鄉鎮企業“日亞公司之后的最初九年,中村修二先后研制出了三個產品:磷化鎵、砷化鎵和砷化鋁鎵。在試制磷化鎵和砷化鎵過程中,為了節約研究經費,中村還常常使用焊接設備將已經使用過的石英管拼接起來繼續使用,從而練就了一手焊接石英管的絕活。這對其后來改造氣相外延生長裝置,研制氮化鎵半導體薄膜幫助甚大。

1988年,中村修二大膽向公司提出的研制藍色發光二極管的建議獲準通過后,被安排到美國佛羅里達州立大學進修一年,主要學習研制藍色發光二極管時必須掌握的金屬化合物氣相外延生長法。由于學歷和地位不高,中村不得不使用實驗室里的一臺已被拆解得面目全非的金屬化合物氣相外延生長裝置零部件,自行搭建金屬化合物氣相外延生長裝置。這樣一來,在美國的最初九個月和他在日亞的最初九年一樣,幾乎每天都在從事焊接、配管等作業。如果沒有這九個月的磨練,很難想象,他返回日亞后敢對花了近2億日元從美國進口的金屬化合物氣相外延生長裝置進行大幅改造。

中村修二在美國進修期間,就已決定使用只有赤崎勇團隊還沒有放棄的氮化鎵來試制藍色發光二極管。由于當時根本就沒有現成的生長氮化鎵半導體薄膜用的金屬化合物氣相外延生長裝置,故日亞從美國訂購的乃按照生長砷化鎵半導體薄膜的要求進行設計的金屬化合物氣相外延生長裝置。顯然,用這套進口裝置試制氮化鎵半導體薄膜也遇到了很多困難。

但正是因為在不斷試錯的基礎上,中村才能在比較短的時間內試制出了一批制備高效率藍色發光二極管所需的半導體材料或器件。

中村團隊于1992年9月成功地試制出了氮化鎵/氮化銦鎵雙異質結發光二極管。1993年2月,又通過給氮化銦鎵摻少許鋅和硅,獲得了發光亮度更高的氮化銦鎵摻雜結晶。一個月后,中村等人又使用上述雙氣流式特殊裝置,將采用氮化銦鎵摻雜結晶制成的雙異質結發光二極管的發光波長擴大到藍光范圍,并進一步提高了亮度,為當年正式投產氮化鎵基雙異質結型高效率藍色發光二極管奠定了基礎。

要而言之,如果沒有雙氣流式金屬化合物氣相外延生長裝置,很難想象中村修二團隊在1993年就能實現高效率藍色發光二極管的批量生產。換言之,正是因為中村能夠設計制作出全球唯一的先進實驗裝置,他的團隊才能率先開發出全球第一個高效率藍色發光二極管。

總的來講,日本科學工作者因深受工匠精神的浸染,自行改造、甚至設計制造實驗裝置的意識比較強;而且,日本的工業技術基礎非常雄厚,改造、搭建實驗裝置也相對比較容易,故新世紀的日本科學工作者使用獨特的實驗裝置做出全新的科學發現的案例不斷涌現。中村修二、田中耕一是這樣,小柴昌俊、梶田隆章、赤崎勇、天野浩也是這樣,山中伸彌、鈴木章等人同樣也不例外。

4 結語

以上,只是從宏觀、中觀和微觀三個層面對21世紀初期日本出現諾獎井噴現象的成因展開的初步探討。因時間倉促,未能對其中的一些論點進行仔細推敲,不當之處,還請各位方家不吝賜教。由于各節的標題已經比較好地表達了自己的觀點,故在此不再贅述。

討論21世紀初期日本諾獎井噴現象,不得不觸及日本政府提出的在21世紀前50年里獲得30個諾貝爾獎之計劃。如眾所知,1995 年,日本國會通過了一個影響深遠的重要法律——《科學技術基本法》,明確提出“科學技術創造立國”的口號,并將其作為基本國策。1996年,日本內閣依據上述基本法制定了一個為期五年的《科學技術基本計劃》;2001年,又推出了第二個科學技術基本計劃,明確提出日本在21世紀前50 年里獲得30 個諾貝爾獎的目標。當時,不少學者著文對這一目標的實現表示了擔憂。然而,在今天,大多數人已經不會再去懷疑這一點。原因無他,在過去的十六年里,這個計劃展示了驚人的完成度,在不到三分之一的時間里就完成了一半的進度。

50年30個諾貝爾獎目標的提出,不僅遭到了日本國內學者的非議,而且還遭到了諾貝爾基金會和授獎委員會的質疑,因為這個目標在當時看來的確有點匪夷所思,所以人們擔心日本政府為了實現這一目標很有可能會不擇手段。為此,諾貝爾基金會專任理事曾公開談到:“關于50年獲30個諾貝爾獎計劃,我認為很容易招致誤解。為了增加研究預算的目標,我們可以理解,但是作為基金會代表,我不得不提出忠告”。物理學獎事務局長也建議日本不要采取這種容易招致誤解的表達方式。后來通過日本大使館的說明,也部分由于日本的確展現出了這一計劃的成果,質疑的聲浪才逐漸平息下來。

不管這一計劃在提出之初經歷了怎樣的風雨,如今它已經完成了一半的進度。雖然多數人當下對這一計劃的完成都持有信心,但仍有人認為日本頻繁斬獲諾貝爾獎的好日子即將到頭。有報道指出,日本近年來穩定支撐研究經費遭到削減,科研人員需要花更多的時間去填寫項目申請書;而且,研究環境的惡化已導致國際論文數量和質量的下跌,日本大學的世界排名一路下滑與此有著很大的關聯。

實際上,日本雖然遭遇了“失去的二十年”,但研發經費的投入總量即使在泡沫經濟破滅后的蕭條期也沒有出現下跌。目前,日本的全社會研發經費投入強度仍然在3.0%以上,明顯高于美、德、法等國。日本的第三次教育改革的確遇到了一些難題,青年學生因貪圖安逸越來越不愿意出國留學,大學行政法人化迫使部分教師不得不由基礎研究轉向應用研究,這些對基礎研究的發展不可避免地會產生一些消極影響。但是,日本的教育體制和科技體制的運轉仍然比較正常,而且科學工作者的價值取向和精神狀態并沒有發生明顯的變化,因此有理由相信,日本的50年30個諾貝爾獎計劃完全有可能順利完成。只是當中國躋身于創新型國家行列之后,很有可能會奪走更多的諾貝爾獎,以致日本的諾獎井噴現象很難維持太久。

主要參考文獻:

1.丁建洋.日本大學創新能力的歷史建構研究[D].南京:南京大學,2013.

2.丁妍.為什么日本能獲諾貝爾獎[J].上海教育半月刊,2009(07B):41.

3.何培忠.日本科研經費的投入與科研資助體制[J].科研政策與管理,2009(03):100~107.

4.胡建華.戰后日本大學史[M].南京:南京大學出版社,2001年.

5.節艷麗.對日本戰后基礎研究發展與諾貝爾科學獎獲得的歷史考察[D].北京:清華大學,2004年.

6.梁忠義.論日本教育之演變[J].外國教育研究,2001(01):1~5.

7.秦皖梅.21世紀初日本諾貝爾獎的井噴現象考察.安徽大學學報(哲學社會科學版),2016(04):29-37.

8.施曉光,夏目達也.日本“大學教師發展”的經驗及對中國的啟示:基于名古屋大學的個案[J].清華大學教育研究,2011(04):79~85.

9.[日]矢沢科學事務所編著.宋天、鄭濤、宋鶴山譯.諾貝爾獎中的科學 物理學獎卷 [M].第1版.北京:科學出版社,2012.

10.[日]矢沢科學事務所編著.王瀝譯.諾貝爾獎中的科學 生理學或醫學獎卷[M].第1 版.北京:科學出版社,2012.

11.[日]矢沢科學事務所編著,鄭濤、宋天譯:諾貝爾獎中的科學 化學獎卷[M], 第1版.北京:科學出版社,2012.

12.烏云其其格,袁江洋.譜系與傳統:從日本諾貝爾獎獲獎譜系看一流科學傳統的構建[J].自然辯證法研究,2009(07):57~63.

13.徐晶晶.探析名古屋大學和諾貝爾獎的“不解之緣”[J].上海教育半月刊,2009(07B):40~41.

14.楊淑媛.民族性與明治維新后的日本教育[D].湖北:華中師范大學,2009.

15.于穎.日本研究型大學與城市的互動分析——以名古屋大學與名古屋市為例[J].比較教育研究,2011(03):42~45.

16.周程.杰出人才是怎樣煉成的?——下村修榮獲諾貝爾化學獎案例研究[J].科學學與科學技術管理,2012(04):166~172.

17.周程.個人興趣與社會需求共同驅動型科技突破——赤崎勇何以能獲得2014年諾貝爾物理學獎[J].科學與管理,2014(05):3~9.

18.朱安遠、郭華珍、朱婧姝.歷屆諾貝爾獎得主國籍的分布研究(下)[J].中國市場,2015(07):140-151.

19.京都大學.日本人のノーベル賞受賞者一覧.http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/about/history/honor/award_b/nobel.html.[2016-5-27].

20.日本経済新聞.日本のノーベル賞受賞「経済の強さが支えに」 佐藤文隆?京大名譽教授に聞く. http://www.nikkei.com/article/DGXLASGG14H22_U5A011C1TZG000/[2016-6-6]

21.文部科學省.《科學技術白書》. http://www.mext.go.jp/b_menu/hakusho/html/kagaku.htm.[2016-5-27].

22.文部科學省科學技術?學術政策研究所、科學技術?學術基盤調査研究室. 日本科學技術指標2013.調查資料-225.2013年8月.

23.馬場錬成.大村智物語 ノーベル賞への歩み[M].初版.東京:中央公論新社,2015.

24.立花隆.小林益川理論の証明 社陰の主役Bファクトリーの腕力[M].第一刷. 東京:朝日新聞出版:2009.

25.益川敏英.僕がノーベル賞を受賞した本當の理由 子供時代の過ごし方[M]. 第二刷.大阪:フォーラム?A,2009.

日本 / 諾貝爾獎 / 科研 / 教育

如涉及版權,請著作權人與本網站聯系,刪除或支付費用事宜。

0000
相關核心文章
熱門排行榜 當周 當月 當年
        相關名詞解釋
          huilu50...... ————最新文章
          吉祥棋牌下载