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日本诺贝尔奖的井喷现象研究

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《安徽大学学报》2016年第4期

摘要:

日本在进入21世纪后的16年间产生16名诺贝尔奖得主,这一数据仅次于美国,位列世界第二,与其在20世纪的表现相比更是云泥之别。这一井喷现象的成因十分复杂:在宏观层面,日本战后经济、科研和教育的发展为取得诺奖级科技突破创造了良好的环境;在中观层面,日本的大学持续深化改革,勇于打破常规,积极开展产学合作,为培育诺奖级人才做出了积极的贡献;从微观上看,日本的科学工作者重视师承,擅长合作,使知识的传递和升华更为有效。这些因素综合起来,共同造就了这一时期日本科学家在收获诺贝尔奖上的井喷现象。

关键词:

诺贝尔奖;日本;名古屋大学

一、引言

在诺贝尔奖争夺战中,21世纪初期的日本表现出色,堪称一匹最令人瞩目的黑马。如果每产生一名诺贝尔奖得主,给其国家记1分,获奖者拥有双重国籍时,给其国籍所在国各计0.5分,则进入21世纪以来世界各国获诺贝尔科学奖的情况如图1所示。从图1可以看出,美国以60.5分独占鳌头,遥遥领先于其他国家;日本即使是将两名美籍日裔诺贝尔奖得主(即南部阳一郎和中村修二)排除在外,仍然以14分的成绩位居第二,超过昔日诺贝尔奖强国德国、英国和法国。实际上,自1901年诺贝尔奖首次颁奖以来一直到1999年,日本在近一个世纪里仅有5人获得诺贝尔科学奖,而在进入21世纪之后的16年里,已有16名日本科学家(含美籍日裔)获奖。日本的诺贝尔科学奖得主及其相关信息参见表1。类似的井喷现象在诺贝尔奖获奖历史上有过三次。第一次发生在20世纪初期的德国,第二次开始于二战后的美国。这两次井喷现象发生时,德国和美国都是当时的世界科学活动中心,出现众多诺贝尔奖得主并不奇怪。但是21世纪初期的日本既不是世界科学中心,其国内环境也没有发生特别重大的变化,何以会出现诺贝尔奖井喷现象?个中原因引人深思。以下,本文将从宏观、中观和微观三个视角依次考察导致日本21世纪初期出现诺贝尔奖井喷现象的可能原因①。

二、二战后日本的经济、科研与教育

从表1中可以看出,日本21世纪初期的诺贝尔奖得主的获奖研究时间最早始于20世纪60年代,主要集中于七八十年代。因此,如果想从社会背景中寻找导致日本21世纪初期出现诺贝尔奖获奖井喷现象的原因,有必要将视线投向20世纪六七十年代。

1.日本战后经济的飞速发展

科技的发展需要优秀的科技人才、先进的实验设备以及充裕的研究经费,而这些无不需要经济的支撑。实际上,日本在20世纪六七十年代的经济发展确实为其人才培养和科技创新提供了一个坚强的后盾。二战结束后不久,日本便进入战后重建期。战后重建期以“恢复经济”为主要目标,至1955年宣告结束。1955—1973年间,日本处于经济高速增长期。在这一时期内,日本通过大量引进、消化、吸收欧美的科技成果,实现年均经济增长率接近10%的高速增长,并于20世纪60年代后期超过当时的西德,成为仅次于美国的世界第二大资本主义经济强国。表2揭示了日本这一时期的年经济增长情况。其经济增长率远远超过当初“国民收入倍增计划”定下的“在今后10年中计划将国民生产总值提高两倍以上,尤其是1961年后的三年间要将平均经济增长率维持在9%”的目标。

2.经济高速增长期的科研投入

随着经济的高速增长,日本对科技事业的投入不断增大。值得强调的是,1960年,日本在制订“国民收入倍增计划”的同时,还制定了与此目标相呼应的“振兴科学技术的综合基本政策”,提出力争将国民收入的2%用于科研①。图2揭示了这一时期日本研发费投入占国民收入及国内生产总值之比的实际增长情况。该图显示,2%的数值目标在进入70年代后不久即告达成。

20世纪70年代,世界经济遭遇两次石油危机,经济格局发生重大变化。但日本经济并没有因此而裹足不前,在这10年中,日本国内生产总值仍增长了1.8倍。在科研投入方面,日本1971年提出的目标是,将研发费投入占国民收入之比提高到3%。受世界经济下滑的影响,日本未能在20世纪70年代末实现这一预定目标。但在第一次石油危机后的1975年,日本的研发费投入还是达到了2.62万亿日元,占国民收入的2.11%,超过了法、英两国的研发费总和,步入世界科技大国的行列。从1960年制定“振兴科学技术的综合基本政策”,立志超越欧洲主要国家的研发费投入开始,到跻身世界科技大国的行列,日本仅用了不到20年的时间②。20世纪最后的20年里,除去泡沫经济破裂之初的三四年,日本的研发费投入占国内生产总值之比基本上处于不断攀升的态势。

前已述及,2000年以后的日本诺贝尔奖得主的获奖研究成果大都是在20世纪七八十年代取得的。换言之,日本21世纪初期的诺贝尔奖获奖者大多数是在日本将研发费投入占国民收入之比提高到2%之后取得重大科技突破的。

不过,德国、法国,尤其是韩国近年来的研发费占国内生产总值之比也相当之高,但却没有像日本一样培育出众多诺贝尔奖得主。可见加大研发费的投入只是取得诺奖级科技突破的必要条件,并非充分条件。因此,有必要进一步考察其他因素。

3.日本的第二次教育改革

学界通常认为日本经历了三次教育改革,第一次改革从明治维新初期开始到第二次世界大战结束。该时期以《教育敕令》作为最高纲领,教育体制与西方启蒙运动以来的教育理念相悖,目的是让个人服从于国家。第二次改革从战后开始,1947年颁布的《教育基本法》提供了一种全新的选择,即用和平主义和民主主义教育取代以往的国家主义和军国主义教育,并对教育理念、学校制度、课程教学等多个方面进行了改革①。第三次教育改革从20世纪70年代开始,可以说今天的日本依旧处在这次改革之中。

从21世纪初期的日本诺贝尔奖得主接受教育的时间来看,对他们影响最大的乃是第二次教育改革。除了自由、民主的校园氛围之外,日本教育部门实行的一系列措施也具有重大意义。例如,1960—1970年间,日本中央教育审议会先后提出19份咨询报告,其中第19份咨询报告的题目是“关于改善大学教育”②。在这份报告以及与之相关的政策计划的指导下,日本的大学教育得到快速发展。首先,大学数量明显增加。在1960—1970年的10年里,日本高等教育机构的总数增加了75%。相应的,大学生数量大幅增加。其次,学科结构发生显著变化。经济的高速增长对理工科人才的供给提出了更高的要求,以致工科学生的比例从1960年的15.4%上升到1970年的21.1%。与此同时,人文社科类学生的比例则有所下降。再次,教育经费快速增长,而且高等教育经费占教育经费的比例开始稳步攀升③。

总而言之,日本经济从20世纪50年代开始飞速发展,为教育和科技的发展提供了雄厚的资金支持。同时,经济的腾飞又对大学教育提出新的要求,导致高等教育规模的扩大和学科结构的调整。而且,第二次教育改革还将自由、民主之风带进校园。这些因素共同为日本21世纪初期的诺贝尔奖得主们创造了一个优良的教育氛围和研究环境。

三、日本的高等学府

以名古屋大学为例日本能够在诺贝尔奖项上取得如此瞩目的成绩,教育在其中发挥的作用不可忽视。人才培养取决于教育,而其中高等教育尤为重要。图3揭示了日本高校培育21世纪诺贝尔奖获奖者的情况。该图采用的计分方式为:获奖科学家分别在哪所大学读完本科课程、硕士课程或博士课程,则分别给哪所大学计1分。

从图3中可以看出:一、日本21世纪初期的诺贝尔奖得主大多在名古屋大学、东京大学、京都大学等国立大学接受了教育。这也从一个侧面说明日本本土的高等学府,特别是国立大学已经具备培育诺贝尔奖得主的条件。二、名古屋大学在培养诺奖得主方面表现尤为突出进入21世纪后,名古屋大学出身的下村修、益川敏英、小林诚、天野浩等先后摘得诺贝尔奖桂冠,致使名古屋大学的积分攀升至13分,占据绝对优势。因此可以说,在培养诺奖级人才上,名古屋大学乃日本高等学府的典型代表。下面以名古屋大学为例探究日本高等学府的学术培育状况。

1.开明、自由的年轻帝国大学

作为日本最年轻的帝国大学,名古屋大学的创立要比日本第一所帝国大学东京大学晚六十多年,其校风也因此与其他帝国大学有着很大的差异。为了同老牌帝国大学竞争,名古屋大学教师的晋升相对比较快,以致该校教授和副教授大都比较年轻,学术氛围也显得更为开明、自由与民主①。

名古屋大学的开明、自由精神不仅体现在学术研究上,而且还体现在不拘一格选拔人才上。2001年诺贝尔化学奖得主野依良治原本毕业于京都大学,硕士毕业后留校担任助教。在他决定离开京都大学,但尚未找到去处之际,两位名古屋大学的教授热情地邀请他到名古屋大学担任有机化学讲座的副教授并任讲座负责人。当时野依良治在学术界并不出名,刊发其不对称合成研究成果的杂志影响因子并不高。但是名古屋大学依然肯定了他对待学术的态度和能力,并破格录用了他②。

绿色荧光蛋白的发现者下村修1960年被名古屋大学破格授予理学博士学位,但他当时只是名古屋大学理学部的一名进修生,博士论文也只有六页。由于他首次制得海萤荧光素的结晶,并揭示其化学结构,获得国际同行的高度评价,故尽管他只是一名专科毕业生,而且在名古屋大学只进修了两年,但是名古屋大学仍然破格授予其最高学位。正是因为有了这张博士文凭,下村修随后才得以前往普林斯顿大学做博士后研究,并最终发现绿色荧光蛋白③。

蓝光二极管的发明人之一赤崎勇实际上也是打破常规引进来的,他从松下技术研究所调回名古屋大学时已年满51岁。为了支持他开展化合物半导体研究,名古屋大学花巨资专门为其建造一间无尘实验室。在日本的大学普遍都还没有无尘实验室的时代,名古屋大学能够如此礼遇赤崎实属难得。此后,为回报名古屋大学,赤崎将自己的研究室建设成了一座“不夜城”,并为名古屋大学培养了一名年轻的诺贝尔物理学奖获得者———天野浩④。

2.活跃的产学合作

名古屋大学所在地名古屋市是日本中部地区的经济中心,它与丰田市等城市一起形成了世界知名的汽车工业都市圈,即“中京工业地带”。坐落在工业都市圈中的名古屋大学不可避免地带有这座工业城市的烙印,它与产业界的合作不仅非常紧密,而且由来已久⑤。渡边副校长在接受采访时曾强调指出:“名古屋大学所在的制造业发达的名古屋地区,有丰田汽车等集团,应该说名古屋大学的工学和产业界联系最为密切,开展产学研合作是一个重要内容。”①

名古屋大学比较早地设立了和企业合作的“共同研究中心”,在校内培育出一种浓厚的产学合作研究氛围。野依良治可谓开展产学合作研究的一个典范。野依非常重视三“际”,即国际、学际和社会际社会际主要指大学和产业界之间的交流合作。他认为:虽然日本当时在许多领域已经具有比较高的论文引用频度,但是产生强烈影响的研究并不多,因此,需要借助产业界来使研究成果走向应用,以扩大研究成果在社会上的影响。这就要求大学高度重视产学合作。实际上,野依在不对称合成反应领域取得的重大科技突破可以说是和高砂香料工业、帝人株式会社等产业界合作伙伴开展协同创新的结果②。

产学合作既可以为大学带来很多研究信息和研究资金,也可以为产业培养高级科研人才,提供众多有价值的科研成果。因此,产学合作在日本受到高度重视,尤其是在高等教育经费受限,日美“技术摩擦”加剧的情况下。实际上,东京大学、京都大学、大阪大学、东北大学、东京工业大学等著名国立大学也都建立了产学合作研究机构,开展合作研究。譬如,东京大学小柴昌俊主持的神冈探测器项目就离不开企业的大力支持,田中耕一获奖更表明日本的企业通过开展产学合作具备了实现诺贝尔奖级科技突破的实力③。

总的来说,以名古屋大学为代表的日本高等学府,特别是国立大学与时俱进,不断变革,敢于打破常规,为学生及任教人员自由开展学术研究创造了良好条件;并通过与产业界开展产学合作,实现互惠双赢,大幅度提升了大学和企业开展原始性科技创新的能力。

四、日本的科技工作者

除了认真严谨的工作态度,日本的科技工作者还特别重视师承关系与合作研究,这几点在日本诺贝尔奖得主身上体现得格外明显。例如2008年诺贝尔物理学奖的两位得主小林诚与益川敏英就是密切合作而收获这一奖项,2014年诺贝尔物理学奖得主赤崎勇与天野浩就是师承合作的关系。

1.师承关系密切

即使是在世界范围内,日本科学工作者中紧密的师承关系也显得十分突出。表3揭示了日本诺贝尔物理学奖得主的师承关系。在三个自然科学奖领域中,日本获得最多的是物理学奖,因此这一领域对我们的考察来说最具代表性。很明显,在日本诺贝尔奖得主中出现了“名师出高徒”现象。小柴昌俊和梶田隆章师徒二人的获奖就是其中一例。

20世纪70年代末,小柴昌俊提出进行神冈实验来寻找质子衰变,当时梶田作为助手也参与进来。神冈实验没有找到质子衰变,却探测到宇宙中微子。在小柴退休前不久,银河系的一颗恒星走到生命的终点,它的临终挣扎就是超新星爆发。神冈实验观测到它发射出的中微子,证实超新星爆发会产生很多中微子。小柴因此与戴维斯分享了2002年的诺贝尔物理学奖。到了20世纪90年代,神冈探测器进行了第二次扩建,并改名为超级神冈探测器,而梶田隆章就是超级神冈实验的领导人之一。1998年,梶田发表了实验观测结果,第一次证实中微子震荡现象的存在④。这一发现也使梶田获得2015年的诺贝尔物理学奖。

小柴和梶田师徒二人是以不同时期的不同研究成果分别获得诺贝尔奖的,而2014年的诺贝尔物理学奖获得者赤崎勇和天野浩则给我们提供了另一种类型的例子。1981年赤崎回到曾经担任过副教授的名古屋大学工学部电子工学科任半导体讲座教授,进行蓝色发光二极管的研究。1982年,还是大学本科四年级学生的天野浩加入赤崎勇实验室。二人经过十年的努力,终于在1992年成功研制出高亮度的蓝色发光二极管。同年,赤崎勇从名古屋大学退休转到名城大学理工学部任特聘教授,天野浩也跟随他前往名城大学任讲师①。这种师徒二人共同进行研究、共同获奖的情况可以说是师承关系的又一典型代表。

学生在与导师进行合作研究时,学到的绝不仅仅是编码化的知识。导师的研究方法、实验技巧、学术态度和科研信念都会在合作研究过程中潜移默化地传递给学生,而这些都是科研取得成功必不可少的要素。无论是梶田还是天野,他们在和导师进行合作研究时都学到很多尚未进行编码或难以进行编码的隐性知识,这些知识在其后来开展的研究中必然会发挥重要作用。师承关系越密切意味着非编码化知识的传递越有效。紧密的师生关系无疑有助于取得重大的科技突破。

2.擅长合作研究

2015年诺贝尔生理学或医学奖得主大村智曾经说过:“相比于美国人,日本的科学工作者们更加擅长合作研究。”②SSK的代表人物之一沙伦•特拉维克(SharonTraweek)就曾经对日本高能物理研究所(KEK)和美国斯坦福线性加速中心(SLAC)做过详尽的对比研究。沙伦在其著作中指出:在粒子物理学界,日本人普遍高度重视培育下一代,美国则强调每个个体都要尽可能拿出好的研究成果。另外,以KEK为例,日本研究小组的模型是“家”,实验室中不存在严格的分工,相比SLAC更加民主。而SLAC则类似于一支“球队”,研究小组的领导就像指导球员的教练,掌握着实验室中的主导权③。

2008年诺贝尔物理学奖得主益川敏英和小林诚创建的小林-益川模型可以说是典型的合作研究产物。益川与小林相遇于名古屋大学,之后两人先后来到京都大学工作。由于益川对CP对称性的破缺这一课题十分在意,1972年5月,两人开始从事这一项研究。每天上午十点,两人都会在京都大学碰头,讨论两个小时。他们的分工相当明确,益川负责提出理论性的假设和构想,而小林则负责用实验进行检验。益川往往会在前一天提出一些大胆的设想,小林对这些设想进行分析判断后若觉得可行,则开始进行实验检验。在很多理论构想被小林否定之后,益川某天晚上在洗澡起身时构思出的六元夸克模型终于通过了小林的验证。二人十分谨慎地用一个月的时间写了一篇五页的论文,然后由小林将其翻译成英文,并于当年的9月1日完成投稿。益川的英文一直不好,在参加名古屋大学入学考试时英语甚至交了白卷,所以论文的翻译全权委托给了小林。简言之,不仅是在构思和验证理论上,即使是在语言问题上,小林和益川都进行了完美的合作。

小林-益川模型的获奖不仅仅包含了两个人之间的合作,还体现了KEK和小林及益川之间的合作。事实上,他们二人在写完那篇论文并且发表之后,就再也没有关注过这个领域①。然而,小林和益川提出的六元夸克模型和CP对称性破缺理论在当时并没有得到证明。论文发表之时,世界上只发现了三种夸克,谁都无法证明六元夸克模型是否正确,更别提基于这个模型才会发生的CP对称性破缺。KEK的第一个目标是找出第四到第六种夸克,很遗憾这个目标没有达成。但是日本的科技工作者没有就此放弃,而是将目光转向小林-益川理论中的另一个部分:CP对称性破缺。KEK在这项工作上开展研究的时间依然比它主要的竞争对手SLAC晚半年,但在2001年,日本几乎是同时和美国观察到CP对称性破缺现象,参与这个项目的工作人员的决心与努力可见一斑②。

在许多诺贝尔奖级科技突破的取得过程中,合作研究都发挥了重要的作用。合作可能体现在获奖者们的能力互补上,如益川的思维发散能力和小林的实验验证工作及英语能力;也可能体现在幕后团队的奋斗上,如KEK为证明小林-益川理论而付出的多年辛劳。合作带来一加一大于二的效果,使研究事半功倍。简言之,日本的科技工作者相比于其他国家更为重视师承关系和深度合作。这也是日本科技工作者在21世纪初期接二连三摘得诺贝尔奖桂冠的一个重要原因。

五、总结与展望

通过以上三个角度的考察,可以发现:

(1)从宏观背景上看,日本20世纪60年代经济的高速增长、政府对科研的大力支持以及教育的改革与发展,为日本的科研工作者取得诺贝尔奖级科技突破创造了良好的环境;

(2)在中观层面上,以名古屋大学为代表的日本高等学府敢于打破常规,与时俱进,不断变革,积极开展产学合作,为培育诺贝尔奖级科技人才做出了积极的贡献;

(3)从微观角度上看,日本的科研工作者重视师承、擅长合作,为取长补短、攻坚克难、协作创新提供了重要的支撑。在这些因素的综合作用下,日本得以在21世纪初期出现令人称奇的诺贝尔奖获奖井喷现象。此外,不得不提及2001年日本出台的50年30个诺贝尔奖计划。该计划在提出时备受争议,但在过去的15年里,展示了惊人的完成度。虽然也有报道指出日本近年来研究经费遭到削减,研究环境有所恶化,然而在笔者看来,日本的经济状况虽不如从前,但其科研投入依然位居世界前列。况且,日本的第三次教育改革现在仍在持续,又推出一系列面向21世纪的新举措。因此可以期待,日本的50年30个诺贝尔奖计划可以顺利完成,诺贝尔奖获奖井喷现象在日本仍有持续下去的可能性。

作者:秦皖梅 单位:北京大学哲学系

安徽大学学报责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次