日本頻獲諾貝爾物理學獎的奧秘

陳言

日本最著名的汽車企業——豐田公司總部設在愛知縣名古屋市，這里到現在也依舊有一座古城“名古屋城”，私立大學“名城大學”就在名古屋市東部。名城大學與名古屋大學、豐田公司、兄弟工業公司等一起，是日本中部地區的驕傲。

10月7日晚，名城大學終身教授赤崎勇、原名城大學教授（2010年調任名古屋大學任教授）的天野浩及原日亞化學工業公司研究員（2000年去美國加利福尼亞大學任教授）的中村修二，三人共同獲得2014年度諾貝爾物理學獎的消息傳來后，名城大學主樓當即就懸掛出了“慶祝赤崎勇教授榮獲諾貝爾物理獎”的6米長白底黑字標語。樓前聚集了大量來祝賀的人。

“2009年，赤崎教授獲得京瓷公司頒發的京都獎以后，我們相信摘取諾貝爾獎只是個時間問題。校方提前準備了慶祝用的標語，每次諾獎公布獲獎人名單的時候，大學都會派人在學校守候，就盼著這一天了。”名城大學經營系主任澀井康弘對《中國新聞周刊》說。

進入21世紀以后，隨著LED（藍光二極管）技術的進一步發展，相關產業迅速壯大起來。家庭中的照明、手機、數碼相機等等，LED無處不在。諾獎評選委員會在頒獎詞中說：“白熾燈照亮20世紀，而LED等將照亮21世紀。”

LED中的紅光在上個世紀60年代已經開發了出來，之后綠光也研發出，但只有藍光一直被認為是不可能開發出的光色。從上個世紀80年代末期，赤崎教授等研究學者找到了發藍光的方法，緊接著中村研究員研究出其工業化大量生產的模式，為LED照亮21世紀奠定了基礎。

離日常生活最近的一項重要發明

諾貝爾獎的創建者，阿爾弗雷德·諾貝爾在自己的遺囑中說，自己死后請后人創立一個獎項，“獎勵那些為人類帶來巨大恩惠的人物”。本次瑞典皇家科學院在物理學獎的頒獎文書中說，藍色LED“是給人類帶來最大恩惠的發明”，這樣的贊美并不是所有獲獎者都能夠得到的。

“赤崎教授、天野教授獲獎，早就在預料之中。”中國科學院物理研究所陳弘研究員對《中國新聞周刊》說。2007年，陳弘曾邀請赤崎及天野兩位教授來物理所演講，赤崎教授因為高齡，未能成行，天野來到中國演講，并和物理所的相關研究室進行了交流。陳弘是新型化合物半導體課題組長，對LED材料進行了理論及實驗方面的研究，與赤崎、天野是同行。

作為取代白熾燈的LED燈，首先在住宅照明中開始使用的是東芝公司。東芝博物館展示的內容顯示，2007年，該公司已經生產出LED電燈，新型電燈比以往的白熾燈節能，而且使用壽命特別長。

LED燈的使用壽命大致為4萬到6萬小時，通常一只燈能夠使用10年以上，是白熾燈的20到30倍，比熒光燈也要長3到5倍。從電力消耗上看，LED燈是白熾燈的1/6，熒光燈的1/2左右。在形狀上可以做成球型，也可以做成熒光燈等長型的，在尺寸、形狀各個方面均優于其他材料的電燈。

由于有節電特點，日本在2011年大地震后，使用LED燈已經成為社會的共識，到2020年，日本將全面改用LED，取消其他材料的照明方式。《中國新聞周刊》記者前不久采訪東芝設在杭州的LED燈工廠時，工廠負責人介紹說，“中國等國家也將普及LED燈，我們的生產能力在不斷擴大。”

日本對LED市場有過一項調查，2013年世界市場的規模大致為200億美元，到2020年將增加到700億美元上下。這個銷售數額，在諾貝爾獎獲獎者創造的實際利用獲益中，比較少見。

2002年因發現宇宙中微子和宇宙X射線源的小柴昌俊教授，在聽到赤崎等人獲獎后說：“我是因為發現微子而獲獎的，但這實在對現實生活沒有什么用處。他們的發明則已經在社會實踐中派上了用處。”實用，是這次赤崎等教授獲獎的最大特點。

明確的實用研究及工業化目標

“非常明確的研究目標，不單純以論文數量來評價研究人員，不隨大流，該是日本物理學研究的一個很大特點。”在分析為何近年有大量日本學者摘取諾貝爾獎時，中科院物理研究所陳弘研究員對《中國新聞周刊》說。從1949年日本湯川秀樹獲諾貝爾物理學獎至今，日本的物理學家已6次獲得該獎。

從赤崎勇教授的簡歷上看，他在日本都算不上正統研究人員。戰前他在軍工廠工作，戰后，總算有了進京都大學學習的機會，但大學畢業后并未直接上碩士、博士，而是進了神戶工業公司（后改名為富士通公司）工作。工作一段時間后，又去了名古屋大學讀碩士、博士，畢業后當了一段教師，后跳槽去了企業，到松下電器公司的研究所搞研究。但他仍不甘于在企業工作，再次回到名古屋大學當上了教授，后轉到私立的名城大學。

日本的教育制度允許赤崎這樣的研究者，不斷在企業、大學之間穿梭。赤崎的論文，和那些一直在大學里埋頭研究、寫作論文的學者比，數量簡直少得可憐，但是他竟然也能在大學做下去，而且一直保有教授的職稱。

陳弘說：“日本的研究特點是，根據目標定人。規定好了一個目標后，就去尋找能夠完成這個目標的研究家，完成目標是唯一的方向，至于論文數量多少，并不是大學、研究機關追求的重要目標。”

在上個世紀80年代，研究出藍光LED成為一些大學的研究方向后，赤崎也承擔了這個任務。誰都知道，氮化鎵的結晶是很難生成的，赤崎就一門心思鉆營氮化鎵。自己力量不足，他讓學生跟著一起做。天野浩就是這個時候出現在赤崎辦公室的。師生兩人到了1989年終于找到了生產結晶的條件。

另一方面，在企業里從事研究的中村修二，專心研究的也是大量相關結晶的方法。中村在日亞化學公司有自己的辦公桌，但人們發現他桌子上一本專業書也沒有。“要是讀了別的學者的論文、著作，自己就想去模仿，那樣的話絕對找不到劃時代意義的研究方法。”中村說。

赤崎、天野大多數時間在大學里以教授身份做研究，工資收入是有所保證的；在企業從事研究的中村，情況就大不一樣了，如果能開發出讓企業賺錢的新產品，公司不會說什么的，一旦開發不出來，而且事故不斷的話，就算老板不說話，上司也不會答應。

“你什么時候辭職呀？”中村的上司時不時會提醒他一下。“憤怒是我繼續研究下去的源動力。”中村在得知自己獲獎后，這樣總結自己的研究過程。有了明確的目標后，人有時需要有中村那種的憤怒，讓憤怒成為研究下去的動力。

中村從研制材料開始，到最后能獨立完成制造發光二極管的全套裝置，在不引進其他公司技術的情況下，完成了GaAlAs單結晶的制造技術，讓LED完全成熟。

大學里的實用研究與企業的工業化研究天衣無縫地結合在了一起，這種結合不僅讓企業獲得新的發展機遇，也讓日本研究學者脫穎而出。

日本企業肯支持耗資巨大的研究

在談到實用研究中企業的作用時，陳弘向《中國新聞周刊》強調了豐田合成公司與日興化學公司的作用。

豐田合成是在1986年開始研發LED的。當時僅僅從赤崎的一個演講會上聽說他在開發藍色LED，時任總經理的根本正夫便決定和赤崎合作，“我們一起開發吧。”根本正夫對赤崎教授說。

這種合作雖然有明確的商業化目的，但風險很高。當時赤崎研發出的制作方法讓藍光看上去更近似已有的綠光，他想改變顏色，在添加新原料后，成品率僅有1成左右。

LED的關鍵氮化鎵的結晶，要找到相關方法非常的困難。在豐田合成負責相關業務的太田光一回憶說：“那時我們公司沒有專家，并不知道這么難，因為無知，才一直這么做下來的。”

中村的情況大同小異。日亞化學內部對中村的評價一直不高，說他吃干米飯的人越來越多，但中村竟然在這個時候向總經理提出要繼續研發LED，同時提出希望能去美國留學。“沒過5秒鐘，小川信雄總經理竟然就同意給我研究費，也準許我去美國了。至今我都非常感謝他。”中村在獲獎后，感謝了在那樣的環境下，企業能夠支持他的研發。

正是因為日本有肯在崎嶇小路上不斷攀登的研究者，有不計成本肯支持研究的企業，讓LED藍光的發現成為可能，也有了在700億美元LED市場中的領先地位。如今豐田合成、日亞化學均在LED市場上獲益豐厚，兩家企業均在LED方面每年有數億美元以上的收入。