日本频获诺贝尔物理学奖的奥秘

陈言

日本最著名的汽车企业——丰田公司总部设在爱知县名古屋市，这里到现在也依旧有一座古城“名古屋城”，私立大学“名城大学”就在名古屋市东部。名城大学与名古屋大学、丰田公司、兄弟工业公司等一起，是日本中部地区的骄傲。

10月7日晚，名城大学终身教授赤崎勇、原名城大学教授（2010年调任名古屋大学任教授）的天野浩及原日亚化学工业公司研究员（2000年去美国加利福尼亚大学任教授）的中村修二，三人共同获得2014年度诺贝尔物理学奖的消息传来后，名城大学主楼当即就悬挂出了“庆祝赤崎勇教授荣获诺贝尔物理奖”的6米长白底黑字标语。楼前聚集了大量来祝贺的人。

“2009年，赤崎教授获得京瓷公司颁发的京都奖以后，我们相信摘取诺贝尔奖只是个时间问题。校方提前准备了庆祝用的标语，每次诺奖公布获奖人名单的时候，大学都会派人在学校守候，就盼着这一天了。”名城大学经营系主任涩井康弘对《中国新闻周刊》说。

进入21世纪以后，随着LED（蓝光二极管）技术的进一步发展，相关产业迅速壮大起来。家庭中的照明、手机、数码相机等等，LED无处不在。诺奖评选委员会在颁奖词中说：“白炽灯照亮20世纪，而LED等将照亮21世纪。”

LED中的红光在上个世纪60年代已经开发了出来，之后绿光也研发出，但只有蓝光一直被认为是不可能开发出的光色。从上个世纪80年代末期，赤崎教授等研究学者找到了发蓝光的方法，紧接着中村研究员研究出其工业化大量生产的模式，为LED照亮21世纪奠定了基础。

离日常生活最近的一项重要发明

诺贝尔奖的创建者，阿尔弗雷德·诺贝尔在自己的遗嘱中说，自己死后请后人创立一个奖项，“奖励那些为人类带来巨大恩惠的人物”。本次瑞典皇家科学院在物理学奖的颁奖文书中说，蓝色LED“是给人类带来最大恩惠的发明”，这样的赞美并不是所有获奖者都能够得到的。

“赤崎教授、天野教授获奖，早就在预料之中。”中国科学院物理研究所陈弘研究员对《中国新闻周刊》说。2007年，陈弘曾邀请赤崎及天野两位教授来物理所演讲，赤崎教授因为高龄，未能成行，天野来到中国演讲，并和物理所的相关研究室进行了交流。陈弘是新型化合物半导体课题组长，对LED材料进行了理论及实验方面的研究，与赤崎、天野是同行。

作为取代白炽灯的LED灯，首先在住宅照明中开始使用的是东芝公司。东芝博物馆展示的内容显示，2007年，该公司已经生产出LED电灯，新型电灯比以往的白炽灯节能，而且使用寿命特别长。

LED灯的使用寿命大致为4万到6万小时，通常一只灯能够使用10年以上，是白炽灯的20到30倍，比荧光灯也要长3到5倍。从电力消耗上看，LED灯是白炽灯的1/6，荧光灯的1/2左右。在形状上可以做成球型，也可以做成荧光灯等长型的，在尺寸、形状各个方面均优于其他材料的电灯。

由于有节电特点，日本在2011年大地震后，使用LED灯已经成为社会的共识，到2020年，日本将全面改用LED，取消其他材料的照明方式。《中国新闻周刊》记者前不久采访东芝设在杭州的LED灯工厂时，工厂负责人介绍说，“中国等国家也将普及LED灯，我们的生产能力在不断扩大。”

日本对LED市场有过一项调查，2013年世界市场的规模大致为200亿美元，到2020年将增加到700亿美元上下。这个销售数额，在诺贝尔奖获奖者创造的实际利用获益中，比较少见。

2002年因发现宇宙中微子和宇宙X射线源的小柴昌俊教授，在听到赤崎等人获奖后说：“我是因为发现微子而获奖的，但这实在对现实生活没有什么用处。他们的发明则已经在社会实践中派上了用处。”实用，是这次赤崎等教授获奖的最大特点。

明确的实用研究及工业化目标

“非常明确的研究目标，不单纯以论文数量来评价研究人员，不随大流，该是日本物理学研究的一个很大特点。”在分析为何近年有大量日本学者摘取诺贝尔奖时，中科院物理研究所陈弘研究员对《中国新闻周刊》说。从1949年日本汤川秀树获诺贝尔物理学奖至今，日本的物理学家已6次获得该奖。

从赤崎勇教授的简历上看，他在日本都算不上正统研究人员。战前他在军工厂工作，战后，总算有了进京都大学学习的机会，但大学毕业后并未直接上硕士、博士，而是进了神户工业公司（后改名为富士通公司）工作。工作一段时间后，又去了名古屋大学读硕士、博士，毕业后当了一段教师，后跳槽去了企业，到松下电器公司的研究所搞研究。但他仍不甘于在企业工作，再次回到名古屋大学当上了教授，后转到私立的名城大学。

日本的教育制度允许赤崎这样的研究者，不断在企业、大学之间穿梭。赤崎的论文，和那些一直在大学里埋头研究、写作论文的学者比，数量简直少得可怜，但是他竟然也能在大学做下去，而且一直保有教授的职称。

陈弘说：“日本的研究特点是，根据目标定人。规定好了一个目标后，就去寻找能够完成这个目标的研究家，完成目标是唯一的方向，至于论文数量多少，并不是大学、研究机关追求的重要目标。”

在上个世纪80年代，研究出蓝光LED成为一些大学的研究方向后，赤崎也承担了这个任务。谁都知道，氮化镓的结晶是很难生成的，赤崎就一门心思钻营氮化镓。自己力量不足，他让学生跟着一起做。天野浩就是这个时候出现在赤崎办公室的。师生两人到了1989年终于找到了生产结晶的条件。

另一方面，在企业里从事研究的中村修二，专心研究的也是大量相关结晶的方法。中村在日亚化学公司有自己的办公桌，但人们发现他桌子上一本专业书也没有。“要是读了别的学者的论文、著作，自己就想去模仿，那样的话绝对找不到划时代意义的研究方法。”中村说。

赤崎、天野大多数时间在大学里以教授身份做研究，工资收入是有所保证的；在企业从事研究的中村，情况就大不一样了，如果能开发出让企业赚钱的新产品，公司不会说什么的，一旦开发不出来，而且事故不断的话，就算老板不说话，上司也不会答应。

“你什么时候辞职呀？”中村的上司时不时会提醒他一下。“愤怒是我继续研究下去的源动力。”中村在得知自己获奖后，这样总结自己的研究过程。有了明确的目标后，人有时需要有中村那种的愤怒，让愤怒成为研究下去的动力。

中村从研制材料开始，到最后能独立完成制造发光二极管的全套装置，在不引进其他公司技术的情况下，完成了GaAlAs单结晶的制造技术，让LED完全成熟。

大学里的实用研究与企业的工业化研究天衣无缝地结合在了一起，这种结合不仅让企业获得新的发展机遇，也让日本研究学者脱颖而出。

日本企业肯支持耗资巨大的研究

在谈到实用研究中企业的作用时，陈弘向《中国新闻周刊》强调了丰田合成公司与日兴化学公司的作用。

丰田合成是在1986年开始研发LED的。当时仅仅从赤崎的一个演讲会上听说他在开发蓝色LED，时任总经理的根本正夫便决定和赤崎合作，“我们一起开发吧。”根本正夫对赤崎教授说。

这种合作虽然有明确的商业化目的，但风险很高。当时赤崎研发出的制作方法让蓝光看上去更近似已有的绿光，他想改变颜色，在添加新原料后，成品率仅有1成左右。

LED的关键氮化镓的结晶，要找到相关方法非常的困难。在丰田合成负责相关业务的太田光一回忆说：“那时我们公司没有专家，并不知道这么难，因为无知，才一直这么做下来的。”

中村的情况大同小异。日亚化学内部对中村的评价一直不高，说他吃干米饭的人越来越多，但中村竟然在这个时候向总经理提出要继续研发LED，同时提出希望能去美国留学。“没过5秒钟，小川信雄总经理竟然就同意给我研究费，也准许我去美国了。至今我都非常感谢他。”中村在获奖后，感谢了在那样的环境下，企业能够支持他的研发。

正是因为日本有肯在崎岖小路上不断攀登的研究者，有不计成本肯支持研究的企业，让LED蓝光的发现成为可能，也有了在700亿美元LED市场中的领先地位。如今丰田合成、日亚化学均在LED市场上获益丰厚，两家企业均在LED方面每年有数亿美元以上的收入。