今年的諾貝爾獎名單中,再一次出現了日本人的身影。
日本化學家吉野彰,因發明了現代鋰離子電池(LIB),成為了今年的諾貝爾化學獎得主。
跟他一起分享諾貝爾化學獎的是鋰電池三傑的另兩位:斯坦利·惠廷漢姆、古迪納夫。
他們每個人的故事都極為精彩。
鋰電池的故事要從斯坦利·惠廷漢姆說起,他是鋰離子電池最早的「開拓者」。
在1970年,他採用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,製造了首個小型化鋰電池,電壓為2v。
他邁出了第一步,但接下來還有很多步。因為當時的鋰電池極不穩定。
接下來的工作需要古迪納夫出場了。
古迪納夫在三十歲以前,還在參加二戰。戰爭打完想去讀博士,研究化學物理,人家告訴他算了,你這把年紀了,讀完都什麼時候了,還來得及嗎?
確實,二十歲到三十多是研究的黃金時代,很多科學家在這個年紀段就完成了自己的主要成果。
像愛因斯坦26歲就提出了相對論。
可他偏要去讀,還真畢業了。
而讓他獲獎的鋰電池是他53 歲時才開始研究的,當時的鋰電池使用金屬鋰做電極,儲電量大,但是有一個致命的問題,鋰太活躍了,跟誰都來電,所以很容易爆炸。
古迪納夫就研究出了鈷酸鋰來取代金屬鋰,解決了電池的安全問題。
現在我們身邊使用的一切鋰電池,絕大部分都是鈷酸鋰電池。包括特斯拉的第一款汽車產品Roadster。
沒有鈷酸鋰,我們的手機只能停留在大哥大那個板磚與手機齊飛的年代。
有意思的是,當古迪納夫就這項成果向牛津大學申報專利時,卻被拒絕了。牛津大學認為這是一項沒有什麼應用前景的技術。
於是,古迪納夫以很便宜的價格把這個技術賣給了英國原子能科學研究中心。
這個時候,日本人出手了。無法得知,他們是怎麼從英國人手裡買到了鈷酸鋰這項技術。
出手的是日本巨頭索尼。這項被束之高閣的東西在消費電子巨頭索尼眼裡,不亞於無價珍寶。
1991年,索尼發布了人類歷史上第一個商用鋰離子電池。
這種電池使用石墨代替金屬鋰作為鋰電池的負極,結合鈷酸鋰的正極,從而徹底解決了鋰電池的安全問題。
而做出這個貢獻的正是吉野彰!
與此同時,古迪納夫並沒有停下腳步。
鈷酸鋰電池雖然不錯,但也有缺點,鈷是一種價格昂貴的小金屬,另外抗過充和循環性能差,此外廢棄汙染嚴重。
所以鋰電池一直是環保人士呼籲要認真回收處理的東西。
古迪納夫希望找到更好的替代品。
在1997年,他終於找到了代替品:磷酸鐵鋰,相比鈷酸鋰更安全更可靠也更經濟,這一年他已經75歲了。
這一次,古迪納夫不會擔心自己的鋰電池技術被束之高閣了,它的市場前景已經被證實了。
可他沒有想到的是,自己一邊在研究,產生的技術信息卻源源不斷流入到日本的實驗室。
原因很快搞清楚了,1993年,古迪納夫的實驗室來了一個訪問學者,叫岡田重人,他是日本國內的電話巨頭日本電報電話公共公司(NTT)的移動通信工程總監。
古迪納夫將岡田留了下來,視為正常的學術交流。這位科學界的老人沒有想到一涉及商業,這個世界就要複雜的多。
很快,NTT將磷酸鐵鋰在日本申請了專利,大概是顧及古迪納夫之怒,他們只敢在日本本土申請了專利。
古迪納夫只好到美國去申請專利。專利的分散導致了一場磷酸鐵鋰專利大戰。這又是另外一個故事了。
而古迪納夫還在研究。因為還有一個問題,鋰電池使用的是電解液,電解液還是容易爆炸的,所以飛機上是不能帶鋰電池的。三星的手機就是因為電解液問題不過關,所以倒了大黴。
於是,古迪納夫就研究一種固態的電解質,兩年前研究成功,這時候他已經95了,現在他97歲。可以說生命不止,奮鬥不息,他說過一句話,叫「我們有些人就像是烏龜,走得慢,一路掙扎,到了而立之年還找不到出路。但烏龜知道,他必須走下去。」
這就是鋰電池的故事,這裡面當然古迪納夫最勵志,但其中日本人的再次獲獎讓人震驚。
2001年時,日本曾經提出了一個50年拿30個諾貝爾獎的計劃。
當時好多媒體認為日本是開一個玩笑。但沒想到日本真在這麼幹。
十九年過去了,日本已經拿到了十九個諾獎,數量上僅次美國,已經在超前完成任務。
日本憑什麼拿這麼多諾獎呢?
看看日本一些獲獎的大牛。
本庶佑,日本2018年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者。
在得知自己獲獎後,本庶佑很快就決定將自己1億1500萬日元全額贈送給母校京都大學,用於支援年輕研究者的研究工作。
而在採訪中,他表示,看到患者獲救,比獲得諾獎更開心。
本庶佑仿佛中國武俠小說裡的掃地僧, 自帶一種淡泊名利的氣場。
而事實上,這幾乎是所有日本諾獎獲得的共性。
比如因發現「綠色螢光蛋白,獲得2008年諾貝爾化學獎的下村修。
下村修出生於1928年,曾經在中國生活過。原子彈在長崎爆炸時,16歲的他正在附近的工廠工作。
成年後,他到美國做訪問學者,他一直有一個疑惑,就是水母為什麼會發光。
於是,他進入美國伍茲霍爾海洋研究所,一心要找到這個問題的答案。
從1960年開始的20年,下村修不停開著車往返東海岸和西海岸,在華盛頓大學外的棧橋捕撈水晶水母帶回東海岸的實驗室,不停的切割、擠壓、過濾、攪拌、沉澱……
在解剖了數萬隻水母之後,他依然找不到水母發光的原因,直到一次意外發生了。
有一天,實驗結束後,他把所有的試劑倒進水池裡,這時候,水池突然亮了!
這是為什麼?下村修苦思今天的實驗過程,想到今天切水母時,水槽裡還積有一些海水。
難道是海水發生了作用?那是海水中的什麼物質發揮了作用呢?
下村修抓著這條線索,終於發現是海水中的鈣離子激發了水母發光。
於是,他成功分離出了蛋白質水母素!
不過,水母素髮藍光,而水母是發綠光的。
那一定是什麼東西在其中起了變色的作用,照著這個思路,他又找到了綠色螢光蛋白GFP。
有了這個GFP,我們就可以對生物打上螢光標記,在它們活著的時候就可以觀察各種各樣的基因表達、蛋白定位。這對生物學研究來說,無疑是巨大的貢獻。
而讓下村修支持下去的是他的初心:「我做研究不是為了應用或其他任何利益,只是想弄明白水母為什麼會發光。」
而日本另一位諾獎獲得者中村修二的動機是憤怒。
中村修二畢業於日本的德島大學,這是日本一所名不見經傳的大學,頂多只能算是中國的211大學。排不上985,學校的老師以前不少都是教高中生的。
這樣的學校自然無法讓他有較高的起點。
他畢業後到日亞工作,家鄉的一個小企業。因為他在大學已經結婚,日本人的觀念,結了婚就不要去大城市了,留在家鄉就好。
於是,他進了日亞,主要工作是製造磷化鎵,一種用於製造發光二極體的材料。
在這個過程中,需要用到石英管,石英管一加熱,就容易爆炸。
不僅有危險性,而且這種每天都會發生的爆炸讓中村修二成為公司同事嘲笑的對象。
每天下午,當爆炸發生時,同事都會心領神會的說上一句:又是中村。
這樣的工作在上級看來,是可有可無的工作,上司看到他,往往會開一個惡意的玩笑:你怎麼還沒有辭職,怎麼還留在這裡?
可沒想到,中村修二在工作中發現了量產藍光LED的方法。
他說:「保持孤獨,我才能夠不被這些東西左右,逼近事物的本質,這讓我能產生新的點子。」
也許,同事對他的排擠是他靈感的一個來源。
從藍綠色發光二極體,到高亮度綠色發光二極體,到藍色半導體雷射器,中村修二像開了掛一樣,一個人搞起了一個產業。
而他說「憤怒是我得諾貝爾獎的全部動因」
因為在公司得不到尊重,所以下定決心要出人頭地。而他研發出產品,公司給他的獎金只有二萬日元,氣得他直接辭職,把公司告上法院,拿到了五千元人民幣 的賠償。
算起來,中村修二連科學家都不算,只能算一個公司的研究人員。
跟他類似的還有2002年諾貝爾化學獎得主田中耕一。
田中耕一也是日本一家公司的底層研究員,在26歲時,參與一個儀器的研究。結果在做實驗時,誤把誤把丙三醇(俗稱甘油)當成了丙酮醇(一種微粉末的固形材料)倒進了鈷粉末裡。
因為出身貧窮家庭,節約觀點很重,而鈷粉不便宜,田中耕一就決定湊合著用一下加入試劑的鈷粉,結果沒想到加入甘油後的試劑竟然可能測出生物大分子的分子量。
靠著這個發現,他在十七年後拿到了諾獎。
而獲獎時,科學界大部分人根本沒聽過田中耕一的名字。
絕對的科學界灰姑娘的故事。
日本的這些諾獎得主,每一個都是傳奇,比如2008年諾貝爾物理獎得主益川敏英,他出國領獎時,是他第一次出國門。因為他不會說外語。
還有2016年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者大隅良典。
大隅良典小時候家裡很窮,一輩子都落後半步,25歲才畢業,43歲才擁有自己的實驗室,50歲了還只是個副教授。
這時候,他還看不到自己有什麼希望,他說:「我沒有什麼競爭力,所以必須尋求新的領域做研究,哪怕是並不受歡迎的領域。」
他留在了實驗室裡,終於憑藉細胞自噬機制方面的發現獨得生物學獎。
生物學獎往往會獎勵數名科學家。獨得的含金量幾乎相當於得了兩次。
日本人對細節的追求,對孤獨的和應,對研究的認真,是日本能夠屢獲諾獎的原因。
現在的日本科學家依然保持著專注科研的精神。
日本的科學家就算名氣再大,他會堅持親自下實驗室,甚至參與擰螺絲這樣的工作。
當天的實驗當天完成,數據也要當天整理出來,以便於第二天討論。
日本的實驗室大樓到了晚上大多亮著燈,而進出的不只有年輕人,還有白髮蒼蒼的老科學家。
有著這樣純粹、專注、努力與堅韌的科學家,還不夠,還需要大量科研投入。
日本在2001年,宣布五十年拿三十個,其實是有底氣的。
諾獎是一個延遲的獎賞,往往獎勵的是前二十年的科研成果。
而八九十年代,正是日本對科研大量投入的時候,每年的科研投入是全國GDP的百分之二,比美國還高。
儘管後面日本經濟陷入停止,但日本從沒有在科研上削減過任何經費。
像日本有一個超級神岡探測器。是用來探測質子衰變以及被設計來尋找太陽、地球大氣的中微子的。
看起來非常科幻
但仔細一想好像並沒有什麼實際用途,發現了又怎麼樣呢?
可就是這個東西,日本人先是在1982年花大力氣修建。
到了九十年代,又繼續投入一億美元擴建。
也就是這個東西,幫助日本科學家小柴昌俊發現了中微子振蕩,從而獲得了2002年的諾貝爾物理學獎。
事實上,小柴昌俊是一名差生。
他的事跡如下:
· 用石頭砸過市政府玻璃,人稱日本最有文化的流氓。
· 操行評定是最低一級「丙」
· 小兒麻痺症患者,無法寫板書
· 高中逃物理課,成績從不及格
· 物理老師建議他去學印度哲學或者德國文學……學什麼都好,只要不是物理
· 大學倒數第一,得獎後曬出倒數第一成績單。
· 為了拿獎學金湊出一篇論文,毫不例外在評議會議上受到群嘲
而在七十年年代,中科院高能物理所的唐孝威教授曾經跟小柴昌俊在德國漢堡探討過相關問題。
兩人回國後,分別申請經費。
小柴昌俊申請到了,唐孝威沒有。
沒辦法,中國當時不可能有多餘的錢去投入這種看起來沒有什麼實際收益的實驗。
而超級神岡探測器並不僅僅助小柴昌俊摘下諾獎。
2015年,梶田隆章又藉助超級神岡探測器拿下了當年的諾貝爾物理學獎。而另一位科學家戶冢洋二如果晚去世十八個月,也有可能獲獎。
一個大型的儀器,幾乎催生了三個諾獎。
日本像這樣的黑科技神器還有很多。各種獨角獸型的科研型企業就更多了,很有可能製造出更多的工程師級諾獎得主。
在這一點上,中國應該向日本學習,但千萬不要學韓國。
韓國熱衷於賺快錢,大量經費投入到應用型研究裡去,而且缺乏原創性,大家都說騰訊是模仿高手,其實三星才是真正的高手。
憑著模仿,韓國搶走了日本很多消費類市場。但是韓國卻鮮有基礎理論的貢獻,作為發達國家,韓國人至今沒有拿到一個理工類諾獎。
韓國的內核競爭力也遠不如日本,這才有日本敢對韓國進行原材料限供,但韓國除了抵制日貨之外,沒有什麼別的辦法的原因。
而中國要趕上日本,一是要加大在科研的投入。
其實,中國早已經在努力。
貴州的天眼就是其一,看著沒什麼用,但說不定會產生什麼高能成果。
還有東莞的散裂中子源,將成為中國的一個科研中心,也是一個能夠出大傢伙的東西。
還有中國超大量子對撞機。
楊振寧教授曾經反對中國建造對撞機,因為擔心中國沒有高水平的物理學家使用,反而為他人做嫁衣。
但沒有對撞機,怎麼產生高水平物理學家?
這好像是一個先有雞還是先有蛋的問題。但不管怎麼樣,先搞起來再說。
隨著中國對科研投入的加大,一定能在未來見到成果,也許過些年,我們也可以說,我們有希望拿幾個幾個諾獎,因為諾獎比的就是投入。
另外,就是要加大教育的投入。
現在日本已經拿了這麼多諾獎,但在日本科學界並不是讚歌一片,反而出現很多擔憂。
2018,日本剛剛斬獲大獎時,日本發布《科學技術白皮書》,對日本發出警告,日本的科研水平下降!
白皮書表示現在日本科研發布的論文數量在減少,引用次數排名也從第4下降到了第9。
2018年的科研投入是2000年的1.15倍,在所有科研大國中增長最少。
益川敏英、梶田隆章等日本諾獎得主指出,如果日本在研究資金、研究時間和研究人員數量上繼續惡化,未來將難以獲得諾獎。
日本《東洋經濟》更是提出日本「大學崩潰」論,警醒日本的科學研究在急劇下滑。
大隅良典也呼籲:「如果日本不能形成培養年輕研究人員的體制,日本的科學將空心化」。
日本已經每年拿諾獎,而2018年是日本拿獎最風光的一年,日本卻史無前例的發出警告。
這種憂患意識可能才是日本最可怕的地方
好看的人,都愛點「好看」