客观日本

【日本人与诺贝尔奖】福井谦一,让日本感到意外的诺贝尔化学奖获得者

2019年06月28日 科学家访谈

很多诺贝尔奖得主私下里都曾猜测到自己可能会获得诺贝尔奖,因为自己的成就自己最清楚。虽然获奖时会表示“很意外,很吃惊”,但这只是客套话,内心真正的想法其实大多都是“终于获奖了”。

1981年10月19日发布诺贝尔化学奖获奖名单时,以媒体为首整个日本都感到非常意外。但时任京都大学教授的福井谦一却没有表现出吃惊的样子,而是淡然地出席了记者发布会。因为他已经猜到自己会获奖,福井也对笔者坦言:“觉得自己可能会获得诺贝尔奖”。

日本人与诺贝尔奖 福井谦一,让日本感到意外的诺贝尔化学奖获得者

福井谦一

福井1918年出生于奈良县生驹郡平城村(现在的奈良市押熊町)。少年时代经常奔跑在山野之间采集昆虫,在优美的自然环境中长大。

福井少年时代痴迷于阅读法布尔的《昆虫记》,他就这部著作表示:“震撼了我的灵魂。也是我终生的心灵导师”。

福井还有过一段倾心于文学的时期,中学时代就读完了夏目漱石全集。

报考京都大学之前,福井迷上了剑道,一心想锻炼出一个健康的身体。他学习很好,后来被京都大学工学部录取。大学时代曾一度苦恼将来该选择什么专业领域。

当时,福井的亲戚、京都大学工学部教授喜多源逸问他擅长哪个科目,得知他喜欢数学。

喜多立即对他说:“喜欢数学的话就选化学吧”,于是,福井进入了京都大学工学部化学科。

当时量子力学理论刚刚确立,福井对此很感兴趣,经常跑去京都大学理学部物理学科旁听量子力学课,自学了这门课程。

不久后,福井对化学科的理论化学也开始感兴趣,并着手研究化学反应机理。

日本人与诺贝尔奖 福井谦一,让日本感到意外的诺贝尔化学奖获得者

战争催生了研究理论

毕业后,福井留在大学当研究员,但很快便迎来了人生的一大转折点。那就是战争。福井当时24岁,在京都大学担任讲师,时值太平洋战争末期,他被国家任命为陆军燃料研究所的陆军技术大尉,奉命开发飞机燃料。

日本石油资源匮乏,所以决定从松树松脂中提炼燃油作为飞机的燃料。负责这项研究的福井每天泡在充满酒精蒸汽的房间里做实验,他说自己因此变得特别能喝酒。

在当时的研究中,为改良飞机燃料,福井研究了烃的键合。当时化学反应被解释为,正电和负电通过相互的电场吸引发生反应,但福井发现他在陆军燃料研究所研究的烃,用电荷的正负理论完全解释不通。因此福井认为电子理论并不完整。

战争结束后,福井回到大学研究室,开始研究关于化学反应的疑问。学生时代自学的量子力学理论此时派上了用场。

当时用基于麦克斯韦电磁学的电子反应理论来解释化学反应,但福井发现光凭这个理论并不能完全解释得通。1952年,34岁的福井在美国物理学会的期刊上发表了一个大胆的理论。

当时关于化学反应的主流理论是电子理论,即化学反应由所有电子的密度之和、也就是电荷决定。对此,福井通过在化学反应中采纳量子力学定义的电子轨道理论,提出了新见解,即发生化学反应是由能量最高的电子的轨道扩散方式决定的。

福井的电子轨道理论主要内容为:化学反应是随着电子从分子向分子流动引起的,高能电子的轨道扩散决定了化学反应的发生方式。

福井将自己提出的理论命名为“前线(Frontier)轨道理论”。Frontier有“边境”、“国境”之意,福井解释说:“如果把分子比喻成一个国家,则前线电子就相当于边防部队。当外敌进攻时,进行迎击的不是中心地区的军队,而是边防部队,命名时考虑了这层意思”。

以与福井共同获得诺贝尔化学奖的霍夫曼为首,福井的理论广泛传播到化学界的主要功臣是美国的研究人员。正因为如此,福井始终严格要求日本的研究现场立足国际视野,对研究成果进行公平合理地评价。因为较之于日本国内,自己提出的理论率先在欧美得到了认可。

福井最终凭借这个理论获得了诺贝尔奖。

日本人与诺贝尔奖 福井谦一,让日本感到意外的诺贝尔化学奖获得者

“灵感”和“直觉”非常重要

福井在演讲时会经常用到“灵感”和“直觉”等词。就自身的研究经验来说,他认为“灵感”和“直觉”在研究中非常重要。与年轻的研究人员和学生进行讨论时,福井肯定会强调这一点。

福井晚上睡觉时,会在枕边准备好铅笔和草稿纸。草稿纸是福井夫人将报纸广告的传单背面裁剪成笔记本大小制作的。福井说过,自己在半夜或黎明时分有时会突然冒出什么想法。为了避免过后忘记,就用枕边的纸和铅笔及时记录下来。

不过,福井说这些笔记基本都没什么用。很多在半梦半醒状态下记录的想法自己当时觉得很棒,但早上醒过来认真思考之后发现根本不值一提。

福井说:“不写下来也能记住的想法没什么了不起的。不写下来就会忘记的想法才重要”。

笔者出席过多次福井晩年时期的演讲会。他在演讲中说过下面这样一句话,给笔者留下了深刻印象。

“企业只为自己考虑即可的时代已经结束。必须为全世界、全人类考虑”。

福井非常关心地球环境问题,时刻心系人类的未来。

福井生前说过这样一句话:“以时间和空间为媒介,宇宙空间中的一切都有因果关系。每个人都有无限的过去和无限的未来”。

日本人与诺贝尔奖 福井谦一,让日本感到意外的诺贝尔化学奖获得者

文/ 马场錬成(科学记者)
编辑翻译 JST客观日本编辑部

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