欧阳钟灿：白川英树获奖历程回顾

科学2001年第3期 http://www.kexuemag.com/artdetail.asp?name=221 震撼与思索：白川英树获奖历程回顾 欧阳钟灿 2000年10月10日，瑞典皇家科学院授予美国化学家麦克迪尔米德（A. G. MacDiamid）、美国物理学家黑格（A. J. Heeger）和日本材料科学家白川英树（H. Shirakawa）2000年诺贝尔化学奖，以表彰他们开创了新的研究领域——导电聚合物。 当笔者于2000年12月到日本东京工业大学——白川长期学习与工作过的母校进行合作研究时，刻意追踪白川从曲折艰难到终至成功的成长历程。下面“道听途说”的故事及依据新闻资料所得体会，对我国从科技管理工作者到一般科技工作者当前热烈讨论和焦虑的问题——我国何时能摘取自然科学领域的诺贝尔奖桂冠，提供一点“他山之石” 白川之前的五位日本获奖者 众所周知，自然科学领域的诺贝尔奖是国际上公认的最高奖项。因此，一个国家的获奖人数从一个方面反映着这个国家的科技发展水平。迄今为止，已有六位华人获得诺贝尔自然科学奖，但以中国藉登录的只有两人，即李政道、杨振宁。在白川之前，日本有五位科学家获奖，他们都是以日本国藉问鼎诺贝尔奖。 获1949年物理学奖的汤川秀澍与获1965年物理学奖的朝永振一郎，接受的培养和训练，以及获奖的工作都是在日本本土完成的。这是因为日本明治维新后，国民从哲学上认识到，基础研究对根本改造日本封建经济体系，以从源头和动力方面跟上西方资本主义日渐发达的科技水平的重要性。据介绍，即使在日美交恶的二战时期，军方还是用潜水艇运回西方出版的《物理评论》等重要学术刊物，以供本土学者研究之用。 战后，日本由于过分强调经济，在汽车制造、半导体生产领域曾经超过美国，但对基础研究的支持则日渐式微。因此，第三个获奖者，1973年物理学奖得主江崎的获奖工作主要在美国完成。不过，他一直保持日本国藉并于1980年代后返回日本服务。第四个获奖者，1981年化学奖得主福井谦一的经历，则开始显露日本学术氛围对原始创新性基础研究的阻碍作用。 福井于二战结束当年从日本京都大学毕业。1950年代，当他开始独自发展化学反应的量子分子轨道理论时，并未受到重视。他的一些同事和上司对其不热心应用化学研究，又“狂妄”地要创立新的化学基础理论颇有微词。等到1960年代欧美化学界大量引用他的论文后，日本学界才开始承认他的工作。福井的成功得益于物理学与化学两个学科碰撞所产生的火花。他曾在获奖后不无庆幸地说：“如果我过早迷上化学实验，肯定不会钻研物理学理论，也就不会获得诺贝尔奖了。” 第五位获奖者利根川进1963年毕业于京都大学。大四时，他因聆听法国学者雅各布（1965年诺贝尔生理学或医学奖获得者）演讲分子遗传学的“信使核糖酸”及“操纵子”学说而深受鼓舞，立志研究分子生物学。这种远大志向和刚强不妥协的个性，与日本长期以服从为第一的“团队”或“公司”精神格格不入。他的老师，京大病毒所渡边格教授认为他的个性太强，不善处世，非常不适合留在以协调为主的日本研究单位。因此，他毕业不久即赴美国、欧洲从事抗体变异性遗传原理的实验研究，在瑞士巴塞尔免疫所一呆十年。他于1976年发表在《美国国家科学院院刊》的一篇论文“制造多样性抗体的遗传性原理”，而奠定其独得 1987年生理学或医学奖的开创性工作。得知白川获奖后，利根川进曾对报界发表感想说，对在自己得奖后长达13年的时间里，日本与诺贝尔奖无缘深感忧虑，认为日本若要增加诺贝尔奖得主，必需对其长期不变的研究、教育体制进行改革。 1994年夏季，笔者曾到德国林岛出席诺贝尔物理学奖得主的演讲会。这次会议上，1973年物理学奖得主江崎教授曾以“发现的动力学”为题介绍其获奖感受。他也是不满日本的研究环境而“流动”到美国。没有那次流动，他就不会出自要把量子力学习题——粒子在一维势垒的隧穿变成现实的“异想天开”而发明江崎二极管。 白川这次得奖确实给日渐失去自信心的日本学术界注入一支强心剂。因此，代表官方对科学研究资助管理的经济产业省技术审议官增田优先生，在2001年1月号的日刊《高分子》以“祝贺与感谢”为题，发表感慨：“对于时下丧失自信与迷失方向的日本现况，在对白川获奖祝贺的同时，更应加倍对其获奖引起社会变革的鼓舞表达深深的谢意。” 当了十三年助手作出诺贝尔奖的发现 白川英树1936年出生于东京，小学与中学是在日本中部一个群山环抱有着优美自然环境，号称“小京都”的高山市度过。少年时代在对矿石收音机、昆虫采集及园艺的爱好中形成他对科学的热爱。白川获奖后在接受《朝日新闻》的采访中，不无忧虑地批评现时日本小学生追崇垒球明星而脱离科学爱好的倾向。据白川回忆，小学身近自然的兴味，中学理科教师的谆谆教导，对他选择基础研究的人生志向有很大影响。 1961年白川从东京工大化学工学系毕业，即升入高分子化学系攻读研究生，于1966年获得博士学位后，被东工大化学研究所高分子材料部门著名的神原周教授聘为助手，与神原教授的另一位助手，现东北大学名誉教授旗野一道步入聚乙炔的研究。神原周是一位有卓越贡献的高分子材料学家，现在各大百货商场步行电梯中耐磨传送带所使用的高分子合成材料就来自于他的发现。但由于日本国立大学硬性的退休制度，在白川当助手的第二年，神原即“退官”离校，白川开始无老板教授照应的艰难历程。从1966年至1979年，他一直得不到提升，在日本高校职级最低的一级“教官”——助手名分上一呆13年，最后于1979年被迫离开东工大到筑波大学材料系应聘副教授。 白川与诺贝尔化学奖的缘分开始于他在1971年一次“错误”中的偶然发现。当时，他负责指导一批韩国留学生进行聚乙炔合成实验。聚乙炔作为结构最简单的一维共轭聚合物，从1950年代有机半导体研究发端时即受到高分子材料学家的重视，但长期无法取得进展。其根本原因是当时合成出来的聚乙炔都是结构不明的不溶也不熔的粉末，材料重复性不好，不可能有重要应用。大概是语言交流的问题，白川指导的韩国留学生把指定的催化剂，齐格勒－纳塔触媒（Ti(OBu)4－ Et3Al）的用量“错误”地提高上千倍，结果诞生出具有银色光泽的聚乙炔薄膜，突破合成高结晶度聚乙炔的难关，所得到的轻密度（0.4克/厘米3）结构，为日后进行掺杂提高电导率提供了极好的基础。 这个发现在1971年日本高分子学会发表后，并未受到日本学界的重视。这种现象暴露出日本学界崇洋的弊端，在日本科技界已不是首次。1996年诺贝尔化学奖——C60的发现授予英美学者就是其中一例。最早在理论上构造出C60球状分子结构的是日本学者大官先生，这一理论发现发表在日文的教科书中。但日本化学界（主要是实验方面）无人重视跟进，因此只好与诺贝尔奖擦肩而过。 幸运的是，1976年麦克迪尔米德在京都大学作客座教授回国前夕，曾到东工大访问演讲。白川向麦氏展示了自己合成的聚乙炔薄膜，受到麦氏刮目相待并邀请他到美国宾夕法尼亚大学合作研究。从1976年到1977年，白川即加入该大学由物理系教授黑格及化学系教授麦克迪尔米德领导的跨学科研究小组，开始将半导体性聚乙炔经电子受体掺杂改性为具有金属电导聚合物的研究。白川负责高性能适于掺杂聚乙炔薄膜的合成（现在公称为“白川合成法”）研究；黑格的学生，来自我国台湾的钱(C.K.Chiang)先生则负责掺杂实验材料的电气测试。 这位钱先生也参加了2000年12月在瑞典斯德哥尔摩举行的诺贝尔奖授奖典礼。据日本《朝日新闻》12月30日报道，白川与钱先生在瑞典相遇时非常激动，他们回忆了在宾大地下实验室日日夜夜的无数次失败。有一天，当他们把一滴适量的溴加入实验用聚乙炔材料时，电流表上限值成百万倍提高，打坏了表针。在忙乱地更换电压表之后，他们终于发现电导率被提高了1012倍（约为103西/厘米），实现了第一个全有机的导电聚合物的合成。这一研究成果以两篇短论文于 1977年同时发表在化学与物理学的权威杂志[1,2]上，由此开创了导电聚合物新的研究领域。从两篇论文的作者排序来看，白川获奖当之无愧，两位老板也名至实归；可惜的是，由于诺贝尔评奖委员会的规定——合作得奖者不超过三名，我国台湾的钱先生错过了为华人学界再添一星的机会。 白川从美国留学归来，即离开东工大到筑波大学研究液晶材料及其他导电聚合物。他以专致的实验研究，彻夜的苦干（被同事称为“白川流”的实验风格），在学术上继续有重大建树，于1982年升任教授，1983年被授予高分子学会奖。据原日本学术会（会员相当于其他国家的科学院院士，但有任期限制）第16期第5 部长，原高分子学会理事长内田盛也回忆，这是高分子学会第一次给日本本土人士授奖。在授奖仪式上，白川的老师神原周教授说：“白川君的工作是获诺贝尔奖的工作。”在1983年发表的《新春随想（5）》中，神原周对他的两个学生，池田朔次（当时已病故）与白川英树发表在1979年4月号《化学与工业》上的文章“有机高分子导电体：聚乙炔及其诱导体”评价极高，真是知生莫如师。令人惋惜的是，神原先生于1999年去世，要是再多活一年，看到自己的预言变为现实，那该是多么欣慰的事。 白川是东工大毕业生中首位获诺贝尔奖的，这在东工大引起的震动可想而知。2000年10月26日，东工大的正副校长内藤和相泽，率校系领导特地到白川家中祝贺，并赠送一个黑松盆景。12月21日，东工大全体教授每人交一万日元，以盛大庆宴为白川夫妇正式祝贺，并在百年纪念馆设永久纪念角，其中陈列有白川在资源所（一座陈旧的四层小楼，日本称霸世界的液晶显示技术与此楼有关）合成出聚乙炔薄膜的原有设备，可谓极尽崇敬之意。毋庸讳言，校领导乃至教授们，对作出重大贡献的助手未能给予副教授职位的历史，心情是十分复杂的。但这并不是说学校高层不重视人才。 1997年12月底，内藤校长在百人纪念馆设宴招待外国留学生与访问教授，笔者就亲聆他对日本长期以来缺少原创性人才的忧虑。他在讲话中特别推崇由于发明光纤，当时刚获得京都奖（日本最高奖金奖）的华人科学家高昆。联想到白川在东工大的际遇，真应了中国的俗语：墙内开花墙外香。这种忽视自己培养的人才的教训是有普遍性的。 在基础研究中，“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”不是单一现象。形成这种现象的原因，一方面来自基础研究的不确定性和非共识性，更主要的是来自对人才评价的保守机制。日本高校任用教官的制度中，虽然规定要公开招聘，但操作起来完全决定于讲座教授本人。因为是否聘用，取决于一票否决制的系教授会。因此，为自己将来“任人唯亲”的方便，教授们都乐于投人情票。没有老师照应的助手，就如同断奶的孤儿。白川苦干13年助手的原因就与此制度有关。而同样尴尬的是，白川于2000年4月按日本国立大学规定（63岁）从筑波大学退休，5月其办公室与实验室即被清理一净。因此，当10月宣布白川获诺贝尔化学奖时，据说想再找回这些实验室物品，都找不到了。 前文提到过的内田盛也在2001年1月号的《高分子》上发表文章指出，白川氏的人格与日本的教育理念有很大的冲突，与日本重实业的勋赏制度也相当不合拍。事实上，白川的遭遇在日本并非首例。1994年诺贝尔文学奖得主大江健三郎，就曾因类似遭遇拒绝领受再为他颁发的政府奖。白川倒比较大度，他接受了日本政府2000年颁发的文化勋章与文化功劳奖，在2001年元旦与一位名作家共同出席日本政府电视台（NHK）长时间的现场直播演讲。白川的筑波大学同事赤木和夫教授以“善良的人生与伟大的人生”为题（同上述《高分子》杂志）称赞他是一个“温厚，谦虚，真挚，高尚，正直……”的大好人。正是自身具有这么多优良素质，使他能在不利的环境、复杂的人际关系中，严谨治学，坚持自己的信念，耐得住寂莫，不顾周遭人士的一时不理解，毫不动摇地走自己的路，直至最后取得成功。白川的成就对渴望成才的年轻人是一个学习的榜样。 原创是诺贝尔奖的灵魂，成功有赖于团队精神 为什么诺贝尔化学奖会授予白川及其合作者？在诺贝尔基金会每年发给成百上千位世界各地科学家的统一推荐表格中，第一栏是用一行简洁文字叙述推荐理由。2000年化学奖获奖理由是“在导电聚合物发展中的开创性贡献”。为什么他们的工作是开创性的？ 日本学术会议第5部会员，前日本高分子学会会长，东工大名誉教授安部明广著文给予了精辟论述（同前述《高分子》杂志）。安部首先引用因首次合成核苷酸单体而获1957年诺贝尔化学奖的英国生化学家托德（A.R.Todd）于1980年接受《化工新闻》记者采访的一段话：“什么是化学对社会的最大贡献？我认为聚合物是化学对现代社会、对我们日常生活有最大影响的最大贡献。如果没有化纤，没有塑料，没有合成橡胶，我们的世界将完全是另一个样子。如果没有绝缘物，也就谈不上有电子学，而所有这些都归结到聚合物。” 按安部的话来说，托德发表上述言论时，聚合物按传统共识就是绝缘体。虽然在聚合物发展研究中已有施陶丁格（H.Staudinger，提出高分子聚合原理和结构理论）、齐格勒与纳塔（H.Ziegler and G.Natta，分别研究聚乙烯、聚丙烯的结构和催化合成）和弗洛里（P.J.Flory，进行大分子物理化学理论研究）分别于1953年、1963年和 1974年获诺贝尔化学奖，但白川等三人的研究打破了聚合物只是绝缘体的限制，使高分子聚合物的研究扩大到半导体与导体，大大开拓了聚合物新结构、新性质的研究领域。概念上的突破、性质上的突破与领域上的突破，是白川等人成就的原始创新性特点，白川的老师神原周1983年预言其工作是诺贝尔奖获奖工作的出发点也在于此。 1991年由诺贝尔化学奖评选委员会主席兰拜（B.Ranby）教授在瑞典主持召开的导电聚合物诺贝尔基金研讨会，则是白川等人将获诺贝尔奖的最大先兆。在这个小型会议上，兰拜的特别演讲对白川、麦克迪尔米德与黑格（三人都应邀出席）1977年10月发表在《物理评论快报》的论文的独创性大加赞赏，但也中肯地指出，由于导电聚合物还缺少实际应用，因此暂时还不能授予诺贝尔奖。会后，为了促成白川早日获奖，日本产业界加大导电聚合物应用技术开发研究，在高频电容、可充放电池、聚合物电致发光显示（EL）方面取得进展，并在世纪之交均达到产业化生产。按内田盛也前述文章的话，导电聚合物技术开发是“产、学、官（即政府）”共同推进的结果，而且他们十几年来都在期待着日本学者在该领域获诺贝尔奖这一天的到来。 1994年，日本高分子学会把高分子功绩奖授予高分子科学泰斗兰拜教授，这也算是日本高分子学界争取白川获诺贝尔奖的一份努力，而兰拜教授则在2000年诺贝尔化学奖公布的次日急逝。不过，他比1999年去世的神原周幸运。 虽然白川在东工大的际遇不尽如人意，但政府对他的研究还是相当支持。在2001年1月号《高分子》杂志上著文的另一位经济产业省官员西出彻雄指出， 1981年日本通产省创设的“新一代产业基础技术开发规划”中，最早立项的12个重点项目就包括有“导电高分子”，白川是该研究促进委员会的核心人物。在创立阶段，日本各大化工公司，如东风、帝人、旭化成、三菱化成、住友化学等，还在东银座开设高分子应用技术研究联合事务所，每周一次（每年超过百次），各公司代表出席聚会，交流开发计划的立项与进展情况，中午也是在手捧盒饭，边吃边讨论中度过的。因此，白川的获奖对产业界十几年来的努力也是很大慰藉。一句话，白川的获奖与日本传统的协调、团队精神有很大的关系。 诺贝尔奖从1901年开始颁发，到今年已有100年历史。由于诺贝尔奖评选委员会始终坚持诺贝尔本人遗嘱的基本精神——公正、科学技术的最高水准，因此获奖者的成就为其所在国家引以为豪，获奖者本人亦多被视为民族英雄，被邀请到各地进行演讲。 在白川从瑞典受奖归来不久，日本高分子学会与朝日新闻社在东京有乐町朝日大会堂曾召开隆重的白川英树纪念演讲会，白川以《我走过的路》为题发表了长篇演讲，演讲全文以同样的题目收入朝日选书。 演讲中，白川提出实验重于论文的观点。他认为，对科研工作的评价不应当以发表的论文数量为依据，而是要以其实际价值来论结果。他对当前片面追求论文数，一篇论文分作两篇写的坏作风进行了严厉抨击，而提倡他在大学时代坚持的实验第一的传统。对于日本诺贝尔奖获得者为什么会比美国少得多，他认为是两国评价体系的差别。他主张采用美国同行客观评价，而不是日本式避开严格评价的作风。这些出自成功者的经验，值得我国现有基础研究评价体系反思。在2001年1月号的《高分子》杂志上，白川在东工大资源所的同事和好友，现东京农工大教授官田清藏则强调白川等人获得诺贝尔奖是交叉学科合作研究的卓越典范。如果不是白川首先合成出高结晶度聚乙炔薄膜，不是黑格提供的聚乙炔导电的物理机制，及麦克迪尔米德在无机电化学方面的经验，聚乙炔“有机合成金属”就无法实现。官田先生还对美国资助非共识科研项目的作用大加赞赏。他认为弗吉尼亚联邦湾（Commonwealth）大学的温（K.Wynne）教授30年来领导的对非共识未知领域的科研经费资助，在支持麦克迪尔米德的导电聚合物研究（包括邀请白川赴美合作研究的经费）起到了至关重要的作用，是值得日本科研经费资助体系学习的。这也是值得我国负责科研经费分配的领导部门深思的。 改革开放以来，由于我国经济实力的增长，这几年对基础研究的支持确有长足的进步。但如果不在改变现有评价体系上创新，不克服单方面追求SCI论文数的现象，不促进交叉学科研究的发展，不凝炼新的学科方向，多数科学工作者为增加论文数量而滞留在各自原来的研究方向，即使投下去很多的经费，也不会产生迅速、显著的效果，要在中国本土产生诺贝尔奖的热切愿望的实现就可能要等相当长的时间。 (本文写作时得到东京工大岩本光正教授、中科院化学所万梅香教授和天津理工学院程晓曼教授的帮助，特此致谢。) [1]Shirakawa H, et al. Chem Comun， 1977: 578 [2]Shirakawa H, et al. Phys Rev Lett , 1977, 39: 1089