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【日本人與諾貝爾獎】福井謙一,讓日本感到意外的諾貝爾化學獎獲得者

2019年06月28日 科學家訪談

很多諾貝爾獎得主私下裏都曾猜測到自己可能會獲得諾貝爾獎,因爲自己的成就自己最清楚。雖然獲獎時會表示「很意外,很喫驚」,但這只是客套話,內心真正的想法其實大多都是「終於獲獎了」。

1981年10月19日發佈諾貝爾化學獎獲獎名單時,以媒體爲首整個日本都感到非常意外。但時任京都大學教授的福井謙一卻沒有表現出喫驚的樣子,而是淡然地出席了記者發佈會。因爲他已經猜到自己會獲獎,福井也對筆者坦言:「覺得自己可能會獲得諾貝爾獎」。

日本人與諾貝爾獎 福井謙一,讓日本感到意外的諾貝爾化學獎獲得者

福井謙一

福井1918年出生於奈良縣生駒郡平城村(現在的奈良市押熊町)。少年時代經常奔跑在山野之間採集昆蟲,在優美的自然環境中長大。

福井少年時代癡迷於閱讀法布爾的《昆蟲記》,他就這部著作表示:「震撼了我的靈魂。也是我終生的心靈指導教授」。

福井還有過一段傾心於文學的時期,中學時代就讀完了夏目漱石全域。

報考京都大學之前,福井迷上了劍道,一心想鍛煉出一個健康的身體。他學習很好,後來被京都大學工學部錄取。大學時代曾一度苦惱將來該選擇什麼專業領域。

當時,福井的親戚、京都大學工學部教授喜多源逸問他擅長哪個科目,得知他喜歡數學。

喜多立即對他說:「喜歡數學的話就選化學吧」,於是,福井進入了京都大學工學部化學科。

當時量子力學理論剛剛確立,福井對此很感興趣,經常跑去京都大學理學部物理可用能學科旁聽量子力學課,自學了這門課程。

不久後,福井對化學科的理論化學也開始感興趣,並着手研究化學反應機制。

日本人與諾貝爾獎 福井謙一,讓日本感到意外的諾貝爾化學獎獲得者

戰爭催生了研究理論

畢業後,福井留在大學當研究員,但很快便迎來了人生的一大轉折點。那就是戰爭。福井當時24歲,在京都大學擔任講師,時值太平洋戰爭末期,他被國家任命爲陸軍燃料研究所的陸軍技術大尉,奉命開發飛機燃料。

日本石油資源匱乏,所以決定從松樹松脂中提煉燃油作爲飛機的燃料。負責這項研究的福井每天泡在充滿酒精蒸汽的房間裏做實驗,他說自己因此變得特別能喝酒。

在當時的研究中,爲改良飛機燃料,福井研究了烴的鍵合。當時化學反應被解釋爲,正電和負電透過相互的電場吸引發生反應,但福井發現他在陸軍燃料研究所研究的烴,用電荷的正負理論完全解釋不通。因此福井認爲電子理論並不完整。

戰爭結束後,福井回到大學研究室,開始研究關於化學反應的疑問。學生時代自學的量子力學理論此時派上了用場。

當時用基於小麥克斯韋電磁學的電子反應理論來解釋化學反應,但福井發現光憑這個理論並不能完全解釋得通。1952年,34歲的福井在美國物理可用能學會的期刊上發表了一個大膽的理論。

當時關於化學反應的主流理論是電子理論,即化學反應由所有電子的密度之和、也就是電荷決定。對此,福井透過在化學反應中採納量子力學定義的軌域理論,提出了新見解,即發生化學反應是由能量最高的電子的軌道擴散方式決定的。

福井的軌域理論主要内容爲:化學反應是隨着電子從分子向分子流動引起的,高能電子的軌道擴散決定了化學反應的發生方式。

福井將自己提出的理論命名爲「前線(Frontier)軌道理論」。Frontier有「邊境」、「國境」之意,福井解釋說:「如果把分子比喻成一個國家,則前線電子就相當於邊防部隊。當外敵進攻時,進行迎擊的不是中地區的軍隊,而是邊防部隊,命名時考慮了這層意思」。

以與福井共同獲得諾貝爾化學獎的何夫曼爲首,福井的理論廣泛傳播到化學界的主要功臣是美國的研究人員。正因爲如此,福井始終嚴格要求日本的研究現場立足國際視野,對研究成果進行公平合理地評價。因爲較之於日本國内,自己提出的理論率先在歐美得到了身份鑑定。

福井最終憑藉這個理論獲得了諾貝爾獎。

日本人與諾貝爾獎 福井謙一,讓日本感到意外的諾貝爾化學獎獲得者

「靈感」和「直覺」非常重要

福井在演講時會經常用到「靈感」和「直覺」等詞。就自身的研究經驗來說,他認爲「靈感」和「直覺」在研究中非常重要。與年輕的研究人員和學生進行討論時,福井肯定會強調這一點。

福井晚上睡覺時,會在枕邊準備好鉛筆和草稿紙。草稿紙是福井夫人將報紙廣告的傳單背面裁剪成筆電大小製作的。福井說過,自己在半夜或黎明時分有時會突然冒出什麼想法。爲了避免過後忘記,就用枕邊的紙和鉛筆及時記錄下來。

不過,福井說這些筆記基本都沒什麼用。很多在半夢半醒狀態下記錄的想法自己當時覺得很棒,但早上醒過來認真思考之後發現根本不值一提。

福井說:「不寫下來也能記住的想法沒什麼了不起的。不寫下來就會忘記的想法才重要」。

筆者出席過多次福井晩年時期的演講會。他在演講中說過下面這樣一句話,給筆者留下了深刻印象。

「企業只爲自己考慮即可的時代已經結束。必須爲全世界、全人類考慮」。

福井非常關心地球環境問題,時刻心繫人類的未來。

福井生前說過這樣一句話:「以時間和空間爲媒介,宇宙空間中的一切都有因果關係。每個人都有無限的過去和無限的未來」。

日本人與諾貝爾獎 福井謙一,讓日本感到意外的諾貝爾化學獎獲得者

文/ 馬場錬成(科學記者)
編輯翻譯 JST客觀日本編輯部