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17年17人诺奖的背后中国沉醉土地产能日本疯狂布局技术产能值得国人深思
【17年17人诺奖的背后】中国沉醉土地产能,日本疯狂布局技术产能!
,值得国人深思!
今天,日本各大媒体的头条不约而同都在报道同一个新闻,“71岁的日本科学家大隅良典获得2016年诺贝尔生理学或医学奖”。
此前,日本曾于2000年至2002年连续三年摘得诺贝尔自然科学奖桂冠。
这次,日本又连续三年摘得诺贝尔自然科学奖桂冠,而且这三年一举获得6枚诺贝尔自然科学奖奖牌(含获奖业绩在日本作出的日裔美籍学者中村修二),比本世纪初的那次还要多2枚!
2000年来的17年间,日本共有17位科学家获得诺贝尔自然科学奖,平均每年一位,令世人惊叹。
日本何以取得“井喷”式成就?
从宏观、中观、微观三个层面分析其文化、体制等多方面因素发现,日本科学“井喷”最不可忽视的原因是,该国在经济快速发展时持续加大科研投入,在经济形势严峻时依然不吝于科研投入,并把坚持原始性科技创新作为改观日本前途的必由之路。
“他山之石,可以攻玉”,剖析邻国的科研、教育体制,也许可以在人才培养、科技强国方面给予我们一些启迪。
毕竟,最近几年他们都已经习惯看到一条类似新闻,“日本人又双叒叕得诺贝尔奖了”,就好像恒大又如探囊取物般拿了中超冠军一样,挺高兴,但不再热泪盈眶!
日本人的表情已经从最初的“Oh,mygod!
”变成了如今的“Soeasy!
”大家感受一下截止2015年的日本诺贝尔奖获奖时间表,算上本次获奖的大隅良典教授,日本已有25人获得诺贝尔奖(其中2人获奖时已经取得美国国籍)。
在自然科学领域,日本迄今为止获得的诺贝尔奖的人数为22人,排名居于美国、英国、德国、法国之后,为世界第5位。
如果仅从2000年以后的情况来看,日本在自然科学领域获得的诺贝尔奖数量达到17人仅次于美国,位居世界第2位,和中国目前比分是22:
1(中国女药学家屠呦呦在2015年同样获得诺贝尔生理学或医学奖)。
日本连续三年近乎井喷式“”掠夺)诺贝尔奖,这种“收获季”是日本人长期孜孜追求、持续投入的必然结果。
早在1995年,日本国会就通过了一个“介于宪法和专门法之间”的重要法律—《科学技术基本法》,提出“科学技术创新立国”作为基本国,并在1996年由日本内阁专门制定了一个为期五年的《科学技术基本计划》。
2001年3月,日本出台了第二个科学技术基本计划,明确提出“50年拿30个诺贝尔奖”的惊人计划,要知道在前大半个世纪日本一共才获得了9个诺奖。
1、在日本经济萧条的背景下,日本政府虽然财政紧张,但是对于科研经费完全不手软,大力加大资金投入。
2002年度日本财政预算总额大幅减少,为了30诺奖计划却大量增加了科技领域的预算。
从2006年到2010年,日本拨出25兆日元(相当于2500亿美元)用于政府研究开发投资,科研经费在GDP中所占比例一直保持在3%以上,这在工业发达国家中居于首位。
2015年东京大学获得的政府科研经费最多,3763个科研项目共获得约216亿日元科研经费。
2、日本认为教学科研行政人员层层审批才容易滋生官僚主义、形式主义和腐败。
行政很少干预科学研究,申报课题也无需层层审批,每次起码可以保障1、2年研究经费,给了科研人员年复一年,一辈子自始至终、扎扎实实的不受干扰科研环境,而不必为经费四处费心。
3、日本大学多为研究型大学,崇尚教授治学,科研氛围浓厚,诚信重过天,很少有学术丑闻。
日本优秀科研人员的社会地位和经济收入都很高,让他们可以专注于研究,很少出现“研而优则识仕”的现象,不会因为荣升院长,校长,而导致优秀学者在科研上止步。
同时,科学家一旦出现学术负面消息,就基本意味着其研究生涯的终结。
曾经被认为有望获得诺奖的小保方晴子(下图)论文造假事件,给了日本全国极大震撼。
“50年30人诺奖计划”实施了三分之一时间,顺利完成了三分之一的目标,让不少当年觉得日本人异想天开夸海口的人,也开始佩服日本人做事的靠谱程度。
其实,除了连续获得诺贝尔奖之外,在教育以创新方面日本同样有着耀眼的成绩:
1、日本初等教育入学率为100%,中等教育入学率为99.5%,均居世界第一。
早在1911年,6年义务教育的就学率便达到98%;1947年,日本又将义务教育延长至9年。
日本雄厚的科技实力背后是对教育的重视,基础教育的扎实发展,造就了平均文化素质高的日本国民,成为日本经济与社会发展的最宝贵资源。
2、汤森路透公布的《2015全球创新企业百强》榜单中,排名第一的日本上榜公司数多达40家,美国35家,而中国除了台湾的联发科以外,再没有任何一家企业上榜。
在媒体不断唱衰日本“失去的20年”的时候,日本其实正在“为未来投资”。
日本科技研究开发投入的经费仅次于美国,占世界第二位,比德国、英国、法国3国的总和还要多;研究人员数量也仅次于美国,每万人劳动人口的研究人员数为全球之最。
即便如此,日本舆论并未沾沾自喜,未雨绸缪的呼声比较强烈。
NHK评论称,“日本虽然狂揽诺贝尔奖,但其实是数十年前的研究成果开花结果,应着眼未来,不能得意忘形。
”
有经济评论家称,“随着日本经济实力下降,一旦政府无力再大幅增加科研经费投入,日本研究者的论文发表数量出现减少趋势,必将导致获得诺贝尔奖的频率出现下降。
”事实上,日本人担心的事情可能正在发生。
在作为科研活动重要指标的科学论文数排行榜上,日本2000年代初是仅次于美国的第2位,2011年~2013年平均倒退到第5位。
而中国则从第6位上升到第2位。
屠呦呦2015年获得诺贝尔医学奖
诺贝尔奖很多理论都极为超前,都是在数十年后才被证实。
也许此时此刻,大量的中国科研人员也正在默默地耕耘,期待他们也早日迎来诺贝尔奖的收获季节!
因此,如果要从宏观视角探寻导致21世纪初期日本诺贝尔奖出现井喷现象的原因,有必要将视线投向上世纪的七、八十年代,乃至六十年代。
当时的日本社会一定发生了某种巨大的变化,使得当时的科学家有条件取得足以获诺贝尔奖的研究突破。
经济的发展无疑对科技的发展起着重要的促进作用。
科技的发展需要足够的优秀人才、先进的实验仪器设备和充裕的研究经费,这些要素无不需要坚实的经济基础。
实际上,日本上个世纪六、七十年代的经济发展就提供了这样的一个后盾。
在上个世纪60年代,日本政府制定了著名的“国民收入倍增计划”,推动经济以近于10%的年平均增长率持续高速增长。
日本六十年代大多数年份的经济增长率都十分可观,许多年份甚至达到了两位数。
结果,日本经济的增长远远超过了“国民收入倍增计划”所定下的“在今后10年中计划将国民生产总值提高两倍以上,尤其是1961年后的三年间要将平均经济增长率维持在9%”这一目标。
1960年,日本在制订“国民收入倍增计划”的同时,还制定了与此目标相呼应的“振兴科学技术的综合基本政策”,提出要力争将国民收入的2%用于科研。
下图揭示了这一时期日本研发费投入占国民收入及国内生产总值之比的实际增长情况。
该图显示,2%的数值目标进入七十年代后不久即告达成,也就是说,日本上个世纪七十年代初的研发投入强度就接近达到了我国今天的水准。
日本经济高速增长期研发费投入占国民收入及GNP之比
20世纪70年代两次石油危机对世界经济造成很大的冲击,但日本国民生产总值仍然增长了1.8倍。
在科研资金的投入方面,1971年提出的目标是,将国民收入的3%用于科研。
由于国际经济发展的影响,这一目标在实践当中受到影响,研发经费的增长低于60年代,但到1975年,日本的研发经费总额还是达到2.62万亿日元,占国民收入的2.11%,超过了法、英两国的研发经费总额,步入科技大国的行列。
主要国家研发费投入占国内生产总值之比的推移
从上图中可以看出,20世纪最后的20年里,除去泡沫经济破裂之初的三、四年,日本的研发费投入占国内生产总值之比基本上处于不断攀升的态势。
事实上,即使在泡沫经济崩溃之后面对着严峻的经济形势,日本政府也依然不吝啬于科研投入。
由2015年诺贝尔物理学奖得主梶田隆章主持的超级神冈探测器便建于1991年,耗资约104亿日元。
可以说,如果没有这台领先世界的仪器,梶田想要作出诺奖级研究几乎是不可能的。
前已述及,2000年以后的日本诺贝尔奖得主的获奖研究成果大都是在20世纪七、八十年代前后取得的。
换言之,日本21世纪初期的诺贝尔奖获奖者大多数是在日本将研发费投入占国民收入之比提高到2%之后才取得重大科技突破的。
这一点非常重要!
从图中还可以发现,德国、法国,尤其是韩国近年来的研发费占国内生产总值之比也相当之高,但却没有像日本一样培育出众多诺贝尔奖得主。
由此看来,加大研发费的投入只是取得诺奖级科技突破的必要条件,并非充分条件。
因此,有必要进一步考察其他因素。
本世纪日本诺贝尔奖获得者接受义务教育和高等教育的年代大多集中于上个世纪五、六十年代,而当时日本的教育正经历着一场深刻的变革。
学界一般认为日本经历了三次教育改革,第一次改革从明治维新开始到第二次世界大战结束为止(1868-1945)。
这一时期的教育体制与西方启蒙运动以来的教育理念相悖,目的是让个人服从于国家。
从时间上看,与诺奖井喷关系最为密切的是第二次教育改革。
第二次教育改革不仅使日本的大学教师获得了更多研究自由和稳定的经费支撑,而且还使学生获得了更多参与科学研究的机会,得到了更多科学研究训练。
这些无疑会对日本学者的科学研究产生积极影响。
根据汤森路透的数据,1982年日本在五个科学领域中发表的论文数量为12534篇,仅次于发表数量为33744篇的美国,位列世界第二,而当年世界总论文发表数量仅为121739篇。
要而言之,日本经济从上个世纪六十年代开始进入高速增长期,历经十余年一跃成为世界经济强国。
伴随着经济的发展,日本的研发经费投入总额和研发经费投入强度也在不断增大,这为科技发展奠定了坚实的物质基础。
经济的发展需要补充大批高质量的专门人才,特别是理工科人才,这就要求大学扩大教育规模、调整学科结构,增加经费投入,提高办学质量,改善治理方式。
这些因素综合起来,给日本的诺奖得主们创造了一个得天独厚的教育环境和研究氛围。
日本的科学工作者给大多数人留下的第一印象大概都是工作态度认真严谨。
对日本的诺贝尔奖得主逐一进行考察之后,不难发现他们身上还具有一些其他共性。
即使是在世界范围内,日本科学工作者中密集的师承关系也是十分突出的。
在三个诺贝尔自然科学奖项中,日本得奖人数最多的奖项是物理学奖。
故以物理学奖为例,概览一下“名师出高徒”现象在日本诺奖获得者中的体现。
先来看看小柴昌俊和梶田隆章师徒二人的情况。
20世纪70年代末,小柴提出进行神冈实验来寻找质子衰变,当时梶田作为助手也参与了进来。
神冈实验没有找到质子衰变,却探测到了宇宙中微子。
小柴因此与戴维斯分享了2002年诺贝尔物理学奖。
到了20世纪90年代,梶田隆章从老师小柴手中接过接力棒,成了超级神冈实验装置的负责人之一。
1998年,梶田发表了实验测量结果,第一个证实了中微子震荡现象的存在。
这一发现使梶田得以登上2015年的诺贝尔物理学奖领奖台。
2015年诺贝尔生理或医学奖得主的大村智曾经说过:
“相比于美国人,日本的科学工作者们更加擅长合作。
”SSK的代表人物之一沙伦·特拉维克(SharonTraweek)曾经对日本高能物理研究所(KEK)和美国斯坦福线性加速中心(SLAC)做过详尽的对比研究:
在日本粒子物理学界,日本人高度重视培育下一代,美国则强调每个物理学家都要作出尽可能好的物理学。
另外,以KEK为例,日本的研究小组的模型是“家”,小组中的人员没有严格的分工,也不存在等级制度。
而SLAC则类似于一支“球队”,研究小组的领导相当于球队的教练,掌握着主导权。
进入研究生院学习的益川敏英(ToshihideMaskawa)和小林诚(MakotoKobayashi)2008年诺贝尔物理学奖得主益川敏英和小林诚创立的小林-益川模型就是典型的二人合作研究的成果。
益川在演讲稿中写道:
“小林诚进入名古屋大学研究生院的时候,我正在名古屋大学做助手(1967-1970)。
我们有一个研究小组,而小林属于那种硕士生阶段就能和我们对等讨论的,十分有才华的人。
我已经不记得小林诚是什么时候不知不觉就融入了我们的研究小组。
他在我前往京都之后给我寄了信件,借此机会我们二人开始频繁往来书信,最后敲定一起写出一篇论文。
小林在两年后也来到了京都大学,和我一起进行工作。
”由于益川对CP对称性的破缺这一课题十分在意,1972年5月开始,两人开始从事这一项研究。
每天上午十点,两人会在京都大学碰头,讨论两个小时。
他们的分工相当明确,益川负责进行理论性的假设和构想,而小林则负责实验检验。
在经历了无数次小林给出NG之后,益川某天晚上在洗澡起身时构思的六元夸克模型终于通过了小林的验证。
二人十分谨慎的花了一个月的时间写了一篇五页的论文,然后小林将其翻译成英文,并于当年的9月1日投稿。
益川的英文一直不好,因此论文的翻译才全权委托给了小林。
即使是在语言问题上,二人的工作也体现了完美的合作精神。
小林-益川模型的获奖不仅包含了这两个人之间的合作,而且还体现了KEK和小林及益川的合作。
论文发表当时,世界上只发现了三种夸克,谁都无法证明二人创立的六元夸克模型是否正确,更别提基于这个模型才会发生的CP对称性破缺。
KEK找出第四到第六种夸克的第一个目标没有达成,于是将目光转向了小林-益川理论中的另一个部分:
CP对称性破缺。
2001年日本几乎同时和美国观察到了CP对称性破缺现象。
在2008年的诺贝尔物理学奖颁奖词中提到了SLAC和KEK在证明CP对称性破缺中作出的重大贡献。
“KEK的新计划就是对小林-益川理论进行实验验证,他们获奖了就好像研究所的所有人员一起获奖了一样。
”颁奖词中的这句话很短,但它却很好地揭示出了日本科学工作者的团队合作精神。
像这类紧密合作、集智攻关、协同创新的例子还可以举出很多。
如果没有这种团结合作意识,彼此各自为阵,甚至相互拆台,很难想象能够战胜竞争对手,率先取得诺贝尔级研究突破。
在科学日益技术化、技术日益科学化的今日,使用别人已经使用过的实验装置开展研究,虽然偶尔也能够获得一些意外的发现,但是这种概率远小于先行者。
因此,自行改造或设计制作实验装置,确保其先进性和唯一性,在很多情况下已成为开拓研究领域、催生源头创新、推动前沿突破的前提条件之一。
可以说,自行改造乃至设计制作重要实验装置是2014年诺奖得主中村修二得以率先研制出氮化镓基高效率蓝色发光二极管的关键。
中村修二(左,ShujiNakamura)在实验室
中村修二受父亲的影响,从小就喜欢动手干些工匠活。
在名不经传的德岛大学上学期间,中村遇到了一位不主张从市场上购买通用仪器设备开展实验研究的导师,因此开展研究时不得不自行设计制作一些实验仪器设备。
在此过程中,中村逐渐掌握了电气焊接和机械加工等技能。
这为其后来开展实验研究打下了良好的基础。
进入“乡镇企业“日亚公司之后的最初九年,中村修二先后研制出了三个产品:
磷化镓、砷化镓和砷化铝镓。
在试制磷化镓和砷化镓过程中,为了节约研究经费,中村还常常使用焊接设备将已经使用过的石英管拼接起来继续使用,从而练就了一手焊接石英管的绝活。
这对其后来改造气相外延生长装置,研制氮化镓半导体薄膜帮助甚大。
1988年,中村修二大胆向公司提出的研制蓝色发光二极管的建议获准通过后,被安排到美国佛罗里达州立大学进修一年,主要学习研制蓝色发光二极管时必须掌握的金属化合物气相外延生长法。
由于学历和地位不高,中村不得不使用实验室里的一台已被拆解得面目全非的金属化合物气相外延生长装置零部件,自行搭建金属化合物气相外延生长装置。
这样一来,在美国的最初九个月和他在日亚的最初九年一样,几乎每天都在从事焊接、配管等作业。
如果没有这九个月的磨练,很难想象,他返回日亚后敢对花了近2亿日元从美国进口的金属化合物气相外延生长装置进行大幅改造。
中村修二在美国进修期间,就已决定使用只有赤崎勇团队还没有放弃的氮化镓来试制蓝色发光二极管。
由于当时根本就没有现成的生长氮化镓半导体薄膜用的金属化合物气相外延生长装置,故日亚从美国订购的乃按照生长砷化镓半导体薄膜的要求进行设计的金属化合物气相外延生长装置。
显然,用这套进口装置试制氮化镓半导体薄膜也遇到了很多困难。
但正是因为在不断试错的基础上,中村才能在比较短的时间内试制出了一批制备高效率蓝色发光二极管所需的半导体材料或器件。
中村团队于1992年9月成功地试制出了氮化镓/氮化铟镓双异质结发光二极管。
1993年2月,又通过给氮化铟镓掺少许锌和硅,获得了发光亮度更高的氮化铟镓掺杂结晶。
一个月后,中村等人又使用上述双气流式特殊装置,将采用氮化铟镓掺杂结晶制成的双异质结发光二极管的发光波长扩大到蓝光范围,并进一步提高了亮度,为当年正式投产氮化镓基双异质结型高效率蓝色发光二极管奠定了基础。
要而言之,如果没有双气流式金属化合物气相外延生长装置,很难想象中村修二团队在1993年就能实现高效率蓝色发光二极管的批量生产。
换言之,正是因为中村能够设计制作出全球唯一的先进实验装置,他的团队才能率先开发出全球第一个高效率蓝色发光二极管。
总的来讲,日本科学工作者因深受工匠精神的浸染,自行改造、甚至设计制造实验装置的意识比较强;而且,日本的工业技术基础非常雄厚,改造、搭建实验装置也相对比较容易,故新世纪的日本科学工作者使用独特的实验装置做出全新的科学发现的案例不断涌现。
中村修二、田中耕一是这样,小柴昌俊、梶田隆章、赤崎勇、天野浩也是这样,山中伸弥、铃木章等人同样也不例外。
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