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第21章 “不务正业”的化学家福井谦一

令人陶醉的世界

“在微妙而美丽的大自然深处,蕴藏着绝妙的合理性。人就是因为被大自然的魅力所吸引,从而对它的深奥产生了求知的欲望。”这段话是日本物理化学家福井谦一说的。

福井谦一出生在日本奈良一个人烟稀少的小山村,后来随父母移居到了大阪。

也许是出生在农村的缘故吧,福井自小就对大自然有着浓烈的眷恋之情,那里的一草一木都让幼年的福井激动。他喜欢静静地蹲伏地草地上,盯着不知名的小草在微风中摇曳,在他的潜意识里,翠绿的小草似乎在传递着一种生命的信息,是那么神秘,引人遐思。

在福井的眼中,自然界春夏秋冬,四季轮回,就像是一曲生命之歌,激昂的高音和浑厚的低音都同样让人着迷。

每逢春暖花开的季节,福井都被一股不可遏止的好奇心驱使,独自跑到深山幽谷,采集奇异的花朵,捕捉色彩斑斓的蝴蝶,常常到夜幕低垂时才回家,第二天一早又迫不及待地投入那令人陶醉的世界。

移居到大阪后,喧闹的城市生活更增添了他对大自然无限的思恋。

福井这时已经上学了,他勤奋好学,天资又不错,所以学习成绩一直保持优秀。

但美丽的大自然却始终让他魂牵梦绕,因此,在学校里,福井最盼望的就是假期了。

一到假期,福井就把书包扔到了一边,然后坐上长途客车,赶回自己的故乡——奈良。

故乡的一山一水、一草一木在福井看来,都充满着强烈的生命感。后来福井回忆说:每次回故乡,我的心都非常激动……那种接近大自然时产生的快感,至今仍在我胸中荡漾。

福井能够尽情嬉戏于大自然,应归功于他父亲的开明。他的父亲是东京高等商业学校的毕业生,在大阪从事外贸工作。他对大自然的兴趣不亚于自己的儿子,他尤其擅长钓鱼。在他那里,福井学会了一种钓鳝鱼的特别方法。

夏天,是福井钓鱼、游泳的黄金季节,在故乡的外婆家,他几乎天天都在海湾里划船、游泳,和小朋友们比赛钓鱼。结果一个假期下来,皮肤晒得黝黑,功课却一点儿也没做。

爸爸对此没有横加指责,他认为:亲近大自然是人类的第一大特权,不应该干涉孩子的自由。

福井虽然贪玩,可他在学校里总是保持着充沛的精力,对老师所讲的知识,他是领悟最快的学生。

他用5年的时间读完了六年制小学的课程,又用4年的时间学完了五年制中学的课程,而且始终是班级里学习最优秀的一个。

在中学读书时,他最喜欢数学和物理,因为这两门课程都给他留下了足够的思考和想象空间。福井酷爱大自然,但在大阪,他的兴趣是无法如愿以偿的。

还是爸爸了解他,为了满足他对大自然的热爱心情,特地为他订了一份杂志——《全国地理杂志》。

《全国地理杂志》是一本介绍世界各地风光的专业期刊,福井最喜欢的是上面登载的美丽的彩色照片。

在这本杂志上,福井见到了非洲及东南亚繁茂的原始森林,澳洲大草原珍贵的袋鼠及羚羊,寒冷的北极和在那里生息的企鹅、海豹……他陶醉了,原来外面还有如此丰富多彩的世界!

以后,福井千方百计找来有关自然界的书籍阅读,这些书他都百读不厌。在读书的过程中,他的心与大自然更贴近了。

上中学时,他读了一本名叫《法布尔昆虫记》的书,这本书的作者法布尔将多年观察的昆虫习性、特征整理成集,创作了这本驰名世界的科普作品。

《法布尔昆虫记》是福井年轻时最喜爱的一本书,书中对昆虫栩栩如生的描写深深印在了他的脑海中。

特别是法布尔的一句话:我还要工作啊!常常让福井的心灵产生无法言喻的振撼。

福井把精力都花在他感兴趣的问题和科目上,却从来没有想过研究化学——这门使他后来获得诺贝尔奖的学科。

化学系中的“物理学者”

人人都觉得福井将来会从事动物或植物的研究,连福井也认为如此,但一次很偶然的事情的发生,改变了福井一生的命运。

有一次,福井的父亲到京都帝国大学化学系教授喜多源逸家拜访,闲聊时谈到了福井。

他对喜多教授说:“我的长子福井快高中毕业了,还没有选定要干什么,您有什么好的建议吗?”

“那么,他擅长什么科目呢?”喜多教授问。“他最喜欢数学,德语也学过一些。”“既然如此,就把他送到我这儿学化学吧。”喜多教授直截了当地说。

福井的父亲有些犹豫,因为他知道,福井是最讨厌化学的了。喜多教授看出了他的心思,又说道:

“喜欢数学是学好化学最理想的条件,无论如何不能耽误了他的前途,福井君,你要三思啊!”

福井的父亲回到家,把喜多教授说的话告诉了他。

福井不喜欢化学,主要是因为化学大部分内容需要博闻强记,而福井是最厌烦死记硬背的。

他听了爸爸转述的话,感到很吃惊:数学成绩好是研究化学的理想条件?

福井不明白。但他想:喜多教授是有名的科学家,他的话大概不会错吧。

福井经过深思,决定听从喜多教授的意见,毕业后报考京都帝国大学化学系。好在他天资聪颖,即使对自己不喜欢的化学,也能迅速融会贯通。

对于这一转变,后来福井回忆说:

“喜多教授的一句话,改变了我的追求,这实乃人生之一大幸事,对此,我充满了感激之情。”

1938年,福井在他20周岁之际,考取了京都帝国大学化学系。

当时,随着现代物理学在分子、原子和量子力学领域的巨大突破,化学的研究也开始深入到微观世界,而它的研究基础就是现代物理学,这是一个化学家作出重大贡献的前提。

福井仍然对化学专业不感兴趣,因为老师只是照本宣科,将前人的经验和研究成果灌输给学生,却从来不对学生进行基础理论的教育,尤其像量子力学这么重要的基础语言,老师在课堂上竟然一带而过!

福井不想做“知识的贮存器”,他希望去研究发展化学,发挥自己擅长思考和想象的能力。

“为了出色地应用,一定要打好基础。”他想起了喜多教授的一句话。福井决定自学现代物理学。

化学系的学生学习物理,看起来像是不务正业,许多学生都在背后议论他,嘲笑他,但福井不为所动。自学是非常困难的,没有人帮助他,还缺少物理教材。

大学图书馆成了福井汲取精神食粮的仓库,他成了那里的常客,而且无一例外,回回借的都是物理书籍。

有一次,他借了一本比较深奥的物理书,有许多难点,让他绞尽了脑汁,幸亏在高中打下的深厚的数学基础帮助了他,最后终于解开了心中的疑团,但书早已超过归还日期,无奈,他只好在满怀歉意把书还给图书馆的同时,老老实实让图书管理员狠狠训斥了一顿。

图书馆有些比较重要的书或者孤本是不允许外借的,对此,福井只能用最笨拙落后的方法——抄。为了抄书,福井常常累得胳膊酸痛难忍。

实在弄不懂的问题,福井就溜到物理系,去请教那里的老师或学生。

后来,他发现这是一个简便易行的方法,索性钻到物理系教室去听物理课,有时还参加物理系举办的“量子力学沙龙”。

第一年期末考试,他的应用化学成绩很不理想,同学们都戏称他为“化学系的叛徒”。

钟情化学

福井虽然讨厌化学,但为了撰写毕业论文,他不得不再一次把精力投入到化学学习之中。

再有一年,福井就要毕业了,在新宫春男副教授的指导下,他开始通过实验分析碳氢化合物的一种化学反应。这个实验激发了福井对化学的兴趣,很多年后,福井回忆这段美好时光时说:

“最早使我体会到化学的魅力的,正是碳氢化合物的反应,就像是命运的安排,从此我与化学结下了不解之缘。”

在碳氢化合物反应过程中,福井发现有些碳氢化合物尽管在化学构造上很相似,但在与同一化合物进行化学反应时,却各自有完全不同的反应过程和结果。

福井感到非常有趣,在实验过程中,他常常想:究竟应该怎样解释奇妙的化学反应呢?

1941年,福井大学毕业了,他被分配到陆军燃料研究所,研究用化学合成方法合成一种燃料添加剂。

他在学校时的想法不但没有消失,相反,他的心中逐渐萌发了一个宏大的志向:用理论来说明化学反应。

第二次世界大战后,福井回到京都大学燃料化学研究室,从事化学反应工程学研究。

福井已经具备了精神、知识和物质上的有利条件,他开始向他那个极其艰难的目标迈步了。

这是一条充满荆棘,然而前途光明的道路,为此福井付出了艰辛的劳动。

我们知道,化学反应是在分子、原子这样的微观世界里发生的,要想建立合乎逻辑的理论,必须借助丰富的思考和想象。

在福井研究之前,化学界已经建立了一种化学反应理论,即“有机电子论”。这个理论对许多实验现象有正确合理的解释,但不适用于所有的化学反应,例如,对碳氢化合物的反应,就不能有令人满意的解释。

福井的目标是伟大的,如果他能建立起一个更好的化学反应理论,将是对化学界一个不可磨灭的贡献。

福井陷入了痴迷的境地,废寝忘食,犹如走火入魔一般。

因为昼思夜想,辛勤工作,福井累得瘦了一圈,但还是看不到一丝成功的迹象。

5年过去了。

1951年2月的一天,实验室忽然发生了火灾,损失了许多设备,房间也不能继续使用了。

福井不打算终止自己的研究,他找到一个空荡荡的房间,准备作自己的临时实验室。

这天,他正忙乱地收拾屋子,脑子里忽然闪电般掠过一个念头:能不能用“轨道”这个概念来说明化学反应理论呢?

这个一瞬间产生的灵感使他茅塞顿开,他觉得像一道阳光拨开了重重迷雾,一切都显露出来了。

在原子中,有一定数量的电子沿着一定的轨道围绕着原子核不停地旋转,如果能够借用“轨道”这个颇为形象的概念,尽量正确地表现反应过程中原子、分子内复杂的电子运动状态,无疑是最理想的了。

不久,福井就提出了一种新的化学反应理论——前线轨道理论。

从福井成功的足迹看,他的每一个决定似乎都源于一次偶然的事件:喜多教授偶然的一句话让他报考了化学系;一次碳氢化合物的反应让他发现了自己追求的目标;又是一个偶然的灵感,使他创立了一个新理论。

但偶然性寓于必然性之中,如果福井没有孜孜不倦的求学精神和善于思考、想象的能力,成功只能像过眼烟云。

福井对自己的成功则有一个很著名的观点,他说:

“科学的直觉是在和大自然的直接接触中培养出来的……只有尽量在幼儿时期与大自然亲近,才能比较有效地培养出科学的直觉。”

福井的理论在创立之初,并没有受到人们的重视,随着科学的不断发展,他的理论才逐渐被人们承认和接受。30年后,即1981年,福井才因为这一理论而获得诺贝尔化学奖。

获奖时,福井已是一个63岁的老人了,当举国上下齐声赞扬他、记者蜂拥而至时,福井没有谈论自己取得的成绩,而是以感激的心情谈到了他的妻子——福井友荣。

成功的背后

堀江友荣在战争后期是京都大学哲学系旁听生,1946年在一位教授的家里遇见了福井。

初次见面,她对福井的印象并不好,这个年轻人脸色黝黑,穿着一身旧外套,脚蹬一双旧皮鞋,无论如何看不出一点潇洒之处。

幸亏她的表兄极力撮合,堀江小姐后来慢慢看到了福井的优点:好学、上进、有学问,而这正是她所追求的。

1947年,堀江和福井结婚了。

当时的日本,物资缺乏,物价飞涨,像许多家庭一样,福井家的生活是困难的。

福井如果利用业余时间挣点外快,是可以缓解家庭困难的,但他一心投入研究工作,根本顾不上这些。

这样一来,生活的重担就落在了他的妻子身上,她承担了全部的家务,还抽时间到外面干点零活,以贴补生活费用。

夏天的晚上,天气闷热,蚊子又多,福井家没有电扇,妻子就坐在他的身边为他扇扇子,让他能够安心工作。

有了孩子后,妻子就把孩子背在背上干家务,总之,不让福井有一丝分心。

艰苦的生活一直过了二十多年,福井家的条件才好转,他的妻子也从沉重的家务中解脱出来。

每当想起妻子做出的牺牲,福井总是激动不已,感慨万分。

1981年12月在瑞典诺贝尔奖颁奖仪式后,福井夫妇被邀请出席斯德哥尔摩大学学生联合会主办的晚会。晚会上,司仪指名要福井做一次即席演讲。福井则拉过自己的妻子,两人低语了几句,合唱起一首日本童谣《红蜻蜓》。刚唱了两段,暴风雨般的掌声就响彻全场,这首曲调流畅、热烈真挚的儿歌将东、西方人的感情紧紧连在了一起。

在获得诺贝尔奖之后,有人曾问福井:成功的奥秘是什么?

福井说:

“在广阔的大自然中培养科学的直觉,同时涉猎浩如烟海的知识宝库,在这方面,做得越好,成功的机会也就越多。”

福井的话值得我们深思。

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