百年諾貝爾，離生活不遠

2014-02-20 10:21:00文-余風

大眾科學 2014年11期

文- 余風

我們生活中所使用的微波爐、電話、手機、電視、光纖電纜等，無不與諾貝爾獎有關，從這個意義上來說，諾貝爾獎其實離生活很近

10月8日，隨著2014年諾貝爾化學獎的揭曉，今年諾貝爾獎三大自然科學獎項全部花落有主。

日本科學家赤崎勇、天野浩及美籍日裔科學家中村修二，因發明高亮度藍色發光二極管而獲得諾貝爾物理學獎；美國科學家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學家斯特凡·黑爾，因為將熒光顯微成像分辨率帶入“納米時代”而獲得化學獎；擁有美、英雙重國籍的科學家約翰·奧基夫與挪威科學家莫澤夫婦，因發現“大腦內部定位系統”而獲得生理學或醫學獎。

縱觀這三大獲獎項目，不難發現，它們與普通人的生活密切相關——高亮度藍色發光二極管的發明，將帶來照明領域新革命，推動全球節能；熒光顯微成像分辨率進入“納米時代”，使人類得以更加精確地窺探微觀世界，將為疾病研究和藥物研發帶來新變革；“大腦內部定位系統”的發現，將為預防和治療腦部疾病開辟新的渠道。

數據顯示，從1901年諾貝爾獎首次頒發以來，114年間，全球共有889個個人（人次）及組織機構獲獎。其中，575人次獲得諾貝爾自然科學獎項，占獲獎總數的64.68%。其中的許多獎項，如量子理論、新能源核能的發現和DNA雙螺旋的確定等，無疑都標志著20世紀以來科學的重大發展。

1998年諾貝爾生理學或醫學獎得主、美國藥理學家路易斯·J·伊格納羅曾說：“摘取諾貝爾獎的任何科學發現都不應束之高閣，而應普惠大眾?！睂嶋H上，諾貝爾獎獲獎項目正越來越多地應用到生活中。

過去20年來，高達52%的諾貝爾獎獲獎項目實現了轉化應用——一天之中，我們用到的電話、電視機、電腦、手機、數碼相機、微波爐等日常用品，我們上網使用的光纖，我們看病時照射的X光片……它們要么是諾貝爾獎的產物，要么是在獲獎研究成果基礎上派生出來的。從這個意義上來說，諾貝爾獎其實離我們的生活很近。

X射線與首個諾貝爾物理學獎

我們去醫院看病時，常常需要照射X光片，但很少有人知道，X射線的發現者，正是歷史上首位諾貝爾物理學獎獲得者。

1895年11月，德國實驗物理學家倫琴在用陰極射線管做實驗時，發現了一種穿透力很強的未知射線，能穿透1000頁的書本、3厘米厚的木板或15毫米厚的鋁板。倫琴將其命名為X射線并拍下了一張用X射線照射他夫人手骨的照片——這是歷史上第一張X光照片。

這一發現隨即在國際學術界引發轟動并成為世紀之交物理學三大發現之一，倫琴也因此獲得1901年諾貝爾物理學獎。

此后，X射線在世界各地的醫院中被迅速推廣使用。起先，它只是用于顯示骨骼；后來，借助特殊染料，它又被用來診斷胃部、肺部疾病。如今，X射線已成為現代醫學中的重要診療手段。

X射線的發現者倫琴

史上第一張X光照片

貝克勒（左）和居里夫婦（右）共同獲得1903年諾貝爾物理學獎。

①首位諾貝爾生理學或醫學獎獲得者馮·貝林

②“光療法先驅”芬森

③歐立希發明了治梅毒新藥“606”。

④維生素B1的發現者艾克曼

⑤青霉素的發現者弗萊明

⑥霍奇金成功合成了維生素B12。

⑦1958年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者弗雷德里克·桑格

⑧晶體管的發明者之一約翰·巴丁

⑨集成電路的發明者杰克·基爾比

⑩集成電路

X射線的發現還促進了20世紀許多重大科學成就的出現。數據顯示，迄今至少有20位諾貝爾獎得主的研究成果都是基于X射線而取得的。比如，受這一發現的影響，亨利·貝克勒在1896年的一次發光材料試驗中偶然發現鈾化物的放射性。此后，居里夫婦繼續研究了這種放射性現象。他們三人因此共同獲得1903年諾貝爾物理學獎。

攻克瘧疾與梅毒

史上首個諾貝爾生理學或醫學獎與白喉病有關。1891年，德國細菌學家和免疫學家馮·貝林首次用自己研制的白喉抗毒素血清成功治愈一位白喉病患兒。1901年，他因此獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

1902年，英國醫學家羅斯成為第二個獲得這一獎項的人。當時，瘧疾嚴重危害著人類健康和生命，全球每年有超過3億人患瘧疾，其中300萬人死亡。為探究瘧疾的病因，法國醫學家拉韋朗提出瘧原蟲傳染假說。之后，羅斯深入印度瘧疾流行地區考察，證實了這一假說并提出通過撲滅瘧原蟲來預防瘧疾的方案。隨后，瘧疾流行的猖獗勢頭得到控制。

1903年的諾貝爾生理學或醫學獎，頒給了“光療法先驅”、丹麥醫學家芬森。芬森經過多年研究，發現紅外線能加速天花的痊愈。1895年，他又用紫外線成功治愈了狼瘡。

20世紀初，德國科學家歐立希及其日本助手秦佐八郎，在對上萬只老鼠進行了606次實驗后，成功發明出治療梅毒的砷制劑“606”，開辟了一條用化學藥物殺死病菌的嶄新道路。1908年，歐立希獲得諾貝爾生理學或醫學獎。4年后，他又成功地制成一種更加安全有效的治梅毒新藥——“914”。

發現胰島素、維生素和青霉素

在歷史上，糖尿病作為一種慢性疾病曾嚴重危及人類健康。直到1922年，加拿大醫藥學家班廷和蘇格蘭生理學家麥克勞德用他們所提取的胰島素成功控制住了糖尿病的病情，引發全球轟動，他們也因此獲得1923諾貝爾生理學或醫學獎。

35年后的諾貝爾生理學或醫學獎，同樣與胰島素有關——英國生物化學家弗雷德里克·桑格因成功定序胰島素氨基酸序列而獲獎。

19世紀末，荷蘭軍醫艾克曼從腳氣病的研究中得到啟發，發現第一種維生素——維生素B1并因此獲得1929年諾貝爾生理學或醫學獎。

無獨有偶，1956年，英國女化學家霍奇金精確測定了抗惡性貧血藥物——維生素B12的分子結構并實現了維生素B12的人工合成，由此摘得1964年諾貝爾化學獎桂冠。

1945年的諾貝爾生理學或醫學獎，則由“青霉素三元勛”弗萊明、弗洛里和錢恩共享。

英國細菌學家弗萊明于1928年首次發現了青霉素——這是人類發現的第一種抗生素。1940年，牛津大學病理學家弗洛里和病理化學家錢恩等人成功研制出最早的青霉素制品。青霉素的發現，大大增強了人類抵抗細菌性感染的能力，在二戰中挽救了許多傷員的生命；同時，它也開創了用抗生素治療疾病的新紀元。

繼青霉素之后，第二個被發現的抗生素是鏈霉素。1943年，美國微生物學家瓦克斯曼從鏈霉菌中析離得到鏈霉素。鏈霉素的發現，開創了結核病治療的新篇章，瓦克斯曼因此獲得1952年諾貝爾生理學和醫學獎。

集成電路帶來數字革命

今天，電視機、電腦、微波爐、手機、數碼相機、汽車等，已成為人們生活中不可或缺的重要部分，而它們的存在，都離不開集成電路（又稱微電路、芯片）。集成電路被視為信息時代最重要的一項發明，在它的基礎之上衍生了幾代電子裝置和控制系統。

1947年，美國貝爾實驗室的約翰·巴丁、布拉頓、肖克萊三人發明了晶體管，這是集成電路發展中的第一個里程碑，他們三人因此分享了1956年諾貝爾物理學獎。

此后40余年間，集成電路技術飛速發展，場效應晶體管、光刻工藝、CMOS集成電路、80386微處理器、奔騰處理器、酷睿處理器等相繼問世。此間，美國物理學家杰克·基爾比、赫伯特·克勒默和俄羅斯物理學家若爾斯·阿爾費羅夫，因發明集成電路（芯片）、激光二極管和快速晶體管而獲得2000年諾貝爾物理學獎。

芯片的問世，使微電子技術成為所有現代技術的基礎，帶動了從臺式機和主機到通信設備的全系列技術的發展。

此外，從汽車到精密機械和診斷設備均由處理器控制。芯片還將人們帶入了現代計算機時代，并持續為因特網、下一代高速數字通信、衛星傳輸和多功能無線手持裝置的發展提供動力。

從這個意義上來說，集成電路正開啟著人們信息世界的未來。

光纖通訊實現高效傳輸

2009年，華裔物理學家、“光纖之父”高錕因為“在光學通信領域光在纖維中傳輸方面的突破性成就”而與發明半導體成像器件電荷耦合器的威拉德·博伊爾和喬治·埃爾伍德·史密斯共享諾貝爾物理學獎。

早在1966年，高錕就發表了論文《光頻率介質纖維表面波導》，開創性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理。他認為，只要解決好玻璃純度和成分等問題，就能利用玻璃制作光學纖維，從而高效傳輸信息。

這一設想提出后，有人認為是匪夷所思，也有人對此大加褒揚。在爭論中，高錕的設想卻逐漸變成了現實：1981年，第一個光纖系統成功問世。此后，利用石英玻璃制成的光纖應用越來越廣泛，在全世界掀起了一場光纖通信的革命。

114年來，電子的發現、心電圖機的問世、低溫超導現象的發現、核能的發現和應用、骨髓移植治療白血病方法的問世、小兒麻痹癥疫苗的發明、光合作用的“卡爾文循環”、DNA雙螺旋結構的發現、CT掃描儀的發明……無數獲得諾貝爾獎的發明、發現和創造，照亮了人類科技發展的星空。展望未來，諾貝爾獎也必將為人類貢獻更多偉大的發明、發現和創造，引領我們步向更加美好的生活。