諾貝爾獎(jiǎng)和你有什么關(guān)系？

諾貝爾獎(jiǎng)的3個(gè)自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)偏重基礎(chǔ)研究，似乎離我們普通人的日常生活距離甚遠(yuǎn)——但事實(shí)并非如此。諾貝爾獎(jiǎng)的得主拓展了人類知識的邊界，不僅激勵(lì)人們探索未知，還演化出了許多今天習(xí)以為常的技術(shù)、發(fā)展了大量更有效的研究方法；這些技術(shù)和方法，早已經(jīng)成了全人類日常生活的一部分。

南方周末特約撰稿 葉平安

1895年，阿爾弗雷德·諾貝爾最后一次修改了遺囑：“請將我的財(cái)產(chǎn)變作基金，每年用這個(gè)基金的利息作為獎(jiǎng)金，獎(jiǎng)勵(lì)那些在前一年為人類作出卓越貢獻(xiàn)的人?！?/p>

當(dāng)他宣讀這份遺囑時(shí)，可能不會預(yù)想到今天諾貝爾獎(jiǎng)的重要地位。這位因發(fā)明和改進(jìn)安全炸藥而獲得巨大名聲和財(cái)富的瑞典化學(xué)家，以世界上最負(fù)盛名的科學(xué)獎(jiǎng)而青史留名。

在過去的一百多年中，諾貝爾獎(jiǎng)幾乎采摘了物理、化學(xué)和生理學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所有最優(yōu)秀的果實(shí)，并且讓科學(xué)之樹越來越茁壯茂盛。最優(yōu)秀的科學(xué)家們大都是諾貝爾獎(jiǎng)得主；諾貝爾獎(jiǎng)得主也都是最優(yōu)秀的科學(xué)家。諾貝爾獎(jiǎng)的歷史，幾乎就是二十世紀(jì)后的自然科學(xué)發(fā)展史。

諾貝爾獎(jiǎng)的3個(gè)自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)偏重基礎(chǔ)研究，似乎離我們普通人的日常生活距離甚遠(yuǎn)——但事實(shí)并非如此。諾貝爾獎(jiǎng)的得主拓展了人類知識的邊界，不僅激勵(lì)人們探索未知，還演化出了許多今天習(xí)以為常的技術(shù)、發(fā)展了大量更有效的研究方法；這些技術(shù)和方法，早已經(jīng)成了全人類生活的一部分。

今年諾獎(jiǎng)的奧妙

當(dāng)你在看這篇文章的時(shí)候，來自9個(gè)國家的6支隊(duì)伍正在法國圖盧茲展開角逐，試著在一場獨(dú)特的賽車中勝出。

這是2016年10月14日至15日法國國家科學(xué)研究中心舉辦的納米車大獎(jiǎng)賽，旨在選出跑得最快的分子車。這些車只由幾百個(gè)原子構(gòu)成，在接近四十個(gè)小時(shí)的賽程中，大約只能跑一兩百納米的距離。這場比賽可能不會有太多電視轉(zhuǎn)播，因?yàn)椴淮竽芪^眾——畢竟兩百納米，差不多也就是一個(gè)血紅細(xì)胞的直徑大小。

這是一個(gè)有趣的巧合。今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，恰恰頒給了分子機(jī)器領(lǐng)域的研究。獲獎(jiǎng)的3位化學(xué)家使用分子構(gòu)建出了能夠按照指定方式輸出能量的微小化合物，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和平移運(yùn)動都不在話下。這些人工合成的分子，模仿了自然界經(jīng)過億萬年演化出的同類——生物體內(nèi)各種組織與器官的內(nèi)外運(yùn)動，生命的所有過程，在微觀上都是靠這些精巧的小小機(jī)械來完成的。

雖然早在上世紀(jì)五十年代，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼就曾經(jīng)發(fā)表過關(guān)于這類微小機(jī)械的設(shè)想，但直到上世紀(jì)九十年代，才有研究者找到了控制特定分子的方法。這幾乎就是像魔法般從科幻小說里走出來的技術(shù)：我們可以制造小到看不見的機(jī)器。當(dāng)我們有了更多更充分的研究，當(dāng)我們足夠熟練時(shí)，也許可以制造出比血紅細(xì)胞還小的復(fù)雜機(jī)械，它們將可以完成復(fù)雜任務(wù)——在細(xì)胞和病毒的尺度上治愈疾病、一個(gè)分子一個(gè)分子地改善環(huán)境，或者運(yùn)送特定的分子前往特定區(qū)域。

這些分子級別的微小世界自有迷人之處。我們身體的細(xì)胞中，有一種清除廢物并循環(huán)利用的“自噬”機(jī)制，就像是一個(gè)個(gè)微小的垃圾回收處理廠。這些回收站能找到并吞噬細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的廢物，再把它們重新變成構(gòu)建細(xì)胞的原料或者養(yǎng)料。人們在上世紀(jì)六十年代就知道了這種回收機(jī)制的存在，但是卻不知道它是如何進(jìn)行的。上世紀(jì)九十年代，日本科學(xué)家大隅良典用面包酵母做原料，找到了與自噬作用有關(guān)的關(guān)鍵基因，并且逐漸探明了自噬的過程和原理，幫助人類理解了自噬作用。這種機(jī)制讓人們可以從嶄新的角度來理解一些生理過程，例如我們對饑餓或者感染的反應(yīng)。而且，因?yàn)樽允苫蛲蛔儠?dǎo)致一些特定疾病，因此對這些疾病的治療也有了新的理論基礎(chǔ)。大隅良典獲得了今年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，以此表彰他在這個(gè)領(lǐng)域的出色工作。

今年的3位物理學(xué)獎(jiǎng)得主，因采用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法研究了物質(zhì)的特殊狀態(tài)而獲獎(jiǎng)。他們將數(shù)學(xué)領(lǐng)域中的“拓?fù)洹备拍钜胛锢韺W(xué)研究，并且以此提出了超導(dǎo)體和超流體的新理論模型。超導(dǎo)體完全沒有電阻，而超流體完全沒有摩擦力——它們是許多領(lǐng)域夢寐以求的完美材料，但是傳統(tǒng)上只有在很苛刻的條件下才能獲得。今年諾獎(jiǎng)得主的工作，讓人們以新的角度審視物質(zhì)的奇異結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，為電子學(xué)和超導(dǎo)領(lǐng)域打開了一扇新的大門，甚至可能會帶來更強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)，解決今天電子計(jì)算機(jī)所難以解決的問題。

你身邊的諾貝爾獎(jiǎng)

今天的我們已經(jīng)非常依賴各種電子計(jì)算機(jī)，無論是臺式機(jī)、筆記本還是手機(jī)和平板。我們把自己所處的時(shí)代稱作信息時(shí)代，特征就是電子計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，以及數(shù)字化信息的獲取、存儲和傳輸。而這些領(lǐng)域，都曾經(jīng)獲得過諾貝爾獎(jiǎng)的青睞。

如果你在手機(jī)上或者電腦上打開這篇文章，那么就離集成電路很近了。2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了杰克·基爾比，以表彰他在集成電路領(lǐng)域的開創(chuàng)性研究。他和羅伯特·諾伊斯在1958年發(fā)明了這種技術(shù)，用照相制版和印刷的方法，來把電路和電子器件縮小到我們?nèi)庋蹮o法分辨的程度?，F(xiàn)在，集成電路是我們這個(gè)信息時(shí)代的基礎(chǔ)技術(shù)之一，芯片上的元件密度還在不斷地增長，電路寬度已經(jīng)達(dá)到了十幾納米的水平——在這樣的電路上，哪怕是一粒最小的灰塵都像一塊山崩的巨石。我們的現(xiàn)代生活就建立在這樣精細(xì)微妙的小小硅片上，從電腦到微波爐和洗衣機(jī)都離不開它。

當(dāng)我們在電腦上存儲信息時(shí)，往往需要一塊硬盤。傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤的核心，是一塊高速旋轉(zhuǎn)的光滑金屬圓盤，有一個(gè)僅僅離盤面幾微米的精細(xì)磁頭讀取和寫入數(shù)據(jù)：磁化一小塊區(qū)域，或者讓一小塊區(qū)域消磁，就可以記錄1和0這樣的數(shù)據(jù)，從而長時(shí)間存儲內(nèi)容；而根據(jù)通過磁頭的電流強(qiáng)度變化，就可以讀出數(shù)據(jù)。1956年IBM公司生產(chǎn)的世界上第一塊硬盤是個(gè)冰箱般的龐然大物，卻只能存儲非常非常少的數(shù)據(jù)；今天我們的硬盤之所以可以達(dá)到這么大的存儲容量，則要?dú)w功于德國和法國的兩位物理學(xué)家——他們在1988年發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)，讓硬盤可以大幅提高存儲密度。這兩位物理學(xué)家，是2007年的物理學(xué)獎(jiǎng)得主。

而在信息傳輸中，也有諾貝爾獎(jiǎng)的身影。無論是無線還是有線網(wǎng)絡(luò)，都要通過光纖連接到電信公司的機(jī)房、連接到另一個(gè)城市甚至另一個(gè)國家。我們在這些玻璃細(xì)絲里以光速傳遞信息，環(huán)球同此涼熱。華人科學(xué)家高錕是光纖理論的奠基人，并因此獲得了2009年的物理學(xué)獎(jiǎng)。我們生活中圍繞著信息的最重要技術(shù)，背后都有諾貝爾獎(jiǎng)牌的閃光。

在整個(gè)20世紀(jì)人類最偉大的進(jìn)步之一，是通過醫(yī)學(xué)的發(fā)展，大幅提高了人均壽命。我們對生物和自身有了更多的理解，明晰了許多生理過程背后的機(jī)制；試管嬰兒技術(shù)讓我們可以更好地繁衍后代——2010年的諾貝爾獎(jiǎng)表彰了這個(gè)領(lǐng)域的研究；使用干細(xì)胞技術(shù)和誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞，讓我們可以以新的方式來治愈疾病和提高生活質(zhì)量——這是2007和2012年的獲獎(jiǎng)研究。我們使用CT和核磁共振技術(shù)檢查身體，其中CT技術(shù)獲得了1979年的諾貝爾獎(jiǎng)；而核磁共振從發(fā)明到成熟的數(shù)十年間，已經(jīng)獲得了6個(gè)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)獎(jiǎng)。

在接下來的幾十年中，我們將會看到更多激動人心的產(chǎn)品，體驗(yàn)更多難以置信的旅程。我們也許會有更高容量更安全的電池，有更微小更精巧的計(jì)算設(shè)備，甚至有從地球赤道直接連接地球同步軌道的太空電梯。這些看似科幻的技術(shù)將會因?yàn)橐环N劃時(shí)代的材料而成為現(xiàn)實(shí)；這就是石墨烯，由碳原子彼此緊密連接構(gòu)成的薄層材料，厚度只有頭發(fā)直徑的二十萬分之一。雖然只有一個(gè)原子的厚度，但是它卻有難以置信的強(qiáng)度、特別的電學(xué)性質(zhì)和極輕的重量。石墨烯是當(dāng)前材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，這種新材料也許會讓我們的生活出現(xiàn)翻天覆地的變化。當(dāng)然，對這個(gè)領(lǐng)域的研究也曾經(jīng)獲得過諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的表彰：2010年。

我們今天和近年來的的生活，依賴于一些極其重要的科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)。這正是諾貝爾獎(jiǎng)的初衷：表彰那些對人類作出重要貢獻(xiàn)的研究者。

“時(shí)間的手術(shù)刀”

并不是每項(xiàng)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的研究，都會在大眾日常生活中找到對應(yīng)的例子。有些研究對科學(xué)家意義更大；它們提供了更好的理論、工具和方法，讓研究者可以更好地探索，讓科學(xué)家可以抵達(dá)之前無法抵達(dá)的地方。這也是科學(xué)研究的意義之一；畢竟，我們的整個(gè)科學(xué)體系都在不斷地演進(jìn)當(dāng)中，更好的研究方法本身就是科學(xué)研究的重要目的。

在千萬億分之一秒的時(shí)間里，光能走0.3微米——大約是一根頭發(fā)直徑的二百分之一。這么短的時(shí)間被叫做1“飛秒”，而在這樣的時(shí)間尺度上研究化學(xué)反應(yīng)的過程和機(jī)理，叫做飛秒化學(xué)。

2016年8月逝世的埃及化學(xué)家艾哈邁德·澤維爾，因?yàn)樵陲w秒化學(xué)領(lǐng)域的開創(chuàng)性研究而獲得了1999年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他用攝影技術(shù)記錄化學(xué)反應(yīng)過程中的細(xì)微變化，讓人們可以觀察千萬億分之一秒內(nèi)的反應(yīng)中間產(chǎn)物。這種技術(shù)像是時(shí)間手術(shù)刀，可以將快速的化學(xué)反應(yīng)過程切成薄薄的一片一片，留下來細(xì)細(xì)端詳?；瘜W(xué)家們使用這種技術(shù)，可以更好地控制化學(xué)反應(yīng)的過程，以及更容易地制造出自己想要的產(chǎn)物。

傳統(tǒng)上，我們對化學(xué)的印象，往往是實(shí)驗(yàn)室里的瓶瓶罐罐。但是現(xiàn)在的化學(xué)家已經(jīng)不再僅僅依賴這些宏觀工具，他們需要、也能夠在更細(xì)微的尺度上了解他們的作品。2002年獲頒化學(xué)獎(jiǎng)的3位化學(xué)家，建立了新的方法來解析溶液中的生物大分子結(jié)構(gòu)。他們利用核磁共振光譜來精確分析諸如蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)，讓研究者在除了模擬之外，可以觀測到這些至關(guān)重要的形狀——蛋白質(zhì)的功能和它的形狀息息相關(guān)。

2012年獲獎(jiǎng)的兩位物理學(xué)家也在做類似的研究，只不過他們觀察和控制的對象是量子系統(tǒng)。在保存、觀察和使用光子等量子領(lǐng)域，這兩位科學(xué)家邁出了重要的一步，在他們的努力下，人們現(xiàn)在可以讓“薛定諤的貓”不僅僅是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，也擁有了實(shí)際測試的可能；他們在量子系統(tǒng)領(lǐng)域的研究，也可能會幫助推進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

一些生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的得主則找到了方法來修改我們的基因。過去只能靠突變來緩慢變化的基因現(xiàn)在可以通過技術(shù)手段來修飾，這顯然會帶來研究方法上的革命，2007年的諾獎(jiǎng)得主因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域的研究結(jié)果而獲獎(jiǎng)。2012年的諾獎(jiǎng)得主則發(fā)現(xiàn)了將成熟細(xì)胞重新轉(zhuǎn)化為多功能細(xì)胞的方法。這種被稱作“誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞”的技術(shù)，可以讓已經(jīng)分化成為特定組織的細(xì)胞“返老還童”，重新回到可以分化成各種類型細(xì)胞的階段。這是充滿了想象空間的技術(shù)，讓我們可以相信，生物生理上的限制也許并不如我們之前所以為的那么重要。

諾貝爾獎(jiǎng)得主的研究并不總是以實(shí)用性作為目的的?？茖W(xué)探索的意義，在于人類這個(gè)物種所獨(dú)有的好奇心，在于了解我們，和我們所處的整個(gè)世界。

但就如諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)牌背面展示的那樣，我們可以以科學(xué)延伸我們的知識，慢慢掀開自然女神的面紗，目睹她的真實(shí)樣貌。對未知的好奇心和探索，是我們這個(gè)種族的獨(dú)有能力；而以諾貝爾獎(jiǎng)表彰人類對世界、宇宙與生命的探索，只是我們?yōu)檫@些人類智識的努力所獻(xiàn)上的一點(diǎn)敬意。

諾獎(jiǎng)趣聞

1. 諾貝爾獎(jiǎng)牌的價(jià)值

曾經(jīng)有十幾塊諾貝爾獎(jiǎng)牌被出售，最終售價(jià)從數(shù)萬美元到數(shù)百萬美元不等。諾獎(jiǎng)得主出讓獎(jiǎng)牌的原因各有不同，從改善個(gè)人財(cái)務(wù)狀況到推進(jìn)學(xué)科發(fā)展等等都有。

詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克是1962年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主?？死锟说莫?jiǎng)牌2013年拍賣，最終以227萬美元成交。

詹姆斯·沃森的獎(jiǎng)牌2014年拍賣，成交價(jià)是475萬美元，創(chuàng)下歷史新高。買主是俄羅斯富豪阿利舍爾·烏斯馬諾夫——在買下之后，他將獎(jiǎng)牌又還給了沃森。

2. 國王的命令

1956年，美國物理學(xué)家約翰·巴丁前往瑞典領(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)，讓他的孩子在家認(rèn)真上學(xué)好好考試。在頒獎(jiǎng)時(shí)瑞典國王問到他的家人為何缺席時(shí)，巴丁回答說下次再把他們帶來。

16年之后，約翰·巴丁如約把家人帶到了諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上，領(lǐng)取了他的第二個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

3.跨界玩家

菲利普·諾埃爾·貝克男爵，杰出的英國外交家和業(yè)余運(yùn)動員。他在1920年的安特衛(wèi)普奧運(yùn)會上獲得1500米跑步銀牌，1959年又獲得了諾貝爾和平獎(jiǎng)。

阿爾·戈?duì)枺?993-2001年間的美國副總統(tǒng)和參議院議長。2006年，他主導(dǎo)并參與制作了紀(jì)錄片《難以忽視的真相》，探討工業(yè)化對全球氣候變暖與人類生存的影響，并因此獲得了2007年的諾貝爾和平獎(jiǎng)、奧斯卡最佳紀(jì)錄片獎(jiǎng)和黃金時(shí)段艾美獎(jiǎng)。

安德烈·海姆，俄羅斯裔的荷蘭與英國籍物理學(xué)家。在2000年時(shí)，因?yàn)橐豁?xiàng)用磁力將青蛙懸浮在空中的研究而獲得搞笑諾貝爾獎(jiǎng)；10年后，因?yàn)樵谑╊I(lǐng)域的貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

4. 差距巨大

諾貝爾獎(jiǎng)得主平均年齡59歲。歷史上最高齡的獲獎(jiǎng)?wù)呤?007年經(jīng)濟(jì)學(xué)得主利奧尼德·赫爾維茨，獲獎(jiǎng)時(shí)已經(jīng)90歲了。最年輕的得主是巴基斯坦女孩馬拉拉·優(yōu)素福·扎伊，2014年獲得和平獎(jiǎng)時(shí)年僅17歲。

《自然》雜志在2014年發(fā)表了一篇文章，列出了諾獎(jiǎng)得主從發(fā)表他們的獲獎(jiǎng)研究到最終獲獎(jiǎng)的時(shí)間差。因?qū)W科的不同，研究者往往在成果發(fā)表20到30年后，才能斬獲諾貝爾獎(jiǎng)。

佩頓·魯是1966年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主，他因?yàn)樵?911年發(fā)表的研究而獲獎(jiǎng)；1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的得主是楊振寧和李政道，他們因?yàn)椤叭踝饔孟掠罘Q不守恒”的研究而獲獎(jiǎng)--研究結(jié)果是在1956年發(fā)表的。