諾貝爾物理學(xué)獎背后的社會影響力

文_遲倩穎

諾貝爾獎（以下簡稱“諾獎”）設(shè)立于現(xiàn)代物理學(xué)革命的開端，陪伴了現(xiàn)代物理學(xué)和整個現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，因而在諾貝爾所有獎項中，最負(fù)盛名的當(dāng)數(shù)諾貝爾物理學(xué)獎。2023 年10 月3 日，諾貝爾物理學(xué)獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼、費倫茨·克勞斯和安妮·呂利耶，以表彰他們用于研究物質(zhì)中電子動力學(xué)產(chǎn)生阿秒脈沖光的實驗方法。時隔五年，諾貝爾物理學(xué)獎再次授予激光領(lǐng)域，也讓人們將追溯的目光投向2018 年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎的“啁啾脈沖放大”技術(shù)。正是背靠這項強大的核心技術(shù)，全飛秒手術(shù)讓曾經(jīng)的“眼鏡一族”可以重獲清晰視界?？梢哉f，諾貝爾物理學(xué)獎既代表科學(xué)領(lǐng)域最前沿的成就，又與我們的社會生活息息相關(guān)。

見證物理學(xué)發(fā)展的不同階段

歷屆諾貝爾物理學(xué)獎獲獎理由，可以對應(yīng)到物理學(xué)發(fā)展的不同階段。第一階段是1901 年到1938 年。從首屆諾貝爾物理學(xué)獎得主倫琴發(fā)現(xiàn)X 射線，到恩利克·費米證明由中子輻照而產(chǎn)生的新放射性元素的存在,以及發(fā)現(xiàn)由慢中子引發(fā)的核反應(yīng)，這一階段的諾獎主要給與建立新的物理原理有關(guān)的發(fā)現(xiàn)。第二個階段是從1939 年到1965 年。這一階段繼續(xù)授獎給基礎(chǔ)原理方面的工作，關(guān)注物理學(xué)分支的奠基工作。從勞倫斯發(fā)明回旋加速器，到朝永振一郎、施溫格、費曼創(chuàng)立量子電動力學(xué)，物理學(xué)的各個分支在這個階段逐漸成型。1966 年后是第三階段。除了幾次獎給工程上的發(fā)明之外幾乎都屬于粒子物理、原子分子光學(xué)、凝聚態(tài)物理、天體物理這四大領(lǐng)域。粒子物理方面主要和發(fā)現(xiàn)新粒子有關(guān)；原子分子光學(xué)方面主要是實驗技術(shù)上的改進，讓人們可以操縱微觀粒子，這些技術(shù)也有明顯的應(yīng)用前景；凝聚態(tài)物理方面多和物質(zhì)的特殊性質(zhì)，特別是超導(dǎo)超流有關(guān)；天體物理有的和粒子物理關(guān)系比較大，有的和核物理關(guān)系比較大，有的和廣義相對論、宇宙學(xué)關(guān)系比較大。這四大領(lǐng)域也是各大學(xué)物理系PhD 項目開設(shè)的主要方向。

影響社會生活的方方面面

如果按照時間軸探索諾貝爾物理學(xué)獎百年成就，就會發(fā)現(xiàn)，那些對我們的社會生活產(chǎn)生重要影響的科學(xué)技術(shù)其實離我們很近。20 世紀(jì)第一個十年，是物理學(xué)家大放異彩的十年。1901 年，德國科學(xué)家倫琴因1895 年發(fā)現(xiàn)X 射線而獲獎，如今此項研究已經(jīng)廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)診斷、結(jié)晶學(xué)、天文觀測等方面。1903 年，“自發(fā)放射性帶來的非凡價值”和“分離出自發(fā)放射性物質(zhì)的重大發(fā)現(xiàn)”應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上X 射線檢查、癌癥化療，以及工業(yè)生產(chǎn)線上的自動品質(zhì)控制系統(tǒng)，還可應(yīng)用于夜光手表、煙火感應(yīng)器等制作。1904 年，“對重要的氣體的密度的測定”以及由這些研究而發(fā)現(xiàn)“氬”這種稀有氣體，廣泛應(yīng)用到焊接、探測、照明……1905 年，“關(guān)于陰極射線的研究”將電視、示波器以及各種顯示器帶進千家萬戶。1906 年，諾貝爾物理學(xué)獎表彰“對氣體導(dǎo)電的理論和實驗研究”，因發(fā)現(xiàn)了電子，實現(xiàn)全方位的產(chǎn)業(yè)革命。1910 年，“關(guān)于氣體和液體的狀態(tài)方程的研究”幾乎承包了大半本熱力學(xué)的內(nèi)容。

20 世紀(jì)第二個十年，是社會發(fā)展產(chǎn)生巨大變革的十年。1911 年，“發(fā)現(xiàn)影響熱輻射的定律”解釋了太陽（恒星）發(fā)光現(xiàn)象，應(yīng)用于夜視儀，人體紅外熱成像……1912 年，古斯塔夫·達倫“發(fā)明用于控制燈塔和浮標(biāo)中氣體蓄積器的自動調(diào)節(jié)閥”，現(xiàn)在海洋中的燈塔、航標(biāo)依然在使用這種裝置自動調(diào)節(jié)發(fā)出閃光信號，讓人類實現(xiàn)穩(wěn)定長距離航行。1915 年“用X 射線對晶體結(jié)構(gòu)的研究”帶來了重要的影響，此后高分子材料、分子生物學(xué)等各種結(jié)構(gòu)的研究都離不開這個理論。1917 年，“發(fā)現(xiàn)元素的特征倫琴輻射”，最常見的就是磷火，可以用于DNA 標(biāo)記、照明、寶石礦物鑒定和鈔票防偽以及免疫學(xué)檢測。1920 年，“推動物理學(xué)的精密測量的、有關(guān)鎳鋼合金的反?，F(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)”，不變鋼就此誕生。

20 世紀(jì)后半葉到21 世紀(jì)初，物理學(xué)獎的成果顯著。1935 年，“發(fā)現(xiàn)中子”成為研究核反應(yīng)、核武器的基礎(chǔ)，開發(fā)出中子顯微鏡、透鏡及活化研究技術(shù)并廣泛應(yīng)用。1964年，“在量子電子領(lǐng)域的基礎(chǔ)工作，為振蕩器和放大器提供理論指導(dǎo)”，促進精確測量、焊接與切割、分析學(xué)、軍事、IT、數(shù)據(jù)處理和醫(yī)學(xué)（疾病治療）等領(lǐng)域發(fā)展。1986 年，在“電子光學(xué)方面的基礎(chǔ)工作以及第一臺電子顯微鏡的設(shè)計”基礎(chǔ)上，發(fā)明了掃描隧道顯微鏡。2000 年，“發(fā)明集成電路”帶來了信息和通信技術(shù)。2010 年，“關(guān)于二維材料石墨烯的開創(chuàng)性實驗”使石墨烯實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，帶來電子元器件的革命。

華人的“勛章”

諾獎自1901 年頒發(fā)以來，共有六位華人獲諾貝爾物理學(xué)獎。1957 年李政道和楊振寧因提出“弱相互作用中宇稱不守恒原理”共同獲獎，李政道當(dāng)時年僅31 歲，成為諾獎歷史上最年輕的4 位得主之一，楊振寧（中國國籍）成為中國首位諾獎得主；1976 年，丁肇中因“發(fā)現(xiàn)一類新的基本粒子”獲獎；1997 年，朱棣文“發(fā)明了用激光冷卻和俘獲原子的方法”；崔琦在1998 年以“分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)”研究成果而獲獎，他致力于邀請諾獎得主或世界一流科學(xué)家去中國科學(xué)院物理所進行短期訪問及學(xué)術(shù)交流，也是推動中國物理界發(fā)展的重要人物；高錕在2009 年獲得諾貝爾物理學(xué)獎，以表彰他“在光傳輸于纖維的光學(xué)通信領(lǐng)域突破性成就”，因此他有“光纖之父”之譽。