百年诺贝尔，离生活不远

2014-02-20 10:21文-余风

大众科学 2014年11期

文- 余风

我们生活中所使用的微波炉、电话、手机、电视、光纤电缆等，无不与诺贝尔奖有关，从这个意义上来说，诺贝尔奖其实离生活很近

10月8日，随着2014年诺贝尔化学奖的揭晓，今年诺贝尔奖三大自然科学奖项全部花落有主。

日本科学家赤崎勇、天野浩及美籍日裔科学家中村修二，因发明高亮度蓝色发光二极管而获得诺贝尔物理学奖；美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔，因为将荧光显微成像分辨率带入“纳米时代”而获得化学奖；拥有美、英双重国籍的科学家约翰·奥基夫与挪威科学家莫泽夫妇，因发现“大脑内部定位系统”而获得生理学或医学奖。

纵观这三大获奖项目，不难发现，它们与普通人的生活密切相关——高亮度蓝色发光二极管的发明，将带来照明领域新革命，推动全球节能；荧光显微成像分辨率进入“纳米时代”，使人类得以更加精确地窥探微观世界，将为疾病研究和药物研发带来新变革；“大脑内部定位系统”的发现，将为预防和治疗脑部疾病开辟新的渠道。

数据显示，从1901年诺贝尔奖首次颁发以来，114年间，全球共有889个个人（人次）及组织机构获奖。其中，575人次获得诺贝尔自然科学奖项，占获奖总数的64.68%。其中的许多奖项，如量子理论、新能源核能的发现和DNA双螺旋的确定等，无疑都标志着20世纪以来科学的重大发展。

1998年诺贝尔生理学或医学奖得主、美国药理学家路易斯·J·伊格纳罗曾说：“摘取诺贝尔奖的任何科学发现都不应束之高阁，而应普惠大众。”实际上，诺贝尔奖获奖项目正越来越多地应用到生活中。

过去20年来，高达52%的诺贝尔奖获奖项目实现了转化应用——一天之中，我们用到的电话、电视机、电脑、手机、数码相机、微波炉等日常用品，我们上网使用的光纤，我们看病时照射的X光片……它们要么是诺贝尔奖的产物，要么是在获奖研究成果基础上派生出来的。从这个意义上来说，诺贝尔奖其实离我们的生活很近。

X射线与首个诺贝尔物理学奖

我们去医院看病时，常常需要照射X光片，但很少有人知道，X射线的发现者，正是历史上首位诺贝尔物理学奖获得者。

1895年11月，德国实验物理学家伦琴在用阴极射线管做实验时，发现了一种穿透力很强的未知射线，能穿透1000页的书本、3厘米厚的木板或15毫米厚的铝板。伦琴将其命名为X射线并拍下了一张用X射线照射他夫人手骨的照片——这是历史上第一张X光照片。

这一发现随即在国际学术界引发轰动并成为世纪之交物理学三大发现之一，伦琴也因此获得1901年诺贝尔物理学奖。

此后，X射线在世界各地的医院中被迅速推广使用。起先，它只是用于显示骨骼；后来，借助特殊染料，它又被用来诊断胃部、肺部疾病。如今，X射线已成为现代医学中的重要诊疗手段。

X射线的发现者伦琴

史上第一张X光照片

贝克勒（左）和居里夫妇（右）共同获得1903年诺贝尔物理学奖。

①首位诺贝尔生理学或医学奖获得者冯·贝林

②“光疗法先驱”芬森

③欧立希发明了治梅毒新药“606”。

④维生素B1的发现者艾克曼

⑤青霉素的发现者弗莱明

⑥霍奇金成功合成了维生素B12。

⑦1958年诺贝尔生理学或医学奖获得者弗雷德里克·桑格

⑧晶体管的发明者之一约翰·巴丁

⑨集成电路的发明者杰克·基尔比

⑩集成电路

X射线的发现还促进了20世纪许多重大科学成就的出现。数据显示，迄今至少有20位诺贝尔奖得主的研究成果都是基于X射线而取得的。比如，受这一发现的影响，亨利·贝克勒在1896年的一次发光材料试验中偶然发现铀化物的放射性。此后，居里夫妇继续研究了这种放射性现象。他们三人因此共同获得1903年诺贝尔物理学奖。

攻克疟疾与梅毒

史上首个诺贝尔生理学或医学奖与白喉病有关。1891年，德国细菌学家和免疫学家冯·贝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儿。1901年，他因此获得诺贝尔生理学或医学奖。

1902年，英国医学家罗斯成为第二个获得这一奖项的人。当时，疟疾严重危害着人类健康和生命，全球每年有超过3亿人患疟疾，其中300万人死亡。为探究疟疾的病因，法国医学家拉韦朗提出疟原虫传染假说。之后，罗斯深入印度疟疾流行地区考察，证实了这一假说并提出通过扑灭疟原虫来预防疟疾的方案。随后，疟疾流行的猖獗势头得到控制。

1903年的诺贝尔生理学或医学奖，颁给了“光疗法先驱”、丹麦医学家芬森。芬森经过多年研究，发现红外线能加速天花的痊愈。1895年，他又用紫外线成功治愈了狼疮。

20世纪初，德国科学家欧立希及其日本助手秦佐八郎，在对上万只老鼠进行了606次实验后，成功发明出治疗梅毒的砷制剂“606”，开辟了一条用化学药物杀死病菌的崭新道路。1908年，欧立希获得诺贝尔生理学或医学奖。4年后，他又成功地制成一种更加安全有效的治梅毒新药——“914”。

发现胰岛素、维生素和青霉素

在历史上，糖尿病作为一种慢性疾病曾严重危及人类健康。直到1922年，加拿大医药学家班廷和苏格兰生理学家麦克劳德用他们所提取的胰岛素成功控制住了糖尿病的病情，引发全球轰动，他们也因此获得1923诺贝尔生理学或医学奖。

35年后的诺贝尔生理学或医学奖，同样与胰岛素有关——英国生物化学家弗雷德里克·桑格因成功定序胰岛素氨基酸序列而获奖。

19世纪末，荷兰军医艾克曼从脚气病的研究中得到启发，发现第一种维生素——维生素B1并因此获得1929年诺贝尔生理学或医学奖。

无独有偶，1956年，英国女化学家霍奇金精确测定了抗恶性贫血药物——维生素B12的分子结构并实现了维生素B12的人工合成，由此摘得1964年诺贝尔化学奖桂冠。

1945年的诺贝尔生理学或医学奖，则由“青霉素三元勋”弗莱明、弗洛里和钱恩共享。

英国细菌学家弗莱明于1928年首次发现了青霉素——这是人类发现的第一种抗生素。1940年，牛津大学病理学家弗洛里和病理化学家钱恩等人成功研制出最早的青霉素制品。青霉素的发现，大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，在二战中挽救了许多伤员的生命；同时，它也开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。

继青霉素之后，第二个被发现的抗生素是链霉素。1943年，美国微生物学家瓦克斯曼从链霉菌中析离得到链霉素。链霉素的发现，开创了结核病治疗的新篇章，瓦克斯曼因此获得1952年诺贝尔生理学和医学奖。

集成电路带来数字革命

今天，电视机、电脑、微波炉、手机、数码相机、汽车等，已成为人们生活中不可或缺的重要部分，而它们的存在，都离不开集成电路（又称微电路、芯片）。集成电路被视为信息时代最重要的一项发明，在它的基础之上衍生了几代电子装置和控制系统。

1947年，美国贝尔实验室的约翰·巴丁、布拉顿、肖克莱三人发明了晶体管，这是集成电路发展中的第一个里程碑，他们三人因此分享了1956年诺贝尔物理学奖。

此后40余年间，集成电路技术飞速发展，场效应晶体管、光刻工艺、CMOS集成电路、80386微处理器、奔腾处理器、酷睿处理器等相继问世。此间，美国物理学家杰克·基尔比、赫伯特·克勒默和俄罗斯物理学家若尔斯·阿尔费罗夫，因发明集成电路（芯片）、激光二极管和快速晶体管而获得2000年诺贝尔物理学奖。

芯片的问世，使微电子技术成为所有现代技术的基础，带动了从台式机和主机到通信设备的全系列技术的发展。

此外，从汽车到精密机械和诊断设备均由处理器控制。芯片还将人们带入了现代计算机时代，并持续为因特网、下一代高速数字通信、卫星传输和多功能无线手持装置的发展提供动力。

从这个意义上来说，集成电路正开启着人们信息世界的未来。

光纤通讯实现高效传输

2009年，华裔物理学家、“光纤之父”高锟因为“在光学通信领域光在纤维中传输方面的突破性成就”而与发明半导体成像器件电荷耦合器的威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯共享诺贝尔物理学奖。

早在1966年，高锟就发表了论文《光频率介质纤维表面波导》，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理。他认为，只要解决好玻璃纯度和成分等问题，就能利用玻璃制作光学纤维，从而高效传输信息。

这一设想提出后，有人认为是匪夷所思，也有人对此大加褒扬。在争论中，高锟的设想却逐渐变成了现实：1981年，第一个光纤系统成功问世。此后，利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛，在全世界掀起了一场光纤通信的革命。

114年来，电子的发现、心电图机的问世、低温超导现象的发现、核能的发现和应用、骨髓移植治疗白血病方法的问世、小儿麻痹症疫苗的发明、光合作用的“卡尔文循环”、DNA双螺旋结构的发现、CT扫描仪的发明……无数获得诺贝尔奖的发明、发现和创造，照亮了人类科技发展的星空。展望未来，诺贝尔奖也必将为人类贡献更多伟大的发明、发现和创造，引领我们步向更加美好的生活。