诺贝尔奖：看似“高冷”，实则“亲民”

诺贝尔奖：看似“高冷”，实则“亲民”

诺贝尔奖的3个自然科学奖项偏重基础研究，似乎离普通人的日常生活距离甚远，但事实并非如此。诺贝尔奖得主的研究拓展了人类知识的边界，不仅激励人们探索未知，还演化出了许多今天习以为常的技术、发展了大量更有效的研究方法。这些技术和方法，早已经成了人类日常生活的一部分。

诺贝尔奖的3个自然科学奖项偏重基础研究，似乎离普通人的日常生活距离甚远，但事实并非如此。诺贝尔奖得主的研究拓展了人类知识的边界，不仅激励人们探索未知，还演化出了许多今天习以为常的技术、发展了大量更有效的研究方法。这些技术和方法，早已经成了人类日常生活的一部分。

1895年，阿尔弗雷德·诺贝尔最后一次修改了遗嘱：“请将我的财产变作基金，每年用这个基金的利息作为奖金，奖励那些在前一年为人类作出卓越贡献的人。”

当他宣读这份遗嘱时，可能不会预想到今天诺贝尔奖的重要地位。这位因发明和改进安全炸药而获得巨大财富的瑞典化学家，以世界上最负盛名的科学奖而青史留名。

现在，每年十月，全世界的目光都会聚焦在科学上——诺贝尔奖揭晓仪式陆续进行。这个一年一度听起来“高大上”的全球科学盛宴似乎离人们的生活很遥远。

但实际上，在过去的一百多年中，诺贝尔奖几乎采摘了物理、化学和生理学与医学领域所有最优秀的果实，并且让科学之树越来越茂盛，那些无与伦比的研究成果带来的无可估量的科技力量早已渗入人们的生活。

“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。”——1998年诺贝尔生理学或医学奖得主路易斯·J·伊格纳罗曾这样说道。那么，诺贝尔获奖者的研究成果都藏在生活的哪些方面呢？

今年诺奖的奥妙

就在2016年诺贝尔三大自然科学奖陆续公布之后，10月14日至15日，来自9个国家的6支队伍在法国图卢兹展开角逐，试着在一场独特的赛车中胜出。这是法国国家科学研究中心举办的纳米车大奖赛，旨在选出跑得最快的分子车。这些车只由几百个原子构成，在接近四十个小时的赛程中，大约只能跑一两百纳米的距离——差不多也就是一个血红细胞的直径大小。

这是一个有趣的巧合，今年的诺贝尔化学奖恰恰颁给了分子机器领域的研究。获奖的3位化学家分别是法国斯特拉斯堡大学的让-皮埃尔·索瓦日、美国西北大学的J·弗雷泽·斯托达特以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德·L·费林加，他们使用分子构建出了能按照指定方式输出能量的微小化合物。这些人工合成的分子模仿了自然界经过亿万年演化出的同类——生物体内各种组织与器官的内外运动。生命的所有过程，在微观上都是靠这些精巧的小小机械来完成的。

虽然早在20世纪50年代，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼就发表过关于这类微小机械的设想，但直到20世纪90年代，才有研究者找到了控制特定分子的方法。这几乎就像从科幻小说里走出来的技术：我们可以制造小到看不见的机器。当有了更多更充分的研究，当我们足够熟练时，也许可以制造出比血红细胞还小的复杂机械，它们将可以完成复杂任务，如在细胞和病毒的尺度上治愈疾病、逐个分子地改善环境，或者运送特定的分子前往特定区域。

这些分子级别的微小世界自有迷人之处。人们身体的细胞中，有一种清除废物并循环利用的“自噬”机制，就像是一个个微小的垃圾回收处理厂。这些回收站能找到并吞噬细胞内产生的废物，再把它们重新变成构建细胞的原料或养料。人们在20世纪60年代就知道了这种回收机制的存在，但不知道它是如何进行的。20世纪90年代，日本科学家大隅良典用面包酵母做原料，找到了与自噬作用有关的关键基因，并且逐渐探明了自噬的过程和原理，帮助人类理解了自噬作用。这种机制让人们可以从崭新的角度来理解一些生理过程，例如我们对饥饿或感染的反应。而且，因为自噬基因突变会导致一些特定疾病，因此对这些疾病的治疗也有了新的理论基础。大隅良典获得了今年的诺贝尔生理学或医学奖，以此表彰他在这个领域的出色工作。

瑞典皇家科学院10月4日将2016年诺贝尔物理学奖授予戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨，他们因采用先进的数学方法研究了物质的特殊状态而获奖。他们将数学领域中的“拓扑”概念引入物理学研究，并且以此提出了超导体和超流体的新理论模型。超导体完全没有电阻，而超流体完全没有摩擦力——它们是许多领域梦寐以求的完美材料，但是传统上只有在很苛刻的条件下才能获得。今年诺贝尔奖得主的工作让人们以新的角度审视物质的奇异结构和状态，为电子学和超导领域打开了一扇新的大门，甚至可能会带来更强大的量子计算机，解决今天电子计算机难以解决的问题。

“拓扑相变”听起来“高大上”，但实际上很“接地气”。用上了拓扑绝缘材料，未来你的手机可能不再发烫。拓扑绝缘材料是一种边界上导电，体内绝缘体的新型量子材料。导电的边界态由于独特的物理特性，在导电过程中不会发热。南京大学物理学院教授张海军表示，如果能将拓扑绝缘体材料制成手机芯片，那么就有希望解决手机在长时间充电或连续使用时间过长后变得发烫的问题。

家用电力也和拓扑材料息息相关。张海军举例说，每个家庭中使用的电力，最开始从发电厂输出时其实电压远不止220伏特，发电厂发出的其实是高压电。但较大一部分电流在通过电线输送到千家万户的过程中都会产生损耗。如果能将电线改造升级，使用超导材料或拓扑绝缘材料，那么便有希望大幅度降低电流“在路上”的损耗。

普惠大众的诺奖成果

华灯初上，夜未央。当你沉醉于城市多彩的夜色中时，可曾想过这五颜六色的霓虹灯是怎么来的？不同于荧光灯、白炽灯、水银灯等弧光灯，霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。

霓虹灯是英国化学家拉姆赛在一次实验中偶然发现的。那是1898年6月的一个夜晚，拉姆赛和助手正在实验室里进行实验，目的是检查一种稀有气体是否导电。他把一种稀有气体注入真空玻璃管，然后把封闭在真空玻璃管中的两个金属电极连接在高压电源上，观察这种气体能否导电。

突然，意外发生了：注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。这种神奇的红光使拉姆赛和他的助手惊喜不已，他们打开了霓虹世界的大门。

1904年，拉姆赛因发现6种惰性气体，并确定它们在元素周期表中的位置获得诺贝尔化学奖。霓虹灯只是惰性气体的一个简单应用，却实现了如此美丽的效果。

带给人们多样色彩的还有各式各样的塑料制品。从儿童玩具到仪器容器，从电脑外壳到汽车部件，从牙刷牙缸到飞机零件，塑料制品在人们的生活中随处可见，给人们的生活带来方便。

1953年，德国科学家施陶丁格因对高分子化学的研究获得诺贝尔化学奖；1963年，意大利科学家纳塔、德国科学家齐格勒因合成高分子塑料而共同获得诺贝尔化学奖。

你正在用的电脑也离不开诺贝尔获奖者的技术发明。

当人们在电脑上存储信息时，往往需要一块硬盘。传统机械式硬盘的核心是一块高速旋转的光滑金属圆盘，有一个仅仅离盘面几微米的精细磁头读取和写入数据：磁化一小块区域，或者让一小块区域消磁，就可以记录1和0这样的数据，从而长时间存储内容。而根据通过磁头的电流强度变化，就可以读出数据。1956年，IBM公司生产的世界上第一块硬盘是个冰箱般的庞然大物，却只能存储非常少的数据。今天我们的硬盘之所以可以达到这么大的存储容量，则要归功于德国和法国的两位物理学家——他们在1988年发现了巨磁阻效应，让硬盘可以大幅提高存储密度。这两位物理学家是2007年的诺贝尔物理学奖得主。

1909年，意大利科学家马可尼、德国科学家布劳恩因发明无线电报技术而共同获得诺贝尔物理学奖；1956年，美国科学家肖克利、巴丁和布拉顿因研究半导体、发明晶体管而共同获得诺贝尔物理学奖。

他们的发明让天涯变咫尺，今天的信息社会、网络时代就是从这里开始。

而无论是无线还是有线网络，都要通过光纤连接到电信公司的机房、连接到另一个城市甚至另一个国家。华人科学家高锟是光纤理论的奠基人，并因此获得了2009年的诺贝尔物理学奖。人们生活中围绕着信息的最重要技术，背后都有诺贝尔奖牌的闪光。

20世纪人类最伟大的进步之一是通过医学的发展，大幅提高了人均寿命。我们对生物和自身有了更多的了解，明白了许多生理过程背后的机制。试管婴儿技术让人类可以更好地繁衍后代——2010年的诺贝尔生理学或医学奖表彰了这个领域的研究。使用干细胞技术和诱导性多功能干细胞，让人们可以以新的方式来治愈疾病和提高生活质量——这是2007年和2012年的获奖研究。我们使用CT和核磁共振技术检查身体，其中CT技术获得了1979年的诺贝尔生理学或医学奖。而核磁共振从发明到成熟的数十年间，已经获得了6个诺贝尔奖。

除了以上这些，核能的发现与利用，人类基因组计划，基因克隆技术的发展等获诺贝尔奖的重要技术突破，同样在默默地影响着人们的生活。

有些研究对科学家意义更大

并不是每项获得诺贝尔奖的研究都会在大众日常生活中找到对应的例子，有些研究对科学家意义更大。它们提供了更好的理论、工具和方法，让研究者可以更好地探索，让科学家可以抵达之前无法抵达的地方。这也是科学研究的意义之一。毕竟，整个科学体系都在不断地演进中，更好的研究方法本身就是科学研究的重要目的。

在千万亿分之一秒的时间里，光能走0.3微米——大约是一根头发直径的1/200。这么短的时间被称为1飞秒，而在这样的时间尺度上研究化学反应的过程和机理，称为飞秒化学。

2016年8月逝世的埃及化学家艾哈迈德·泽维尔，因为在飞秒化学领域的开创性研究而获得了1999年的诺贝尔化学奖。他用摄影技术记录化学反应过程中的细微变化，让人们可以观察千万亿分之一秒内的反应中间产物。这种技术像是“时间手术刀”，可以将快速的化学反应过程切成薄薄的一片一片，留下来细细端详。化学家们使用这种技术，可以更好地控制化学反应的过程，以及更容易地制造出自己想要的产物。

传统上，人们对化学的印象往往是实验室里的瓶瓶罐罐。但现在的化学家已不再仅仅依赖这些宏观工具，他们需要在更细微的尺度上了解他们的作品。2002年获得诺贝尔化学奖的3位科学家建立了新的方法来解析溶液中的生物大分子结构。他们利用核磁共振光谱来精确分析诸如蛋白质分子的三维结构，让研究者在除了模拟之外，可以观测到这些至关重要的形状——蛋白质的功能和它的形状息息相关。

2012年获得诺贝尔物理学奖的两位科学家也在做类似的研究，只不过他们观察和控制的对象是量子系统。在保存、观察和使用光子等量子领域，这两位科学家迈出了重要的一步，在他们的努力下，人们现在可以让“薛定谔的猫”不仅仅是一个思想实验，也拥有了实际测试的可能。他们在量子系统领域的研究，也可能会帮助推进量子计算机的实现。

诺贝尔奖得主的研究并不总是以实用性为目的。科学探索的意义，在于人类这个物种所独有的好奇心，在于了解我们和我们所处的整个世界。（本刊综合）※