诺贝尔奖和你有什么关系？

（梁淑怡/图）

诺贝尔奖的3个自然科学奖项偏重基础研究，似乎离我们普通人的日常生活距离甚远——但事实并非如此。诺贝尔奖的得主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，早已经成了全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名声和财富的瑞典化学家，以世界上最负盛名的科学奖而青史留名。

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茁壮茂盛。最优秀的科学家们大都是诺贝尔奖得主；诺贝尔奖得主也都是最优秀的科学家。诺贝尔奖的历史，几乎就是二十世纪后的自然科学发展史。

诺贝尔奖的3个自然科学奖项偏重基础研究，似乎离我们普通人的日常生活距离甚远——但事实并非如此。诺贝尔奖的得主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，早已经成了全人类生活的一部分。

今年诺奖的奥妙

当你在看这篇文章的时候，来自9个国家的6支队伍正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2016年10月14日至15日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。这场比赛可能不会有太多电视转播，因为不大能吸引观众——毕竟两百纳米，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位化学家使用分子构建出了能够按照指定方式输出能量的微小化合物，旋转运动和平移运动都不在话下。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。

虽然早在上世纪五十年代，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼就曾经发表过关于这类微小机械的设想，但直到上世纪九十年代，才有研究者找到了控制特定分子的方法。这几乎就是像魔法般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。当我们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——在细胞和病毒的尺度上治愈疾病、一个分子一个分子地改善环境，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。我们身体的细胞中，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者养料。人们在上世纪六十年代就知道了这种回收机制的存在，但是却不知道它是如何进行的。上世纪九十年代，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，例如我们对饥饿或者感染的反应。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。

今年的3位物理学奖得主，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所难以解决的问题。

你身边的诺贝尔奖

今天的我们已经非常依赖各种电子计算机，无论是台式机、笔记本还是手机和平板。我们把自己所处的时代称作信息时代，特征就是电子计算机和互联网的广泛应用，以及数字化信息的获取、存储和传输。而这些领域，都曾经获得过诺贝尔奖的青睐。

如果你在手机上或者电脑上打开这篇文章，那么就离集成电路很近了。2000年诺贝尔物理学奖颁给了杰克·基尔比，以表彰他在集成电路领域的开创性研究。他和罗伯特·诺伊斯在1958年发明了这种技术，用照相制版和印刷的方法，来把电路和电子器件缩小到我们肉眼无法分辨的程度。现在，集成电路是我们这个信息时代的基础技术之一，芯片上的元件密度还在不断地增长，电路宽度已经达到了十几纳米的水平——在这样的电路上，哪怕是一粒最小的灰尘都像一块山崩的巨石。我们的现代生活就建立在这样精细微妙的小小硅片上，从电脑到微波炉和洗衣机都离不开它。

当我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年的物理学奖得主。

而在信息传输中，也有诺贝尔奖的身影。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。我们在这些玻璃细丝里以光速传递信息，环球同此凉热。华人科学家高锟是光纤理论的奠基人，并因此获得了2009年的物理学奖。我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。

在整个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理解，明晰了许多生理过程背后的机制；试管婴儿技术让我们可以更好地繁衍后代——2010年的诺贝尔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，让我们可以以新的方式来治愈疾病和提高生活质量——这是2007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年的诺贝尔奖；而核磁共振从发明到成熟的数十年间，已经获得了6个生理学或医学、物理学和化学奖。

在接下来的几十年中，我们将会看到更多激动人心的产品，体验更多难以置信的旅程。我们也许会有更高容量更安全的电池，有更微小更精巧的计算设备，甚至有从地球赤道直接连接地球同步轨道的太空电梯。这些看似科幻的技术将会因为一种划时代的材料而成为现实；这就是石墨烯，由碳原子彼此紧密连接构成的薄层材料，厚度只有头发直径的二十万分之一。虽然只有一个原子的厚度，但是它却有难以置信的强度、特别的电学性质和极轻的重量。石墨烯是当前材料科学的研究热点之一，这种新材料也许会让我们的生活出现翻天覆地的变化。当然，对这个领域的研究也曾经获得过诺贝尔物理学奖的表彰：2010年。

我们今天和近年来的的生活，依赖于一些极其重要的科学研究与发现。这正是诺贝尔奖的初衷：表彰那些对人类作出重要贡献的研究者。

“时间的手术刀”

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，我们的整个科学体系都在不断地演进当中，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二百分之一。这么短的时间被叫做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，叫做飞秒化学。

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，我们对化学的印象，往往是实验室里的瓶瓶罐罐。但是现在的化学家已经不再仅仅依赖这些宏观工具，他们需要、也能够在更细微的尺度上了解他们的作品。2002年获颁化学奖的3位化学家，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年获奖的两位物理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。

一些生理学或医学奖的得主则找到了方法来修改我们的基因。过去只能靠突变来缓慢变化的基因现在可以通过技术手段来修饰，这显然会带来研究方法上的革命，2007年的诺奖得主因为这个领域的研究结果而获奖。2012年的诺奖得主则发现了将成熟细胞重新转化为多功能细胞的方法。这种被称作“诱导性多功能干细胞”的技术，可以让已经分化成为特定组织的细胞“返老还童”，重新回到可以分化成各种类型细胞的阶段。这是充满了想象空间的技术，让我们可以相信，生物生理上的限制也许并不如我们之前所以为的那么重要。

诺贝尔奖得主的研究并不总是以实用性作为目的的。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。

但就如诺贝尔物理学奖和化学奖奖牌背面展示的那样，我们可以以科学延伸我们的知识，慢慢掀开自然女神的面纱，目睹她的真实样貌。对未知的好奇心和探索，是我们这个种族的独有能力；而以诺贝尔奖表彰人类对世界、宇宙与生命的探索，只是我们为这些人类智识的努力所献上的一点敬意。