聚焦2003諾貝爾獎


　

　 物理學獎

　 獲獎者小傳

　 阿列克謝·阿布里科索夫：擁有俄羅斯和美國雙重國籍。1928年生於莫斯科，1951年在莫斯科物理問題研究所獲物理學博士學位，現就職於美國伊利諾伊州國立阿貢實驗室。他曾在俄羅斯的多家研究所和大學工作，涉足超導體、金屬、半金屬和半導體等多個研究領域。

　 維塔利·金茨堡：俄羅斯科學家。1916年生於莫斯科，1942年在莫斯科大學獲物理學博士學位，曾任莫斯科列別傑夫物理研究所理論室主任，現為俄羅斯科學院顧問。他在上世紀50年代與一些科學家率先提出了有關Ⅱ型超導體的理論。

　 安東尼·萊格特：擁有英國和美國雙重國籍。1938年生於倫敦，1964年獲牛津大學物理學博士學位，現為美國伊利諾伊大學厄巴納－尚佩恩分校教授。

　 科學貢獻

　 這些科學家在超導體和超流體理論上作出了開創性貢獻，他們讓超導電性“走”出了超低溫世界。超導電性和超流性是極端低溫狀態下發生的兩種現象。目前，超導體材料被廣泛應用於核磁共振成像和粒子加速器等領域，而超流體則讓人們更深入地了解物體在低溫狀態下的表現形式。

　 對生活的影響

　 超導材料的用途非常廣泛，比如在磁懸浮列車、核磁共振成像、超導發電、超導計算機、輸電和儲能等方面都有很大用處。如今世界各國對超導的研究越來越熱，而重中之重就在於常溫超導。有專家預測，這種技術一旦推廣應用，總體上可以節約目前三分之二的電力。

　 （張東操根據諾貝爾獎網站最新資料整理）

　 ■解讀

　 物理學獎凸顯基礎研究的重要性

　 本報記者 原春琳

　 今年的諾貝爾物理學獎由3位從事基礎研究的物理學家獲得，凸顯出基礎研究的重要性。北京大學物理學院低溫物理學家閻守勝教授向記者介紹了這3位科學家的研究情況。

　 阿布里科索夫和金茨堡的研究涉及超導電性。自從1911年超導電性發現之後，有兩個問題一直是物理學家關注的焦點：一是超導電性產生的物理機制，這個問題在上世紀50年代中期因BCS理論的出現而得到解決；二是超導電性的應用。人們希望利用它能無阻地通過電流的特性來輸電、產生強磁場等，但電流或磁場稍大超導電性即不復存在，問題一直沒有得到解決。經過人們長期的努力，現在超導磁體已是成熟的技術，在核磁共振成像和高能加速器上的應用已為公眾所熟知。這類得到應用的、在強磁場下還能保持超導電性的超導體被稱為第二類超導體。描述第二類超導體行為的理論正是1957年阿布里科索夫給出的，他的理論是超導體強電應用的基礎。阿布里科索夫理論的出發點是1950年金茨堡和朗道提出的理論，理論預言了第二類超導體的存在，並給出這類超導體的一些特徵，但限於當時的條件，未能有更深入具體的描述。今天授予他們諾貝爾獎，一方面是因為超導磁體的強電應用已成為現實；另一方面是因為1986年以來高溫超導材料的出現，使超導材料在強磁場產生、電力傳輸、能量儲存等方面的應用有可能在比液體氦高得多的液體氮溫度下實現。高溫超導材料是極端的第二類超導體，在對這種新的、重要的材料的研究中，更顯示出他們的理論的重要性。

　 金茨堡和朗道的理論不僅是阿布里科索夫理論的出發點，今天還廣泛用於超導電性研究的其他方面，以及物理學的其他領域，如用於基本粒子的弦理論中。

　 萊格特獲獎的主要貢獻是他上世紀70年代有關超流液體氦—3的理論。超流氦—3是比人們熟悉的、上世紀30年代後期發現的超流氦—4複雜得多的超流狀態，萊格特的理論加深了人們對這一狀態的認識，並得到實驗的證實，非常成功。實際上，世界所有物質都是由粒子組成的，而粒子只有兩種，一種是玻色子，另一種是費米子，他們遵從不同的統計規律。要了解世界，必須先了解最簡單的體系，液體氦—3是最簡單的費米子體系，從這一點說，萊格特理論是重要的。實際上，已經證實他的發現對了解其他領域，如液晶物理、粒子物理和宇宙學中複雜的物態間的轉變是很有價值的。

　 萊格特在上世紀80年代曾經訪問過北京大學。當時閻守勝教授是他的陪同。閻教授說，記得他說話語速極快，字寫得也非常快。看他寫字仿佛一條線在抖。我們都說這是因為他太聰明了，腦子轉得太快。當年萊格特訪華時只有40來歲，是英國皇家學會最年輕的會員。他作學術演講時，能坐300人的教室擠滿了同學，很多同學沒有位置，只好站着。講完以後，很多同學希望了解他成功的秘訣，他的回答很簡單，只說了一句話：刻苦努力。

　 生理學或醫學獎

　 獲獎者小傳

　 保羅·勞特布爾：美國科學家。1929年生於美國俄亥俄州小城悉尼，1951年獲凱斯理工學院理學學士學位，1962年獲費城匹茲堡大學化學博士學位。1963年至1984年間，勞特布爾作為化學和放射學系教授執教於紐約州立大學石溪分校。在此期間，他致力於核磁共振光譜學及其應用的研究。勞特布爾還把核磁共振成像技術推廣應用到生物化學和生物物理學領域。1985年至今，他擔任美國伊利諾伊大學生物醫學核磁共振實驗室主任。

　 彼得·曼斯菲爾德：英國科學家。1933年出生於英國倫敦，1959年獲倫敦大學瑪麗女王學院理學學士學位，1962年獲倫敦大學物理學博士學位。1962年到1964年擔任美國伊利諾伊大學物理系助理研究員，1964年到英國諾丁漢大學物理系擔任講師，現為該大學物理系教授。除物理學之外，曼斯菲爾德還對語言學、閱讀和飛行感興趣，並擁有飛機和直升機兩用的飛行員執照。他進一步發展了有關在穩定磁場中使用附加的梯度磁場的理論，為核磁共振成像技術從理論到應用奠定了基礎。

　 科學貢獻

　 他們在核磁共振成像技術領域的突破，是醫學診斷和研究領域的重大成果。在如何用核磁共振技術拍攝不同結構的圖像上獲得了關鍵性發現，這些發現導致了在臨床診斷和醫學研究上獲得突破的核磁共振成像儀的出現。

　 對生活的影響

　 正確而及時的診斷對於患者而言至關重要。核磁共振成像技術的普及挽救了很多患者的生命。這種方法精確度高，可以獲得患者身體內部結構的立體圖像。根據現有實驗結果，它對身體沒有損害。從原理到實際應用往往有漫長的距離。20世紀70年代初期，核磁共振成像技術研究才取得了突破。第一台醫用核磁共振成像儀於20世紀80年代初問世。

　 目前核磁共振成像儀在全世界得到初步普及，已成為最重要的診斷工具之一。2002年，全世界使用的核磁共振成像儀共有2.2萬台，利用它們共進行了約6000萬人次的檢查。

　 （張東操根據諾貝爾獎網站最新資料整理）

　 ■解讀

　 核磁共振成像：將繼續改變我們的生活

　 本報記者 藍燕

　 美國科學家保羅·勞特布爾和英國科學家彼得·曼斯菲爾德直到本月6日，才由於他們在幾十年前提出的理論而榮獲了世界科學界的最高榮譽———諾貝爾獎，而且是諾貝爾生理學或醫學獎。

　 卡羅林斯卡醫學院諾貝爾獎評選委員會在宣布他們的獲獎理由時稱：兩位獲獎者在如何用核磁共振技術拍攝不同結構的圖像上獲得了關鍵性發現。這些發現導致了在臨床診斷和醫學研究上獲得突破的核磁共振成像儀的出現。

　 核磁共振成像儀對今天的中國百姓來說並不陌生。如今在大中城市稍具規模的醫院裡，甚至設備條件較好的縣醫院裡都有它的身影。檢查完畢，患者很快可以得到一張反映自己病患部位的清晰圖像。

　 一個導致核磁共振成像儀產生的發現，而不是核磁共振成像儀本身，為什麼會獲得今年的諾貝爾生理學或醫學獎？中國協和醫科大學阜外心血管病醫院影像中心主任、博士生導師何作祥博士認為：“也許可以這麼說，發現了核磁共振的原理，就開創了一種認識物質的新思路或新途徑。它過去增加了我們認識疾病的手段，今後有可能繼續改變我們的生活。”

　 何博士說，準確地講，核磁共振成像儀現在被醫學界稱為磁共振成像技術。在它之前，從影像診斷的範疇說，人類已經陸續使用放射學、超聲學和核醫學認識肌體的病變。但是，人體確實太複雜了，要想對一個疾病認識得更準確，多一種認識角度肯定更為有利。磁共振成像技術就是使我們可以根據肌體組織的磁場變化，來判斷有無異常情況出現。從而提高了醫生診斷疾病的正確性。

　 比如說我們常見的腫瘤，由於有了核磁共振成像技術，醫生提高了鑑別良性或惡性腫瘤的準確性。

　 據資料顯示，從上世紀70年代初保羅·勞特布爾和彼得·曼斯菲爾德先後提出核磁共振理論，到1982年第一台核磁共振成像儀問世，大約是10年時間。而中國的普通患者在醫院使用上這種先進的影像檢查設備，也就是又過了10年左右。這樣一項迅速進入人們生活的影像技術其原理早就清清楚楚，那為什麼不是在20年前或10年就獲獎？記者向何博士提出了這個並不屬於他的研究範疇的問題。

　 “也許許多人對諾貝爾獎的理解不是十分恰當。”何博士說，諾貝爾科學獎不是一般的新技術獎，發明出來便產生效益。一種能改變人們生活的新的理論，是需要很長時間、大量的實證去證明它正確與否。核磁共振成像原理就是這樣一種理論，它的問世也許並不轟轟烈烈，但它會長時間地改變着我們的生活。何博士介紹，目前，在磁共振成像技術的研究中有幾個方向很受世界科學界關注。一個是腦科學中關於人的認知功能的研究；另一個是臨床醫學中關於冠心病的心肌灌注顯像的研究、關於心肌活力檢測的研究等；再有就是它為21世紀醫學發展的重要方向———分子顯像提供了重要的研究手段。

　 化學獎

　 獲獎者小傳

　 彼得·阿格雷：美國科學家。1949年生於美國明尼蘇達州小城諾斯菲爾德，1974年在巴爾的摩約翰斯·霍普金斯大學醫學院獲醫學博士學位，現為該學院生物化學教授和醫學教授。

　 羅德里克·麥金農：美國科學家。1956年出生，在美國波士頓附近的小鎮伯靈頓長大，1982年在塔夫茨醫學院獲醫學博士學位，現為洛克菲勒大學分子神經生物學和生物物理學教授。

　 科學貢獻

　 他們發現了細胞膜水通道，以及對離子通道結構和機理研究作出了開創性貢獻。這是個重大發現，開啟了細菌、植物和哺乳動物水通道的生物化學、生理學和遺傳學研究之門。

　 對生活的影響

　 水溶液占人體重量的70％。生物體內的水溶液主要由水分子和各種離子組成。它們在細胞膜通道中的進進出出可以實現細胞的很多功能。水分子是如何進出人體的細胞的？了解這一機理將極大地幫助人們更好地認識許多疾病，比如心臟病、神經系統疾病等。他們的發現闡明了鹽分和水如何進出組成活體的細胞。比如，腎臟怎麼從原尿中重新吸收水分，以及電信號怎麼在細胞中產生並傳遞等等，這對人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經系統等方面的諸多疾病具有極其重要的意義。

　 （張東操根據諾貝爾獎網站最新資料整理）

　 ■解讀

　 化學獎對結構生物學家是一個重要靈感

　 本報記者 原春琳

　 兩名從事生命科學研究的科學家獲得今年的諾貝爾化學獎，這並不稀奇。北京大學生命科學學院周曾銓教授曾經統計過，諾貝爾獎化學獎100多年的歷史上，已經有幾十位生物學家獲得過該項獎項。

　 在瑞典皇家科學院的官方網站上這樣介紹兩位科學家所取得的成就：人體成分約70％由鹽水構成。這兩位科學家的重要貢獻在於他們發現並闡明了鹽類成分（離子）是如何在人體細胞內外傳輸的機理。它提供了理解諸如腎臟是如何從初始尿液中重新獲得水分，神經細胞中的電信號是如何產生及如何傳導等問題的分子基礎。

　 實際上，早在十九世紀中期，人們就猜想人體細胞一定存在用以傳輸水分的特別的通道。然而，直到1988年，才由阿格雷在分離一種膜蛋白上獲得成功，約一年後，他明白了這個蛋白一定就是長期以來所尋求的水通道。這一決定性的發現打開了通向細菌、植物及哺乳動物體內水通道的生物化學、生理學以及遺傳學等完整的系列研究之門。今天，學者們詳知水分子通過細胞膜的方式並了解為何只有水分子能穿過而不是其他更小的分子或離子。

　 另一種類型的膜通道是離子通道。離子通道在神經和肌肉應激系統中具有重要意義。當位於神經細胞表面的離子通道在來自鄰近的神經細胞的化學信號的作用下而開啟時，會產生一種被稱為神經細胞電壓的作用，於是，一種電脈衝信號就會通過在數毫秒之內開啟和關閉的離子通道而沿着神經細胞的表面傳遞。麥金農在1998年確定了鉀離子通道的空間結構而使整個學術界震驚。這項貢獻，使我們現在知道離子可以通過由不同的細胞信號控制其開啟和關閉的通道而流動。

　 周曾銓教授說，本年度諾貝爾化學獎的主題說明現代生物化學在尋求解明生命過程的基本原理方面已經深入到了原子的水平。

　 在同是北大生命科學學院教授的蘇曉東看來，現階段評價該項發現在歷史長河中的意義是困難的，也許在10—20年後其意義會更加清楚地顯現出來。與DNA雙螺旋結構相比，它也許不是歷史上最重大的研究發現。然而，它是膜通道方面的第一個諾貝爾獎，並且，這兩個通道在許多疾病以及生理學活動的研究方面是非常重要的。蘇曉東教授曾經預期麥金農會得到諾貝爾醫學獎。他認為，在某種程度上，該獎對於結構生物學家是一個重要的靈感。