2015年12月10日，諾貝爾獎的頒獎典禮在斯德哥爾摩舉行。這既是科技界的盛宴，也是人類審視自身的時刻。
和 很多人想象中不同，諾貝爾獎並非總是宏觀、華麗、波瀾壯闊的，而是更關注那些在某一領域的關鍵環節，做出突出性貢獻的人。換句話說，在“探索”這條路上， 時不時會出現一些羊腸小道、死胡同，甚至高山絕壁，而有的人，卻可以憑借自己的聰明才智，拓寬道路，架起飛橋，走出那關鍵性的一步。
他們的研究，有些過於艱深，有些涉足微觀，常遊走於眾人的視線之外，但絕不應該被遺忘。
斯德哥爾摩音樂廳，諾貝爾獎頒獎典禮舉行地
光電效應
1905 年，愛因斯坦的頭發還沒有變得淩亂，卻已經有了濃密的胡須；他還不是那個滿臉皺紋的“智慧象征”，但已積攢了足夠的才華和勇氣。這一年，他先後在《物理年 鑒》上發表了四篇論文，分別探討光電效應、布朗運動、質能等價和狹義相對論，好比一個武功高手，既精通少林絕學，又擅長武當心法，抽空練了兩下小李飛刀， 居然就“例無虛發”了……
1905年的愛因斯坦
現 在，高中畢業的人都知道光具有波粒二象性，但是在20世紀初，這可是個了不得的原則性問題。自艾薩克-牛頓爵士精巧地解讀了薄膜透光、牛頓環之後，光的粒 子學說成為泰鬥，漸有一統江湖之勢；奈何半路上殺出個托馬斯-楊，後者以雙縫衍射為武器，重塑光的波動學說；再後來，泊鬆亮斑現象使得光的粒子學說潰不成 軍；最終，麥克斯韋關於電磁理論的論述，奠定了光的波動學說的霸主地位。
——起碼，當時人們是這麽認為的。
但 是，沒等波動派高興太久，光電效應就來了。1887年，德國物理學者海因裏希•赫茲發現，紫外線照射到金屬電極上，可以幫助產生電火花。倘若波動學說是對 的，那麽光是一種波，不管何種光線，隻要強度足夠大，就能從金屬內部激發出電子來；而光的頻率，即波震動的次數，決定著激發電子的數目。然而，實驗結果表 明，對於特定金屬，能不能激發出電子，隻由光的頻率決定，激發出的電子數目，則和光線的強度有關。
理論推導和實驗現象不符，那麽其中就必然有一個是錯的。
愛因斯坦在《關於光的產生和轉變的一個啟發性觀點》中假設，“從一點發出的光線，在不斷擴大的空間中傳播時，它的能量不是連續分布的，而是由一些數目有限的、局限於空間某個點的能量子所組成的。這些能量子是不可分割的，它們隻能整份地被吸收或發射……”【1】
打個不恰當的比方，這就好比是騎自行車。假如以均勻的力度蹬自行車，那麽，自行車能不能走起來，隻和你的力度有關；蹬車的頻率，決定著自行車的行駛速度。
這篇三月發表的論文，也像三月裏的春雨一樣，融化了粒子派和波動派之間的冰封，打破了經典力學的黑雲壓城，催生了量子論，引燃了新能源的希望，開啟了一個新的時代；而且，它也很值錢，因為在光電效應上做出的理論性突破，愛因斯坦被授予1921年的諾貝爾物理學獎。
原子結構
1900年4月27日，倫敦阿爾伯馬爾皇家研究所舉行了一場眾星雲集的科學報告會。德高望重的開爾文男爵說：“動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現在，這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽，顯得黯然失色了……”
科學史上常有一些集大成者，他們在前人的基礎上，憑借著傑出的才智，總結、發展出一套理論，比如牛頓和他的經典力學。然而曆史是在否定之否定中前進，隨著科學發展，總會出現一些原有理論解決不了的問題。這並非不可知論的借口，恰相反，它表明我們對世界的了解，更深了一步。
開爾文男爵口中的兩朵烏雲，一朵指的是經典力學在光以太上遇到的難題，另一朵指的是黑體輻射研究中的困境。二者最終導致了相對論和量子論的誕生。【2】
前者，幾乎是由阿爾伯特-愛因斯坦獨立完成，後者，則交給了玻爾和他的學生。
和愛因斯坦不同，尼爾斯•玻爾出身優渥，不需要進入專利局養家糊口。1911年，玻爾獲得了卡爾斯伯格基金會的獎學金，成為劍橋大學卡文迪許實驗室博士後，隨後，他認識了歐內斯特•盧瑟福，開始著手將盧瑟福的原子模型和普朗克的發現結合起來。
盧瑟福通過粒子轟擊實驗，提出了自己的假說：原子是由原子核和電子組成的，原子核極小，居於中心，電子則像行星環繞恒星一樣，環繞著原子核運動。因而，這一模型也被稱為行星模型。
碳原子結構示意圖
這一假說可以解釋轟擊實驗的結果，但不能回答一個致命的問題：倘若電子環繞原子核運動，那麽，電子會在這一過程中輻射能量，跌出軌道，一步步地向著原子核滑落，最終，所有的原子都會塌陷，這顯然和現實不符。
玻爾參考了普朗克對黑體輻射的研究，提出：原子核外的電子，隻運行在特定的軌道上，由於勢能，保持穩定，稱之為定態；假如條件發生改變，電子也隻能從一個特定的軌道，躍遷到另一個特定的軌道，輻射出恒定的能量。這一模型，稱之為玻爾模型。
玻 爾模型是個折中的方案，引進了量子論，但半隻腳還踩在經典力學上，所以，很快被更好的模型所取代。不過，這無損於他的傑出，因為玻爾模型，他被授予了諾貝 爾物理學獎；除了學術成就之外，他還是個偉大的導師，泡利、海森堡、赫維西、朗道、蓋莫夫，這一連串偉大的人物，都曾在他的哥本哈根研究所裏學習、工作。
玻爾的原子模型
晶體X射線衍射
如果說，愛因斯坦和玻爾是“求仁得仁”的話，那麽，晶體的X射線衍射，就有些“無心插柳”的意味了。雖然布拉格父子，很快因為他們的發現，榮獲1915年的諾貝爾物理學獎，但後來的事情表明，這一發現的價值，仍然被低估了——起碼值三五個諾貝爾獎。
喜 歡折騰數碼產品的朋友肯定知道，路由器有兩個頻段，一個是2.4G，一個是5G。這裏的2.4G、5G指的是頻率，2.4G頻率低，波長長，遇到縫隙容易 發生衍射，因而2.4G路由器看上去“穿牆”效果更好；5G路由器發射的波長較短，更傾向於通過反射直來直去，所以，5G路由器的能夠很好地覆蓋特定房 間，但是“穿牆”能力比較差。
波，不管是可見光波，還是X射線這種不可見的電磁波，在遇到縫隙的時候，都會麵臨一個選擇：倘若縫隙比波長 大，那麽，光波就會直射進去；倘若縫隙和波長相當，甚至更小，就會發生衍射。縫隙的數目、形態，影響著衍射後的條紋樣式。三者（波長、縫隙、衍射條紋）之 間的關係，可以用公式描述出來。這也就意味著，明確其中的兩者，可以推導出第三者。
1895年11月8日倫琴發現了X射線，這種不可見的光，很快引起了物理學家們的興趣。X射線到底是高穿透性的中性粒子流還是波長較短的電磁波呢？眼瞧著粒派和波派又要大打出手，勞厄卻用一個精巧的實驗，化解了爭議。
晶體是由一係列重複的結構組成的，這些不斷重複的結構，稱之為晶胞；晶胞和晶胞之間，存在著縫隙。換句話說，可以把晶體看作一個三維的充滿縫隙的衍射工具。那麽，假如X射線是電磁波，它在穿過晶體後，一定會產生衍射。
1912 年4月弗裏德裏希、克裏平成功地觀察到X射線透過硫酸銅後的衍射斑點，證實了X射線的波動性。這一消息傳到英國，引起了布拉格父子的高度關注。1912年 暑假後，W.L.布拉格開始做X射線透射ZnS晶體實驗時，發現衍射斑點的大小隨底片與晶體的距離而變化，判定可能是晶麵反射的聚焦結果。同年10 月，W.L.布拉格導出了著名的布拉格方程。【3】
晶體X射線衍射的研究，到此可算告一段落，但是它所醞釀的風暴，才剛剛開始成型。41年後，卡文迪許實驗室的兩個年輕人，正是靠著X光衍射圖，解開了生命掩藏最深的奧秘——DNA分子結構。
DNA X射線衍射圖譜
一 直到現在，晶體X射線衍射，仍然是結構分析的利器，在藥品分析等方麵，起著重要作用。比如，2005年，美國加利福尼亞大學的研究人員，運用X射線晶體衍 射技術，在SARS病毒基因組中發現了一個特殊的RNA片段，在不同的 SARS 病毒株係中，這一片段並不變化，因此這一RNA 片段可能成為未來抗 SARS 藥物的“標靶”。【4】
柯霍氏法則
數學是當之無愧的諸學科之母，在數學之外，物理則擔當起了兄長的角色。沒有對凸透鏡成像的研究，哪來的顯微鏡呢？沒有顯微鏡，又怎麽可能發現致病菌呢？
十九世紀中葉，醫生們已經建立了近代解剖學，知道了柳樹皮解熱、消炎、鎮痛的有效成分，但是，疾病原因，仍然是一個謎。希波克拉底的體液學說漸漸失去市場，中國的陰陽五行，洋大夫們大約不信……
1864年，偉大的生物學家，巴斯德，設計了著名的曲頸瓶實驗。他把肉湯倒入燒瓶內，然後將燒瓶放在火焰上，拉出彎曲的長頸，將其靜置，結果發現，肉湯很長時間也不會變質；一旦將長頸去掉，肉湯則很快腐敗變酸。
巴斯德的實驗表明，空氣中存在著一些微生物。這些微生物雖然看不見、摸不著，卻可以對肉湯產生實實在在的影響。
那麽，這些微生物，是否就是某些疾病的原因呢？
羅 伯特•科赫在前人的基礎上（卡西米爾•達韋納發現炭疽病在牛與牛之間可直接傳染），以其傑出的才智，化解了血液純化、細菌培養等難題，最終在1876年， 發現了炭疽杆菌的致病作用，成為人類曆史上第一個發現致病原的科學家。其後，他又運用染色、純化、培養等技術，找出了結核病病原菌——結核杆菌，並因此獲 得了1905年的諾貝爾生理或醫學獎。
在研究微生物的過程中，科赫總結出了一套判斷病原菌的方法，稱之為柯霍氏法則。這套法則一共四條：首 先，在病人或患病部位，可以發現某種微生物，但這種微生物，不能在健康個體中找到；其次，這種病原菌可以被分離培養，同時應該記錄它的各種特征；再次，將 分離、提純過的病原菌，接種到健康個體內，健康個體應該會和患者出現類似或相同的症狀；最後，這位新患者體內，應該可以分離出與之前完全相同的病原菌。
不管是分離提純技術，還是培養基的發明、製作，又或者這一套判斷原則，都在生物學界和醫學界產生了巨大的影響。他也因為這一連串的突出性貢獻，和巴斯德並稱，被尊為細菌學的鼻祖。
當然嘍，技術也好，方法論也罷，總是不斷向前的。隨著新的檢測手段、新的病原菌不斷出現，如今，柯霍氏法則已經不是金科玉律，不過，這一方法裏體現的嚴謹精神和聰明才智，一直會是筆寶貴的財富。
炭疽杆菌
心電圖
說到檢測技術，就不能不提到心電圖。
1791 年，一個陽光明媚的日子裏，意大利解剖學家路易吉•伽伐尼（意：Luigi Aloisio Galvani），擺動著試驗台上的青蛙。在一個電光石火的瞬間，他忽然發現，切下來的蛙腿，碰到電火花會出現抽動；之後，他又發現，即使不直接接觸電 源，隻用金屬解剖刀，也能複製這種抽動。於是，他得出了結論：動物體內存在肌肉電流。
盡管這個說法是錯誤的，但是，生物學家們的興趣已被成功點燃，神經電生理的研究一發不可收。
時 光荏苒，到了1832年，意大利生理學家們在進行了一係列的有關蛙肌肉的實驗後，發現並不是肌肉存在電流，而是收縮的肌肉產生了電流；接著，德國的同行們 重複了他們的實驗，並且用動作電位來描述這種隨著肌肉收縮產生電反應。就這樣，一步一步，順理成章的，科學家們向著人體內最神秘的肌肉——心肌——進發 了。
現在我們知道，靜息狀態下，心肌細胞的細胞膜外排布著帶正電荷的陽離子，膜內排列著同等比例的帶負電荷的陰離子。當細胞的一端受到刺激時，細胞膜的通透性產生改變，受刺激部位，細胞膜內外的正負離子分布發生逆轉。這種逆轉沿著心肌細胞傳遞，就形成了電流。
既然心髒是由心肌組成的，而心肌每次收縮都可以產生電生理變化，那麽，可不可以通過檢測這種電生理變化，來推斷心髒的健康狀況呢？
1887 年，英國皇家學會瑪麗醫院舉行了一場具有劃時代意義的科學演示：該院生理學教授Waller在犬和人的心髒上應用毛細管靜電計記錄心電圖。演示 中，Waller當場成功記錄了人類第一例心電圖。盡管以現代眼光看來，這一心電圖十分粗糙，連心房的P波都沒有，但是，0到1的突破已經完成了。
Waller的實驗吸引了很多人，許多科學家們從此投身心電圖的改進，試圖減少外在環境的幹擾、創造出有臨床意義的測量工具。
十六年後，威廉-埃因托芬拿出了自己的方案。
受 阿德（Ader）於1897年發明的弦線式電流計的啟發，他將鍍銀石英拉成弦線（直徑僅2.1μm，用放大鏡才能看到），懸浮在兩側的磁鐵間；當體表心電 有微弱變化時，弦線便出現擺動；通過裝置，將這種擺動放大近500倍後，他終於得到了清晰的心電圖，並且將各波命名為P、Q、R、S、T、U波。這些命 名，沿用至今。【5】
又過了21年，即1924年，為表彰埃因托芬發明心電圖，他被授予了諾貝爾生理或醫學獎。100多年來，因為價格低 廉、檢測準確、不會對病人造成痛苦，心電圖一直是臨床最常用的檢測手段。時至今日，心電圖技術正在朝著更小、更智能的方向邁進。比如今年，三星宣布開發出 了一種新型的生物信息處理器。這種處理器專門為可穿戴設備（如智能手表）設計，具有心電圖監控、血流量記錄等功能。假以時日，說不定能取代四四方方的心電 圖機，成為醫生們的可信賴的新一代“雷達”。
搭載生物信息芯片，可以檢測心電圖的智能手表
G蛋白偶聯受體
馬克思曾說：“哲學家們隻是用不同的方式解釋世界,問題在於改變世界。”不過，對於醫生們來說，生命的奧秘太過艱深，能夠合理的解釋，就已經很難了。
古詩有雲：“長江繞郭知魚美，好竹連山覺筍香。”人的嗅覺、味覺是怎麽來的呢？
不 同的人，有不同層次的答案。愛看書的小朋友，可能會說：“氣味從食物裏跑出來，進到鼻子裏，人就聞到了。”大學生們，對神經係統有著基本的了解，知道神經 元之間存在著突觸。神經元通過突觸釋放神經遞質，神經遞質使相鄰神經元興奮，一環扣一環，最終將神經衝動傳進嗅覺中樞。
問題是，在氣味分子進入鼻腔之後、神經元興奮之前，發生了點什麽呢？
這就需要專業人士去回答了。
2012 年的諾貝爾化學獎授予了美國科學家RobertJ. Lefkowitz 以及 Brian K. Kobilka，以表彰他們在G蛋白偶聯受體”研究中作出的突出貢獻。其中，Robert J. Lefkowitz首先詳細地闡述了β2- 腎上腺素及其相關受體的序列、結構和功能，同時他還發現了兩個可以調控其功能的蛋白家族，即G蛋白偶聯受體(GPCR)和β-arrestins。 而Brian K. Kobilka則因為其在 GPCR 結構和活性方麵的研究而為世人所知。【6】
G蛋白偶聯受體是一類膜蛋白受體的統稱。所謂膜蛋白，顧名思義，它長在細胞膜上。G蛋白偶聯受體具有很多不同的種類，每一種結構皆有所不同，但不管是哪一類，都跨越細胞膜七次。這也是G蛋白偶聯受體最典型的特征之一。
當 某些化學物質，比如氣味分子，藥物中的有效成分，和G蛋白偶聯受體結合時，會引起G蛋白偶聯受體的結構發生改變，這種改變，又會使其他物質產生變化，層級 傳遞之下，引起各種各樣的生物效應。目前已經知道的和 G 蛋白偶聯受體相互作用的化學物質或者激活因子，包括氣味、費洛蒙、激素、神經遞質、趨化因子，等等。這些受體可以是小分子的糖類、脂質、多肽，也可以是蛋 白質等生物大分子。
這就好像是工廠裏的流水線，各種原料被分揀機分析傳遞，經由諸多工人的手，最終變成成品。G蛋白偶聯受體在其中扮演了分揀機的角色，不僅重要，而且是個多麵手。
由於 G 蛋白偶聯受體的廣泛功能性，以及其與癌症等相關信號通路之間的緊密聯係，使得 G 蛋白偶聯受體作為一個藥物設計的靶點，有著十分廣闊的應用前景。
G蛋白偶聯受體生理作用示意圖
倘若你能在小學、中學、大學的諸多考試中脫穎而出，如果你能從基本技能訓練、專業技能訓練、實驗室事故的輪番轟炸下存活，假如你覺得金錢生不帶來死不帶去、聲名與你如浮雲，那麽，你很可能會成為一個科研工作者。
愛因斯坦和貝爾代表了科研工作者的一種，他們崇高的品格、嚴肅的態度毋庸置疑，但是相比於國計民生，他們更關注科學本身。對未知的好奇支撐著他們，走上了人類智慧的巔峰。
埃因托芬等則代表了另一條道路，他們在知識和實用之間找到了平衡。
那麽你呢，你會選哪一種？
1927年，索爾維會議合影。參加這次會議的29人中有17人獲得或後來獲得諾貝爾獎
參考文獻
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2.曹天元. 量子物理史話: 上帝擲骰子嗎[J]. 2008.
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5.郭繼鴻.百年輝煌，萬眾澤被——記心電圖百年發展史.中國醫學論壇報，2014.10.13
6.肖鵬, 楊樂, ZHANG C, et al. G 蛋白偶聯受體家族的發現和結構機理研究——2012 年諾貝爾化學獎解讀[J]. 生物化學與生物物理進展, 2012, 39(011): 1050-1060.
轉帖
不過我覺得中國在21世紀會湧現一些科技偉人。
不言有罪 發表評論於 2015-12-11 08:11:57
每次讀科學家的故事，對這些偉人欽佩之餘，總有些悶悶不樂。
一直占人類人口五分之一到四分之一的中國人，我們做了什麽？
我經常去大陸(誌願培訓救援)，同胞的無知和偏見令人震驚。完全受益於西方文明，卻沒有絲毫感恩之心。。。
如果中國人可以好好去讀讀論語，讀讀道教，就可以知道中國人留下的精神文化可以帶給中國人源於內心的快樂是西方的科學家無法帶給人類的。不是阿 Q,而是智者對於自然，人性的理解和調控。
這些科學家是創造了新社會，人類進步和更更舒適的生活。可就是這些對生活本身毫無關注的科學家毀了現代人的生活快樂。我們隻是地球的一個過客，何須為了追求舒適，如此的索取。
我不能說沒有這些發明人類的生活叫更好，我隻想說這個世界上沒有不需要付出的舒適。沒有這些發明，人不會滅亡。有了這些人，才有了原子彈的威脅，才有了工業，才有汙染，才有了一代比一代更脆弱的人。
每次讀科學家的故事，對這些偉人欽佩之餘，總有些悶悶不樂。
一直占人類人口五分之一到四分之一的中國人，我們做了什麽？
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很少有個民族像我們中國人那樣，對世界文明如此的毫無貢獻，卻有如此的自我感覺良好。。。你是個異類，你有基本的判斷力。。。
每次讀科學家的故事，對這些偉人欽佩之餘，總有些悶悶不樂。
一直占人類人口五分之一到四分之一的中國人，我們做了什麽？
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所以我們要低調，切勿吹牛，否則就殆笑大方。。。
一直占人類人口五分之一到四分之一的中國人，我們做了什麽？