2013年三大自然科学诺贝尔奖的成就.docVIP

2013年三大自然科学诺贝尔奖的成就 今年诺贝尔奖的三大自然科学奖“尘埃落定”。英国理论物理学家彼得·希格斯、比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒特因成功预测希格斯玻色子（又称“上帝粒子”）而获得2013年诺贝尔物理学奖；三名美科学家分别为：马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特和阿里耶·瓦谢勒因在开发多尺度复杂化学系统模型方面所作的贡献而获得了本年度的化学奖；美国科学家詹姆斯·罗思曼、兰迪·谢克曼以及德国科学家托马斯·祖德霍夫三人“共同揭示了控制细胞货物进行精确转运的分子机制”而获得了医学奖。 三大自然科学诺奖获得者到底解决了什么问题？解决这些问题的价值何在？能给我们的生活带来什么？ 基本粒子是如何获得质量的 英国人彼得·希格斯和比利时人弗朗索瓦·恩格勒特因为他们的理论预言——“希格斯玻色子的存在”而获此殊荣，并且在2012年得到了欧洲核子中心实验的证实。 希格斯玻色子是什么？为什么找到它如此重要？复旦大学物理系教授吴咏时说：“该发现奠定了粒子物理学标准模型的基石，如果希格斯理论被证明是错误的，希格斯粒子根本不存在，那么标准模型理论将被推翻，整个物理世界的理论都有可能要重新改写。” 在标准模型里，宇宙由62种不可再分的基本粒子构成，分为两大类：构成物质“实体”的费米子和传递基本相互作用的玻色子。基本粒子通过强力、弱力及电磁力这三种基本作用力组合成各种复合粒子，进而构成物质世界。 显然，物质世界是有质量的。实验结果也清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有质量的，但按照标准模型理论，粒子是没有质量的。吴咏时说：“标准模型的缺陷，就是该模型无法解释物质质量的来源。”这给科学家们带来了很大困扰。 1964年，希格斯等人提出了“希格斯机制”的概念，在理论上解决了这个问题。希格斯等人认为宇宙间遍布“希格斯场”，基本粒子在与希格斯场的相互作用下获得了质量，而形成希格斯场的就是一种新的粒子，被命名为希格斯粒子，且根据对希格斯粒子性质的预言，希格斯粒子的自旋为零，是一种玻色子。 然而，粒子物理学模型预言的62个基本粒子中的61个都已经得到了实验数据的支持与验证，但希格斯粒子仿佛一个幽灵，仍然游离在这座辉煌的大厦之外。由于希格斯粒子未被发现，重要问题悬而未决，因此一直成为科学家们苦苦追求的目标。而希格斯玻色子的发现，最终为这一标准模型画上了完美的句号。 “如果没有希格斯粒子，其他的基本粒子就会仍然以光速运行，不能聚合在一起，我们的宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，根本不能组成物质，生命也无从谈起。”参与发现“上帝粒子”的中国科学技术大学教授刘衍文此前表示，从科学意义上讲，发现希格斯玻色子比人类登上月球更重要，该理论解释了粒子为何拥有质量，从而演化为万事万物，“人类距离了解宇宙诞生之谜或许将要迈进一大步”。 发现希格斯粒子，只是整个过程的第一步。哈佛大学物理学家丽萨·兰德尔表示，这将进一步为更深层次的问题提供解决的线索，比如为什么这些粒子拥有这一质量数值？这个值是如何确定的？“这是一个大得多的问题。” 目前我国在粒子物理研究的某些领域也做出了很有影响的工作。比如，在大亚湾进行的中微子振荡实验，得出了一个重要的参数，这显示我国对中微子振荡领域的研究，在国际上已占有一席之地。此外，我国正在进行寻找暗物质的研究。“但是，中国在这些粒子物理前沿领域的理论研究上，还需要进一步努力，去赶超国际领先水平。”吴咏时说。 化学反应是如何“历历在目”的 “过去，化学家们利用塑料球和小棍来建造分子的模型，而现在，建模则是由计算机完成。”瑞典皇家科学院给出的新闻通稿中这样写道。 马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特和阿里耶·瓦谢勒这三位科学家因在20世纪70年代开发出“多尺度复杂化学系统模型”而摘得了今年诺贝尔奖化学奖桂冠。因为这项研究，科学家得以用计算机揭开神秘的化学反应的面纱，通过计算机程序模拟，让复杂化学过程中肉眼不可见的每一个细微步骤都“历历在目”。 化学反应像闪电般快速发生，在数百万分之一秒间，电子已经完成从一个原子核向另一个原子核的迁移，科学家的肉眼无法观察。“在这种情况下，要想借助实验方法去描绘化学过程中的每一个小步骤几乎已经是不可能的任务。”北京大学化学与分子工程学院教授高毅勤说。 而此前，经典物理学与量子力学分属于互相对立的世界。科学家们在电脑上模拟时，他们拥有的软件要么是基于经典物理的，要么则是基于量子物理学的。前者的优势在于计算简便，但只能用于大分子，无法模拟化学反应；后者则只能用于小分子并且计算量庞大。 2013年诺贝尔化学奖在这两个世界之间打开了一扇门，并带来了活跃的合作前景。诺贝尔奖评审团说，三位科学家的开创性在于，他们让经典物理学与迥然不同的量子物理学在化学研究中“并肩作战”。 上海交通大学化学化工学院教授孙淮举例说，一个蛋白质分子里有成百上千个原