2015年12月10日，诺贝尔奖的颁奖典礼在斯德哥尔摩举行。这既是科技界的盛宴，也是人类审视自身的时刻。
和 很多人想象中不同，诺贝尔奖并非总是宏观、华丽、波澜壮阔的，而是更关注那些在某一领域的关键环节，做出突出性贡献的人。换句话说，在“探索”这条路上， 时不时会出现一些羊肠小道、死胡同，甚至高山绝壁，而有的人，却可以凭借自己的聪明才智，拓宽道路，架起飞桥，走出那关键性的一步。
他们的研究，有些过于艰深，有些涉足微观，常游走于众人的视线之外，但绝不应该被遗忘。
斯德哥尔摩音乐厅，诺贝尔奖颁奖典礼举行地
光电效应
1905 年，爱因斯坦的头发还没有变得凌乱，却已经有了浓密的胡须；他还不是那个满脸皱纹的“智慧象征”，但已积攒了足够的才华和勇气。这一年，他先后在《物理年 鉴》上发表了四篇论文，分别探讨光电效应、布朗运动、质能等价和狭义相对论，好比一个武功高手，既精通少林绝学，又擅长武当心法，抽空练了两下小李飞刀， 居然就“例无虚发”了……
1905年的爱因斯坦
现 在，高中毕业的人都知道光具有波粒二象性，但是在20世纪初，这可是个了不得的原则性问题。自艾萨克-牛顿爵士精巧地解读了薄膜透光、牛顿环之后，光的粒 子学说成为泰斗，渐有一统江湖之势；奈何半路上杀出个托马斯-杨，后者以双缝衍射为武器，重塑光的波动学说；再后来，泊松亮斑现象使得光的粒子学说溃不成 军；最终，麦克斯韦关于电磁理论的论述，奠定了光的波动学说的霸主地位。
——起码，当时人们是这么认为的。
但 是，没等波动派高兴太久，光电效应就来了。1887年，德国物理学者海因里希•赫兹发现，紫外线照射到金属电极上，可以帮助产生电火花。倘若波动学说是对 的，那么光是一种波，不管何种光线，只要强度足够大，就能从金属内部激发出电子来；而光的频率，即波震动的次数，决定着激发电子的数目。然而，实验结果表 明，对于特定金属，能不能激发出电子，只由光的频率决定，激发出的电子数目，则和光线的强度有关。
理论推导和实验现象不符，那么其中就必然有一个是错的。
爱因斯坦在《关于光的产生和转变的一个启发性观点》中假设，“从一点发出的光线，在不断扩大的空间中传播时，它的能量不是连续分布的，而是由一些数目有限的、局限于空间某个点的能量子所组成的。这些能量子是不可分割的，它们只能整份地被吸收或发射……”【1】
打个不恰当的比方，这就好比是骑自行车。假如以均匀的力度蹬自行车，那么，自行车能不能走起来，只和你的力度有关；蹬车的频率，决定着自行车的行驶速度。
这篇三月发表的论文，也像三月里的春雨一样，融化了粒子派和波动派之间的冰封，打破了经典力学的黑云压城，催生了量子论，引燃了新能源的希望，开启了一个新的时代；而且，它也很值钱，因为在光电效应上做出的理论性突破，爱因斯坦被授予1921年的诺贝尔物理学奖。
原子结构
1900年4月27日，伦敦阿尔伯马尔皇家研究所举行了一场众星云集的科学报告会。德高望重的开尔文男爵说：“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在，这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”
科学史上常有一些集大成者，他们在前人的基础上，凭借着杰出的才智，总结、发展出一套理论，比如牛顿和他的经典力学。然而历史是在否定之否定中前进，随着科学发展，总会出现一些原有理论解决不了的问题。这并非不可知论的借口，恰相反，它表明我们对世界的了解，更深了一步。
开尔文男爵口中的两朵乌云，一朵指的是经典力学在光以太上遇到的难题，另一朵指的是黑体辐射研究中的困境。二者最终导致了相对论和量子论的诞生。【2】
前者，几乎是由阿尔伯特-爱因斯坦独立完成，后者，则交给了玻尔和他的学生。
和爱因斯坦不同，尼尔斯•玻尔出身优渥，不需要进入专利局养家糊口。1911年，玻尔获得了卡尔斯伯格基金会的奖学金，成为剑桥大学卡文迪许实验室博士后，随后，他认识了欧内斯特•卢瑟福，开始着手将卢瑟福的原子模型和普朗克的发现结合起来。
卢瑟福通过粒子轰击实验，提出了自己的假说：原子是由原子核和电子组成的，原子核极小，居于中心，电子则像行星环绕恒星一样，环绕着原子核运动。因而，这一模型也被称为行星模型。
碳原子结构示意图
这一假说可以解释轰击实验的结果，但不能回答一个致命的问题：倘若电子环绕原子核运动，那么，电子会在这一过程中辐射能量，跌出轨道，一步步地向着原子核滑落，最终，所有的原子都会塌陷，这显然和现实不符。
玻尔参考了普朗克对黑体辐射的研究，提出：原子核外的电子，只运行在特定的轨道上，由于势能，保持稳定，称之为定态；假如条件发生改变，电子也只能从一个特定的轨道，跃迁到另一个特定的轨道，辐射出恒定的能量。这一模型，称之为玻尔模型。
玻 尔模型是个折中的方案，引进了量子论，但半只脚还踩在经典力学上，所以，很快被更好的模型所取代。不过，这无损于他的杰出，因为玻尔模型，他被授予了诺贝 尔物理学奖；除了学术成就之外，他还是个伟大的导师，泡利、海森堡、赫维西、朗道、盖莫夫，这一连串伟大的人物，都曾在他的哥本哈根研究所里学习、工作。
玻尔的原子模型
晶体X射线衍射
如果说，爱因斯坦和玻尔是“求仁得仁”的话，那么，晶体的X射线衍射，就有些“无心插柳”的意味了。虽然布拉格父子，很快因为他们的发现，荣获1915年的诺贝尔物理学奖，但后来的事情表明，这一发现的价值，仍然被低估了——起码值三五个诺贝尔奖。
喜 欢折腾数码产品的朋友肯定知道，路由器有两个频段，一个是2.4G，一个是5G。这里的2.4G、5G指的是频率，2.4G频率低，波长长，遇到缝隙容易 发生衍射，因而2.4G路由器看上去“穿墙”效果更好；5G路由器发射的波长较短，更倾向于通过反射直来直去，所以，5G路由器的能够很好地覆盖特定房 间，但是“穿墙”能力比较差。
波，不管是可见光波，还是X射线这种不可见的电磁波，在遇到缝隙的时候，都会面临一个选择：倘若缝隙比波长 大，那么，光波就会直射进去；倘若缝隙和波长相当，甚至更小，就会发生衍射。缝隙的数目、形态，影响着衍射后的条纹样式。三者（波长、缝隙、衍射条纹）之 间的关系，可以用公式描述出来。这也就意味着，明确其中的两者，可以推导出第三者。
1895年11月8日伦琴发现了X射线，这种不可见的光，很快引起了物理学家们的兴趣。X射线到底是高穿透性的中性粒子流还是波长较短的电磁波呢？眼瞧着粒派和波派又要大打出手，劳厄却用一个精巧的实验，化解了争议。
晶体是由一系列重复的结构组成的，这些不断重复的结构，称之为晶胞；晶胞和晶胞之间，存在着缝隙。换句话说，可以把晶体看作一个三维的充满缝隙的衍射工具。那么，假如X射线是电磁波，它在穿过晶体后，一定会产生衍射。
1912 年4月弗里德里希、克里平成功地观察到X射线透过硫酸铜后的衍射斑点，证实了X射线的波动性。这一消息传到英国，引起了布拉格父子的高度关注。1912年 暑假后，W.L.布拉格开始做X射线透射ZnS晶体实验时，发现衍射斑点的大小随底片与晶体的距离而变化，判定可能是晶面反射的聚焦结果。同年10 月，W.L.布拉格导出了著名的布拉格方程。【3】
晶体X射线衍射的研究，到此可算告一段落，但是它所酝酿的风暴，才刚刚开始成型。41年后，卡文迪许实验室的两个年轻人，正是靠着X光衍射图，解开了生命掩藏最深的奥秘——DNA分子结构。
DNA X射线衍射图谱
一 直到现在，晶体X射线衍射，仍然是结构分析的利器，在药品分析等方面，起着重要作用。比如，2005年，美国加利福尼亚大学的研究人员，运用X射线晶体衍 射技术，在SARS病毒基因组中发现了一个特殊的RNA片段，在不同的 SARS 病毒株系中，这一片段并不变化，因此这一RNA 片段可能成为未来抗 SARS 药物的“标靶”。【4】
柯霍氏法则
数学是当之无愧的诸学科之母，在数学之外，物理则担当起了兄长的角色。没有对凸透镜成像的研究，哪来的显微镜呢？没有显微镜，又怎么可能发现致病菌呢？
十九世纪中叶，医生们已经建立了近代解剖学，知道了柳树皮解热、消炎、镇痛的有效成分，但是，疾病原因，仍然是一个谜。希波克拉底的体液学说渐渐失去市场，中国的阴阳五行，洋大夫们大约不信……
1864年，伟大的生物学家，巴斯德，设计了著名的曲颈瓶实验。他把肉汤倒入烧瓶内，然后将烧瓶放在火焰上，拉出弯曲的长颈，将其静置，结果发现，肉汤很长时间也不会变质；一旦将长颈去掉，肉汤则很快腐败变酸。
巴斯德的实验表明，空气中存在着一些微生物。这些微生物虽然看不见、摸不着，却可以对肉汤产生实实在在的影响。
那么，这些微生物，是否就是某些疾病的原因呢？
罗 伯特•科赫在前人的基础上（卡西米尔•达韦纳发现炭疽病在牛与牛之间可直接传染），以其杰出的才智，化解了血液纯化、细菌培养等难题，最终在1876年， 发现了炭疽杆菌的致病作用，成为人类历史上第一个发现致病原的科学家。其后，他又运用染色、纯化、培养等技术，找出了结核病病原菌——结核杆菌，并因此获 得了1905年的诺贝尔生理或医学奖。
在研究微生物的过程中，科赫总结出了一套判断病原菌的方法，称之为柯霍氏法则。这套法则一共四条：首 先，在病人或患病部位，可以发现某种微生物，但这种微生物，不能在健康个体中找到；其次，这种病原菌可以被分离培养，同时应该记录它的各种特征；再次，将 分离、提纯过的病原菌，接种到健康个体内，健康个体应该会和患者出现类似或相同的症状；最后，这位新患者体内，应该可以分离出与之前完全相同的病原菌。
不管是分离提纯技术，还是培养基的发明、制作，又或者这一套判断原则，都在生物学界和医学界产生了巨大的影响。他也因为这一连串的突出性贡献，和巴斯德并称，被尊为细菌学的鼻祖。
当然喽，技术也好，方法论也罢，总是不断向前的。随着新的检测手段、新的病原菌不断出现，如今，柯霍氏法则已经不是金科玉律，不过，这一方法里体现的严谨精神和聪明才智，一直会是笔宝贵的财富。
炭疽杆菌
心电图
说到检测技术，就不能不提到心电图。
1791 年，一个阳光明媚的日子里，意大利解剖学家路易吉•伽伐尼（意：Luigi Aloisio Galvani），摆动着试验台上的青蛙。在一个电光石火的瞬间，他忽然发现，切下来的蛙腿，碰到电火花会出现抽动；之后，他又发现，即使不直接接触电 源，只用金属解剖刀，也能复制这种抽动。于是，他得出了结论：动物体内存在肌肉电流。
尽管这个说法是错误的，但是，生物学家们的兴趣已被成功点燃，神经电生理的研究一发不可收。
时 光荏苒，到了1832年，意大利生理学家们在进行了一系列的有关蛙肌肉的实验后，发现并不是肌肉存在电流，而是收缩的肌肉产生了电流；接着，德国的同行们 重复了他们的实验，并且用动作电位来描述这种随着肌肉收缩产生电反应。就这样，一步一步，顺理成章的，科学家们向着人体内最神秘的肌肉——心肌——进发 了。
现在我们知道，静息状态下，心肌细胞的细胞膜外排布着带正电荷的阳离子，膜内排列着同等比例的带负电荷的阴离子。当细胞的一端受到刺激时，细胞膜的通透性产生改变，受刺激部位，细胞膜内外的正负离子分布发生逆转。这种逆转沿着心肌细胞传递，就形成了电流。
既然心脏是由心肌组成的，而心肌每次收缩都可以产生电生理变化，那么，可不可以通过检测这种电生理变化，来推断心脏的健康状况呢？
1887 年，英国皇家学会玛丽医院举行了一场具有划时代意义的科学演示：该院生理学教授Waller在犬和人的心脏上应用毛细管静电计记录心电图。演示 中，Waller当场成功记录了人类第一例心电图。尽管以现代眼光看来，这一心电图十分粗糙，连心房的P波都没有，但是，0到1的突破已经完成了。
Waller的实验吸引了很多人，许多科学家们从此投身心电图的改进，试图减少外在环境的干扰、创造出有临床意义的测量工具。
十六年后，威廉-埃因托芬拿出了自己的方案。
受 阿德（Ader）于1897年发明的弦线式电流计的启发，他将镀银石英拉成弦线（直径仅2.1μm，用放大镜才能看到），悬浮在两侧的磁铁间；当体表心电 有微弱变化时，弦线便出现摆动；通过装置，将这种摆动放大近500倍后，他终于得到了清晰的心电图，并且将各波命名为P、Q、R、S、T、U波。这些命 名，沿用至今。【5】
又过了21年，即1924年，为表彰埃因托芬发明心电图，他被授予了诺贝尔生理或医学奖。100多年来，因为价格低 廉、检测准确、不会对病人造成痛苦，心电图一直是临床最常用的检测手段。时至今日，心电图技术正在朝着更小、更智能的方向迈进。比如今年，三星宣布开发出 了一种新型的生物信息处理器。这种处理器专门为可穿戴设备（如智能手表）设计，具有心电图监控、血流量记录等功能。假以时日，说不定能取代四四方方的心电 图机，成为医生们的可信赖的新一代“雷达”。
搭载生物信息芯片，可以检测心电图的智能手表
G蛋白偶联受体
马克思曾说：“哲学家们只是用不同的方式解释世界,问题在于改变世界。”不过，对于医生们来说，生命的奥秘太过艰深，能够合理的解释，就已经很难了。
古诗有云：“长江绕郭知鱼美，好竹连山觉笋香。”人的嗅觉、味觉是怎么来的呢？
不 同的人，有不同层次的答案。爱看书的小朋友，可能会说：“气味从食物里跑出来，进到鼻子里，人就闻到了。”大学生们，对神经系统有着基本的了解，知道神经 元之间存在着突触。神经元通过突触释放神经递质，神经递质使相邻神经元兴奋，一环扣一环，最终将神经冲动传进嗅觉中枢。
问题是，在气味分子进入鼻腔之后、神经元兴奋之前，发生了点什么呢？
这就需要专业人士去回答了。
2012 年的诺贝尔化学奖授予了美国科学家RobertJ. Lefkowitz 以及 Brian K. Kobilka，以表彰他们在G蛋白偶联受体”研究中作出的突出贡献。其中，Robert J. Lefkowitz首先详细地阐述了β2- 肾上腺素及其相关受体的序列、结构和功能，同时他还发现了两个可以调控其功能的蛋白家族，即G蛋白偶联受体(GPCR)和β-arrestins。 而Brian K. Kobilka则因为其在 GPCR 结构和活性方面的研究而为世人所知。【6】
G蛋白偶联受体是一类膜蛋白受体的统称。所谓膜蛋白，顾名思义，它长在细胞膜上。G蛋白偶联受体具有很多不同的种类，每一种结构皆有所不同，但不管是哪一类，都跨越细胞膜七次。这也是G蛋白偶联受体最典型的特征之一。
当 某些化学物质，比如气味分子，药物中的有效成分，和G蛋白偶联受体结合时，会引起G蛋白偶联受体的结构发生改变，这种改变，又会使其他物质产生变化，层级 传递之下，引起各种各样的生物效应。目前已经知道的和 G 蛋白偶联受体相互作用的化学物质或者激活因子，包括气味、费洛蒙、激素、神经递质、趋化因子，等等。这些受体可以是小分子的糖类、脂质、多肽，也可以是蛋 白质等生物大分子。
这就好像是工厂里的流水线，各种原料被分拣机分析传递，经由诸多工人的手，最终变成成品。G蛋白偶联受体在其中扮演了分拣机的角色，不仅重要，而且是个多面手。
由于 G 蛋白偶联受体的广泛功能性，以及其与癌症等相关信号通路之间的紧密联系，使得 G 蛋白偶联受体作为一个药物设计的靶点，有着十分广阔的应用前景。
G蛋白偶联受体生理作用示意图
倘若你能在小学、中学、大学的诸多考试中脱颖而出，如果你能从基本技能训练、专业技能训练、实验室事故的轮番轰炸下存活，假如你觉得金钱生不带来死不带去、声名与你如浮云，那么，你很可能会成为一个科研工作者。
爱因斯坦和贝尔代表了科研工作者的一种，他们崇高的品格、严肃的态度毋庸置疑，但是相比于国计民生，他们更关注科学本身。对未知的好奇支撑着他们，走上了人类智慧的巅峰。
埃因托芬等则代表了另一条道路，他们在知识和实用之间找到了平衡。
那么你呢，你会选哪一种？
1927年，索尔维会议合影。参加这次会议的29人中有17人获得或后来获得诺贝尔奖
参考文献
1.On a Heuristic Point of View Concerning the Production andTransformation of Light，Ann. Der. Physik，17（1905）132。
2.曹天元. 量子物理史话: 上帝掷骰子吗[J]. 2008.
3.麦振洪. 晶体 X 射线衍射的发现及其深远影响[J]. 现代物理知识, 2003, 15(5): 53-55.
4.美国发现SARS病毒特异RNA片段[J]. 中国生物工程杂志, 2005, 25(1): 95.
5.郭继鸿.百年辉煌，万众泽被——记心电图百年发展史.中国医学论坛报，2014.10.13
6.肖鹏, 杨乐, ZHANG C, et al. G 蛋白偶联受体家族的发现和结构机理研究——2012 年诺贝尔化学奖解读[J]. 生物化学与生物物理进展, 2012, 39(011): 1050-1060.
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不过我觉得中国在21世纪会涌现一些科技伟人。
不言有罪 发表评论于 2015-12-11 08:11:57
每次读科学家的故事，对这些伟人钦佩之余，总有些闷闷不乐。
一直占人类人口五分之一到四分之一的中国人，我们做了什么？
我经常去大陆(志愿培训救援)，同胞的无知和偏见令人震惊。完全受益于西方文明，却没有丝毫感恩之心。。。
如果中国人可以好好去读读论语，读读道教，就可以知道中国人留下的精神文化可以带给中国人源于内心的快乐是西方的科学家无法带给人类的。不是阿 Q,而是智者对于自然，人性的理解和调控。
这些科学家是创造了新社会，人类进步和更更舒适的生活。可就是这些对生活本身毫无关注的科学家毁了现代人的生活快乐。我们只是地球的一个过客，何须为了追求舒适，如此的索取。
我不能说没有这些发明人类的生活叫更好，我只想说这个世界上没有不需要付出的舒适。没有这些发明，人不会灭亡。有了这些人，才有了原子弹的威胁，才有了工业，才有污染，才有了一代比一代更脆弱的人。
每次读科学家的故事，对这些伟人钦佩之余，总有些闷闷不乐。
一直占人类人口五分之一到四分之一的中国人，我们做了什么？
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很少有个民族像我们中国人那样，对世界文明如此的毫无贡献，却有如此的自我感觉良好。。。你是个异类，你有基本的判断力。。。
每次读科学家的故事，对这些伟人钦佩之余，总有些闷闷不乐。
一直占人类人口五分之一到四分之一的中国人，我们做了什么？
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所以我们要低调，切勿吹牛，否则就殆笑大方。。。
一直占人类人口五分之一到四分之一的中国人，我们做了什么？