被物理学家抢走的诺贝尔化学奖

摘要: 2017年的诺贝尔化学奖授予了Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson,以表彰他们对冷冻电镜技术恶发展,提高了生物分子成像质量。

11-10 19:37 首页 中科院物理所


2017年的诺贝尔化学奖授予了Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson,以表彰他们对冷冻电镜技术恶发展,提高了生物分子成像质量。这一奖项给做生物物理的同行带来了很大激励,更加促使了物理、化学、生物和数学各学科的融合,以及物理技术对分子层次生命科学的推动。


无独有偶,物理学家抢走诺贝尔化学奖并不只这一次。根据维基百科列出的1990年以来诺贝尔化学奖的名单,其中有13次发给了物理学家:



  • 1911年 玛丽亚·居里(法):发现了镭和钋,提纯镭并研究镭的性质

  • 1920年 沃尔特·能斯特(德):对热力学的研究

  • 1921年 弗雷德里克·索迪(英):对放射性物质以及同位素的研究

  • 1922年 弗朗西斯·阿斯顿(英):使用质谱仪发现了非放射性元素的同位素,并且阐明了整数法则

  • 1936年 彼得·约瑟夫·威廉·德拜(荷):通过对偶极矩,X射线和气体中电子的衍射的研究来了解分子结构

  • 1944年 奥托·哈恩(德):发现重核的裂变

  • 1960年 威拉德·利比(美):发展了使用碳14同位素进行年代测定的方法

  • 1964年 多萝西·克劳福特·霍奇金(英):通过X射线在晶体学上确定了一些重要生化物质的结构

  • 1977年 伊利亚·普里高津(比):对非平衡态热力学(不可逆过程热力学)的贡献

  • 1998年 沃特·科恩(美):密度泛函理论的研究;约翰·波普(英):量子化学计算方法的研究

  • 1991年 理查德·恩斯特(瑞士):对开发高分辨率核磁共振(NMR)的贡献

  • 2014年 威廉姆·莫尔纳尔(美)、埃里克·白兹格(美)、斯特凡·W·赫尔(德):超分辨荧光显微技术

  • 2017年 雅克·迪波什(瑞士)、约阿基姆·弗兰克(德)和理查德·亨德森(英):冷冻电镜技术的发展



仔细分析近些年诺贝尔化学奖,会发现诺贝尔化学奖十分注重生物化学的发展。除了物理学家拿到诺贝尔化学奖以外,自1990年以来,也有15次诺贝尔化学奖颁给了生物学方面的成就。小编出身物理学,研究生物物理,十分关注近些年诺贝尔化学奖在生物、物理、化学交叉领域方向的奖项:X射线晶体学、高分辨率核磁共振、超分辨荧光显微技术、冷冻电镜技术,这几大领域的共同特点都是先进物理学技术在生命研究上的应用。那么,这些物理学家为什么能够抢走诺贝尔化学奖?


化学的进步依赖于人们对分子层次、微观结构的了解,所以在原子、分子层面的研究,都有资格来拿诺贝尔化学奖。对于原子、分子的研究,依赖于先进的技术。很大一部分物理学家在做应用物理的发展,促进物理技术对生物大分子的研究。



例如,2014年诺贝尔化学奖得主Eric·Betzig,先后毕业于加州理工学院的物理学系和康奈尔大学的工程物理学博士专业,是应用物理学家。早些年他博士期间以及在贝尔实验室工作时,研发了近场光学显微镜(SNOM),之后凭借荧光活化定位显微技术(FPALM)实现超高分显微成像,获得2014年诺贝尔化学奖。超高分辨率成像极大促进了细胞内荧光成像的发展。而后Eric·Betzig又研制了栅格激光层照显微镜技术(lattice Light Sheet),能够实现对厚组织样品的测量。物理光学荧光成像技术已经对整个生物学的发展起到了极大推动作用。2017年, Eric·Betzig在加州大学伯克利分校任职,小编当时在Eric那里寻求一份博士后工作,Eric说他两年内不开实验室,不再做荧光成像显微镜。这和荧光成像显微技术无关,而是他个人要寻找自己下一个研究目标,他能做的技术工作已经带给生物学家了。


而对于一些具有重大价值的物理理论,能够应用于原子、分子层面的研究,也能够拿到诺贝尔化学奖。


(Walter Kohn)

例如,1998年的诺贝尔化学奖颁与沃特·科恩(美)和约翰·波普(英)。沃特·科恩提出的密度泛函理论对化学作出了巨大的贡献。密度泛函理论是指一个量子力学体系的能量仅由其电子密度所决定,将电子密度作为研究目标来取代薛定谔方程中复杂的波函数。多电子波函数有 3N 个变量(N 为电子数,每个电子包含三个空间变量),而电子密度仅是三个空间变量的函数,无论在概念上还是实际上都更方便处理。密度泛函理论对化学作出了巨大的贡献,标志着古老的化学已发展成为理论和实验紧密结合的科学。物理学理论带来了化学革命性地发展。



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作者:林文霞

审稿:陆颖


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编辑:zkai


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