






諾貝爾獎是當今世界最負盛名的國際性大獎。自1901年諾貝爾獎首次頒發,至今已有一百二十二年歷史。百余年來,登上諾貝爾獎領獎臺的精英人士數以百計,但兩次獲得此獎項的“幸運兒”只有寥寥五人,而且這五人都是科學家。
兩獲諾貝爾獎的五位科學家中,最為人所熟知的是波蘭裔法國籍物理學家、化學家曼婭·斯可羅多夫斯卡·居里(常被稱為居里夫人)。1903年,由于對放射性的研究,居里夫人和丈夫皮埃爾·居里、貝克勒爾共同獲得諾貝爾物理學獎。1911年,居里夫人又因發現元素釙和鐳獲得諾貝爾化學獎。她也由此成為兩獲諾貝爾獎的第一人。
作為偉大的學者,居里夫人因其杰出的科學成就、高尚的品格和女性身份——法國科學院第一位女院士、巴黎大學第一位女教授、諾貝爾獎第一位女性得主,有著一般科學家所沒有的社會影響力和知名度,激勵了許許多多的后來人。
而另外四位科學家,在各自的研究領域與人生中也有著無比精彩的故事,他們的事跡雖少有人知,卻同樣值得被傳誦。
“反核斗士”鮑林:兩次獨享諾貝爾獎——化學獎、和平獎
萊納斯·卡爾·鮑林是美國著名化學家、量子化學和結構生物學的先驅者之一。
1901年2月28日,鮑林出生在美國俄勒岡州波特蘭市。“寒門出貴子”這句話,用在鮑林身上很合適。他家境不好,父親是一位藥劑師,收入微薄,母親多病,家里居住條件也很差。鮑林是靠自己的打拼,走出了一條成功之路。
鮑林自幼聰明好學,尤其喜愛化學。上中學時,他的化學成績一直是全班第一。1917年,鮑林以優異的成績考入俄勒岡州農學院(今俄勒岡州立大學)化學工程系,希望通過學習化學實現自己的理想。但他沒錢支付大學的學費和生活費,不得不勤工儉學,做過送奶工、雜貨店伙計、電影放映員、材料廠檢驗員,還給女生宿舍和船塢干過零活。
1918年秋天,鮑林的母親身患重病,讓本就處境困難的家庭雪上加霜。為了給母親治病,鮑林只能中斷學業,全職打工賺錢。幸虧俄勒岡州農學院了解到鮑林的狀況后,向他伸出了援手。學院決定請鮑林做助教,鮑林還兼任了分析化學教師的實驗員,并在四年級時兼授一年級的實驗課。
鮑林沒有辜負學校的幫助和期望。1922年,他以優異的成績畢業,同時考取了加州理工學院的研究生,師從著名化學家諾伊斯。諾伊斯擅長物理化學和分析化學,對學生循循善誘,為人和藹可親。1923年,諾伊斯寫了一部新書,名為《化學原理》,在此書正式出版之前,他要求鮑林在假期把書上的習題全部做一遍。鮑林用一個假期的時間,把所有的習題都準確地做完了,諾伊斯看了鮑林的作業,十分滿意。鮑林在諾伊斯的指導下,完成的第一個科研課題是測定輝鋁礦的晶體結構。
諾伊斯對這個聰明好學的學生十分賞識,不僅悉心指導,還把他介紹給了許多知名化學家。鮑林最感興趣的問題是物質結構。他認為,對物質結構的深入了解,有助于人們全面認識化學運動。他系統地研究了化學物質的組成、結構、性質三者的聯系,還從方法論上探討了決定論和隨機性的關系。1925年,鮑林獲得化學博士學位,此后在加利福尼亞等著名大學任教。
鮑林從加州理工學院畢業時,正值量子力學發展之際。他敏銳地感覺到,這個沒多少人能看懂的新理論,將會改變人們對物質結構的認知。于是,鮑林于1926年2月奔赴歐洲,起初在德國理論物理學家索末菲的實驗室里工作了一年,又到丹麥物理學家、哥本哈根學派創始人玻爾的實驗室工作了半年。其間,他還到訪過量子力學奠基者薛定諤的實驗室。這些學術研究,使鮑林對量子力學有了極為深刻的了解,堅定了他用量子力學方法解決化學鍵問題的信心。鮑林從讀研究生到去歐洲游學,所接觸的都是世界第一流的科學家,直面科學前沿問題,這對他后來取得學術成就,是十分重要的。
1931年,鮑林將自己把經典化學理論與量子力學結合應用的研究成果,寫成了《化學鍵的本質》等一系列論文,在美國化學學會的期刊上發表。在論文里,鮑林把量子力學應用于分子結構,把化合價理論擴展到金屬和金屬間化合物,并發展了原子核結構和核裂變過程本質的理論。他首次倡議將量子物理和化學聯系起來,為化學、醫學、分子生物學、生物化學等學科發展,做出了劃時代貢獻。由于鮑林在化學鍵理論研究和應用研究方面的卓越貢獻,他于1954 年獲諾貝爾化學獎。此后,三十多所大學授予他榮譽博士學位,他還是十多個國家的科學院榮譽院士。
鮑林在潛心研究化學理論的同時,對社會問題也十分關注。自20世紀50年代起,他一直是全球知名的和平主義者。鮑林堅決反對把科技成果用于戰爭,尤其反對核戰爭。他呼吁世界人民注意大氣層核試驗所釋放的放射線危險,并傾注大量時間和精力研究防止戰爭、保衛和平的問題。
鮑林為和平事業所作的努力,遭到美國保守勢力的打擊。20世紀50年代初,美國奉行麥卡錫主義,他被懷疑是美共分子,遭到嚴格的審查,人身自由受到限制,被限制出國講學。1954年鮑林榮獲諾貝爾化學獎后,美國政府才被迫取消了對他的出國禁令。1955年,鮑林和世界著名科學家愛因斯坦、羅素、約里奧-居里、玻恩等,簽署了一個宣言:呼吁科學家共同反對發展毀滅性武器,反對戰爭,保衛和平。1957年5月,鮑林起草《科學家反對核試驗宣言》,該宣言在很短的時間內就得到了世界上幾十個國家數以萬計科學家的簽名支持。由于鮑林對和平事業的貢獻,1962年,他榮獲諾貝爾和平獎。
鮑林是唯一一位兩次單獨獲得諾貝爾獎的科學家。他也成為除居里夫人外,第二位獲得不同領域諾貝爾獎項的科學家。
1994年8月19日,鮑林以九十三歲高齡在其加利福尼亞州的家中逝世。
鮑林既是一位偉大的科學家與和平戰士,又是一位至今仍飽受爭議的名人。路透社在報道鮑林逝世的消息時說,他是“20世紀最受尊敬和最受嘲弄的科學家之一”。一個“最受尊敬”的科學家之所以又“最受嘲弄”,其主要原因在于他提出了對維生素作用的新觀點,尤其是他主張超大劑量服用維生素C。鮑林不是醫生,可他偏偏引發了醫學領域一場曠日持久的大論戰。時至今日,世界上許多專家學者已經承認或接近承認鮑林的觀點,然而論爭仍遠未結束。鮑林的某些觀點是否有失偏頗,尚待實踐進一步檢驗。但即使未來有一天鮑林的觀點被證明不夠完美,他的探求精神依舊值得人們學習。
“晶體管之父”約翰·巴丁:唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學獎的科學家
約翰·巴丁是美國著名物理學家。
1908年5月23日,巴丁出生于美國威斯康星州麥迪遜市。父親查理斯是威斯康星大學醫學院的創始人和第一任院長、解剖學教授。母親奧爾瑟雅從事室內設計和裝飾業務。家中五個兄弟姐妹里,巴丁排行第二。
巴丁的母親曾在著名教育家杜威創辦的實驗室及中學里教課。她認為二兒子天資聰穎,可以著力培養。于是,在巴丁小學三年級時,母親讓他跳級和哥哥一起進入麥迪遜公立中學初中一年級班。第二年,巴丁又轉學到威斯康星大學附屬中學。巴丁在成名后回憶說:“對我來說,當時連跳三級確實是個不小的挑戰。由于上學時很少與同齡人相處,我的語言能力只有中等水平。”那時,在父母的建議下,巴丁放學后就與小伙伴們一起運動,以提高自己的社交能力。而這一能力為巴丁日后的成功打下了基礎——巴丁是“合作型科學家”的典型代表,兩次獲得諾貝爾獎的項目都是與其他科學家合作的結晶。
上高中時,數學和科學學科對巴丁更具吸引力,他經常做一些小實驗——照著化學書所描述的方法嘗試給衣服染色,向雞蛋中噴射顏料等。高中畢業后,巴丁進入威斯康星大學電機工程系,還同時修讀數學和物理。1928年,巴丁獲物理學學士學位,翌年獲物理學碩士學位。
1928年可以說是巴丁物理學研究的起點。那一年,許多著名物理學家到威斯康星大學進行學術訪問,其中包括狄拉克、海森堡等多名諾貝爾物理學獎得主。他們關于各種學術前沿的報告極大地鼓舞了巴丁,促成他立志向物理學方向發展。
畢業后,巴丁留在大學做了一年的天線設計研究。由于當時較為先進的物理學研究成果都是在劍橋大學完成的,因此,在完成碩士論文后,巴丁曾申請劍橋大學的博士獎學金,可惜沒有成功。與此同時,美國正經歷經濟大蕭條,無奈之中,巴丁在位于匹茲堡的海灣石油公司的研究部門——海灣研究實驗室找到了一份工作,從事地球物理和海底探油技術的研發。不久,他發明了一項利用電磁場來勘探石油的新技術,該公司保密使用了三十多年后才對外公布。
對數學和物理學念念不忘的巴丁,于1933年進入普林斯頓大學數學系自費攻讀博士。巴丁選擇該校的初衷,是希望師從剛從歐洲來到普林斯頓大學的愛因斯坦。但當他進入普林斯頓時,愛因斯坦已經離開這所大學,所以巴丁最終選擇了匈牙利裔物理學家尤金·維格納作為博士論文導師。巴丁選擇的研究方向是用量子力學研究固體物理,這是當時固體物理最前沿的研究方向。從此時起,巴丁開始了長達數十年的固體物理學研究。
1935年春,即將畢業的巴丁獲得哈佛大學研究院提供的三年資助,前往哈佛大學訪學。在哈佛,巴丁采用維格納-塞茲計算方法,得出堿金屬的內聚能和導電率與體積的關系公式。他的計算結果與后來的諾貝爾物理學獎得主珀西·布里奇曼用高壓實驗所得結果相符。他還與人合作,開始了超導電性能材料的理論和實驗研究。
1936年,巴丁獲得普林斯頓大學數學物理學博士學位,后應哈佛大學的邀請擔任初級研究員。在博士論文中,他推導出金屬電子功能函數,用來計算一個電子從晶體內部溢出到晶體表面所需要的能量。在離開哈佛大學之前,巴丁和一所女子學校的生物學教師簡·麥克斯韋結婚,兩人后來育有兩子一女。此后,巴丁相繼在明尼蘇達大學、海軍軍械實驗室工作。
1945年二戰結束后,巴丁加入貝爾實驗室的物理部。恰逢威廉·肖克利被任命為貝爾實驗室一個新研究小組的負責人,這個小組的成員還包括沃爾特·布拉頓以及另外幾名科技人員。巴丁在馬薩諸塞州上學時就與肖克利和布拉頓相識,便應邀進入小組,并圍繞“研制具有三端電極的半導體電子放大器件”問題展開研究。經過無數次的實驗失敗后,研究終于取得了突破。1947年底,巴丁和布拉頓合作發明了點接觸型晶體管。在此基礎上,物理部主任肖克利于1951年發明了結型晶體管。
眾所周知,晶體管是20世紀最偉大的發明之一,其出現極大地改變了我們的世界。由于在晶體管的發現過程中在理論和實驗方面發揮的不同作用,肖克利、巴丁和布拉頓三位科學家,共同分享了1956年的諾貝爾物理學獎。
令人遺憾的是,這三位諾貝爾物理學獎得主,在獲獎之前已因諸多內部矛盾分道揚鑣了。巴丁于1951年到伊利諾伊大學物理學系和電機工程學系任教授;布拉頓留在貝爾實驗室,但轉到了另一個部門;肖克利后來去了硅谷,創辦了一個晶體管實驗室。
巴丁在伊利諾伊大學工作至退休。在那里,他開展了對低溫超導理論和實驗的長期深入研究。超導現象自1911年發現之后的半個世紀里,研究沒有取得什么進展。巴丁根據超導電同位素效應提出過一種超導電理論,但它很快就被實驗證明是錯的。在整理相關論文和資料后,巴丁意識到他需要組建團隊共同攻克這一難題。于是,1955年,他選擇了楊振寧為他推薦的利昂·庫珀。同年,跟隨巴丁攻讀博士學位的研究生約翰·施里弗選擇了超導作為自己的博士論文選題,超導團隊就這樣建立起來了。
1955年冬,庫珀注意到,在費米面附近電子之間由晶格作用引起的吸引力能夠使自旋相反的一對電子形成能量低于正常態的束縛態,即“庫珀對”。
1957年1月,施里弗借用日本物理學家朝永振一郎用來處理核子和介子相互作用的變分法,只花了一晚上的時間,就想出了利用變分法寫出超導整體波函數的方法,求出了超導體的能隙方程,構建了電子吸引勢的模型,計算了絕對零度時的凝聚能。隨后,巴丁團隊夜以繼日進行了幾個月的計算,獲得了超導的電磁現象、熱學性質、關聯尺度、相變溫度、臨界磁場強度、輸運過程等參數之間的關系,發現和已有的實驗數據完全符合。在1957年3月的美國物理學年會上,庫珀代表團隊公布了這一理論的基本內容。同年11月,巴丁三人正式在《物理評論》上發表了關于這一理論的完整論文。后來,人們取三人名字的首字母,將這一理論命名為BCS(即Bardeen、Cooper、Schrieffer)理論。
由于這一貢獻,巴丁、庫珀和施里弗三人于1972年共同獲得諾貝爾物理學獎。巴丁由此成為唯一一位兩次獲諾貝爾物理學獎的科學家。
巴丁的兩次諾貝爾獎,第一次是技術發明——晶體管,第二次是基礎理論——BCS超導理論。作為物理學家,巴丁固然更看重自己的理論功夫,然而如今看起來,讓他第一次榮獲諾貝爾獎的那個小小的晶體管,對人類文明的巨大貢獻,怎么贊頌都不過分。
1991年1月30日,巴丁因心臟衰竭在波士頓的一家醫院辭世,享年八十三歲。
“生命天書的解密者”弗雷德里克·桑格:自認資質平平,卻兩獲諾貝爾化學獎
弗雷德里克·桑格是英國著名生物化學家、科技界公認的分子生物學的奠基人與先驅之一。
1918年8月13日,桑格出生于英國格洛斯特郡。父親是當地知名的醫生,母親是棉花制造商的千金,家里衣食無憂。
桑格的童年時代,是在和比他大一歲的哥哥一起嬉戲中度過的。為了給孩子們最好的教育,父母重金雇用了一位家庭教師陪桑格采集動植物標本,并教他閱讀生物學方面的科普書籍,這讓桑格在少年時代便積累了豐富的生物知識。
桑格十四歲時,被送入當地的貴族學校布萊恩斯滕中學。中學時,桑格成績中等,加上性格內向,在學校里并不引人注意。中學畢業后,他進入劍橋大學圣約翰學院繼續學業。
雖然受到了最好的教育,但桑格并不是大眾普遍印象中的天縱奇才,他可以說是資質平平無奇,整個求學生涯都是在磕磕絆絆中走過來的。桑格后來說:“如果不是父母相當富有,我很可能根本進不了劍橋。”
進入“神仙云集”的劍橋大學后,桑格在專業選擇問題上歷經波折。因為數學功底不好,桑格一開始選擇主修物理和化學,但物理學科的復雜計算還是令他“頭暈”,大學第二年,他實在頂不住便轉修了生理學。
幸運的是,生理學和化學的奇妙組合一下子打開了桑格的思路,這次他學得不錯,順帶找到了自己喜愛的學科——生物學。于是,桑格的副修學科便選擇了當時剛剛興起的生物化學專業,“用化學方法來解決生物問題”的思路自此陪伴了他一生。
后面的日子里,桑格在劍橋大學平平淡淡地繼續著學業,雖然他一次獎學金也沒拿過,但各門學科成績都一路“綠燈”,先是于1939年從劍橋的布里斯頓和圣約翰學院畢業,獲得自然科學碩士學位,隨后又在劍橋大學繼續攻讀生物化學。1943年,二十五歲的桑格完成了博士論文《賴氨酸的代謝》,獲得博士學位,順利畢業。
大學畢業后,桑格寫信給各知名高校,爭取研究員的職位。桑格在自薦信里聲明:我不缺錢,可以不拿工資。送上門來的免費勞力,還是個劍橋的博士,自然容易贏得教授們的青睞。于是,桑格順利在母校劍橋大學生物化學系謀得一席職位,進入實驗室開展生化研究。
作為學術界初出茅廬的新人,桑格的第一間實驗室條件相當差,那是間終日不見陽光的地下室,他的工作臺更是緊挨著養小白鼠的籠子,氣味無比難聞,不過桑格倒也自得其樂。多年后回顧這段經歷,他還是覺得這是他“工作過的最美妙的地方”,原因很簡單,桑格在這里完成了科研生涯的第一個課題——給胰島素測序。
20世紀40年代,科學家們已經認識到蛋白質在生命活動中的重要作用,但當時只知道蛋白質由十九種常見氨基酸構成,而對其構成方式則一無所知。為了搞清楚蛋白質的氨基酸序列,桑格在導師的建議下,選擇給胰島素測序。之所以這樣選擇,一是因為胰島素研究自1923年獲得諾貝爾獎以來,一直是生物化學領域的熱門課題;二是因為胰島素是那個年代為數不多的幾種可以被提純的蛋白質之一,并且價格非常便宜。
1946年前后,桑格開始嘗試用放射法測定小分子蛋白質的氨基酸序列。這項工作聽起來簡單,實際操作中卻有著巨大的工作量,大體相當于把完整的拼圖拆碎,再蒙著眼睛把它們恢復原狀。就這么拆解、測試、拼合氨基酸,很難談得上有多大的成就感。然而這個看不到盡頭的“拼圖游戲”,耐得住寂寞的桑格一做就是十年。
桑格的埋頭苦干得到了回報。1955年,桑格公布了胰島素的結構。他完整定序了胰島素的氨基酸序列,證明蛋白質具有明確構造。為此,桑格于1958年獲得諾貝爾化學獎。這項成果為人類認識蛋白質進而認識生命打開了大門。諾貝爾獎委員會這樣評價:“有些時候,重要的科學發現是突然出現的——如果時機恰當,而前期研究也足夠成熟的話。桑格的發現卻不屬于這一種,測定蛋白質的結構是其多年努力和辛勤工作的結果。”
諾貝爾獎給桑格帶來了很多的榮譽,此前名不見經傳的他成為英國皇家學會會員,當上了劍橋大學國王學院的教授,實驗室也從破舊的地下室換到了劍橋大學新成立的分子生物學實驗室頂樓。然而在拿到諾獎后的十年里,桑格在科研上的建樹并不多。不過,桑格并沒有就此沉淪,他將課題轉向了脫氧核糖核酸(DNA)測序。
從測序蛋白質后,經過長達二十余年隱修般的工作,這位自認并不聰明的科學家,終于開發出了一套高效的DNA測序方法。1977年,桑格發明了快速測定DNA序列的技術——雙脫氧核苷酸鏈終止法,也被稱為“桑格法”。這項研究為人類讀取和理解基因代碼奠定了基礎,成為人類基因組計劃等研究得以展開的關鍵之一,徹底變革了生物學并極大促進了當今的醫學發展。桑格因此于1980年再度獲得諾貝爾化學獎,吉爾伯特和伯格也一同獲獎。第二個諾貝爾獎使桑格成為繼居里夫人、鮑林、巴丁之后第四位兩度獲諾貝爾獎者。
1983年的一天,六十五歲的桑格突然停下手中的試驗,轉身走出實驗室,宣布自己正式退休。因為他覺得,自己的年紀已經足夠大了,需要開始另一種生活。此后,在家專心打理花園的桑格逐漸淡出人們的視野,直到三十年后的2013年11月19日,他在沉睡中安然離世,享年九十五歲。
巴里·沙普利斯:在實驗室事故中失去一只眼睛,兩獲諾貝爾化學獎
卡爾·巴里·沙普利斯是美國著名化學家、中國科學院外籍院士。
1941年4月28日,沙普利斯生于美國賓夕法尼亞州東南部的中心城市費城。童年暑假的大部分時間,他都是在馬納斯泉河上同叔叔一起釣魚度過的。釣魚是他一生的業余愛好。
青少年時光里,沙普利斯沒有受到家人的管制,大部分時間他都悠閑地做著自己感興趣的事情。成名之后沙普利斯回憶說,高中時,他不怎么學習,讀書基本就是為了拿A的成績。但是,在高中無心插柳的學習中,有一項對他未來的研究起到了非常重要的作用,那就是外語課,他選擇了學習德語。后來他發現,這一技能在梳理古老的化學文獻時十分有用。
1959年秋,沙普利斯開始在達特茅斯學院讀本科,這所學院是美國八所常春藤名校之一。大一時,他在一次滑雪事故中摔斷了腿,整個學期,他都拄著拐杖蹣跚地去圖書館學習有機化學。
大學畢業前的最后一年,作為醫學預科生的沙普利斯,原本打算步父親外科醫生的后塵也去學醫。但在這個關鍵的人生十字路口,他的化學教授不僅告訴他應該繼續在化學領域深造鉆研,而且還說服了他的父親,讓他的父親了解到自己的兒子在化學領域是多么具有天賦。起初,父親對教授的話很不當一回事,可后來,父親成了兒子研究事業上的堅強后盾。
讀研究生時,沙普利斯去了斯坦福大學。在那里,他不僅先后獲得碩士和博士學位,還完成了一件人生大事——與簡·杜塞相識、相戀并最終結為夫妻。兩人養育了三個孩子。
1970年,沙普利斯到麻省理工學院工作,職位是助理教授。之后不久,實驗中發生了一場不幸的事故,沙普利斯在這次事故中失去了一只眼睛。
按照常理,沙普利斯會在自己的工作臺上老老實實戴著防護眼鏡。那天早上,在實驗室熬了一宿的沙普利斯準備回家,他回到工作臺,去掉防護鏡,穿上便裝外套向門口走去,轉而想起要去看看同事們還在忙些什么。當他經過一個一年級研究生的工作臺時,這名學生正在用火焰封裝一段核磁管。沙普利斯湊上前去,問他進展如何。這小子答說:“還不錯,已經封好了。”然而,沙普利斯發現這位同學封核磁管的方法有點怪異,他從未看到過這樣的封裝技術。很遺憾,事實證明此法的確有誤。但當時誰都沒想到,它很快就將釀成大禍。
沙普利斯駐足在這位研究生的工作臺前,拿起核磁管對著燈光觀察。核磁管迅速結霜,當沙普利斯把霜斑清理干凈以便更清楚地觀察樣品時,他發現封裝的樣品量著實太大。突然間,沙普利斯看到核磁管中的樣品液面迅速下降,盡管他立馬意識到那是因為核磁管里面被封裝進了冷凝的氧氣,并且在手溫下氣化膨脹,但在核磁管爆炸之前,他已經來不及將其挪開了。
玻璃碎片粉碎了沙普利斯一只眼睛的眼角膜,穿透了視網膜,導致眼球被部分刺破。除此之外,他的臉部皮膚也被割傷了。
在醫院里,沙普利斯的雙眼都被包扎起來,在最初的兩個星期里他完全不能行動。疼痛本身就已十分要命,但他內心有著更大的恐懼:他被醫生警告說,盡管只是小概率事件,但摘除紗布之后潛在的“交叉感染性炎癥”有可能導致雙目失明。因為眼睛是包裹在眼腔里的,傷眼的組織細胞一旦進入血液,就有可能導致一種免疫反應,進而使得另外一只原本正常的眼睛同時失明。
幸運的是,盡管沙普利斯傷眼的視力再也沒能恢復,但他另一只眼睛的視力沒有受到影響,這已足夠讓他喜出望外。
事故發生后,沙普利斯沒有責怪任何人。他強調,在實驗室中,他沒有任何理由不戴防護眼鏡。因為他沒有按照要求操作,他不得不接受由此造成的后果。在后來幾十年的研究生涯中,他都靠一只眼睛工作。
20世紀60年代,歐洲曾發生令人痛心的“反應停事件”。“反應停”是一種名叫沙利度胺的藥物,曾作為鎮靜劑在歐洲應用。一些懷孕婦女為緩解妊娠反應而服用此藥,引起胚胎極其嚴重的畸形發育。在導致一點二萬個以短肢為主要特征的“海豹”狀畸形胎兒出世后,這種藥物才終于被禁。隨后的研究發現,“反應停”有兩種手性異構體,其中一種有鎮靜作用,而另一種則有致畸作用。慘痛的教訓使人們認識到,必須對手性藥物的立體異構體進行分別考察,慎重對待。此后,怎樣合成單一構型的手性分子成了化學領域的熱門話題。
沙普利斯的貢獻則在于,他在手性催化氧化反應方面,做出了開創性的工作。1980年,沙普利斯發表了第一篇關于手性催化環氧化反應的研究論文。之后二十年間,以他的名字命名的“沙普利斯不對稱環氧化反應”得到迅速的發展、推廣和應用。一批重要的新產品,如殺蟲劑、合成香料以及現在仍被成千上萬心臟病患者服用的β阻斷劑等,就是由于他的氧化催化劑而得以問世的。
后來,沙普利斯的研究工作又有新進展。他發現了在手性催化的環氧化反應中的手性放大、手性增量等現象。這些都是手性研究的新概念、新方法,在理論和實踐上都有意義。2001年,憑借在手性催化氧化反應方面的貢獻,沙普利斯與另外兩位科學家共享了當年的諾貝爾化學獎,他獨得一半,另外兩個分享另一半。
1990年,在美國斯克利普斯研究所所長理查德·勒納的介紹下,沙普利斯將工作轉移到該研究所,其研究領域也開始從手性催化轉向一個當時還不被人看好的新領域——點擊化學。
耐人尋味的是,點擊化學從問世到流行,歷經坎坷。其核心思想是,通過小單元的拼接,來快速可靠地完成形形色色分子的化學合成。沙普利斯最初提出點擊化學這一新的方法時,很多人都不理解。就在沙普利斯獲得諾貝爾化學獎的同年,他關于點擊化學的論文遭到《德國應用化學》三位審稿人一致退稿。不過,后來發生了戲劇性的一幕,《德國應用化學》總編輯力排眾議發表了這篇論文。一般而言,合成化學論文單篇被引用超過兩千次就算非常經典了。而這篇論文,不僅成為該雜志創刊以來被引用最多的論文,也是整個有機化學領域被引用最多的文章之一,引用量高達一萬多次,甚至遠遠超過了為他贏得諾貝爾獎的那篇不對稱環氧化論文。
2013年,沙普利斯獲得被譽為諾貝爾獎風向標的“湯森路透引文桂冠獎”。該機構預測,他有望憑借點擊化學,再次問鼎諾貝爾化學獎。因為點擊化學已在有機合成、藥物化學、化學生物學和材料科學領域有了無數的應用。
九年后,上述預測變為現實。2022年10月5日,瑞典皇家科學院宣布,將2022年諾貝爾化學獎授予美國科學家卡羅琳·貝爾托齊、卡爾·巴里·沙普利斯和丹麥科學家莫滕·梅爾達爾,以表彰他們在發展點擊化學和生物正交化學方面的貢獻。八十一歲高齡的沙普利斯再次獲獎,成為世界上屈指可數的兩次榮獲諾貝爾獎的科學家。
有人感嘆說,在沙普利斯放棄學醫而選擇化學領域時,他也許根本沒有想過未來能獲得什么偉大的科學獎項,他只是一直處在熱愛、著迷、永不言棄的探索過程中,而諾貝爾獎是水到渠成來到他身邊的,不是一次,而是兩次。所有立志獻身科學的后來人應該從中得到啟示和激勵。
(責任編輯/張靜祎)