諾貝爾物理學獎背后的社會影響力

文_遲倩穎

諾貝爾獎（以下簡稱“諾獎”）設立于現代物理學革命的開端，陪伴了現代物理學和整個現代科學的發展，因而在諾貝爾所有獎項中，最負盛名的當數諾貝爾物理學獎。2023 年10 月3 日，諾貝爾物理學獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼、費倫茨·克勞斯和安妮·呂利耶，以表彰他們用于研究物質中電子動力學產生阿秒脈沖光的實驗方法。時隔五年，諾貝爾物理學獎再次授予激光領域，也讓人們將追溯的目光投向2018 年榮獲諾貝爾物理學獎的“啁啾脈沖放大”技術。正是背靠這項強大的核心技術，全飛秒手術讓曾經的“眼鏡一族”可以重獲清晰視界。可以說，諾貝爾物理學獎既代表科學領域最前沿的成就，又與我們的社會生活息息相關。

見證物理學發展的不同階段

歷屆諾貝爾物理學獎獲獎理由，可以對應到物理學發展的不同階段。第一階段是1901 年到1938 年。從首屆諾貝爾物理學獎得主倫琴發現X 射線，到恩利克·費米證明由中子輻照而產生的新放射性元素的存在,以及發現由慢中子引發的核反應，這一階段的諾獎主要給與建立新的物理原理有關的發現。第二個階段是從1939 年到1965 年。這一階段繼續授獎給基礎原理方面的工作，關注物理學分支的奠基工作。從勞倫斯發明回旋加速器，到朝永振一郎、施溫格、費曼創立量子電動力學，物理學的各個分支在這個階段逐漸成型。1966 年后是第三階段。除了幾次獎給工程上的發明之外幾乎都屬于粒子物理、原子分子光學、凝聚態物理、天體物理這四大領域。粒子物理方面主要和發現新粒子有關；原子分子光學方面主要是實驗技術上的改進，讓人們可以操縱微觀粒子，這些技術也有明顯的應用前景；凝聚態物理方面多和物質的特殊性質，特別是超導超流有關；天體物理有的和粒子物理關系比較大，有的和核物理關系比較大，有的和廣義相對論、宇宙學關系比較大。這四大領域也是各大學物理系PhD 項目開設的主要方向。

影響社會生活的方方面面

如果按照時間軸探索諾貝爾物理學獎百年成就，就會發現，那些對我們的社會生活產生重要影響的科學技術其實離我們很近。20 世紀第一個十年，是物理學家大放異彩的十年。1901 年，德國科學家倫琴因1895 年發現X 射線而獲獎，如今此項研究已經廣泛應用在醫學診斷、結晶學、天文觀測等方面。1903 年，“自發放射性帶來的非凡價值”和“分離出自發放射性物質的重大發現”應用于醫學上X 射線檢查、癌癥化療，以及工業生產線上的自動品質控制系統，還可應用于夜光手表、煙火感應器等制作。1904 年，“對重要的氣體的密度的測定”以及由這些研究而發現“氬”這種稀有氣體，廣泛應用到焊接、探測、照明……1905 年，“關于陰極射線的研究”將電視、示波器以及各種顯示器帶進千家萬戶。1906 年，諾貝爾物理學獎表彰“對氣體導電的理論和實驗研究”，因發現了電子，實現全方位的產業革命。1910 年，“關于氣體和液體的狀態方程的研究”幾乎承包了大半本熱力學的內容。

20 世紀第二個十年，是社會發展產生巨大變革的十年。1911 年，“發現影響熱輻射的定律”解釋了太陽（恒星）發光現象，應用于夜視儀，人體紅外熱成像……1912 年，古斯塔夫·達倫“發明用于控制燈塔和浮標中氣體蓄積器的自動調節閥”，現在海洋中的燈塔、航標依然在使用這種裝置自動調節發出閃光信號，讓人類實現穩定長距離航行。1915 年“用X 射線對晶體結構的研究”帶來了重要的影響，此后高分子材料、分子生物學等各種結構的研究都離不開這個理論。1917 年，“發現元素的特征倫琴輻射”，最常見的就是磷火，可以用于DNA 標記、照明、寶石礦物鑒定和鈔票防偽以及免疫學檢測。1920 年，“推動物理學的精密測量的、有關鎳鋼合金的反常現象的發現”，不變鋼就此誕生。

20 世紀后半葉到21 世紀初，物理學獎的成果顯著。1935 年，“發現中子”成為研究核反應、核武器的基礎，開發出中子顯微鏡、透鏡及活化研究技術并廣泛應用。1964年，“在量子電子領域的基礎工作，為振蕩器和放大器提供理論指導”，促進精確測量、焊接與切割、分析學、軍事、IT、數據處理和醫學（疾病治療）等領域發展。1986 年，在“電子光學方面的基礎工作以及第一臺電子顯微鏡的設計”基礎上，發明了掃描隧道顯微鏡。2000 年，“發明集成電路”帶來了信息和通信技術。2010 年，“關于二維材料石墨烯的開創性實驗”使石墨烯實現廣泛應用，帶來電子元器件的革命。

華人的“勛章”

諾獎自1901 年頒發以來，共有六位華人獲諾貝爾物理學獎。1957 年李政道和楊振寧因提出“弱相互作用中宇稱不守恒原理”共同獲獎，李政道當時年僅31 歲，成為諾獎歷史上最年輕的4 位得主之一，楊振寧（中國國籍）成為中國首位諾獎得主；1976 年，丁肇中因“發現一類新的基本粒子”獲獎；1997 年，朱棣文“發明了用激光冷卻和俘獲原子的方法”；崔琦在1998 年以“分數量子霍爾效應”研究成果而獲獎，他致力于邀請諾獎得主或世界一流科學家去中國科學院物理所進行短期訪問及學術交流，也是推動中國物理界發展的重要人物；高錕在2009 年獲得諾貝爾物理學獎，以表彰他“在光傳輸于纖維的光學通信領域突破性成就”，因此他有“光纖之父”之譽。