被物理学家抢走的诺贝尔化学奖

中科院物理所 · 公众号 · 物理 · 2017-10-14 12:02

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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。