2017年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予雅克·杜波切特(Jacques Dubochet)、約阿希姆·弗蘭克(Joachim Frank)和理查德·亨德森(Richard Henderson)，以表彰他們?cè)诘蜏仉娮语@微鏡方面的糟糕發(fā)展，這些發(fā)展提高了生物分子成像的質(zhì)量。該獎(jiǎng)項(xiàng)給生物物理學(xué)家?guī)?lái)了極大的鼓舞，促進(jìn)了物理、化學(xué)、生物和數(shù)學(xué)的融合，通過(guò)物理技術(shù)推動(dòng)了分子水平的生命科學(xué)。

巧合的是，不僅僅是這一次物理學(xué)家偷走了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。根據(jù)維基百科自1990年以來(lái)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)名單，其中13項(xiàng)授予了物理學(xué)家:

瑪麗亞·居里(法國(guó))于1911年發(fā)現(xiàn)了鐳和釙，提純了鐳并研究了它的性質(zhì)

1920年沃爾特·能斯特(德國(guó)):熱力學(xué)研究

1921年弗雷德里克·索迪(英國(guó)):放射性物質(zhì)和同位素研究

弗朗西斯·阿斯頓，英國(guó)，1922年:質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了非放射性元素的同位素，闡明了整數(shù)定律

彼得·約瑟夫·威廉·德拜(1936):通過(guò)研究氣體中的偶極矩、x光和電子衍射來(lái)理解分子結(jié)構(gòu)

1944年奧托·哈恩(德國(guó)):發(fā)現(xiàn)重核裂變

1960年，威拉德·利比(美國(guó))開(kāi)發(fā)了一種碳14同位素定年方法

英國(guó)多羅西·克勞福特·霍奇金，1964年:一些重要的生化物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由x光結(jié)晶學(xué)確定的

1977年ilya prigogine(比率):對(duì)非平衡熱力學(xué)(不可逆過(guò)程熱力學(xué))的貢獻(xiàn)

1998年沃爾特·科恩(美國(guó)):密度泛函理論研究；約翰·波普(英國(guó)):量子化學(xué)計(jì)算方法研究

1991年理查德·恩斯特(瑞士):對(duì)高分辨率核磁共振發(fā)展的貢獻(xiàn)

2014年威廉·摩爾納(美國(guó))、埃里克·貝齊格(美國(guó))和斯特凡·W·赫爾(德國(guó)):超分辨率熒光顯微鏡

2017年雅克·迪博什(瑞士)、約阿奇姆·弗蘭克(德國(guó))和理查德·亨德森(英格蘭):低溫電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展

仔細(xì)分析近年來(lái)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，可以發(fā)現(xiàn)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)非常重視生物化學(xué)的發(fā)展。除了物理學(xué)家獲得的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)之外，自1990年以來(lái)，已經(jīng)有15個(gè)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予生物領(lǐng)域的成就。邊肖生于物理學(xué)，研究生物物理學(xué)，近年來(lái)在生物、物理和化學(xué)的交叉領(lǐng)域:X射線晶體學(xué)、高分辨率核磁共振、超分辨率熒光顯微鏡和冷凍電子顯微鏡等領(lǐng)域密切關(guān)注諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這些領(lǐng)域的共同特點(diǎn)是先進(jìn)物理技術(shù)在生命研究中的應(yīng)用。那么，為什么這些物理學(xué)家能偷走諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)呢？

化學(xué)的進(jìn)步取決于人們對(duì)分子水平和微觀結(jié)構(gòu)的理解，因此原子和分子水平的研究才有資格獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。對(duì)原子和分子的研究依賴于先進(jìn)的技術(shù)。一大批物理學(xué)家在做應(yīng)用物理的發(fā)展，用物理技術(shù)推動(dòng)生物大分子的研究。

比如2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者埃里克·白茲格，畢業(yè)于加州理工學(xué)院物理系，康奈爾大學(xué)工程物理博士，是應(yīng)用物理學(xué)家。早年，他在攻讀博士期間開(kāi)發(fā)了近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SNOM)，并在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作。之后借助熒光激活定位顯微鏡(FPALM)實(shí)現(xiàn)超高分辨率顯微成像，獲得2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。超高分辨率成像極大地促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)熒光成像的發(fā)展。埃里克·白茲格開(kāi)發(fā)了點(diǎn)陣光板技術(shù)，可以測(cè)量厚的組織樣本。物理光學(xué)熒光成像技術(shù)極大地促進(jìn)了生物學(xué)的發(fā)展。2017年，埃里克·白茲格在加州大學(xué)伯克利分校工作。邊肖當(dāng)時(shí)向埃里克尋求博士后工作。Eric說(shuō)兩年內(nèi)不開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，不再做熒光成像顯微鏡。這和熒光成像顯微鏡沒(méi)有關(guān)系，但他個(gè)人想找到自己下一步的研究目標(biāo)，他能做的技術(shù)工作已經(jīng)帶來(lái)了生物學(xué)家。

對(duì)于一些有價(jià)值的物理理論，可以應(yīng)用于原子和分子研究，也可以獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

例如，1998年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了沃爾特·科恩(美國(guó))和約翰·波普(英國(guó))。沃爾特·科恩提出的密度泛函理論對(duì)化學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)。密度泛函理論是指一個(gè)量子力學(xué)系統(tǒng)的能量只由其電子密度決定，以電子密度為研究對(duì)象來(lái)代替薛定諤方程中的復(fù)波函數(shù)。多電子波函數(shù)有3N個(gè)變量(n是電子數(shù)，每個(gè)電子包含空之間的三個(gè)變量)，而電子密度只是空之間的三個(gè)變量的函數(shù)，概念上和實(shí)際上都更便于處理。密度泛函理論對(duì)化學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，標(biāo)志著古代化學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的科學(xué)。物理理論帶來(lái)了化學(xué)的革命性發(fā)展。

物理研究所師生原創(chuàng)貢獻(xiàn)

審核人:陸英

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