诺贝尔自然科学奖的冷思考

作者： 易鑫

2014年10月21日来源： 中国教育报  

　　截至10月8日，今年诺贝尔奖的三大自然科学奖全部“尘埃落定”。拥有美国和英国双重国籍的科学家约翰·奥基夫与挪威科学家莫泽夫妇——梅-布里特·莫泽和爱德华·莫泽，因为发现“大脑内部的定位系统”——一种可以定位和导航的脑神经细胞而获得2014年诺贝尔生理学或医学奖；日本科学家赤崎勇、天野浩以及美籍日裔科学家中村修二，因发明为人类带来了新光明的高亮度蓝色发光二极管而获得了物理奖；美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔，因打破了光学成像中长期存在的衍射极限，将荧光显微成像的分辨率带入到“纳米时代”而获得了本年度的化学奖。

　　与此同时，曾被汤森路透预测将获诺贝尔自然科学奖的加州大学伯克利分校教授钱泽南与杨培东、斯坦福大学教授张首晟、香港科技大学和美国罗切斯特大学教授邓青云等4位华裔科学家，最终与诺奖失之交臂。

　　那么，此次获得诺贝尔三大自然科学奖的研究发明，凭借什么最终抱得奖项归？4位华裔科学家的研究为何最终未能获奖？中国离获得诺贝尔自然科学奖还有多长的路要走？

　　诺贝尔自然科学奖的含金量几何

　　今年诺贝尔三大自然科学奖的核心内容是什么？它们为什么如此重要？这些发明将给人类的生活带来什么改变？

　　诺贝尔医学奖——

　　构成大脑定位系统的细胞的发现

　　“你可能发现自己或者身边的一些朋友不善记路，俗称路痴，其实年纪大的人路痴更严重，如果不幸得了老年痴呆，找不到家是经常的。相反，我们都很佩服出租车司机，在城市里绕来绕去都不会迷路。2014年诺贝尔生理或医学奖的研究告诉我们，路痴不是你的错，很可能是你的空间定位系统，也就是大脑中的GPS出了问题。该研究发现一些特殊的神经细胞构成了大脑中精巧的定位系统，充当你的内置GPS。”2014年诺贝尔生理或医学奖揭晓后，清华大学医学院教授洪波在微信公众号“赛先生”上发表了《新科诺奖揭示大脑中的GPS》一文，对2014年诺贝尔生理与医学奖进行了生动通俗的解释。

　　“赛先生”由国内外顶尖科学家——北京生命科学研究所资深研究员饶毅、清华大学医学院教授鲁白等主办，作者均为有影响力的华人科学家。饶毅表示，对今年的诺贝尔三大自然科学奖，“赛先生”都进行了解读。

　　发现“大脑内部的定位系统”的重要性何在？诺贝尔奖评选委员会在关于获奖成就的声明中指出，脑功能障碍是最常见的残疾原因，对患者和社会都会造成重大影响，但却一直未能发现有效的预防和治愈方法。以痴呆症患者为例，其大脑海马区神经细胞和大脑内嗅皮层细胞往往在早期就受影响，导致患者迷路并无法辨认外界环境。而此研究成果揭示了大脑如何创建周围空间的“地图”，如何在复杂的环境中定位路径。这可能帮助我们进一步了解人类大脑空间记忆的中枢机制，开启了人类对记忆、思考等认知过程理解的新篇章。

　　通俗一点来说，“这个研究发现，大脑中的海马非常脆弱，不能缺氧，睡觉打呼噜、颈动脉斑块都会导致海马缺氧萎缩，轻则路痴，重则老年痴呆。这个发现告诉我们，应该更关爱自己脑中的海马，应该保证充足的睡眠，留点时间让你的海马构建你的认知地图，以免迷失自己。”洪波表示。

　　诺贝尔物理奖——

　　高亮度蓝色发光二极管

　　“白炽灯照亮了20世纪，那么21世纪将是被蓝色发光二极管（LED）灯照亮的。”诺贝尔奖评选委员会在关于今年诺贝尔物理奖的获奖成就声明中这样指出。

　　复旦大学光源与照明工程系副教授张善端告诉记者：“蓝光LED是一项重大的发明，其核心内容是发出蓝光的氮化镓半导体材料和器件的制备方法。蓝光LED的发明之所以如此重要，是因为它是基于半导体发光的白光拼图中最重要的一块，既可以用蓝光激发绿光和红光荧光粉获得白光，又可以用多种颜色的LED芯片合成白光，带来了普通照明领域的一场革命。”

　　据了解，蓝光LED是一个长期性难题，曾令无数科学家铩羽而归。“在蓝光LED发明之前的30年内，红色和绿色的发光二极管已经发明，独缺合成白光的三原色中的蓝色。科学界和产业界主要关注基于硫化锌和硒化锌的发光材料，研究多年而无法获得高亮度蓝光LED。氮化镓晶体由于跟蓝宝石衬底材料的晶格失配很大，当时被认为不可能获得成功，而三位日本科学家通过研究氮化镓材料实现了突破。”张善端说。

　　如今，蓝色LED不仅为人类省去了10年内更换灯泡的麻烦，而且与人类的日常生活也密切相关。“包括现在手机的屏幕、室内室外显示屏幕、电视机和计算机屏幕、蓝光光盘等，都是用LED做的。”复旦大学物理系教授施郁说，“在很多缺少能源的地区，LED灯依靠当地的太阳能就能使用，相当于提供了一个低能耗、高效率的光源。”

　　诺贝尔化学奖——

　　将荧光显微成像的分辨率带入纳米时代

　　在上世纪的大部分时间里，光学显微技术都被全世界的科学家们认定，“永远不可能获得比所用光半波长更高的分辨率，光学显微镜无法观测到整体尺寸小于0.2微米的物体”。

　　“光学显微镜以前能观测到整个细胞和某些细胞器轮廓，但无法再看到更小的物体，如蛋白质分子在细胞内的相互作用。这就相当于只能看到城市的建筑，却无法看清在这些建筑中生活的人们。”诺贝尔化学奖评委如此阐释2014年诺贝尔化学奖，“此项发明将显微镜技术推向使用荧光分子的新台阶，从理论上突破此前‘尺寸小到无法研究’的极限，并催生了纳米显微镜，使人类得以研究更微小的世界”。

　　诺贝尔化学奖评选委员会认为，利用分子的荧光，科学家们可以监测细胞内部分子之间的相互作用，也可以观察与疾病相关的蛋白质聚合现象，在纳米世界里追踪细胞的分裂。

　　如今，纳米显微镜已在世界各地被广泛运用，人类每天都能从其带来的新知识中获益。北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心研究员孙育杰也在“赛先生”上撰文表示：“今年诺贝尔化学奖打破了光学成像中长期存在的衍射极限，将荧光显微成像的分辨率带入纳米时代，让我们得以更精确地窥探微观世界，将为疾病研究和药物研发带来革命性的变化，也可以期待为世界上方兴未艾的脑计划提供关键支持。”

　　4名华裔科学家被预测得奖的风波

　　今年诺贝尔奖公布前夕，4名华人科学家搅动了中国人的神经，汤森路透发布预测，今年诺贝尔奖的热门人选中将有4名华人科学家：张首晟、杨培东、钱泽南、邓青云，但诺奖尘埃落定之时，大家却遗憾地发现，4名华人科学家无一入选。

　　汤森路透是个什么样的机构？为何其预测的名单会引起如此大的反响？

　　“汤森路透是个信息服务提供商，由汤姆森公司和路透集团合并而成，路透新闻社也是它的。它的服务面包括财经、法律、知识产权、科技信息等。著名的科技引文信息SCI就是它搞的。它预测诺贝尔奖是依据引文情况。”施郁告诉记者。

　　据了解，每年，汤森路透都会根据其权威的引文数据库核心合集的数据进行定量分析，以确定诺贝尔奖颁发的学科领域中最具影响力的科研人员，这些高影响力的科研人员被授予汤森路透“引文桂冠奖”。截至今年，汤森路透已成功预测了35位诺贝尔奖得主。

　　那么，成功预测了35位诺贝尔奖得主是个什么样的概念呢？据了解，从2002年第一次预测开始至今，汤森路透公司通过“引文桂冠奖”共预测了235名科学家，当年获得诺贝尔奖的有9人，预测准确率为3.83%，但该公司声称预测科学家不具有时效性，可能在今后若干年得到诺贝尔奖，这样算的话，其准确率为15%。

　　对此，“赛先生”发表文章《华人“角逐”诺贝尔奖是怎么回事》表示，从科学的角度而言，汤森路透对诺贝尔奖的预测无科学性。今年获得诺贝尔奖的9名科学家、1名经济学家和1名文学家，没有一个人的名字出现在预测名单中。

　　该文指出，“引用次数的高低与科学工作的重要程度并没有直接相关性，真正获奖的科学家，有时他们就没有被引用次数很多的论文。比如今年获诺贝尔化学奖的埃里克·贝齐格，其两篇研究论文被诺贝尔化学奖委员认定为授奖的关键，第一篇文章只被引用113次，第二篇文章被引用了1852次，也低于很多热门领域的论文的引用次数”。

　　据了解，最近几年国内外科学界反对以影响因子代替科学评价的呼声一直没有中断，2013年，包括美国科学促进会在内的75家机构、150多位著名科学家，在美国细胞生物学学会会议上，签署了《关于研究评价的旧金山宣言》。宣言认为，科学界应该停止使用影响因子来评价科学家的个人工作。

　　“今年汤森路透在中国热闹一时，是因为它的预测中有4位华裔科学家，全世界大多数华文媒体都报道了它的预测，虽然预测错了，其知名度却大大提高。”《华人“角逐”诺贝尔奖是怎么回事》一文认为。

　　那么，4位华裔科学家是凭借怎样的研究得以成为汤森路透公司的预测获奖对象呢？

　　出生在香港的加州大学伯克利分校教授钱泽南，被看成是诺贝尔生理学或医学奖热门人选之一。对于钱泽南在基因研究方面的贡献，上海交通大学论坛上有人这样评价，“他的工作使我们对转录机器有更好的理解，特别是与发育和细胞分化的关系方面”。

　　斯坦福大学教授张首晟是最早从事拓扑绝缘体研究的理论家之一，“拓扑绝缘体的意义在于，可提高计算机的计算极限，约可以提高一倍。”施郁说。张首晟自己则用了个比喻来阐释该研究的意义：电子在芯片中移动就像跑车开进集市，再怎么高档也跑不快，但若在高速公路上就可畅行无阻。

　　加州大学伯克利分校教授杨培东被列为诺贝尔物理奖热门人选，他的入选原因是对纳米光子学的贡献，包括研制出第一个纳米导线激光器。

　　香港科技大学和美国罗切斯特大学教授邓青云则因有机发光二极体（OLED）成为今年诺贝尔化学奖热门人选，“OLED是第三代显示技术的代表，多应用于智能手机、数码相机、平板电脑及高清电视。随着OLED进一步发展，其主要竞争对手——液晶将被淘汰。”施郁介绍说。

　　虽然未必相信汤森路透的预测，但国内众多科学家还是对这4位华裔科学家获诺贝尔奖十分期待，北京生命科学研究所所长王晓东在诺贝尔自然科学奖揭晓后感叹：“我们期待的生物奖的钱泽南，物理奖的张首晟，化学奖的邓青云，居然都没有实现。”

　　张善端则认为：“由于4位华裔科学家在各自领域公认的杰出成就，今后完全可能获奖。这受两方面因素的影响：一方面是领域，刚获奖的领域需要再等几年；另一方面是年龄，年龄大的可能优先获奖。”

　　除了这4位华裔科学的获奖争议外，也有人对诺贝尔化学奖的颁发提出了质疑。“赛先生”发文提出，“特别令人惋惜的是，埃里克·贝齐格的工作不仅与哈佛大学化学系和物理系华人教授、北京大学生物动态成像中心研究员庄小威的工作在物理原理上完全一样，而且他们研究论文发表的时间也一样。”王晓东感慨：“最不可思议的是颁给突破可见光衍射极限成像的化学奖，蹊跷地落了我们在此领域做出了最漂亮工作的庄小威。”北京大学工学院生物医学工程系特聘研究员席鹏也在科学网上发文，对诺贝尔化学奖没颁给庄小威，表示“大感意外”。

　　中国离诺贝尔自然科学奖有多远

　　诺贝尔奖举世瞩目，虽然已有杨振宁、李政道、丁肇中等华裔科学奖获得诺贝尔自然科学奖，但人们常常会展开这样的联想：在推动人类大步前行的自然科学领域，中国本土科学家离诺贝尔奖还有多远？

　　提到国内在自然科学领域的短板，人们首先想到的是原创性成果的缺失。“事实上，我国发表的文章数量已经处于世界前列，但是原创性成果与美英德日差距还很大。”记者采访的相关专家表示。他们认为，主要原因在于国内对基础研究的原创性重视不够，评价过度重视量的考核（包括论文的数量、影响因子等），这对我国科研产生了不健康的压力，也导致在一些地方，课题组偏重于建立越来越大的团队，相关学术带头人能真正用于科研创新的时间却非常少。纠偏的方法是要回归基础研究的本质，更看重原创思想和原创观点。

　　施郁则表示：“需要建设为科研而科研的文化，需要更多以对大自然的好奇心为驱动的科学工作者，大学和科研院所需要更多地以教师和科研人员为中心，需要更多对普通科研工作者的普遍的关怀，包括工作、生活等各个方面，让他们能够有好的环境，从而潜心于科学研究。”

　　同时，人们也普遍认为，传统教育观念对国内青年科学精神和科学素养的养成形成了很大的束缚，用饶毅曾经接受媒体采访时说的一句话是，“儿童习惯背书，成人热衷注经，生怕离经叛道”，这种无形的束缚，对于我国科学技术的整体进步无疑是一块巨大的“绊脚石”。

　　除了“原创性成果的缺失”，接受采访的一些专家还表示，我国科学研究还存在“对基础研究的应用前景重视不够”的问题。他们认为，相当长时期以来，我国流行的说法是基础研究应该是自由探索，不能讲应用，但是，如果我们去重温美国现代科技政策白皮书的鼻祖——《科学，无止境的前沿》，其实美国的思路是非常清楚的，即基础研究是科学资本，创造新知识是为新应用、新产品、新过程提供源头。美国政府支持的科学研究绝大部分是基础研究，是和其经济、国民健康乃至军事直接或者间接地密切相关的，如美国的生物学研究一直和医药健康产业、生物技术产业紧密结合。德国的化学研究，也是和德国一流的、庞大的化学品制造业紧密结合的。诺贝尔奖承认的大部分研究，也恰恰是这类对人类生活和文明有重要和重大影响的研究。同时，回归应用前景，也能避免我国简单地用文章的数量类指标来评价基础研究的问题。

　　值得注意的是，今年获得诺贝尔自然科学奖的发明——预防老年痴呆、照亮“21世纪”等，都是应用性很强的发明。

　　此外，美国能源部西北太平洋国家实验室研究员王鸿飞在“赛先生”上从学科交叉的角度撰文阐述了今年诺贝尔化学奖的有趣之处：“明明是几个拥有物理学博士学位背景的人，发明的是在生命科学领域应用的激光物理技术，居然会获得诺贝尔化学奖。横跨物理、化学和生物，反映的是现代科学的交叉。”

　　“现代科学从来都是相互交叉的，简单的学科分类和标签往往会让人产生误解。在国内，学科的分类和内容相当的老旧、缺乏灵活性，难以适应现代科学前沿发展中学科高度交叉的需要，而且常常误导公众对科学的了解。比如说，国内有多少大学的化学系能够把激光和化学联系起来？正因为如此，人们对科学前沿的认识也常常标签化和表面化，难以看到学科知识与技术，以及基础研究与应用之间的内在联系。”王鸿飞表示。

　　如今，科学技术创新发展的重要性，已经被许多国家提到了战略高度。而近年来，我国在提升科技创新方面也做了许多政策性的努力。

　　2008年，“海外高层次人才引进计划”启动实施，在此背景之下，应用数学家林家翘、“图灵奖”获得者姚期智、生命科学领域著名学者施一公纷纷回到国内；

　　2012年5月，我国启动了高等学校创新能力提升计划（“2011计划”），确定了我国高水平大学未来若干年内“国家急需，世界一流”的发展目标；

　　同年9月，中共中央、国务院印发了《关于深化科技体制改革加快国家创新体系建设的意见》，要求充分发挥科技对经济社会发展的支撑引领作用；

　　……

　　不断出台的政策受到了科学界的欢迎。张善端表示：“我国的科技发展政策契合各个发展阶段的需求，我们需要的不仅仅是某些领域的个别突破，我们需要的是所有领域的全面推进。能够为我国工业化增强竞争力、促进产业转型升级的方向，就应该是国家政策、人才和资金优先支持的方向。只有从全球工业制造的大国转变为强国，我国才算实现了现代化。”

　　政策的不断出台、科研环境的不断改善固然可喜，但要靠近诺贝尔奖，施郁说：“还需为科研而科研、受好奇心驱动的科研人员不断增多，健康的系统更好地运转。”

　　“我国处于工业化的中后期，科技的发展已逐渐由模仿、跟随、改进走到全面创新。在当前阶段，没有必要过度追逐诺贝尔自然科学奖，以中国人的聪明才智和勤奋努力，只要有一群人静心研究20年，国家和企业给予持续支持，获得诺贝尔自然科学奖是早晚的事。”张善端说。