物理和社会进步之间的关系

1 引言

物理学是一门探究一切物质的组成及其运动规律，揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。物理学的进展密切联系着工业，农业等的发展，也同人类文明的进步息息相关。从电话的发明到当代互联网络实现的实时通信；从蒸汽机车的制造成功到磁悬浮列车的投入运行；从晶体管的发明到高速计算机技术的成熟等等。这些无不体现着物理学对社会进步与人类文明的贡献。当今时代，物理学前沿领域的重大成就又将会引领着人类文明进入一片新天地。

2 物理学发展与科技进步

物理学对科学技术和生产力的发展起着最直接地推动作用，几次工业革命便是最好的验证。其都是由于物理学深刻地揭示了自然规律，构成了认识自然、改造自然的巨大力量，为科技发展提供了方法和技能。近一个世纪以来，物理学又有了崭新的进展，带来相应的新技术革命。

2.1 蒸汽机的发明和牛顿力学的建立，导致了第一次工业革命

17世纪，牛顿完成了划时代的伟大巨著《自然哲学之数学原理》，其奠定了整个经典物理学的基础，并对其他自然科学的发展起了极大的推动作用。牛顿力学的建立，是自然科学从自然哲学中分化出来的第一重大事件，实现了自然科学的第一次大综合，使人类对自然界的认识跨进了划时代的一大步。经典物理学的思想方法、定量规律及实验基础，使科学技术的发展摆脱了当时多少还带有经验式的、工匠式的、思辨色彩的落后状态，加快了科学技术的发展步伐，为第一次工业革命大规模发明和使用机械打下了基础。

17世纪，英国的资本主义生产大发展，采矿业，航海业甚至战争等的规模扩大都遇到了一定的困难。然而，它们都涉到动力机问题。从17世纪初已经有很多人着手这方面的工作，但都没取得重大进展。直到1698年，英国的赛维利（Thomas Savery,1650~1715）才研制成功实用的蒸汽水泵。1705年，英国的纽可门（Thomas Newcoman,1663~1729），发明了第一台蒸汽推动活塞工作的抽水机。瓦特（James Watt,1736~1819）对蒸汽机的改革取得了历史性的突破。1765年，他把蒸汽的冷凝过程安排在汽缸外进行，实现了汽缸的恒温。这是对原始蒸汽机的关键改革。蒸汽机的研制是以力学和热学为基础的。那时，对温度计、量热学（比热、潜热）、热传导及热的本质的研究等都取得了重大发展。瓦特在改革蒸汽机的过程中，就得到布莱克（J. Black,1728~1799）的理论指导。因此，科恩（M. H. Cohen）指出：“我们的制造厂不再被交给无知的工作者；相反，在他们中的大多数人中，有非常有知识的人，有受到良好教育的物理学家们，为了促进有用技艺的进步，我们必须指望他们”。

蒸汽技术革命引起了社会的全面变革，带来了社会生产力的极大飞跃，使产业结构发生了巨大变化，机械制造业和加工业取代了农牧业而成为产业结构中核心支柱产业。

牛顿力学和蒸汽机的发明，使人类进入了机械化时代。

2.2 电磁理论的发现和建立, 使人类进入了电气化时代

第二次工业革命发生在十九世纪下半叶，它以电磁理论的建立和发展，电气技术开发和应用为基础，极大促进了社会生产力的发展，引起了社会经济结构和生产结构的巨大变革。同时，电磁场理论的发展拓展了科学研究领域，带动了一些新兴学科和相关交叉学科的发展。

历史上第一个对电磁现象进行系统研究的是英国的吉尔伯特（William Gilbert,1540~1603），但其研究停留于现象层面。此后一百多年，电和磁的研究非常缓慢。18 世纪，美国的富兰克林（Benjamin Franklin,1706~1806）证明了电的同一性，还定义了正负电荷，提出了电荷守恒定律。法国科学家库仑（Charles Augustin Coulomb,1736~1806）借助扭秤实验得到了静电作用的平方反比定律。1820年，丹麦的奥斯特（Hans Christian Oersted,1777~1851）发现了电流的磁效应，首次得出了电磁统一的思想。不久，法国的安培（Andre Marie Ampere,1775~1836）提出了电流相互作用的安培定律，为电动力学的创立作了开创性的工作。后来，英国的法拉弟（Michael Faraday,1791~1867）通过10年的努力，终于在1831年发现了电磁感应现象，并在实验的基础上创建了力线思想和场的概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了重要的理论基础和实验基础。麦克斯韦于1873年建立了经典电磁理论方程组——麦克斯韦方程组。其中，麦克斯韦提出了“涡旋电场”和“位移电流”假说，预言了电磁波的存在，算出了电磁波的传播速度，从理论上证明了光是一种电磁波。电磁理论发展到了一个辉煌的时期。10年后，德国的赫兹（Heinrich Hertz,1857~1894）在实验室实现了电磁波的发送和接收规律，还证明了电磁波的一系列光学性质，为麦克斯韦理论的确立给出了权威性的证明。这样就实现了物理学的第三次大综合即电、磁、光的综合。

电磁感应现象的发现奠定了电力工业最重要的基础；对电磁波运动规律的研究也是电讯技术发展所不可缺少的。19世纪80年代，欧洲各国的物理学家相继发明了交流发电机、变压器、交流感应电动机和输电系统。这些研究和发明, 为建造大容量电机，获得强大电力提供了技术上的可能性；实验室里成功的技术开发，引发了电力技术的广泛应用，导致第二次工业革命。在电力革命的过程中，电磁场理论规定着革命的方向，指导着电力系统技术体系的建立。事实再一次证实了科学包括物理学对生产力发展的先导作用。

2.3 量子理论与信息技术革命

信息革命始于20世纪40年代，以计算机问世为标志，目前方兴未艾。从1904年发明二极管起，到1946年世界上第一台电子管计算机研制成功止，是信息技术史上的“电子管时期”。1947年随着半导体晶体管问世，信息技术史进入了“晶体管时期”。此后，集成电路的发明，打破了电路与元件分离的传统观念，使电子设备微形化。经过大规模集成电路阶段后，超大规模集成电路又在迅猛发展。而计算机就是由这些物理元件组成的信息处理工具。

电子和信息技术具有物理基础。首先是1925年~1926年量子力学的建立。1926年费米—狄拉克统计法的提出，得知固体中的电子服从泡利原理。1927年Bloch理论的建立，得知理想晶格中无电子散射。1928年Sommerfeld提出能带的猜想。1929年Peiels提出禁带、空穴的猜想；Wlson和Bloch从理论上解释了导体、绝缘体和半导体的性质和区别；Mott和Jones用电子轰击、X射线发射和吸收等方法验证了能带理论；Bethe提出费米面的概念；Landau提出费米面可测量。1947年Bardeen，Shockley，Brattain发明晶体管。1957年Pippard测量了第一个费米面(铜的)；而后，剑桥学派建立费米面编目。1962年制成集成电路（IC）。 70年代中后期，制成大规模集成电路（LIC）；制成超大规模集成电路（VLIC）；集成度以每10年一千倍的速度增长巨型机的向量运算超过每秒亿次；微机进入家庭。80年代以后智能计算机、光学计算机和量子计算机的研制取得一定成果，巨型机的运算速度已达数万亿次；网络时代随即到来，新物理技术，如光纤的应用，掀起了信息技术革命的又一次高潮。

2.4生物技术的物理学基础

20世纪的生命科学在物理学的基础上发生了革命性的变化，也就是DNA双螺旋结构的发现以及分子生物学的发展。在此过程中，物理学的概念与方法深入到生命科学领域。量子力学的创立者薛定谔，1944年写过《生命是什么》，这本书曾深刻地影响了一批物理学家和生物学家的思想，促成了分子生物学诞生出了三个基本的学派，这就是比德尔代表的化学学派,德尔布吕克代表的信息学派，以及肯德鲁代表的结构学派。物理学的X射线晶体衍射方式，为结构学派认识生物大分子的晶体结构提供了有力的手段。物理学家伽莫夫率先提出了三联体密码方案，有利地推动了信息学派的成长。1953年，美国生物学家沃森和英国化学家克里克发现了DNA的双螺旋结构。1954年，俄裔美国物理学家伽莫夫提出核苷酸三联体的遗传密码。1958年，克里克提出了遗传信息传递从DNA到RNA再到蛋白质的中心法则。1961年，法国生物学家雅各布和莫诺提出了基因的功能分类和调节基因的概念等等。在这以后，几乎所有对生命现象的研究，都深入到了分子水平，去寻找生命本质规律，分子生物学成为了生命现象研究的核心领域和发展生物技术原理的源泉。1970年，基因重组开辟了基因技术工程应用的可能性，从而使人类看到了运用生物技术造福人类的广阔前景。

3 物理学的学科地位及发展方向

3.1物理学在自然科学群体中的地位。

这是由自然科学群体的知识结构决定的，是长期的、稳定的。在自然科学群体中，物理学处于基础和领导地位。进入21世纪的今天，物理学仍是一门充满生机和活力的学科，它的创造性进展仍日新月异，遇到的挑战也愈来愈大。同时，21世纪科学技术的发展将在极大程度上依赖于物理学的发展，物理学仍将在科学技术的发展中占主导地位，物理学对当代以及未来高新技术的发展也将会提供更大的推动力。

这一观点会招致来自其它学科的争议。对于数学，首先，数学本身不能回答其自身的数学形式逻辑体系的客观真实性问题，数学形式体系的客观真实性要靠物理学去认证；其次，数学的发展有两个动力，即数学内部逻辑发展的动力和外部的物理学等学科的需要与直观的动力。正是这种外部物理学的需要与直观的动力，使Witten和Donaldson发展了现代数学，并因此获得了菲尔兹奖；而量子论则导致非对易几何学的出现，超弦理论则导致新的数学观点的产生。然而，数学是伟大的，她像语言一样，是人类进行交流和表达思维的工具，对于现代科学技术，她更是不可或缺的工具。对于化学，量子力学和统计热力学是表述化学定律的基础，现代化学则在理论上离不开量子力学，在实验上离不开现代物理学测量技术。对于生物学，量子力学和量子统计是在分子层次上认识生命现象的基础，生物物理学使生物学更定量、更精确。

综上所述，物理学在自然科学群体中的领导地位是长期的、不可否认的。

3.2 物理学的发展趋势

虽然在20世纪近代物理学革命以后的约为3 /4世纪的时间内，物理学并没有发生新的基础性、革命性的重大变革，物理学的进展主要还表现为对于相对论量子论的完善及推广应用上，但这并不意味着物理学的发展已经走到了尽头。百年来物理学的巨大发展使我们进一步认识到物理学不仅是高新技术发展的源泉，而且也是一切自然科学得以发展的基础，没有物理学基础研究的发展，就不会有现代一切科学文化的出现。J.霍根在《科学的终结》一书中得出的“物理学以及自然科学终结”的结论。这是悲观的看法，认为人类对物理学基本规律的认识已经完成，基础物理学的发展终结了。然而，现代物理学仍然是不完备的，物理学的内在矛盾（相对论与量子论的矛盾）表明21世纪的物理学需要而且必然面临再一次深刻的变革。

4 当代物理学前沿简介

当代物理学的前沿问题集中在以下几个方面，凝聚态物理学与介观物理学，原子、分子物理学与光学，原子核物理学，基本粒子物理学与量子场论，广义相对论、天体物理学与宇宙学，量子信息、量子通讯与量子计算，生物物理学。其中后两个方面分别是物理学与信息论和计算机科学，物理学与生物学的交叉。每一个方面中又分别包含着不同的方向。比如原子核物理学方面有低能原子核物理学，放射性核与超重核，天体核物理学等。

预期21世纪的高科技与物理学有如下的对应与关联：

表 1

预期的高科技 与之关联的物理学及其交叉学科

信息技术 介观物理、量子信息

聚变能源 等离子体、强激光物理

功能材料制造 原子分子物理、凝聚态物理

MEMS（微米机电系统）NEMS（纳米机电系统） 纳米科技、介观物理

基因工程 量子化学、量子生物学

宇宙与太空开发 相对论、天体物理

由表可以看出，上述物理学前沿问题均针对着对未来的某一项或几项高科技。

5 结束语

综合以上论述，物理学自其诞生便作为一门能够不断改写和更新人类文明的学问而存在并不断丰富发展着；它对人类社会进步的贡献是每一位科学家有目共睹的。物理学不仅满足了人们探索未知世界的好奇心与求知欲，同时在其理论发展过程中对工业科技进步及其它自然科学发展潜移默化地起着举足轻重的作用。

固体中电子的状态和行为是了解固体的物理、化学性质的基础。G.维德曼和R.夫兰兹于1853年由实验确定了金属导热性和导电性之间的关系的经验定律。1897年发现电子，E.李开在1898年和P.德鲁德在1900年提出金属自由电子气模型。H.洛伦兹在1905年建立了自由电子气的经典统计理论，能够解释上述经验定律，但无法说明常温下金属电子气对比热容的贡献甚小。W.泡利在1927年首先用量子统计成功地计算了自由电子气的顺磁性，A.索末菲在1928年用量子统计求得电子气的比热容和输运现象，解决了经典理论的困难。在绝热近似下，讨论固体中电子问题时，可认为离子是固定在瞬时的位置上，所以是多电子问题。利用哈特里-福克自洽场方法，又简化为单电子问题，每个电子在固定的离子势场和其他电子的平均场中运动。绝对零度时，这些势场具有点阵周期性。因而简化成周期场中的单电子问题。1928年F.布洛赫和1930年L.布里渊等，从不同角度研究了在周期场中电子运动的基本特点，在研究晶体周期性势场中单电子的量子态以及单电子在外电场的行为时，奠定了能带理论基础。在晶体周期场中单电子的波函数是振幅按点阵周期调制的平面波，称为布洛赫波。电子的本征能量，既不是像孤立原子中分立的电子能级，也不是像无限空间中自由电子所具有的连续的能级，而是在一定能量范围内准连续的能级组成的能带。相邻两个能带之间的能量范围是完整晶体中电子不许可具有的能量，称为禁带。利用能带的特征以及泡利不相容原理，A.威耳孙在1931年提出金属和绝缘体相区别的能带模型，并预言介于两者之间存在半导体，为尔后的半导体的发展提供理论基础（见金属电子论、固体的能带）。

在30年代，E.维格纳和F.塞茨等用群论处理晶体中电子态的问题，能带理论得到进一步发展。经过许多学者的努力，相继提出了多种计算能带的方案。例如，紧束缚方法、元胞法、正交化平面波法、缀加平面波法、格林函数法、赝势法以及后来发展起来的线性化能带计算法等。60年代P.霍恩贝格、W.科恩和沈吕九（L.J.Sham）等发展了局域密度泛函理论，使能带理论有更严格的基础。由于计算技术高度发展，已有可能对结构较为复杂的晶体的能带作自洽计算，得到良好的结果。大量事实表明，对于一般金属和典型的半导体，能带理论给出半定量或定量的结果，同实验的数据相当符合。对合金的能带理论，英国的学者曾经作了很多工作，并对合金的物理性质进行了简明的理论解释。70年代出现的相干势近似方法将使合金理论得到新的发展（见合金电子理论）。

晶体能带结构的实验研究也很有成效。半导体能带的特征表现于它的导带底部电子和价带顶部空穴的有效质量。50年代出现的回旋共振实验技术能够直接测定载流子的有效质量。金属能带结构的特征在于它的费密面的形状。从50年代起人们利用德哈斯－范阿耳芬效应等方法可以相当有效地测定费密面的结构。关于能量状态密度的实验数据，早年取自软X射线发射谱。低温电子比热容测量一直是测量费密能级附近态密度的有效手段。70年代起从光电子能谱得到的态密度数据更精确。真空紫外光谱术、调制光谱术、光散射效应等新的实验手段使得能带结构实验研究的内容更加丰富。 能带理论结合半导体锗和硅的基础研究促进微电子技术的发展，是正在酝酿的新的技术革命的核心，给人们带来巨大的利益。贝尔实验室的科学家进行了系统的实验和理论的基础研究，同时掌握了高质量半导体单晶生长和掺杂技术，导致J.巴丁、W.布喇顿以及W.肖克莱于1947—1948年发明晶体管。多年来随着集成电路的发 展，计算机技术日新月异，对社会各部门的影响极为深远。

当大量原子凝聚成晶体时，原子中的电子能级被展宽成能带。能带宽度决定于相邻原子中电子态的交叠程度，内层电子受原子核束缚紧，与近邻相应电子态交叠，能带很窄；外层价电子受原子实的束缚弱，电子态相互交叠，形成的能带（价带）的宽度较大。相邻两个能带之间不存在晶体电子态的能量范围，称为禁带或能隙。在能带里电子态是受周期场调制的平面波，称为布洛赫波。任一能带被电子填满时称为满带，满带不能导电。原子满壳层对应的能带是满带。部分状态被电子占据的能带称为导带，导带电子可参与导电。绝缘体是这样的晶体，其价带是满带，隔一个宽度Eg>3电子伏的禁带才有一个空无电子的能带。半导体的能带与绝缘体相似，只是价带之上的禁带Eg较小。如硅的Eg=1.12电子伏（室温），硅价带有部分电子受热激发跳到Eg之上使本来空的能带变成导带；同时在价带留下空状态，也可参与导电，其行为等效于每个空状态作为一个带正电荷的自由粒子，称为空穴。

金属是能量最高的能带未填满的晶体。能带中每个电子态至多容纳自旋相反的两个电子，电子从能量最低的状态填起，直到能量为EF的最高态，EF称为费米能量，相应的能级称为费米能级。金属的EF约为几个电子伏。20世纪60年代W.科恩等发展密度泛函理论，使能带理论基础更加坚实。计算机的发展和计算方法的进步，使能带计算结果更加精确。

非晶体中原子排列呈无序结构，电子在无序势场中运动。1958年P.安德森论证了当无序足够强时，所有电子态都是定域态。定域态中电子对固体导电没有贡献。与之对照，平面波或布洛赫波代表的电子态称为扩展态。在这基础上N.莫脱提出非晶半导体的能带模型：在价带顶部和导带底部分别存在一个迁移率边EV和EC将各自能带的定域态和扩展态分开。非晶半导体的导电行为取决于其费米能级落在定域态还是扩展态。

准晶格中各个原子的配位数（即最近邻原子数）不是同一整数，而是各异的整数；各原子与最近邻原子间距也不是同一长度，因而电子态间交叠也不同。准晶体的电子态有扩展态、定域态和介于这两者之间的临界态。

诺贝尔奖是以瑞典著名化学家、 *** 炸药发明人阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔(1833-1896) 的部分遗产作为基金创立的。诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。

诺贝尔生于瑞典的斯德哥尔摩。他一生致力于炸药的研究，在 *** 的研究方面取得了重大成就。他不仅从事理论研究，而且进行工业实践。他一生共获得技术发明专利355项，并在欧美等五大洲20个国家开设了约100家公司和工厂，积累了巨额财富。

1896年12月10日，诺贝尔在意大利逝世。逝世的前一年，他留下了遗嘱。在遗嘱中他提出，将部分遗产（920万美元）作为基金，以其利息分设物理、化学、生理或医学、文学及和平5种奖金，授予世界各国在这些领域对人类作出重大贡献的学者。

据此，1900年6月瑞典政府批准设置了诺贝尔基金会，并于次年诺贝尔逝世5周年纪念日，即1901年12月10日首次颁发诺贝尔奖。自此以后，除因战时中断外，每年的这一天分别在瑞典首都斯德哥尔摩和挪威首都奥斯陆举行隆重授奖仪式。

1968年瑞典中央银行于建行300周年之际，提供资金增设诺贝尔经济奖（全称为“瑞典中央银行纪念阿尔弗雷德·伯恩德·诺贝尔经济科学奖金”，亦称“纪念诺贝尔经济学奖”），并于1969年开始与其他5项奖同时颁发。诺贝尔经济学奖的评选原则是授予在经济科学研究领域作出有重大价值贡献的人，并优先奖励那些早期作出重大贡献者。

1990年诺贝尔的一位重侄孙克劳斯·诺贝尔又提出增设诺贝尔地球奖，授予杰出的环境成就获得者。该奖于1991年6月5日世界环境日之际首次颁发。

诺贝尔奖的奖金数视基金会的收入而定，其范围约从11000英镑（31000美元）到30000英镑（72000美元）。奖金的面值，由于通货膨胀，逐年有所提高，最初约为3万多美元，60年代为7.5万美元，80年代达22万多美元。金质奖章约重半镑，内含黄金23K，奖章直径约为6.5厘米，正面是诺贝尔的浮雕像。不同奖项、奖章的背面饰物不同。每份获奖证书的设计也各具风采。颁奖仪式隆重而简朴，每年出席的人数限于1500至1800人之间，其中男士要穿燕尾服或民族服装，女士要穿严肃的夜礼服，仪式中的所用白花和黄花必须从圣莫雷空运来，这意味着对知识的尊重。

根据诺贝尔遗嘱，在评选的整个过程中，获奖人不受任何国籍、民族、意识形态和宗教的影响，评选的唯一标准是成就的大小。

遵照诺贝尔遗嘱，物理奖和化学奖由瑞典皇家科学院评定，生理或医学奖由瑞典皇家卡罗林医学院评定，文学奖由瑞典文学院评定，和平奖由挪威议会选出。经济奖委托瑞典皇家科学院评定。每个授奖单位设有一个由5人组成的诺贝尔委员会负责评选工作，该委员会三年一届。其评选过程为：

——每年9月至次年1月31日，接受各项诺贝尔奖推荐的候选人。通常每年推荐的候选人有1000—2000人。

——具有推荐候选人资格的有：先前的诺贝尔奖获得者、诺贝尔奖评委会委员、特别指定的大学教授、诺贝尔奖评委会特邀教授、作家协会主席（文学奖）、国际性会议和组织（和平奖）。

——不得毛遂自荐。

——瑞典政府和挪威政府无权干涉诺贝尔奖的评选工作，不能表示支持或反对被推荐的候选人。

——2月1日起，各项诺贝尔奖评委会对推荐的候选人进行筛选、审定，工作情况严加保密。

——10月中旬，公布各项诺贝尔奖获得者名单。

——12月10日是诺贝尔逝世纪念日，这天在斯德哥尔摩和奥斯陆分别隆重举行诺贝尔奖颁发仪式，瑞典国王出席并授奖。

1989年

奥尔特曼(S.Altman) (1939-)

奥尔特曼(S.Altman) 美国人,因发现RNA的生物催化作用而获奖.

1978年和1981年奥尔特曼与切赫分别发现了核糖核酸(RNA)自身具有的生物催化作用,这项研究不仅为探索RNA的复制能力提供了线索，而且说明了最早的生命物质是同时具有生物催化功能和遗传功能的RNA，打破了蛋白质是生物起源的定论。

切赫(T.R.Cech) (1947-)

切赫(T.R.Cech)美国人,因发现RNA的生物催化作用而与奥尔特曼共同获得1989年诺贝尔化学奖.

他们独立地发现核糖核酸(RNA)不仅像过去所设想的那样仅被动地传递遗传信息,还起酶的作用,能催化细胞内的为生命所必需的化学反应.在他们的发现之前,人们认为只有蛋白质才能起酶的作用.他最先证明RNA分子能催化化学反应,并于1982年公布其研究结果.1983年证实RNA的这种酶活动.

1990年

科里（E.J.Corey） (1928-)

科里，美国化学学家，创建了独特的有机合成理论—逆合成分析理论，使有机合成方案系统化并符合逻辑。他根据这一理论编制了第一个计算机辅助有机合成路线的设计程序，于1990年获奖。

60年代科里创造了一种独特的有机合成法-逆合成分析法，为实现有机合成理论增添了新的内容。与化学家们早先的做法不同，逆合成分析法是从小分子出发去一次次尝试它们那构成什么样的分子--目标分子的结构入手，分析其中哪些化学键可以断掉，从而将复杂大分子拆成一些更小的部分，而这些小部分通常已经有的或容易得到的物质结构，用这些结构简单的物质作原料来合成复杂有机物是非常容易的。他的研究成功使塑料、人造纤维、颜料、染料、杀虫剂以及药物等的合成变得简单易行，并且是化学合成步骤可用计算机来设计和控制。

他自己还运用逆合成分析法，在试管里合成了100种重要天然物质，在这之前人们认为天然物质是不可能用人工来合成的。科里教授还合成了人体中影响血液凝结和免疫系统功能的生理活性物质等，研究成果使人们延长了寿命，享受到了更高层次的生活。

1991年

恩斯特（R.Ernst） (1933-)

恩斯特，瑞士科学家，他发明了傅立叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术而获奖。经过他的精心改进，使核磁共振技术成为化学的基本和必要的工具，他还将研究成果应用扩大到其他学科。

1966年他与美国同事合作，发现用短促的强脉冲取代核磁共振谱管用的缓慢扫描无线电波，能显著提高核磁共振技术的灵敏度。他的发现使该技术能用于分析大量更多种类的核和数量较少的物质，他在核磁共振光谱学领域的第二个重要贡献，是一种能高分辨率地."二维"地研究很大分子的技术。科学家们利用他精心改进的技术，能够确定有机和无机化合物，以及蛋白质等生物大分子的三维结构，研究生物分子与其他物质，如金属离子.水和药物等之间的相互作用，鉴定化学物种，研究化学反应速率。

1992年

马库斯（R.Marcus） (1923-)

马库斯，加拿大裔美国科学家，他用简单的数学方式表达了电子在分子间转移时分子体系的能量是如何受其影响的，他的研究成果奠定了电子转移过程理论的基础，以此获得1992年诺贝尔奖。

他从发现这一理论到获奖隔了20多年。他的理论是实用的，它可以解除腐蚀现象，解释植物的光合作用，还可以解释萤火虫发出的冷光，现在假如孩子们再提出"萤火虫为什么发光"的问题，那就更容易回答。

1993年

史密斯(M.Smith) (1932-2000)

加拿大科学家史密斯由于发明了重新编组DNA的“寡聚核苷酸定点突变”法，即定向基因的“定向诱变”而获得了1993年诺贝尔奖。该技术能够改变遗传物质中的遗传信息，是生物工程中最重要的技术。

这种方法首先是拚接正常的基因，使之改变为病毒DNA的单链形式，然后基因的另外小片断可以在实验室里合成，除了变异的基因外，人工合成的基因片断和正常基因的相对应部分分列成行，犹如拉链的两条边，全部戴在病毒上。第二个DNA链的其余部分完全可以制作，形成双螺旋，带有这种杂种的DNA病毒感染了细菌，再生的蛋白质就是变异性的，不过可以病选和测试，用这项技术可以改变有机体的基因，特别是谷物基因，改善它们的农艺特点。

利用史密斯的技术可以改变洗涤剂中酶的氨基酸残基（橘红色），提高酶的稳定性。

穆利斯(K.B.Mullis) (1944-)

美国科学家穆利斯(K.B.Mullis) 发明了高效复制DNA片段的“聚合酶链式反应(PCR)”方法，于1993年获奖。利用该技术可从极其微量的样品中大量生产DNA分子，使基因工程又获得了一个新的工具。

85年穆利斯发明了“聚合酶链反应”的技术，由于这项技术问世，能使许多专家把一个稀少的DNA样品复制成千百万个，用以检测人体细胞中艾滋病病毒，诊断基因缺陷，可以从犯罪的现场，搜集部分血和头发进行指纹图谱的鉴定。这项技术也可以从矿物质里制造大量的DNA分子，方法简便， *** 作灵活。

整个过程是把需要的化合物质倒在试管内，通过多次循环，不断地加热和降温。在反应过程中，再加两种配料，一是一对合成的短DNA片段，附在需要基因的两端作“引子”第二个配料是酶，当试管加热后，DNA的双螺旋分为两个链，每个链出现“信息”，降温时，“引子”能自动寻找他们的DNA样品的互补蛋白质，并把它们合起来，这样的技术可以说是革命性的基因工程。

科学家已经成功地用PCR方法对一个2000万年前被埋在琥珀中的昆虫的遗传物质进行了扩增。

1994年

欧拉（G.A.Olah） (1927-)

欧拉，匈牙利裔美国人，由于他发现了使碳阳离子保持稳定的方法，在碳正离子化学方面的研究而获奖。研究范畴属有机化学，在碳氢化合物方面的成就尤其卓著。早在60年代就发表大量研究报告并享誉国际科学界，是化学领域里的一位重要人物，他的这项基础研究成果对炼油技术作出了重大贡献，这项成果彻底改变了对碳阳离子这种极不稳定的碳氢化合物的研究方式，揭开了人们对阳离子结构认识的新一页，更为重要的是他的发现可广泛用于从提高炼油效率，生产无铅汽油到改善塑料制品质量及研究制造新药等各个行业，对改善人民生活起着重要作用。

1995年

罗兰 (F.S.Rowland) (1927-)

克鲁岑、莫利纳、罗兰率先研究并解释了大气中臭氧形成、分解的过程及机制，指出：臭氧层对某些化合物极为敏感，空调器和冰箱使用的氟利昂、喷气式飞机和汽车尾气中所含的氮氧化物，都会导致臭氧层空洞扩大，他们于1995年获奖。

罗兰，美国化学家，发现人工制作的含氯氟烃推进剂会加快臭氧层的分解，破坏臭氧层，引起联合国重视，使全世界范围内禁止生产损耗臭氧层的气体。

莫利纳 (M.Molina) (1943-)

克鲁岑、莫利纳、罗兰率先研究并解释了大气中臭氧形成、分解的过程及机制，指出：臭氧层对某些化合物极为敏感，空调器和冰箱使用的氟利昂、喷气式飞机和汽车尾气中所含的氮氧化物，都会导致臭氧层空洞扩大，他们于1995年获奖。

臭氧层位于地球大气的平流层中，能吸收大部分太阳紫外线，保护地球上的生物免受损害，而正是他们阐明了导致臭氧层损耗的化学机理，并找到了人类活动会导致臭氧层损耗的证据，在这些研究推动下，保护臭氧层已经成为世界关注的重大环境课题，1987年签订蒙特利尔议定书，规定逐步在世界范围内禁止氯，氟，烃等消耗臭氧层物质的作用。

莫利纳，美国化学家，因20世纪70年代期间关于臭氧层分解的研究而获1995年诺贝尔奖。莫利纳与罗兰发现一些工业产生的气体会消耗臭氧层，这一发现导致20世纪后期的一项国际运动，限制含氯氟烃气体的广泛使用。他经过大气污染的实验，发现含氯氟烃气体上升至平流层后，紫外线照射将其分解成氯.氟和碳元素。此时，每一个氯原子在变得不活泼前可以摧毁将近10万个臭氧分子，莫利纳是描述这一理论的主要作者。科学家们的发现引起一场大范围的争论。80年代中期，当在南极地区上空发现所谓的臭氧层空洞--臭氧层被耗尽的区域时，他们的理论得到了证实。

克鲁岑 (P.Crutzen) (1933-)

克鲁岑、莫利纳、罗兰率先研究并解释了大气中臭氧形成、分解的过程及机制，指出：臭氧层对某些化合物极为敏感，空调器和冰箱使用的氟利昂、喷气式飞机和汽车尾气中所含的氮氧化物，都会导致臭氧层空洞扩大，他们于1995年获奖。

臭氧层位于地球大气的平流层中，能吸收大部分太阳紫外线，保护地球上的生物免受损害，而正是他们阐明了导致臭氧层损耗的化学机理，并找到了人类活动会导致臭氧层损耗的证据，在这些研究推动下，保护臭氧层已经成为世界关注的重大环境课题，1987年签订蒙特利尔议定书，规定逐步在世界范围内禁止氯氟烃等消耗臭氧层物质的作用。

克鲁岑，荷兰人，由于证明了氮的氧化物会加速平流层中保护地球不受太阳紫外线辐射的臭氧的分解而获奖，虽然他的研究成果一开始没有被广泛接受，但为以后的其他化学家的大气研究开通了道路。

1996年

克鲁托(H.W.Kroto)(1939-)

克鲁托H.W.Kroto)与斯莫利(R.E.Smalley)、柯尔(R.F.Carl)一起，因发现碳元素的第三种存在形式—C60(又称“富勒烯”“巴基球”），而获1996年诺贝尔化学奖.

斯莫利 (R.E.Smalley)(1943-)

斯莫利 (R.E.Smalley)与柯尔(R.F.Carl)、克鲁托（H.W.Kroto)一起，因发现碳元素的第三种存在形式—C60(又称“富勒烯”“巴基球”），而获1996年诺贝尔化学奖.

柯尔 (R.F.Carl)(1933-)

柯尔(R.F.Carl)美国人、斯莫利(R.E.Smalley)美国人、克鲁托（H.W.Kroto)英国人，因发现碳元素的第三种存在形式—C60(又称“富勒烯”“巴基球”）而获1996年诺贝尔化学奖.

1967年建筑师巴克敏斯特.富勒（R.Buckminster Fuller)为蒙特利尔世界博览会设计了一个球形建筑物，这个建筑物18年后为碳族的结构提供了一个启示。富勒用六边形和少量五边形创造出“弯曲”的表面。获奖者们假定含有60个碳原子的簇“C60”包含有12个五边形和20个六边形，每个角上有一个碳原子，这样的碳簇球与足球的形状相同。他们称这样的新碳球C60为“巴克敏斯特富勒烯”（buckminsterfullerene),在英语口语中这些碳球被称为“巴基球”（buckyball)。

克鲁托对含碳丰富的红巨星的特殊兴趣，导致了富勒烯的发现。多年来他一直有个想法：在红巨星附近可以形成碳的长链分子。柯尔建议与斯莫利合作，利用斯莫利的设备，用一个激光束将物质蒸发并加以分析。

1985年秋柯尔、克鲁托和斯莫利经过一周紧张工作后，十分意外地发现碳元素也可以非常稳定地以球的形状存在。他们称这些新的碳球为富勒烯（fullerene).这些碳球是石墨在惰性气体中蒸发时形成的，它们通常含有60或70个碳原子。围绕这些球，一门新型的碳化学发展起来了。化学家们可以在碳球中嵌入金属和稀有惰性气体，可以用它们制成新的超导材料，也可以创造出新的有机化合物或新的高分子材料。富勒烯的发现表明，具有不同经验和研究目标的科学家的通力合作可以创造出多么出人意外和迷人的结果。

柯尔、克鲁托和斯莫利早就认为有可能在富勒烯的笼中放入金属原子。这样金属的性能会完全改变。第一个成功的实验是将稀土金属镧嵌入富勒烯笼中。

在富勒烯的制备方法中略加以改进后现在已经可以从纯碳制造出世界上最小的管—纳米碳管。这种管直径非常小，大约1毫微米。管两端可以封闭起来。由于它独特的电学和力学性能，将可以在电子工业中应用。

在科学家们能获得富勒烯后的六年中已经合成了1000多种新的化合物，这些化合物的化学、光学、电学、力学或生物学性能都已被测定。富勒烯的生产成本仍太高，因此限制了它们的应用。

今天已经有了一百多项有关富勒烯的专利，但仍需探索，以使这些激动人心的富勒烯在工业上得到大规模的应用。

1997年

因斯.斯寇（Jens C.Skou) (1918-)

1997年化学奖授予保罗.波耶尔（美国）、约翰.沃克（英国）、因斯.斯寇（丹麦）三位科学家，表彰他们在生命的能量货币--腺三磷的研究上的突破。

因斯.斯寇最早描述了离子泵——一个驱使离子通过细胞膜定向转运的酶，这是所有的活细胞中的一种基本的机制。自那以后，实验证明细胞中存在好几种类似的离子泵。他发现了钠离子、钾离子-腺三磷酶——一种维持细胞中钠离子和钾离子平衡的酶。细胞内钠离子浓度比周围体液中低，而钾离子浓度则比周围体液中高。钠离子、钾离子-腺三磷酶以及其他的离子泵在我们体内必须不断地工作。如果它们停止工作、我们的细胞就会膨胀起来，甚至胀破，我们立即就会失去知觉。驱动离子泵需要大量的能量——人体产生的腺三磷中，约三分之一用于离子泵的活动。

约翰.沃克(John E.Walker) (1941-)

约翰.沃克与另两位科学家同获得1997年诺贝尔化学奖。约翰.沃克把腺三磷制成结晶，以便研究它的结构细节。他证实了波耶尔关于腺三磷怎样合成的提法，即“分子机器”，是正确的。1981年约翰.沃克测定了编码组成腺三磷合成酶的蛋白质基因（DNA).

保罗.波耶尔(Panl D.Boyer) (1918-)

1997年化学奖授予保罗.波耶尔（美国）、约翰.沃克（英国）、因斯.斯寇（丹麦）三位科学家，表彰他们在生命的能量货币--腺三磷的研究上的突破。保罗.波耶尔与约翰.沃克阐明了腺三磷体合成酶是怎样制造腺三磷的。在叶绿体膜、线粒体膜以及细菌的质膜中都可发现腺三磷合成酶。膜两侧氢离子浓度差驱动腺三磷合成酶合成腺三磷。

保罗.波耶尔运用化学方法提出了腺三磷合成酶的功能机制，腺三磷合成酶像一个由α亚基和β亚基交替组成的圆柱体。在圆柱体中间还有一个不对称的γ亚基。当γ亚基转动时（每秒100转），会引起β亚基结构的变化。保罗.波耶尔把这些不同的结构称为开放结构、松散结构和紧密结构。

1998年

约翰.包普尔（John A.Pople) (1925-)

约翰.包普尔（John A.Pople),美国人，他提出波函数方法而获诺贝尔化学奖。他发展了化学中的计算方法，这些方法是基于对薛定谔方程（Schrodinger equation)中的波函数作不同的描述。他创建了一个理论模型化学，其中用一系列越来越精确的近似值，系统地促进量子化学方程的正确解析，从而可以控制计算的精度，这些技术是通过高斯计算机程序向研究人员提供的。今天这个程序在所有化学领域中都用来作量子化学的计算。

瓦尔特.科恩（Walter Kohn) (1923-)

瓦尔特.科恩（Walter Kohn),美国人，因他提出密度函数理论，而获诺贝尔化学奖。

早在1964-1965年瓦尔特.科恩就提出：一个量子力学体系的能量仅由其电子密度所决定，这个量比薛定谔方程中复杂的波函数更容易处理得多。他同时还提供一种方法来建立方程，从其解可以得到体系的电子密度和能量，这种方法称为密度泛函理论，已经在化学中得到广泛应用，因为方法简单，可以应用于较大的分子。

1999年

艾哈迈德·泽维尔 (1946-)

艾哈迈德·泽维尔1946年2月26日生于埃及。后在美国亚历山德里亚大学获得理工学士和硕士学位；又在宾西法尼亚大学获得博士学位。1976年起在加州理工学院任教。1990年成为加州理工化学系主任。他目前是美国科学院、美国哲学院、第三世界科学院、欧洲艺术科学和人类学院等多家科学机构的会员。

1998年埃及还发行了一枚印有他本人肖像的邮票以表彰他在科学上取得的成就。

1999年诺贝尔化学奖授予埃及出生的科学家艾哈迈德·泽维尔（Ahmed H.Zewail)，以表彰他应用超短激光闪光成照技术观看到分子中的原子在化学反应中如何运动，从而有助于人们理解和预期重要的化学反应，为整个化学及其相关科学带来了一场革命。

早在30年代科学家就预言到化学反应的模式，但以当时的技术条件要进行实证无异于梦想。80年代末泽维尔教授做了一系列试验，他用可能是世界上速度最快的激光闪光照相机拍摄到一百万亿分之一秒瞬间处于化学反应中的原子的化学键断裂和新形成的过程。这种照相机用激光以几十万亿分之一秒的速度闪光，可以拍摄到反应中一次原子振荡的图像。他创立的这种物理化学被称为飞秒化学，飞秒即毫微微秒（是一秒的千万亿分之一），即用高速照相机拍摄化学反应过程中的分子，记录其在反应状态下的图像，以研究化学反应。人们是看不见原子和分子的化学反应过程的，现在则可以通过泽维尔教授在80年代末开创的飞秒化学技术研究单个原子的运动过程。

泽维尔的实验使用了超短激光技术，即飞秒光学技术。犹如电视节目通过慢动作来观看足球赛精彩镜头那样，他的研究成果可以让人们通过“慢动作”观察处于化学反应过程中的原子与分子的转变状态，从根本上改变了我们对化学反应过程的认识。泽维尔通过“对基础化学反应的先驱性研究”，使人类得以研究和预测重要的化学反应，泽维尔因而给化学以及相关科学领域带来了一场革命。

2000年

艾伦-J-黑格 (1936-)

艾伦-J-黑格，美国公民，64岁，1936年生于依阿华州苏城。现为加利福尼亚大学的固体聚合物和有机物研究所所长，是一名物理学教授。

获奖理由：他是半导体聚合物和金属聚合物研究领域的先锋，目前主攻能够用作发光材料的半导体聚合物，包括光致发光、发光二极管、发光电气化学电池以及激光等等。这些产品一旦研制成功，将可以广泛应用在高亮度彩色液晶显示器等许多领域。

艾伦-G-马克迪尔米德 (1929-)

艾伦-G-马克迪尔米德，来自美国宾夕法尼亚大学，今年71岁，他出生于新西兰，曾就读于新西兰大学和美国威斯康星大学以及英国的剑桥大学。1955年，他开始在宾夕法尼亚大学任教。他是最早从事研究和开发导体塑料的科学家之一。

获奖理由：他从1973年就开始研究能够使聚合材料能够象金属一样导电的技术，并最终研究出了有机聚合导体技术。这种技术的发明对于使物理学研究和化学研究具有重大意义，其应用前景非常广泛。

他曾发表过六百多篇学术论文，并拥有二十项专利技术。

白川英树 (1936-)

白川英树今年64岁，已经退休，现在是日本筑波大学名誉教授。白川1961年毕业于东京工业大学理工学部化学专业，曾在该校资源化学研究所任助教，1976年到美国宾夕法尼亚大学留学，1979年回国后到筑波大学任副教授，1982年升为教授。1983年他的研究论文《关于聚乙炔的研究》获得日本高分子学会奖，他还著有《功能性材料入门》、《物质工学的前沿领域》等书。

获奖理由：白川英树在发现并开发导电聚合物方面作出了引人注目的贡献。这种聚合物目前已被广泛应用到工业生产上去。他因此与其他两位美国同行分享了2000年诺贝尔化学奖。

2001年

威廉·诺尔斯(W.S.Knowles) (1917-)

2001年诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉·诺尔斯、日本科学家野依良治和美国科学家巴里·夏普雷斯，以表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩，三位化学奖获得者的发现则为合成具有新特性的分子和物质开创了一个全新的研究领域。现在，像抗生素、消炎药和心脏病药物等，都是根据他们的研究成果制造出来的。

瑞典皇家科学院的新闻公报说，许多化合物的结构都是对映性的，好像人的左右手一样，这被称作手性。而药物中也存在这种特性，在有些药物成份里只有一部分有治疗作用，而另一部分没有药效甚至有毒副作用。这些药是消旋体，它的左旋与右旋共生在同一分子结构中。在欧洲发生过妊娠妇女服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药，而导致大量胚胎畸形的"反应停"惨剧，使人们认识到将消旋体药物拆分的重要性。2001年的化学奖得主就是在这方面做出了重要贡献。他们使用一种对映体试剂或催化剂，把分子中没有作用的一部分剔除，只利用有效用的一部分，就像分开人的左右手一样，分开左旋和右旋体，再把有效的对映体作为新的药物，这称作不对称合成。

诺尔斯的贡献是在1968年发现可以使用过渡金属来对手性分子进行氢化反应，以获得具有所需特定镜像形态的手性分子。他的研究成果很快便转化成工业产品，如治疗帕金森氏症的药L－DOPA就是根据诺尔斯的研究成果制造出来的。

1968年，诺尔斯发现了用过渡金属进行对映性催化氢化的新方法，并最终获得了有效的对映体。他的研究被迅速应用于一种治疗帕金森症药物的生产。后来，野依良治进一步发展了对映性氢化催化剂。夏普雷斯则因发现了另一种催化方法——氧化催化而获奖。他们的发现开拓了分子合成的新领域，对学术研究和新药研制都具有非常重要的意义。其成果已被应用到心血管药、抗生素、激素、抗癌药及中枢神经系统类药物的研制上。现在，手性药物的疗效是原来药物的几倍甚至几十倍，在合成中引入生物转化已成为制药工业中的关键技术。

诺尔斯与野依良治分享诺贝尔化学奖一半的奖金。夏普雷斯现为美国斯克里普斯研究学院化学教授，将获得另一半奖金。

野依良治(R.Noyori) (1938-)

2001年诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉·诺尔斯、日本科学家野依良治和美国科学家巴里·夏普雷斯，以表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩。

瑞典皇家科学院的新闻公报说，许多化合物的结构都是对映性的，好像人的左右手一样，这被称作手性。而药物中也存在这种特性，在有些药物成份里只有一部分有治疗作用，而另一部分没有药效甚至有毒副作用。这些药是消旋体，它的左旋与右旋共生在同一分子结构中。在欧洲发生过妊娠妇女服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药，而导致大量胚胎畸形的"反应停"惨剧，使人们认识到将消旋体药物拆分的重要性。2001年的化学奖得主就是在这方面做出了重要贡献。他们使用一种对映体试剂或催化剂，把分子中没有作用的一部分剔除，只利用有效用的一部分，就像分开人的左右手一样，分开左旋和右旋体，再把有效的对映体作为新的药物，这称作不对称合成。

1968年，诺尔斯发现了用过渡金属进行对映性催化氢化的新方法，并最终获得了有效的对映体。他的研究被迅速应用于一种治疗帕金森症药物的生产。后来，野依良至进一步发展了对映性氢