2005年诺贝尔科学奖
医学奖：突破传统定论的成就
张 路
2005年10月3日瑞典卡罗林斯卡研究院诺贝尔奖委员会把今年的诺贝尔生理学或医学奖授予了巴里•J.马歇尔（BarryJ.Marshall）和J.罗宾•沃伦（J.RobinWarren），因为他们发现了幽门螺旋杆菌和其在胃炎和消化性溃疡疾病中的作用。马歇尔和沃伦将分享130万美元的奖金。
获奖原因
今年的诺贝尔生理学或医学奖授予的是一个重大而又意外的发现，即胃部炎症（胃炎）和胃或十二指肠溃疡（溃疡性疾病）是由于幽门螺旋杆菌的感染所引起的。发现这种致病菌的是澳大利亚佩思的病理学家J.罗宾•沃伦（生于1937年），他发现在接受生物活检的约50%的病人的胃下部（窦部）寄居着一种卷曲的细菌。沃伦进一步的细致观察发现，一些炎症的指征总是出现在紧靠着发现细菌的胃黏膜部位。
作为年轻的同行，巴里•J.马歇尔（生于1951年）也对沃伦的发现产生了兴趣，于是他们两人开始了对100名病人生物活检的研究。经过几次尝试后，马歇尔成功地从几个生物活检组织中培养出了当时尚不知晓的细菌菌株，即后来命名的幽门螺旋杆菌。他们两人一起发现这种细菌几乎出现在所有胃炎、十二指肠溃疡或胃溃疡病人身上。基于这些结果，他们提出幽门螺旋杆菌涉及这些疾病的病因学。
后来，即使消化性溃疡可以通过阻止胃酸的产生来治愈，他们也一直沉迷于自己的研究，因为胃部的细菌和慢性炎症仍然存在。在治疗研究中，马歇尔和沃伦以及其他人证明，仅仅清除了病人胃内的细菌就可以治愈他们的消化性溃疡。由于马歇尔和沃伦的探索性发现，溃疡性疾病再也不是一种慢性的常常使人们失去工作能力的疾病了。医生们可以通过短期的抗生素和抑制胃酸分泌的方法予以治愈。
胃病的危害
此外，他们还发现幽门螺旋杆菌会导致终生的感染。幽门螺旋杆菌寄居在约50%的人群的胃中。在社会经济水平较高的国家的人群中幽门螺旋杆菌的感染者大大少于发展中国家，而在发展中国家，几乎每个人都可能染上幽门螺旋杆菌。这种感染在幼儿时就形成了，通常是母亲传递给孩子，而且细菌可能留存于胃中直至其余生。这种慢性感染起始于胃下部（窦部）。正如沃伦首先报道的一样，幽门螺旋杆菌总是与胃黏膜下的炎症相连，这也由炎症细胞的浸润所证明。
虽然幽门螺旋杆菌的感染通常没有症状，但它可以引起溃疡。炎症的严重性和在胃内的位置是至关重要的，因为这些结果都由幽门螺旋杆菌感染所致。尽管在大多数人的体内幽门螺旋杆菌的感染没有症状，但是10%～15%的感染者却会在一段时间后出现溃疡性疾病，这种溃疡十二指肠比胃部更常见，而且还会出现严重的并发症，如出血和穿孔。
人类的其他慢性炎症疾病，如节段性回肠炎、溃疡性结肠炎、类风湿性关节炎和动脉粥样硬化也是起因于慢性炎症。沃伦和马歇尔发现人类最普通的一种疾病―――消化性溃疡疾病具有微生物致病的因素，会激励人们对其他上述疾病的成因探索有无微生物在起作用。即使目前还没有确切的答案，但最近的一些资料已清楚地提示，人类免疫系统无法识别微生物的产物将导致疾病的发展和恶化。幽门螺旋杆菌的发现已经引起人们对慢性感染、炎症和癌症之间联系的更深入的认识。这也是沃伦和马歇尔研究结果的重要意义之一。
获奖故事
2005年的诺贝尔生理学或医学奖授予马歇尔和沃伦也在于他们具有坚韧的科学精神和一种挑战传统理念的勇气。通过使用一般性的技术（纤维内窥镜、组织切片银染色剂和培养基技术研究微量需氧细菌），他们创立了一个无可辩驳的理论，幽门螺旋杆菌是疾病的病因。而通过对细菌的培养，他们也让自己的理论经得起科学研究的检验。
时光要追溯到26年前，1979年4月，当时在澳大利亚佩思皇家医院工作的42岁的沃伦在一份胃黏膜活体标本中，意外地发现一条奇怪的蓝线。用高倍显微镜观察的结果是有无数细菌紧粘着胃黏膜上皮。以后沃伦又在其他活体标本中发现了这种细菌。由于这种细菌总是出现在慢性胃炎标本中，沃伦认为这种细菌和慢性胃炎等疾病可能有密切关系。
当然，沃伦的这种看法并不符合当时“正统”的医学理论。当时的医学界除了认为压力和生活方式是导致溃疡性疾病的主要原因外，还认为人的胃内环境是强酸性的，无论什么细菌进入胃中都会被杀死，因此健康的胃是无菌的。受到以往医学理论的质疑的影响，后来与沃伦合作的马歇尔在一开始也对沃伦的假说没有什么兴趣。同在佩思皇家医院的马歇尔碍于情面为沃伦提供了一些胃黏膜活体样本，并进行了相关试验。他惊讶地发现，沃伦的观点是正确的。而妻子也是沃伦的坚定支持者之一，沃伦在他的回忆录中说，他特别感谢当年妻子给他的支持和帮助，“当没人相信我的时候，她坚定地支持我。”
但是，开始时沃伦和马歇尔的研究成果并不为人所重视。
沃伦和马歇尔的研究结果相继发表，尤其是发表在权威医学期刊《柳叶刀》后，才引起了全世界的关注和信服，对幽门螺旋杆菌的研究才加强了，隐藏于疾病之后的病理机制持续地得到揭示。今天已经可以确认幽门螺旋杆菌导致了90%以上的十二指肠溃疡和80%以上的胃溃疡。幽门螺旋杆菌感染与后来的胃炎及消化性溃疡疾病之间的关系也已通过志愿者的实验、抗生素治疗的研究和流行病学的研究得以证实。世界各大药厂也陆续投巨资开发相关药物，为治疗人类最普通的疾病之一―――消化性溃疡疾病奠定了基础。所以，沃伦和马歇尔的获奖是当之无愧的。
他人的评论和获奖者的心声
在瑞典卡罗林斯卡研究院诺贝尔奖委员会10月3日在斯德哥尔摩举行的新闻发布会上，该委员会成员之一斯塔凡•诺马克（StaffanNormark）评论沃伦和马歇尔的研究说，澳大利亚人的细菌致溃疡理论是“完全相左于传统的知识和教条”，因为大多数医生都坚信溃疡源自压力和胃酸。
英国皇家学会主席罗德•梅评论说，这两位研究者“对上世纪后50年医学领域的观念产生了最根本的和重要的变革”，“他们的成果导致了胃病是传染病的认知，颠覆了以前胃病是生理性疾病的概念。”
现为弗吉尼亚大学医学教授的美国胃肠病学协会主席大卫•A.普拉博士（DavidA.Peura）则认为，两位获奖者的研究“革新了我们对溃疡性疾病的理解”并且“给千百万人带来了希望”。普拉博士回忆说，1983年他作为一名胃肠病学家还在军队服役，当时读到沃伦和马歇尔关于胃肠病的新观点时完全难以苟同，“我认为这简直就是狂妄。”但是，他承认他和他的同事对这个理论很感兴趣，很快他们就发现按沃伦和马歇尔的理论使用针对幽门螺旋杆菌的抗生素就能治愈他们的病人的溃疡。
普拉博士还说，“这个理论是如此有趣，以致很多人都试图反对它，但又办不到，所以我们所有人到后来不得不信服这个理论。”普拉博士是在沃伦和马歇尔到弗吉尼亚短期工作时认识他们并成为朋友的。
沃伦现年68岁，已经退休。他说长期以来标准的医学讲义都是，“胃是无菌的，由于胃内有腐蚀性的胃液，因此任何东西都不可能生长。所以每个人都相信胃里没有细菌。”他补充说，“当我说胃里有细菌时，没有一个人相信。”但是，经过十多年的时间检验，他的发现终于获得别人的接受。他在接受采访时谦虚地说，“我过去固然认为幽门螺旋杆菌是一个新的激动人心的发现，但是我并不认为这是一类可以获得诺贝尔奖的发现。”
马歇尔现年54岁，是西澳大利亚大学的一名教授，在接受记者采访时说，为了证实沃伦所说的幽门螺旋杆菌导致溃疡，他有意服下培养的幽门螺旋杆菌。结果，“我产生了呕吐并出现严重的胃部炎症，长达两周的时间。不过我并没有患上溃疡。”
物理奖：挑战更高的测量精确度
王义遒
2005年诺贝尔物理学奖授给了美国科学家罗伊•格劳伯、约翰•霍尔和德国科学家奥多尔•亨施，以表彰他们在光学领域做出的开创性贡献。其中，格劳伯因光学相干性的量子理论而独得奖金的一半，另一半由后两人共享，他俩在发展激光精密光谱学尤其是光频梳技术上有革命性的研究成果，使光频率测量取得了前所未有的精密度，达到18位数。
为什么要把诺贝尔奖授给他们，他们的研究工作有什么重要意义？
我们知道，光是人类认识世界的重要工具。我们能看到世界，靠的就是五颜六色的光。什么是光？光是一种电磁波。我们听广播、看电视、打手机，都是通过空中传播的电磁波做媒介来传递信息的。这种电磁波有振幅、频率和相位。光的亮度大，就是电磁波的振幅大，光有五颜六色，就是电磁波的频率不同，比如，蓝光的频率要比红光的高，而相位则是描写某一时刻收到的电磁波的形貌的。一个世纪以前，爱因斯坦提出了一种看法，说光也是一种粒子。光有能量，从电磁波的观点看来，光的能量表现在电磁波振幅的大小上，原则上可以从无穷小到无穷大。但爱因斯坦却说光的能量是一份一份的，有一个最小数，不能比这最小数再小了。这个最小数叫做“能量子”，或“量子”。所以，光也可以看成是由大量的“光量子”组成的。这种光量子后来就叫做“光子”。
电磁波和“粒子”在物理性质上有很大差别，在理论处理上也用很不同的方法。比如，把光作为电磁波，它的行为可用19世纪英国物理学家麦克斯韦提出的一组方程式来描写；而作为微观粒子，则需用量子力学来处理它们的变化规律。后来发展出一种理论，叫“量子电动力学”，它可以把电磁场也“量子化”起来，所以又叫“量子场论”。这样，似乎用这种理论就可以把电磁波和粒子统一起来了。不过，在激光器出现以前，人们并没有把两者的差别看得有多么了不起。普通光相位混乱，两束普通光合在一起，不能产生“干涉”现象，激光则有这种可能。这叫光的“相干性”。激光是高度相干的光，而普通光则很少或没有相干性。
在解释一些激光相干性和光电探测实验的时候，纯粹的经典波动理论就不管用了。格劳伯就把量子电动力学的理论应用到激光上来。他引进了一个叫做“相干态”的概念来描述相干的量子光场，并且发展了一套数学表示方法和计算理论。他用这种理论解释了一系列用电磁场光学理论所不能解释的光学现象，开辟了一门新的学科，叫做“量子光学”。这门学问后来得到许多科学家的开拓，有了长足的发展。现在用这种理论已经证实和预见了很多极有用的实验现象。例如，它给出了由“量子噪声”所限制的物理实验的测量极限；它提出了一种称为“压缩态”的特殊量子状态，利用这种状态可以使测量精密度大大提高。量子光学的发展产生了一系列新应用，像量子密码通信、量子计算等。这些技术为下一代通信和计算机技术的发展开辟了崭新的途径，对于未来科技的进步具有重大影响。
霍尔和亨施共享的另一半诺贝尔奖是关于精密光谱学的。我们知道，人类对原子、分子结构的认识主要是从光谱中得到的。光谱就是原子（分子）能吸收或发射不同颜色（频率）的光的系列。不同原子（分子）的光谱很不一样，这取决于它们内部结构（包括原子中电子的分布）和运动状态。好比医生可以用心电图去诊断心脏的结构和运动状态一样，科学家可以通过光谱来了解原子结构和运动状态。原子和原子核带有磁矩（好像小磁针一样）就是这
样发现的。我们对光谱了解得越细密，对原子结构和运动就知道得越清楚。因此，不断提高光谱的精密度是科学家长期奋斗的目标。霍尔和亨施相互独立地或共同合作地发展了许多精密光谱的实验方法。精密光谱是用频率确定的激光照射原子、分子系统而得到的。这里有一个前提，就是要求激光频率非常单一和稳定。但实际上激光频率总有一个分布范围，叫做“线宽”，而且总是随着时间而变化的。因此，要得到精密光谱首先要压缩激光的线宽，把激光频率做得非常稳定。在这方面，他们两人都取得了空前的成就。
精密的光谱测量不仅对了解原子结构有重要意义，而且对物理学甚至整个科学技术的发展还有更基本的意义。这就是它能确定一些物理常数，研究它们是否真正是“常数”，即看它们是否会随着时间的推移而有缓慢而微小的变化。这里，亨施通过测量氢原子光谱在确定一个对原子结构具有特殊意义的物理常数―――里德伯常数做出了创造性成就；而霍尔则测得了光速的值―――每秒299792458米。这个值现在已被国际科学界定为光速的“定义值”，它没有任何误差。由于原子钟的发展，时间是现在能测得最准确的物理量，国际上定义一秒是铯原子发出的一种电磁波的9192631770个周期的时间。根据这个定义值和“秒”长单位，国际计量局已把长度单位“米”定义为：1米是299792458分之一秒时间内光在真空中走过的路程。这样，精确测量长度就可以变成精确测量时间了。这无论对科学还是对工程技术都是十分有意义的。
霍尔和亨施之所以获奖还因为他们发明了“光频梳”这种光频测量的方法，这种光频测量为开发“光钟”奠定了基础。光钟就是光波频率的原子钟。利用精密光谱做成的光钟可以把定时的准确度和稳定度从现在无线电波原子钟的15位数提高到18位数。这样高水平的测量有什么用呢？举一个例子。上面说过，测量距离可以用测量时间来代替。现在的全球卫星定位系统（GPS）就是利用这种原理做成的。这个系统在天上有很多卫星，卫星上带有原子钟，时刻向地面和空间发送精密的时间信号，人们接收这种信号就能精确测定自己所在的位置和时间。如果现在我们可以精确定位到几米的数量级，利用光钟以后，就会定到毫米量级。这当然是极大的进步，对于航天和深空探测等事业，也是非常有意义的。将来，还可以利用这种钟的测量去探索引力波。所以说，光频梳的发明对科学测量具有革命性的意义。
总之，2005年的诺贝尔物理学奖在人类挑战测量极限上大大推进了一步，随着时间的推移，它对于整个科学技术进步的作用将越发明显地表露出来。
化学奖：揭秘烯烃复分解反应
胡跃飞
2005年10月5日，瑞典皇家科学院宣布由前法国石油研究所化学家肖万（YvesChauvin,1930～）、美国加州理工学院化学教授格拉布斯（RobertH.Grubbs,1942～）和美国麻省理工学院化学教授施罗克（RichardR.Schrock，1945～）三人共享2005年度诺贝尔化学奖，以表彰他们在烯烃复分解反应（Metathe sis）研究方面所做出的杰出贡献。在宣布仪式上，人们还看到一段有趣的舞蹈：两位男士组成的一对舞伴与两位女士组成的一对舞伴在跳动中首先结合成一个四人组成的环，然而当他们再次分开时便转换成为两对男女组成的舞伴。原来这是诺贝尔化学奖评委会主席阿尔伯格用一种特殊的方法在向大家形象地演绎烯烃复分解反应的含义。因此，自今年诺贝尔化学奖公布之后，烯烃复分解反应就被美誉为“交换舞伴的舞蹈”。
复分解反应的英文单词Metathesis是希腊文字meta（变化）和thesis（位置）的组合。化学复分解反应可以简单地用化学方程式AB+CD=AC+BD来表示。早在20世纪50年代就有人在烯烃聚合反应研究中观察到了烯烃复分解现象，他们发现丙烯在多组分钼催化剂的存在下可以生成相应的丁烯和乙烯。1965年又有人第一次在学术论文中引入了烯烃复分解反应的名词。在此前后的20多年间，烯烃复分解反应虽然已经在高分子化学工业中得到广泛的应用，但是人们并没有理解烯烃复分解反应发生的真正机理。
直到1971年，化学家肖万提出了金属卡宾引发机理，并用该机理解释了烯烃复分解反应中众多的化学现象。肖万认为多组分的金属催化剂首先形成了金属卡宾，然后引发了具有四步过程的烯烃复分解循环反应，人们称之为“肖万机理”。
在“肖万机理”中，金属卡宾中的金属原子与碳原子通过双键构成一对“舞伴”，烯烃分子通过双键构成了另一对“舞伴”。两对“舞伴”在“第一步”中首先结合成一个四员环。然后在“第二步”中分开时交换了“舞伴”，形成了新的烯烃分子“舞伴”和新的金属卡宾“舞伴”。后者在“第三步”中再次与烯烃分子“舞伴”结合成一个四员环，接着在“第四步”中分开时再次交换“舞伴”。当这个“四步舞曲”完成之后，原料烯烃分子被转化成了产物烯烃分子。
烯烃复分解反应重要的商业价值和美妙的“肖万机理”的提出，使得学术界明确了下一个共同的研究目标，就是获得具有确定结构的烯烃复分解反应的金属卡宾催化剂。1990年施罗克教授非常幸运地获得了第一个结构确定的金属钼催化剂，该工作证明了肖万提出的“交换舞伴”机理的正确性。虽然施罗克催化剂在烯烃复分解反应中表现出高度的反应活性，但是对反应条件要求苛刻和缺乏令人满意的化学选择性。
1992年格拉布斯教授获得了第一个结构确定的金属钌催化剂。
1995年，经过结构修饰后的“第一代格拉布斯催化剂”面世。该催化剂对水气和空气稳定，适合实验室的正常操作。它催化的反应具有较高的化学选择性，但缺乏令人满意的反应活性。1999年“第二代格拉布斯催化剂”面世并商品化，其选择性和反应活性相互兼顾几乎达到完美的程度。
所有的有机化合物都含有碳元素，碳原子通过形成碳链构筑出结构各异的有机化合物的骨骼。地球上所有的生命存在都基于这些有机化合物，服务于人类的有机化合物（例如淀粉、氨基酸、葡萄糖、中药有效成分、纤维等等）主要来自于自然界的动植物。但是，它们也可以通过有机合成化学的方法在化学实验室来制造。碳链的生成是有机合成化学永恒的研究主题，也是对有机化学家研究能力的最大挑战。有机化学发展历史上，碳链生成的著名反应，例如Grignard反应、Deals-Alder反应和Wittig反应均先后获得诺贝尔化学奖。2000年以后，烯烃复分解反应已经被公认为是碳链生成反应的第五个里程碑，所以，2005年度诺贝尔化学奖授予在烯烃复分解反应研究中作出杰出贡献的三位化学家是在人们的期盼和意料之中的。
尽管如此，人们还是对烯烃复分解反应在催化剂制备方法突破后的15年间所获得的巨大学术成就、商业价值和社会价值感到震撼。例如“壳牌公司”以烯烃复分解反应为关键技术有效地将资源丰富但不易储存的气体乙烯转变成用途更广的长链液体烯烃，从而大大地增加了人类对有限的天然资源的有效利用。最近报道，用烯烃复分解反应获得的二环戊二烯聚合材料在1.5英寸的厚度就可以抵抗9mm口径子弹的穿透，这一结果给烯烃复分解反应在新型材料研究中的应用留下了足够的遐想空间。又例如：由于“格拉布斯催化剂”的商品化，烯烃复分解反应被广泛地应用于有机合成。许多结构复杂的药物合成在烯烃复分解反应条件下可以简单而有效地完成。在这些化学反应中原子得到了有效的利用，副产物得到有效的控制，让世人看到了逐步实现环境友好的“绿色化学”的美好前景。最有趣的是利用烯烃复分解反应不仅可以从基本化工原料中一步得到市场价格昂贵的OLR昆虫（一种以多种果树叶为食的有害昆虫）信息素，而且合成的OLR昆虫信息素中顺反异构体的比例竟然与从OLR昆虫体内获得的样品完全吻合。使用合成的OLR昆虫信息素诱骗雄性成虫聚集后进行扑杀，就中断了昆虫的生活周期链。这种高度选择性地消灭OLR昆虫的方法，由于不使用有毒农药，不仅没有环境污染，而且不对其他有益昆虫产生任何影响。
人类在地球上从事的所有活动其最终目的都是为了人类的生存和延续，科学研究的最终意义是为了提高人类生存和延续的质量。本年度诺贝尔化学奖获得者的科学研究工作已经并继续有益于人类的民生、健康和环境，所以他们获得化学研究的最高荣誉―――诺贝尔化学奖
是当之无愧的。
早在化学合成大师们在实验室合成出维生素B12和富勒烯等等具有美妙结构的化合物时，人们就高度赞誉化学合成不仅仅是一门科学，也是一门艺术。烯烃复分解反应再次向我们展示，化学合成是一门独特的艺术―――分子的艺术。肖万、格拉布斯和施罗克三位化学家共同谱写了一曲烯烃分子的“四步舞曲”，并且指挥烯烃分子按照“四步舞曲”的旋律跳起了“交换舞伴的舞蹈”。
（《百科知识》2005年第11期）
医学奖：突破传统定论的成就
张 路
2005年10月3日瑞典卡罗林斯卡研究院诺贝尔奖委员会把今年的诺贝尔生理学或医学奖授予了巴里•J.马歇尔（BarryJ.Marshall）和J.罗宾•沃伦（J.RobinWarren），因为他们发现了幽门螺旋杆菌和其在胃炎和消化性溃疡疾病中的作用。马歇尔和沃伦将分享130万美元的奖金。
获奖原因
今年的诺贝尔生理学或医学奖授予的是一个重大而又意外的发现，即胃部炎症（胃炎）和胃或十二指肠溃疡（溃疡性疾病）是由于幽门螺旋杆菌的感染所引起的。发现这种致病菌的是澳大利亚佩思的病理学家J.罗宾•沃伦（生于1937年），他发现在接受生物活检的约50%的病人的胃下部（窦部）寄居着一种卷曲的细菌。沃伦进一步的细致观察发现，一些炎症的指征总是出现在紧靠着发现细菌的胃黏膜部位。
作为年轻的同行，巴里•J.马歇尔（生于1951年）也对沃伦的发现产生了兴趣，于是他们两人开始了对100名病人生物活检的研究。经过几次尝试后，马歇尔成功地从几个生物活检组织中培养出了当时尚不知晓的细菌菌株，即后来命名的幽门螺旋杆菌。他们两人一起发现这种细菌几乎出现在所有胃炎、十二指肠溃疡或胃溃疡病人身上。基于这些结果，他们提出幽门螺旋杆菌涉及这些疾病的病因学。
后来，即使消化性溃疡可以通过阻止胃酸的产生来治愈，他们也一直沉迷于自己的研究，因为胃部的细菌和慢性炎症仍然存在。在治疗研究中，马歇尔和沃伦以及其他人证明，仅仅清除了病人胃内的细菌就可以治愈他们的消化性溃疡。由于马歇尔和沃伦的探索性发现，溃疡性疾病再也不是一种慢性的常常使人们失去工作能力的疾病了。医生们可以通过短期的抗生素和抑制胃酸分泌的方法予以治愈。
胃病的危害
此外，他们还发现幽门螺旋杆菌会导致终生的感染。幽门螺旋杆菌寄居在约50%的人群的胃中。在社会经济水平较高的国家的人群中幽门螺旋杆菌的感染者大大少于发展中国家，而在发展中国家，几乎每个人都可能染上幽门螺旋杆菌。这种感染在幼儿时就形成了，通常是母亲传递给孩子，而且细菌可能留存于胃中直至其余生。这种慢性感染起始于胃下部（窦部）。正如沃伦首先报道的一样，幽门螺旋杆菌总是与胃黏膜下的炎症相连，这也由炎症细胞的浸润所证明。
虽然幽门螺旋杆菌的感染通常没有症状，但它可以引起溃疡。炎症的严重性和在胃内的位置是至关重要的，因为这些结果都由幽门螺旋杆菌感染所致。尽管在大多数人的体内幽门螺旋杆菌的感染没有症状，但是10%～15%的感染者却会在一段时间后出现溃疡性疾病，这种溃疡十二指肠比胃部更常见，而且还会出现严重的并发症，如出血和穿孔。
人类的其他慢性炎症疾病，如节段性回肠炎、溃疡性结肠炎、类风湿性关节炎和动脉粥样硬化也是起因于慢性炎症。沃伦和马歇尔发现人类最普通的一种疾病―――消化性溃疡疾病具有微生物致病的因素，会激励人们对其他上述疾病的成因探索有无微生物在起作用。即使目前还没有确切的答案，但最近的一些资料已清楚地提示，人类免疫系统无法识别微生物的产物将导致疾病的发展和恶化。幽门螺旋杆菌的发现已经引起人们对慢性感染、炎症和癌症之间联系的更深入的认识。这也是沃伦和马歇尔研究结果的重要意义之一。
获奖故事
2005年的诺贝尔生理学或医学奖授予马歇尔和沃伦也在于他们具有坚韧的科学精神和一种挑战传统理念的勇气。通过使用一般性的技术（纤维内窥镜、组织切片银染色剂和培养基技术研究微量需氧细菌），他们创立了一个无可辩驳的理论，幽门螺旋杆菌是疾病的病因。而通过对细菌的培养，他们也让自己的理论经得起科学研究的检验。
时光要追溯到26年前，1979年4月，当时在澳大利亚佩思皇家医院工作的42岁的沃伦在一份胃黏膜活体标本中，意外地发现一条奇怪的蓝线。用高倍显微镜观察的结果是有无数细菌紧粘着胃黏膜上皮。以后沃伦又在其他活体标本中发现了这种细菌。由于这种细菌总是出现在慢性胃炎标本中，沃伦认为这种细菌和慢性胃炎等疾病可能有密切关系。
当然，沃伦的这种看法并不符合当时“正统”的医学理论。当时的医学界除了认为压力和生活方式是导致溃疡性疾病的主要原因外，还认为人的胃内环境是强酸性的，无论什么细菌进入胃中都会被杀死，因此健康的胃是无菌的。受到以往医学理论的质疑的影响，后来与沃伦合作的马歇尔在一开始也对沃伦的假说没有什么兴趣。同在佩思皇家医院的马歇尔碍于情面为沃伦提供了一些胃黏膜活体样本，并进行了相关试验。他惊讶地发现，沃伦的观点是正确的。而妻子也是沃伦的坚定支持者之一，沃伦在他的回忆录中说，他特别感谢当年妻子给他的支持和帮助，“当没人相信我的时候，她坚定地支持我。”
但是，开始时沃伦和马歇尔的研究成果并不为人所重视。
沃伦和马歇尔的研究结果相继发表，尤其是发表在权威医学期刊《柳叶刀》后，才引起了全世界的关注和信服，对幽门螺旋杆菌的研究才加强了，隐藏于疾病之后的病理机制持续地得到揭示。今天已经可以确认幽门螺旋杆菌导致了90%以上的十二指肠溃疡和80%以上的胃溃疡。幽门螺旋杆菌感染与后来的胃炎及消化性溃疡疾病之间的关系也已通过志愿者的实验、抗生素治疗的研究和流行病学的研究得以证实。世界各大药厂也陆续投巨资开发相关药物，为治疗人类最普通的疾病之一―――消化性溃疡疾病奠定了基础。所以，沃伦和马歇尔的获奖是当之无愧的。
他人的评论和获奖者的心声
在瑞典卡罗林斯卡研究院诺贝尔奖委员会10月3日在斯德哥尔摩举行的新闻发布会上，该委员会成员之一斯塔凡•诺马克（StaffanNormark）评论沃伦和马歇尔的研究说，澳大利亚人的细菌致溃疡理论是“完全相左于传统的知识和教条”，因为大多数医生都坚信溃疡源自压力和胃酸。
英国皇家学会主席罗德•梅评论说，这两位研究者“对上世纪后50年医学领域的观念产生了最根本的和重要的变革”，“他们的成果导致了胃病是传染病的认知，颠覆了以前胃病是生理性疾病的概念。”
现为弗吉尼亚大学医学教授的美国胃肠病学协会主席大卫•A.普拉博士（DavidA.Peura）则认为，两位获奖者的研究“革新了我们对溃疡性疾病的理解”并且“给千百万人带来了希望”。普拉博士回忆说，1983年他作为一名胃肠病学家还在军队服役，当时读到沃伦和马歇尔关于胃肠病的新观点时完全难以苟同，“我认为这简直就是狂妄。”但是，他承认他和他的同事对这个理论很感兴趣，很快他们就发现按沃伦和马歇尔的理论使用针对幽门螺旋杆菌的抗生素就能治愈他们的病人的溃疡。
普拉博士还说，“这个理论是如此有趣，以致很多人都试图反对它，但又办不到，所以我们所有人到后来不得不信服这个理论。”普拉博士是在沃伦和马歇尔到弗吉尼亚短期工作时认识他们并成为朋友的。
沃伦现年68岁，已经退休。他说长期以来标准的医学讲义都是，“胃是无菌的，由于胃内有腐蚀性的胃液，因此任何东西都不可能生长。所以每个人都相信胃里没有细菌。”他补充说，“当我说胃里有细菌时，没有一个人相信。”但是，经过十多年的时间检验，他的发现终于获得别人的接受。他在接受采访时谦虚地说，“我过去固然认为幽门螺旋杆菌是一个新的激动人心的发现，但是我并不认为这是一类可以获得诺贝尔奖的发现。”
马歇尔现年54岁，是西澳大利亚大学的一名教授，在接受记者采访时说，为了证实沃伦所说的幽门螺旋杆菌导致溃疡，他有意服下培养的幽门螺旋杆菌。结果，“我产生了呕吐并出现严重的胃部炎症，长达两周的时间。不过我并没有患上溃疡。”
物理奖：挑战更高的测量精确度
王义遒
2005年诺贝尔物理学奖授给了美国科学家罗伊•格劳伯、约翰•霍尔和德国科学家奥多尔•亨施，以表彰他们在光学领域做出的开创性贡献。其中，格劳伯因光学相干性的量子理论而独得奖金的一半，另一半由后两人共享，他俩在发展激光精密光谱学尤其是光频梳技术上有革命性的研究成果，使光频率测量取得了前所未有的精密度，达到18位数。
为什么要把诺贝尔奖授给他们，他们的研究工作有什么重要意义？
我们知道，光是人类认识世界的重要工具。我们能看到世界，靠的就是五颜六色的光。什么是光？光是一种电磁波。我们听广播、看电视、打手机，都是通过空中传播的电磁波做媒介来传递信息的。这种电磁波有振幅、频率和相位。光的亮度大，就是电磁波的振幅大，光有五颜六色，就是电磁波的频率不同，比如，蓝光的频率要比红光的高，而相位则是描写某一时刻收到的电磁波的形貌的。一个世纪以前，爱因斯坦提出了一种看法，说光也是一种粒子。光有能量，从电磁波的观点看来，光的能量表现在电磁波振幅的大小上，原则上可以从无穷小到无穷大。但爱因斯坦却说光的能量是一份一份的，有一个最小数，不能比这最小数再小了。这个最小数叫做“能量子”，或“量子”。所以，光也可以看成是由大量的“光量子”组成的。这种光量子后来就叫做“光子”。
电磁波和“粒子”在物理性质上有很大差别，在理论处理上也用很不同的方法。比如，把光作为电磁波，它的行为可用19世纪英国物理学家麦克斯韦提出的一组方程式来描写；而作为微观粒子，则需用量子力学来处理它们的变化规律。后来发展出一种理论，叫“量子电动力学”，它可以把电磁场也“量子化”起来，所以又叫“量子场论”。这样，似乎用这种理论就可以把电磁波和粒子统一起来了。不过，在激光器出现以前，人们并没有把两者的差别看得有多么了不起。普通光相位混乱，两束普通光合在一起，不能产生“干涉”现象，激光则有这种可能。这叫光的“相干性”。激光是高度相干的光，而普通光则很少或没有相干性。
在解释一些激光相干性和光电探测实验的时候，纯粹的经典波动理论就不管用了。格劳伯就把量子电动力学的理论应用到激光上来。他引进了一个叫做“相干态”的概念来描述相干的量子光场，并且发展了一套数学表示方法和计算理论。他用这种理论解释了一系列用电磁场光学理论所不能解释的光学现象，开辟了一门新的学科，叫做“量子光学”。这门学问后来得到许多科学家的开拓，有了长足的发展。现在用这种理论已经证实和预见了很多极有用的实验现象。例如，它给出了由“量子噪声”所限制的物理实验的测量极限；它提出了一种称为“压缩态”的特殊量子状态，利用这种状态可以使测量精密度大大提高。量子光学的发展产生了一系列新应用，像量子密码通信、量子计算等。这些技术为下一代通信和计算机技术的发展开辟了崭新的途径，对于未来科技的进步具有重大影响。
霍尔和亨施共享的另一半诺贝尔奖是关于精密光谱学的。我们知道，人类对原子、分子结构的认识主要是从光谱中得到的。光谱就是原子（分子）能吸收或发射不同颜色（频率）的光的系列。不同原子（分子）的光谱很不一样，这取决于它们内部结构（包括原子中电子的分布）和运动状态。好比医生可以用心电图去诊断心脏的结构和运动状态一样，科学家可以通过光谱来了解原子结构和运动状态。原子和原子核带有磁矩（好像小磁针一样）就是这
样发现的。我们对光谱了解得越细密，对原子结构和运动就知道得越清楚。因此，不断提高光谱的精密度是科学家长期奋斗的目标。霍尔和亨施相互独立地或共同合作地发展了许多精密光谱的实验方法。精密光谱是用频率确定的激光照射原子、分子系统而得到的。这里有一个前提，就是要求激光频率非常单一和稳定。但实际上激光频率总有一个分布范围，叫做“线宽”，而且总是随着时间而变化的。因此，要得到精密光谱首先要压缩激光的线宽，把激光频率做得非常稳定。在这方面，他们两人都取得了空前的成就。
精密的光谱测量不仅对了解原子结构有重要意义，而且对物理学甚至整个科学技术的发展还有更基本的意义。这就是它能确定一些物理常数，研究它们是否真正是“常数”，即看它们是否会随着时间的推移而有缓慢而微小的变化。这里，亨施通过测量氢原子光谱在确定一个对原子结构具有特殊意义的物理常数―――里德伯常数做出了创造性成就；而霍尔则测得了光速的值―――每秒299792458米。这个值现在已被国际科学界定为光速的“定义值”，它没有任何误差。由于原子钟的发展，时间是现在能测得最准确的物理量，国际上定义一秒是铯原子发出的一种电磁波的9192631770个周期的时间。根据这个定义值和“秒”长单位，国际计量局已把长度单位“米”定义为：1米是299792458分之一秒时间内光在真空中走过的路程。这样，精确测量长度就可以变成精确测量时间了。这无论对科学还是对工程技术都是十分有意义的。
霍尔和亨施之所以获奖还因为他们发明了“光频梳”这种光频测量的方法，这种光频测量为开发“光钟”奠定了基础。光钟就是光波频率的原子钟。利用精密光谱做成的光钟可以把定时的准确度和稳定度从现在无线电波原子钟的15位数提高到18位数。这样高水平的测量有什么用呢？举一个例子。上面说过，测量距离可以用测量时间来代替。现在的全球卫星定位系统（GPS）就是利用这种原理做成的。这个系统在天上有很多卫星，卫星上带有原子钟，时刻向地面和空间发送精密的时间信号，人们接收这种信号就能精确测定自己所在的位置和时间。如果现在我们可以精确定位到几米的数量级，利用光钟以后，就会定到毫米量级。这当然是极大的进步，对于航天和深空探测等事业，也是非常有意义的。将来，还可以利用这种钟的测量去探索引力波。所以说，光频梳的发明对科学测量具有革命性的意义。
总之，2005年的诺贝尔物理学奖在人类挑战测量极限上大大推进了一步，随着时间的推移，它对于整个科学技术进步的作用将越发明显地表露出来。
化学奖：揭秘烯烃复分解反应
胡跃飞
2005年10月5日，瑞典皇家科学院宣布由前法国石油研究所化学家肖万（YvesChauvin,1930～）、美国加州理工学院化学教授格拉布斯（RobertH.Grubbs,1942～）和美国麻省理工学院化学教授施罗克（RichardR.Schrock，1945～）三人共享2005年度诺贝尔化学奖，以表彰他们在烯烃复分解反应（Metathe sis）研究方面所做出的杰出贡献。在宣布仪式上，人们还看到一段有趣的舞蹈：两位男士组成的一对舞伴与两位女士组成的一对舞伴在跳动中首先结合成一个四人组成的环，然而当他们再次分开时便转换成为两对男女组成的舞伴。原来这是诺贝尔化学奖评委会主席阿尔伯格用一种特殊的方法在向大家形象地演绎烯烃复分解反应的含义。因此，自今年诺贝尔化学奖公布之后，烯烃复分解反应就被美誉为“交换舞伴的舞蹈”。
复分解反应的英文单词Metathesis是希腊文字meta（变化）和thesis（位置）的组合。化学复分解反应可以简单地用化学方程式AB+CD=AC+BD来表示。早在20世纪50年代就有人在烯烃聚合反应研究中观察到了烯烃复分解现象，他们发现丙烯在多组分钼催化剂的存在下可以生成相应的丁烯和乙烯。1965年又有人第一次在学术论文中引入了烯烃复分解反应的名词。在此前后的20多年间，烯烃复分解反应虽然已经在高分子化学工业中得到广泛的应用，但是人们并没有理解烯烃复分解反应发生的真正机理。
直到1971年，化学家肖万提出了金属卡宾引发机理，并用该机理解释了烯烃复分解反应中众多的化学现象。肖万认为多组分的金属催化剂首先形成了金属卡宾，然后引发了具有四步过程的烯烃复分解循环反应，人们称之为“肖万机理”。
在“肖万机理”中，金属卡宾中的金属原子与碳原子通过双键构成一对“舞伴”，烯烃分子通过双键构成了另一对“舞伴”。两对“舞伴”在“第一步”中首先结合成一个四员环。然后在“第二步”中分开时交换了“舞伴”，形成了新的烯烃分子“舞伴”和新的金属卡宾“舞伴”。后者在“第三步”中再次与烯烃分子“舞伴”结合成一个四员环，接着在“第四步”中分开时再次交换“舞伴”。当这个“四步舞曲”完成之后，原料烯烃分子被转化成了产物烯烃分子。
烯烃复分解反应重要的商业价值和美妙的“肖万机理”的提出，使得学术界明确了下一个共同的研究目标，就是获得具有确定结构的烯烃复分解反应的金属卡宾催化剂。1990年施罗克教授非常幸运地获得了第一个结构确定的金属钼催化剂，该工作证明了肖万提出的“交换舞伴”机理的正确性。虽然施罗克催化剂在烯烃复分解反应中表现出高度的反应活性，但是对反应条件要求苛刻和缺乏令人满意的化学选择性。
1992年格拉布斯教授获得了第一个结构确定的金属钌催化剂。
1995年，经过结构修饰后的“第一代格拉布斯催化剂”面世。该催化剂对水气和空气稳定，适合实验室的正常操作。它催化的反应具有较高的化学选择性，但缺乏令人满意的反应活性。1999年“第二代格拉布斯催化剂”面世并商品化，其选择性和反应活性相互兼顾几乎达到完美的程度。
所有的有机化合物都含有碳元素，碳原子通过形成碳链构筑出结构各异的有机化合物的骨骼。地球上所有的生命存在都基于这些有机化合物，服务于人类的有机化合物（例如淀粉、氨基酸、葡萄糖、中药有效成分、纤维等等）主要来自于自然界的动植物。但是，它们也可以通过有机合成化学的方法在化学实验室来制造。碳链的生成是有机合成化学永恒的研究主题，也是对有机化学家研究能力的最大挑战。有机化学发展历史上，碳链生成的著名反应，例如Grignard反应、Deals-Alder反应和Wittig反应均先后获得诺贝尔化学奖。2000年以后，烯烃复分解反应已经被公认为是碳链生成反应的第五个里程碑，所以，2005年度诺贝尔化学奖授予在烯烃复分解反应研究中作出杰出贡献的三位化学家是在人们的期盼和意料之中的。
尽管如此，人们还是对烯烃复分解反应在催化剂制备方法突破后的15年间所获得的巨大学术成就、商业价值和社会价值感到震撼。例如“壳牌公司”以烯烃复分解反应为关键技术有效地将资源丰富但不易储存的气体乙烯转变成用途更广的长链液体烯烃，从而大大地增加了人类对有限的天然资源的有效利用。最近报道，用烯烃复分解反应获得的二环戊二烯聚合材料在1.5英寸的厚度就可以抵抗9mm口径子弹的穿透，这一结果给烯烃复分解反应在新型材料研究中的应用留下了足够的遐想空间。又例如：由于“格拉布斯催化剂”的商品化，烯烃复分解反应被广泛地应用于有机合成。许多结构复杂的药物合成在烯烃复分解反应条件下可以简单而有效地完成。在这些化学反应中原子得到了有效的利用，副产物得到有效的控制，让世人看到了逐步实现环境友好的“绿色化学”的美好前景。最有趣的是利用烯烃复分解反应不仅可以从基本化工原料中一步得到市场价格昂贵的OLR昆虫（一种以多种果树叶为食的有害昆虫）信息素，而且合成的OLR昆虫信息素中顺反异构体的比例竟然与从OLR昆虫体内获得的样品完全吻合。使用合成的OLR昆虫信息素诱骗雄性成虫聚集后进行扑杀，就中断了昆虫的生活周期链。这种高度选择性地消灭OLR昆虫的方法，由于不使用有毒农药，不仅没有环境污染，而且不对其他有益昆虫产生任何影响。
人类在地球上从事的所有活动其最终目的都是为了人类的生存和延续，科学研究的最终意义是为了提高人类生存和延续的质量。本年度诺贝尔化学奖获得者的科学研究工作已经并继续有益于人类的民生、健康和环境，所以他们获得化学研究的最高荣誉―――诺贝尔化学奖
是当之无愧的。
早在化学合成大师们在实验室合成出维生素B12和富勒烯等等具有美妙结构的化合物时，人们就高度赞誉化学合成不仅仅是一门科学，也是一门艺术。烯烃复分解反应再次向我们展示，化学合成是一门独特的艺术―――分子的艺术。肖万、格拉布斯和施罗克三位化学家共同谱写了一曲烯烃分子的“四步舞曲”，并且指挥烯烃分子按照“四步舞曲”的旋律跳起了“交换舞伴的舞蹈”。
（《百科知识》2005年第11期）
