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史上10项伟大贡献却惨遭诺贝尔奖冷落

博科园  · 公众号  ·  · 2018-01-09 22:00

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【博科园-科学科普】在科学领域,进步往往是巨大的飞跃。事后看来很容易就能找出导致这一重大发现的数百个小步骤,但革命似乎同时发生。 然而并不意味着那些对这些突破性发现人总是被正确认识 。最负盛名的科学奖项无疑是诺贝尔奖,但即使是这些奖项,也让一些最值得尊敬的候选人受到了冷遇。

阿尔弗雷德·诺贝尔(Alfred Nobel)是炸药的发明者,拥有355项专利,并于1895年成立,他希望发展诺贝尔奖的基金以及规则等。1896年他去世后,这个奖自1901年以来每年颁发一次,唯一的例外是挪威在二战期间被占领。图片:Nobel Media AB 2016


在颁奖典礼上,有谁应该被提名和谁被冷落?谁可以获得诺贝尔奖?但有被委员会冷落的科学家?有这么多值得考虑的候选人……下文是作者挑选的十大科学家(没有特别的顺序)令人难以置信的发现和贡献,也从未被授予他们应得的认可。


TOP1、塞西莉亚·佩恩(Cecilia Payne)


所有恒星中最热的o型星在许多情况下实际上都有较弱的吸收线,因为表面温度足够高,它表面的大部分原子能量都太大了,显示出吸收的特征原子跃迁。图片:NOAO/AURA/NSF, modified by E. Siegel


因为她发现了星星是由什么组成的。我们今天知道当物质被加热时电子跃迁到更高能级,并且有足够的能量就会被电离。也知道恒星具有不同的光谱特征和吸收/发射线,这取决于恒星的颜色(不同颜色代表不同恒星)。


但是在1925年,塞西利亚·佩恩把温度、颜色和电离的现象结合在一起,根据恒星的光谱线条的强度来确定它们是由什么构成的。虽然含有与地球相同的元素,但氦含量是地球的数千倍,而氢气的含量是地球的几百万倍。尽管她获得了博士学位论文的赞誉,但她的导师亨利·诺里斯·拉塞尔甚至获得了该奖项的提名。


TOP2、门捷列夫


元素周期表是按照自由/被占据价电子数来排序的,这是决定其化学性质的第一个因素。反过来,这是由原子核中的质子数决定的,这就是门捷列夫如何将他的元素周期表分类的原因。图片版权:Wikimedia Commons user Cepheus


门捷列夫(Dmitri Mendeleev)创建了元素周期表,第一批诺贝尔奖是在1901年颁发的,而门捷列夫发现了如何以周期性组织元素(通过占据电子层的价电子数量)而制造出第一个精确的方案来预测它们应该在哪里发生。当发现新的元素时,每一个都恰好符合门捷列夫的预言。


尽管门捷列夫在1905年和1906年被提名,但以一名委员会成员说:因为他的发现“太老了,太出名了”而被拒绝。与此同时,1906年的诺贝尔奖实际上颁给了亨利·莫伊斯桑,因为他发现了一种新元素,但门捷列夫就是这样预测的…。门捷列夫死于1907年,未获得诺贝奖。


TOP3、吴建雄


奇偶性,即镜像对称,是宇宙中三种基本对称之一,同时具有时间反转和电荷共轭对称。如果粒子在一个方向上旋转,沿着一个特定的轴衰变,那么在镜子中翻转它们就意味着它们可以沿同一轴向相反的方向旋转。这是被观察到的不是弱衰变的情况,第一个迹象表明粒子可能具有内在的“手性”,这是吴建雄发现的。图片版权:E. Siegel / Beyond The Galaxy


吴建雄发现了宇宙中粒子的“手性”性质。20世纪50年代,物理学家才刚刚开始了解粒子的基本性质。会旋转的衰变粒子会倾向于衰变产物吗?如果自然遵循镜像对称(平价)的规律就会遵守。但是理论家李政道和杨振宁认为在某些情况下可能不会。


吴建雄着手测试,观察钴60在强磁场中的放射性衰变。当电子(衰变产物)表现出一个优选的方向时,直接表明粒子在弱相互作用下具有固有的旋向性(并且违背了奇偶对称性)。1957年的诺贝尔奖正是为了这个发现而颁给了李和杨,而吴被忽略了。


TOP4、约瑟夫·斯旺和(或)托马斯·爱迪生


1879年由托马斯·阿尔瓦·爱迪生(Thomas Alva Edison)发明的早期纸灯白炽电灯泡的照片。标题上写着:1870年爱迪生著名的马蹄形灯丝灯。图片版权:William J. Hammer


约瑟夫·斯旺和(或)托马斯·爱迪生发明了电灯泡。虽然有许多理论和实验上的奖项和遗漏,但诺贝尔奖是明确包括发明家和发明,并且很少有发明对社会产生了影响,才致使了我们现代电网和社会。尽管爱迪生一直活到20世纪30年代,但这个奖项却从未被认为是现代历史上最伟大的科学灵感的象征。


TOP5、维拉·鲁宾和肯·福特


三角形星系M33的延伸旋转曲线。这些旋涡星系的旋转曲线引入了暗物质的现代天体物理概念。图片版权:Wikimedia Commons user Stefania.deluca


维拉·鲁宾和肯·福特在星系中发现暗物质。是什么构成了宇宙?如果你在50年前问这个问题,人们会把原子和亚原子粒子作为答案。当然可以解释宇宙需要的所有引力,即使是弗里茨·兹维基(Zrity Zwicky)的星系团也可能具有气体,尘埃和等离子体来弥补这个缺失的质量。


但是随着单个星系和它们旋转的方式,这是不可能的。鲁宾和福特仔细分析了各个星系是如何旋转的,这表明正常物质可以解释更多的引力,使暗物质问题成为主流。现在人们普遍认为暗物质是我们宇宙的一个重要组成部分,但是鲁宾在等待了45年的诺贝尔奖之后依然遗憾的于去年去世了…。


TOP6、弗雷德·霍伊尔


这个剖面图展示了太阳表面和内部的各个区域,包括核心,也就是核聚变发生的地方。随着时间的推移,核心的氦燃烧区域扩大,导致太阳的能量输出增加。图片版权:Wikimedia Commons user Kelvinsong


弗雷德·霍伊尔理论工作预测恒星核合成是重元素的起源。宇宙中的重元素从何而来?乔治·伽莫夫(George Gamow)将宇宙大爆炸(Big Bang)称为可以创造所有元素的熔炉时,霍伊尔(Hoyle)就看到了另一个来源:恒星本身。通过仔细而复杂的核物理计算,他确定了一系列过程,通过这些过程可以在恒星的内部一点一点地构建出所有元素。甚至确定了关键的第一步的机制:三个氦-4核可以融合成碳-12,这被威利·福勒在实验室中所证实的预测。但福勒于1983年被授予诺贝尔奖时,霍伊尔却被冷落,这是诺贝尔史上的重大遗憾之一。


TOP7、乔斯林·贝尔-布内尔(Jocelyn Bell-Burnell)


1967年乔斯林·贝尔(现在的乔斯林·贝尔-伯内尔)发现了第一颗脉冲星:一颗明亮的、有规律的射电源,我们现在知道它是一个快速旋转的中子星。图片版权:Mullard Radio Astronomy Observatory


乔斯林·贝尔-布内尔,因为她发现了第一颗脉冲星。早在1933年,就有人对超新星进行了脉冲星的预测,1974年诺贝尔奖颁给了马丁·里尔(Martin Ryle)和安东尼·休伊(Anthony Hewish)。然而,霍维斯的学生乔斯林·贝尔却是真正发现了脉冲星的人,并把它的有趣信号作为一个特别重要的对象。弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)和托马斯·戈德(Thomas Gold)把最后的作品放在一起,说贝尔的发现确实是一个旋转的脉冲中子星,认为她应该被列入奖项。


尽管她谦逊,她说:我相信,如果诺贝尔奖被授予研究生,除非是非常特殊的情况,否则将会贬低诺贝尔奖,我不相信这是其中之一。这是一个例子,而她在诺贝尔奖上的疏忽也是一个错误。


TOP8、莉泽·迈特纳(Lise Meitner)


铀235链式反应既导致了核裂变爆炸,也产生了核反应堆内的能量。图片版权:E. Siegel, Fastfission / Wikimedia Commons


莉泽·迈特纳(Lise Meitner)因为她发现了核裂变。也是奥托·哈恩(Otto Hahn)的终身紧密合作者,他在1944年被授予诺贝尔化学奖,因为他发现了核裂变,这是完全不公正的。其贡献比哈恩的贡献更为重要,因为她并不是哈恩。最重要的是,她不得不忍受在20世纪30年代在纳粹德国对犹太人不可思议的不公正,尽管哈恩,海森堡等人对此充耳不闻。


在1938年逃离德国之后,继续与哈恩通信,指导他完成制造核裂变的关键步骤。尽管她的贡献非常宝贵,然而哈恩从来没有把她列为共同作者。尽管尼尔斯·玻尔提名莉泽·迈特纳和哈恩获得诺贝尔奖,但诺贝尔奖却仅授予哈恩一人。莉泽·迈特纳(Lise Meitner)去世后,她的墓碑上刻着一个简单的句子:Lise Meitner,一个从未失去人性的物理学家。


TOP9、玻色(Bose)


电子能态为中性氧原子的最低可能能量构型。因为电子是费米子而不是玻色子,即使在任意低的温度下,它们也不能全部以地面(1s)的状态存在。然而,玻色子都可以占据能量最低的状态,因为它们的粒子属性不服从排斥性规则。图片版权:CK-12 Foundation and Adrignola of Wikimedia Commons


玻色(Bose)发现了和描述玻色子,包括其统计特性。如果你试图把原子推到一起,那么你能得到它们的距离是有限的,因为泡利不相容原理,它阻止了两个粒子占据同样的量子态。但是这个规则只适用于费米子,一类特殊的粒子还有一些玻色子,它们不遵守这条规则,是由萨蒂亚·博斯(Satyendra Bose)发现的。玻色(Bose)为诺贝尔物理学奖的物理学做出了许多贡献,包括他对玻色子统计学(现称为玻色 - 爱因斯坦统计学)的描述,以及建立如玻色 - 爱因斯坦凝聚体的凝聚体。


正如Jayant Narlikar所言:玻色的粒子统计工作(c.1922),澄清了光子的行为,为微观系统的统计新观点打开了大门,这些观点遵循量子理论的规则,是20世纪的十大成就之一,这位印度科学家玻色可以考虑在诺贝尔奖上。虽然多个诺贝尔奖得主都是在基于玻色的玻色子的系统研究而获得。但近在2001年,玻色(Bose)仍然是最伟大的科学家之一,他也从未因其杰出的工作而获诺贝尔奖。


TOP10、乔纳斯·索尔克(Jonas Salk)

来自2000年论文“脊髓灰质炎病毒受体与脊髓灰质炎病毒的相互作用”的脊髓灰质炎病毒血清型1(Mahoney)结合CD155的示意模型。tup banq :Fvasconcellos / Wikimedia Commons


乔纳斯·索尔克(Jonas Salk)为研制脊髓灰质炎疫苗。虽然今天对我们来说似乎是陌生的,但脊髓灰质炎是一种疾病,但是小儿麻痹症每年导致1300~2000万人瘫痪,直到乔纳斯·索尔克(Jonas Salk)研究出几乎根除它的疫苗。索尔克出色地结合了最近的一些发现,将它们应用于制造脊髓灰质炎病毒疫苗,并在1955年和1956年获得了该奖项的提名。


然而,诺贝尔委员会的一名成员斯文·加德博士发表下声明:索尔克没有在他的方法的发展中引入任何主要是新的,只是利用别人的发现…因此,索尔克关于脊髓灰质炎疫苗不能被认为是值得获奖的。索尔克的生物研究所已经成为他的遗产,他在生理学和医药学方面培养了5位诺贝尔奖得主,但他在1995年去世,也就永远地不会被授予诺贝尔奖了…。


1950年诺贝尔生理学或医学奖颁给了梅奥诊所(Mayo Clinic)(正面)。图片版权:Erik Lindberg (designer); Jonathunder / Wikimedia Commons (photographer)


还有许多人应该获得诺贝尔奖,如罗莎琳德·富兰克林、大卫·威尔金森和罗恩·德雷弗,但他们在获得诺贝尔奖之前就去世了。由于获奖规则的缘故,给这些令人难以置信的科学家适当授予诺贝尔奖为时过晚,但是认识到他们对我们所了解的这个宇宙所做出的难以置信的贡献永远不会太迟。让我们祝贺这些最值得的敬仰科学家们,并记住他们所做的卓越的工作,以及他们的发现是如何在一些最伟大的方式上推动人类进步的!更重要的是向他们对科学探索的精神所学学习。


知识:科学无国界,博科园-科学科普

作者:Ethan Siegel(天体物理学家)







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