分子馬達發明

1. 納米技術能製作治病機器人嗎

美國著名的科幻小說作家艾薩克·阿西莫夫1965年曾經寫過一本科幻小說，名字叫《奇妙的航程》。小說中幻想一些科學家把一艘由人操控的潛艇微縮後，讓潛艇進入人體進行了一段奇妙的旅行。今天，我們還是沒能發明微縮術，可是製造出微小的機器進入人體已經成為科學家研究的目標。

科學家設想這樣製造出來的納米機器人可以在病人的血流中前進，追捕患病細胞，穿透其細胞膜並釋放精確定量的葯物，隨時清除人體中的一切有害物質，激活細胞能量，使人不僅僅保持健康，而且延長壽命。這種機器人還能夠從動脈壁上清除脂肪等沉積物。這不僅會提高動脈壁的彈性，還會使通過動脈的血液流動狀況得到改善。血栓會在人體的要害部位阻塞血流，導致重要臟器的損傷。納米機器人可以在這些血塊未堵塞血管、尚處在流動中時，把它們打成小碎片，使其對機體的損傷大大降低。納米機器人還可用來清除創傷和燒傷。它們的大小使它們在清除切割傷等傷口附近的垃圾和異物時變得很有用，在燒傷時也是這樣。它們可以從事比常規技術更復雜的工作，造成的損傷卻非常的小。納米機器人可以用來清除人體內的其他微生物。它們很適宜清除一些微小的寄生蟲、修復關節、加強骨組織、去除疤痕組織等，看來它真的是神通廣大。此外，這種微小的機器人還可以時刻不停地監測我們身體里的各種信息，就好像我們身邊始終跟著一個醫生氣樣。

艾滋病是目前醫學上的難題，可在未來的某一天，醫學科學家把它交給了一種納米機器人，讓這些納米機器人進入人體的細胞裡面，發起全方位的攻擊，徹底清除這萬惡的病毒，挽救人的生命。人們把它稱為「神醫」。原因挺簡單，醫生並沒給病人動手術、開葯方，而是把這種機器人注入到病人的血液中。這個微型機器人不斷在病人的血液中遊走，及時地捕捉病毒。結果病人很快痊癒，稱納米機器人為「神醫」真是當之無愧。

試想不久的將來一位高級工程師患了腦血栓。醫生採用了一種獨特的治療方法：他把一根極其纖細的微型導管先插入病人大腿，然後將其慢慢引向腦血管。微型導管上的診斷激光束如同一位高明而又細心的大夫沿著腦血管仔細地搜索檢查。忽然間，診斷激光束發現了在前進的道路上有腦血管瘤等堵塞物，此時微型導管上的氣囊立刻自動膨脹起來，迅速將導管固定住，讓治療激光束立刻對堵塞物進行「轟擊」清除。治療效果自然是令人滿意的，這也是目前普通葯物無法企及的。

以上所描述的情景已不再是什麼幻想，而是納米技術在醫學領域中即將成為現實的事情。目前，醫學專家正對微型機器人在醫療領域的應用全力攻關。20世紀。90年代初，當用硅製作的微型馬達出現時，各國的醫學專家就考慮到它的各種應用。前些年，直徑約0.2毫米的微型靜電馬達乃至直徑更小的超微型靜電馬達就已研製成功，使得用納米機器人來治療各種疾病的技術日臻成熟。美國貝爾實驗室研製成功的一種微型氣輪機，是一種帶有旋轉葉片的電機。它的體積非常小，看上去只是一個小黑點，只有藉助顯微鏡才能看清它。但由於超微電機實在太小，以至於滯留於其氣輪葉片間的物質分子也重到足以引起強大的阻力，從而減緩電機的轉速。即使用一個注射器針頭輕輕一吹，它也能以每分鍾24000轉的速度快速旋轉起來。

納米技術與生物仿生學及醫學的融合交叉，已取得了一些輝煌的成果，如分子馬達的發明，用DNA的密碼原理開始研製智能納米機器人。

納米技術與生物學的結合將對21世紀的人類生活產生不可估量的影響。想二想近10年來信息技術的迅速發展，生物科學技術中對基因的認識，產生了轉基因生物技術，可以治療頑症，也可以創造出自然界不存在的生物。信息科學技術使人們可以坐在家中便知天下大事，網際網路如同幻夢般地改變人類的生活方式，就不難想像納米技術與生物學的結合將怎樣改變現代醫學和農業的面貌。我們的生活方式正因納米技術向生物學的滲透而面臨著巨大的變革。

「納米技術有著不可限量的潛力，它甚至會超過計算機或基因技術，成為2l世紀的決定性技術。」這是某位著名分析家所說的話。此話的確道出了新世紀科學發展的一個重要趨勢。

仿生學是根據生物學原理而進行的，它是生物物理學的一個重要分支。物理學家總是模仿生物的行為製造各種靈巧的機器。飛機是模仿鳥類飛行的產物，照相機是眼睛的仿製品，智能機器人更是當前科學家熱衷發展的技術。

當納米技術朝仿生學滲透時，其基本內容就是研製微型機器人，製造一些僅由數千個原子組成的機器人，使它們可以在細胞水平的微小空間內開展工作。

微型機器人的設計是基於分子水平的生物學原理。事實上，細胞本身就是一個活生生的納米機器，細胞中的每一個酶分子也就是一個個活生生的納米機器人。

蛋白分子構象的變化使酶分子中不同結構域的動作就像微型機器人在移動和重新安排有關分子中的原子排列順序。細胞中的很多結構單元都是執行某種功能的微型機器：核糖體是按照基因密碼的指令安排氨基酸順序製造蛋白質分子的加工器；加工好的蛋白質可以按照信號肽的指令由膜囊泡運送到確定的部位發揮功能；完成了功能使命的蛋白質還會被貼上標簽，送去水解成氨基酸以備再用。細胞的生命過程就是一批又一批的功能相關的蛋白質組群不斷替換、更新行使功能的過程，這些生命過程所需的一切能量來自太陽。植物葉子中的葉綠體是把太陽能轉化成化學能從而製造糧食的加工廠；線粒體是把能量物質中儲存的太陽能釋放出來從而製造能量ATP(直接為生命提供能量的分子)的車間；我們每人每天都要消耗相當多的ATP分子，來維持生命活動和繁忙的工作。細鏟，8中發生的所有這一切都是按照DNA分子中的基因密碼序列的指令井然有序地進行的。

瑞典已經開始製造微型醫用機器人。據報道，這種機器人由多層聚合物和黃金製成，外表類似人的手臂，其肘部和腕部很靈活，有2～4個手指、實驗已進入能讓機器人撿起和移動肉眼看不見的玻璃珠的階段。科學家希望這種微型醫用機器人能在血液、尿液和細胞介質中工作，捕捉和移動單個細胞，成為微二型手術器械。

納米拒技術與仿生學的結合可以使生物物理學家仿照生命過程的各個環節製造出各種各樣的微型機器人。可以預料，直接利用太陽能製造食物的機器很可能將在21世紀出現；利用納米技術可以製造在血管中遊走的機器人，以便專門清除血管壁上沉積物，減少心血管疾病的發病率；利用納米技術還可以製造能進入組織間隙專門清除癌細胞的機器人，所有這些都已不再天立夜譚。

在小型化方面，科學家不僅造出了像微生物那樣大的精巧裝置，而且還使這些裝置能夠運動。

美國國家航空航天局資助的研究人員最近啟動了一個項目，目的是；把這個納米機器人真的變為現實。如果項目成功，這艘由科學家開發的「船」——稱為「納米微粒」或「納米膠囊」——就能使另一個科幻故事成真：載人火星探測以及其他的長期太差生活。

當研究人員的主要注意力都集中在太空應用時，納米微粒也擁有了在醫學(特別是治療癌症)等領域的潛在價值。把治療腫瘤的葯物直接導人癌細胞的迫切需要已經在醫學領域掀起了對納米微粒的廣泛興趣，因為這能避免化療的副作用。這些納米微粒的作用是引入了一種新的治療方法——實際上是進入一個個單獨的細胞……並將其修復，如果細胞的損害過於嚴重，就乾脆殺死這些細胞。

他們研製的項目將集中在與癌症有關的問題上——尤其在飛往月球或火星的旅途中，飛船脫離了圍繞地球的由巨大磁場構成的保護傘，宇航員在太空中會受到高劑量輻射，這可能引發癌症。

甚至在宇宙飛船上使用的防輻射的先進材料也不能將宇航員與太空中的高能輻射完全隔離開來；這些高能宇宙射線像極細小的子彈一樣能穿透宇航員的身體，處於其飛行軌跡上的分子會被擊碎。一旦細胞內DNA因輻射而損壞，細胞就不能正常地行使功能，有時會癌變。這是一個重要的問題，如果人類要在太空中生活，我們就必須知道如何更好地使他們免受輻射之害。

因為獨立地防護也許並不能解決問題，粒子學家必須找到某種使宇航員自身能抵抗輻射危害的方法。納米微粒是第一流的解決方案。這些運葯小船的長度僅有幾百納米，比細菌小得多，甚至比可見光的波長還要短。用一隻皮下注射針頭進行的簡單注射能把成千乃至上百萬的這種小船注入人體血流中。一旦進入血流，納米微粒能比人體內的普通細胞信號系統更有效地找到被輻射損壞的細胞。

數以萬億計的人體細胞靠外層膜上的復雜分子進行相互識別和通信。這些分子就像化學「旗幟」一樣與其他細胞通信，在控制血流中的分子(如荷爾蒙)能否通過時，它們又起著化學閘門的作用。

細胞被輻射損壞時，它們會在特定種類的蛋白質上產生一個標記，這標記會體現在細胞的外表面上。細胞就這樣告訴其他細胞說：「嗨，我受傷了。」通過向納米微粒的外表面植入可以識別細胞標記的分子，科學家能夠為納米微粒「制定任務」使其找出那些受輻射損害的細胞。

如果輻射造成的損傷很嚴重，納米微粒會進入受損細胞並釋放一種酶使細胞「自動破壞DNA序列」。或者，它們能釋放DNA修復酶以嘗試修理細胞，使其恢復正常功能。

如果這種納米微粒研究成功，那麼人類在太空中就不怕各種射線的輻射了，其時，移民太空將成為可能。

2. 2016諾貝爾化學獎「分子機器」，為什麼會是分子機器

據諾貝爾官網消息，斯德哥爾摩當地時間5日中午，2016年諾貝爾化學獎在瑞典皇家科學院揭曉，讓-皮埃爾-索維奇，J-弗雷澤-斯托達特爵士和伯納德-L-費林加三位科學家分享該獎，以表彰他們在「合成分子機器」方面的研究。

1991年，斯托達特爵士進行了第二步。他分解出了輪烷。他將分子環纏繞在很細的分子軸上，表明分子環可以沿著分子軸移動。他的實驗基於輪狀化合物，包括分子起重機、分子肌和分子級別的電腦晶元。

伯納德-L-費林是第一個做出了分子馬達的人。1999年，他得到了一個可以沿著一個方向持續旋轉的分子馬達葉片。他可以用分子馬達旋轉一個玻璃量筒，這個量筒是分子馬達的1萬倍大。他還設計了一個納米汽車。

3. 中國科學家的資料

朱棣文

(2004-02-06)

朱棣文院士於民國卅七年二月二八日生，籍貫為 江蘇省太倉縣。專習物理應用物理(原子物理)； 1970年畢業於羅徹斯特大學，獲數學學士和物理 學學士；1976年獲加州大學伯克利分校物理學博 士。博士論文是〃原子鉈的禁戒M1躍遷 62P1/2- 72P1/2 的測量〃，博士指導老師是康明斯教授。 目前現職於美國史丹福大學物理學和應用物理教 授授。

得獎作品

發展利用雷射冷卻與捕捉原子方法

對科學研究之影響

用類似的技術，還可以用來研究DNA或者其他聚合鏈的機械性質。當年他還在貝爾實驗室時就發明了一種「光學鑷子」(optical tweezer)，這有點像星際大戰中的拖曳光束，可以用雷射來操縱微小物質，包過細菌、DNA等等。他們也研究過號稱為「分子馬達」(molecular motor) 的肌蛋白細胞的收縮。此技術當然也可以在不破壞細胞膜的情況下，操控細胞內的物質，或在密閉容器內處理稀有元素或者放射性元素了。
丁肇中

(2004-02-06)

丁肇中祖籍山東日照縣；1936年出生於美國密西根州安阿堡（Ann Arbor）；父親是丁觀海，母親是王雋英，他在台北讀中學，在密西根大學讀大學本科與研究院，於1962年獲博士學位；自1967年起執教於麻省理工學院。丁教授在粒子物理學中有許多卓著的貢獻，最有名的是1974年J粒子的發現，這項發現導致粒子物理學走入了新的方向，也因此而獲得1976年諾具爾物理獎。 此外，他對量子電動力學之精確性、輕子的性質、矢量粒子的性質、膠子噴注現象，Z-γ之干涉等問題的研究都是十分重要的貢獻。 近年來丁教授組成並領導一實驗組，積極建造L3探測器，將於1988年起在西歐中心（CERN）的LEP加速器上做實驗，這是一項極大的計劃，動員了世界各國四百多名實驗物理學者，探測器建造費用將超過一億美元。丁教授是當代最傑出的實驗物理學家之一。他的工作特徵是方向明確果斷，計劃周詳嚴謹。

得獎作品

發現新的重基本粒子：J/Ψ粒子(現稱J粒子)

楊振寧

(2004-02-06)

安徽省合肥縣人，民國十一年八月二十二日出生。一九二八年就讀廈門國小、一九三三年就讀北平崇德中學、一九三八年插班昆明昆萬中學高中二年級、並以高二的同等學歷，考取當時由清華、北大、南開三個大學合並的西南聯大的化學系，後來改念物理系。一九四二年西南聯大畢業、一九四四年西南聯大研究所畢業、一九四五年在西南聯大附中教學後赴美、一九四八年夏完成芝加哥大學博士學位一九四九年秋天普林斯頓大學研究、一九五七年獲諾貝爾物理獎、一九五八年當選中央研究院院士、一九六五年應紐約州立大學校長托爾邀請籌備創立石溪分校研究部門、一九六六年離普林斯頓赴紐約州立大學石溪分校主持物理研究所，擔任教授至今。

一九五七年，和李政道合作推翻了愛因斯坦的「宇稱守恆定律」，獲得諾貝爾物理獎學金。他們這項貢獻得到極高評價，被認為是物理學上的里程碑之一。盡管他們早已入了美籍，但也是「美籍華人」，消息傳來，中國人無不引以為傲。楊氏也是以曾經接受中國文化的薰陶為自傲的，那年他們在接受諾貝爾獎金的時候，由他代表致辭，最後一段，他說：「我深深察覺到一樁事實，這就是：在廣義上說，我是中華文化和西方文化的產物，既是雙方和諧的產物，又是雙方沖突的產物，我願意說我既以我的中國傳統為驕傲，同樣的，我又專心致於現代科學。」 在教了十七年書之後，楊氏於一九六六年，離開普林斯頓大學，前往紐約州立大學石溪分校主持理論物理研究所的研究工作。他認為是自己「走出象牙塔」，重新出發，科學界人士對他再度獲得諾貝爾獎的可能性，抱持期待與樂觀。楊夫人杜致禮女士，出生名門，為杜聿明將軍掌珠，專攻文學，中英文造詣均佳，曾在台灣教過英文，在美國紐約州立大學石溪分校教中文，言談舉止富書卷氣，育子女三人，老大楊光諾電腦工程師，老二楊光宇，化學家，楊又禮，醫生。

得獎作品

發現弱相互作用宇稱不守恆原理：宇稱守恆如在弱相互作用中不成立，宇稱概念就不能用在θ和τ粒子的衰變過程中，因此可以認為θ和τ粒子是同一粒子。

對科學研究之影響

楊振寧和李政道的理論，推翻了物理學上屹立不移三十年之久的宇稱守恆定律。這一發現，使瑞典皇家科學院立即將一九五七年 的諾貝爾物理獎，頒發給楊振寧和李政道兩位博士，因為他們指正了過去科學家所犯的嚴重錯誤，更開啟基本粒子「弱交換作用」一些規則的研究，使人類對物 質構造內層的認識邁進一大步。 李政道

李政道（1926～）美籍華裔物理學家。1926年11月25日生於上海，抗戰時期在國立浙江大學（當時在貴州省）和國立西南聯合大學學習。1946年赴美國芝加哥大學深造，1950年獲博士學位。1950－1951年在加利福尼亞大學（伯克利分校）任教，1951－1953年在普林斯頓高級研究院工作，1953－1960年在哥倫比亞大學工作（1955年任副教授、1956年任教授），1960－1963年任普林斯頓高級研究院理論物理學教授，1963年起任哥倫比亞大學教授。美國科學院院士。

李政道1956年和楊振寧合作，解決了當時的θ－τ之謎——就是後來稱為的K介子有兩種不同的衰變方式：一種衰變成偶宇稱態，一種衰變成奇宇稱態。如果弱衰變過程中宇稱守恆，那麼它們必定是兩種宇稱狀態不同的K介子。但是從質量和壽命來看，它們又應該是同一種介子。他們通過分析，認識到很可能在弱相互作用中宇稱不守恆，並提出了幾種檢驗弱相互作用中宇稱是不是守恆的實驗途徑。次年，這一理論預見得到吳健雄小組的實驗證實。因此，李政道和楊振寧的工作迅速得到了學術界的公認，並共同獲得了1957年諾貝爾物理學獎。

李政道的研究領域很寬，在量子場論、基本粒子理論、核物理、統計力學、流體力學、天體物理方面的工作也頗有建樹。1949年與羅森布拉斯和楊振寧合作提出普適費米弱作用和中間玻色子的存在。1951年提出水力學中二維空間沒有湍流。1952年與派尼斯合作研究固體物理中極化子的構造。1954年發表了量子場論中的著名的"李模型"理論。1957年與奧赫梅和楊振寧合作提出電荷共軛不守恆和時間不反演的可能性。1959年與楊振寧合作，研究了硬球玻色氣體的分子動理論，對研究氦Ⅱ的超流動性作出了貢獻。1962年與楊振寧合作，研究了帶電矢量介子電磁相互作用的不可重正化性。1964年與瑙恩伯合作，研究了無（靜止）質量的粒子所參與的過程中，紅外發散可以全部抵銷問題，這項工作又稱李－瑙恩伯定理。20世紀60年代後期提出了場代數理論。70年代初期研究了CP自發破缺的問題，又發現和研究了非拓撲性孤立子，並建立了強子結構的孤立子袋模型理論。70年代後期和80年代初，繼續在路徑積分問題、格點規范問題和時間為動力學變數等方面開展工作；後來又建立了離散力學的基礎。

李政道十分關心中國物理學的發展，自1972年起多次回中國訪問講學。1980年以來，他發起組織美國幾十所主要大學在中國聯合招收物理學研究生，為培養中國青年物理學家作出了貢獻。他受聘為暨南大學、中國科學技術大學、復旦大學、清華大學等校的名譽教授，中國科學院高能物理研究所學術委員會委員。

李政道
(Tsung-Dao Lee)
美國物理學家。1926年11月25日生於中國上海市，原籍江蘇蘇州。1944-1946年先後就讀於浙江大學、西南聯合大學。1946年入美國芝加哥大學物理系研究院學習，1950年6月獲哲學博士學位。1953-1960年歷任美國哥倫比亞大學助理教授、副教授、教授，1960-1963年任普林斯頓高等研究院教授，1964年至今任哥倫比亞大學費 米物理教，1984年至今任哥倫比亞大學「大學教授」。

李政道教授曾獲:諾貝爾物理學獎(1957)、愛因斯坦科學獎(1957)、法國國立學院布德埃獎章(1969, 1977)、伽利略· 伽利萊獎章(1979)、義大利共和國最高騎士勛章(1986)、埃. 馬諾瑞那愛瑞奇科學和平獎(1994) 等。他是 美國藝術和科學院院士(1959)、美國國家科學院院士(1964)、義大利林琴科學院院士(1986)和台灣「中央研」院士(1957)。

李政道教授關於弱相互作用中宇稱不守恆定律以及其一 些對稱性不守恆的發現，是極為重要的劃時代貢獻，為此，李政道教授和楊振寧教授共獲1957年諾貝爾物理學 獎。

從40年代末到70年代初，李政道教授在弱相互作用研究 領域做出了許多具有里程碑性質的工作：除去宇稱不守恆定律，還有二分量中微子理論、兩種中微子理、弱相互作用的普適性、中間玻色子理論以及中性K介子衰變中的CP破壞等重要研究成果 。

在統計力學方面，李政道和楊振寧研究了一階相變的本質(1952 )；完成了稀薄玻色硬球系統低溫行為的分析(1956 )；他們還對量子多體系統的維里展開做了一系列的研究(1956-1959 ),並和黃克孫一起研究了量子玻色硬球系統的能級(1956-1957)等等。這些研究對多體理論作 出了開創性的和重大的貢獻。

70和80年代，李政道教授創立了非拓撲性孤子理論及強子模型方面的研究，具有經典意義。量子場論中的「李模型」對以後的場論和重整化研究有很大影響。「KLN 定理」的提出，為分析誇克—膠子相互作用奠定了理論基礎。「反常核態」概念的提出，深化了人們對真空的認識，推動了相對論重離子碰撞的理論和實驗研究工作。用隨機格點的方法研究量子場論的非微擾效應，並建立離散時空上的力學，理論上受到廣泛重視。 李政道教授近年來關於高溫超導的系統理論研究工作，也是別具一格的。

從70年代起，李政道教授為中國的教育事業和科技術的 發展做出了重大的貢獻。為了在中國發展高能物理和建立高能加速器，在李政道教授的建議和安排下，自1979 年，由幾十位中國學者到國外學習和培訓，後來成為建立北京正負電子對撞機(BEPC）、北京譜儀和進行高能物理實驗的骨幹；1982年當我國高能物理事業舉棋不定 的關鍵時刻，他幫助我國選擇了一個既先進又符合國情 的BEPC方案，並促成了中美高能物理合作，使BEPC工 程在選擇方案、進行設計和建設中都得到了美國高能物理界的幫助和支持，對撞機之能如期建成，並成為當今世界上在c -τ物理研究能區唯一的高亮度電子對撞機，並做出了重要的物理結果，這與他的努力是分不開的。

為年輕人的盡快成才，李政道教授除在國內開設長期座外，還倡議並創立了中美聯合招考物理研究生計劃(CUSPEA)，在1979年到1989年的十年內，共派出了915位研究生，並得到美方資助。

1985年，他又倡導成立了中國博士後流動站和中國博士後科學基金會，並擔任全國博士後管理委員會顧問和中國博士後科學基金會名譽理事長。 1986年，他爭取到義大利的經費，在中國科學院的支持下，創立了中國高等科學技術中心(CCAST)並擔任主 任，每年回國親自主持國際學術會議，並指導CCAST開展多種形式的學術活動，對提高科技人員的水平起了重要作用。同時, 在北京大學建立了北京現代物理中心(BIMP)；其後，成立了在浙江大學的浙江近代物理中心，和在復旦大學的李政道實驗物理中心。他是中國科 技大學、北京大學等11所大學的名譽教授。

1994年6月8日當選為首批中國科學院外籍院士。

4. 諾貝爾獎得主朱隸文教授是

1948年 出生於美國聖路易(St.Louis)
1968年 獲頒羅徹斯特大學斯托達數學獎
1970年 羅徹斯特大學斯托達物理獎及伍德羅．威爾遜獎學金
1970-1974年 獲頒國家科學基金會博士預備生獎學金
1976-1978年 在加州大學伯克利分校做博士後研究
1977-1978年 獲頒國家科學基金會博士後獎學金
1978年 擔任美國物理學會理事
1978-1983年 擔任電磁現象研究貝爾實驗室研究人員
1983-1987年 擔任美國電話、電報公司貝爾實驗室量子電子學 研究部主任
1987年 獲頒美國物理學會在雷射光譜領域的布洛依達獎
1987年 擔任斯坦福大學物理和應用物理教授迄今
1987-1988年 擔任哈佛大學莫里斯．洛伯講師
1989年 擔任實驗天體物理聯合研究所特邀訪問學者
1990年 擔任美國光學學會理事及法國學院訪問教授
1990年 受邀美國物理學會和美國物理教師學會的理直脫邁耶紀念獎講演
1990-1993年 擔任斯坦福大學物理系主任
1992年 擔任美國藝術和科學科學院院士
1993年 獲頒費塞爾國王國際科學獎及擔任美國國家科學院院士
1994年 獲頒美國物理學會在雷射科學領域的亞瑟．蕭洛獎及美國光學學會的威廉．梅格斯獎

朱棣文院士於民國卅七年二月二八日生，籍貫為 江蘇省太倉縣。專習物理應用物理(原子物理)； 1970年畢業於羅徹斯特大學，獲數學學士和物理 學學士；1976年獲加州大學伯克利分校物理學博 士。博士論文是″原子鉈的禁戒M1躍遷 62P1/2- 72P1/2 的測量″，博士指導老師是康明斯教授。 目前現職於美國史丹福大學物理學和應用物理教 授授。

得獎作品

發展利用雷射冷卻與捕捉原子方法

對科學研究之影響

用類似的技術，還可以用來研究DNA或者其他聚合鏈的機械性質。當年他還在貝爾實驗室時就發明了一種「光學鑷子」(optical tweezer)，這有點像星際大戰中的拖曳光束，可以用雷射來操縱微小物質，包過細菌、DNA等等。他們也研究過號稱為「分子馬達」(molecular motor) 的肌蛋白細胞的收縮。此技術當然也可以在不破壞細胞膜的情況下，操控細胞內的物質，或在密閉容器內處理稀有元素或者放射性元素了。

5. 全世界最小的電機有哪些作用，它是由誰發明的

時間是哪條路？

如果我們再打開一點示波器：觀看視頻時，通常可以清楚地知道時間在視頻中是向前還是向後。例如，如果我們看一個網球，它在每次撞擊地面後會跳得更高一點，那麼我們直觀地知道該視頻向後播放。這是因為經驗告訴我們，每次撞擊球都會損失一些能量，因此反彈回彈的高度應該較小。

如果我們現在考慮一個既不增加能量又不損失能量的理想系統，那麼就無法確定時間在哪個方向上運行。這樣的系統可以是一個“理想的”網球，它在每次撞擊後以完全相同的高度反彈。因此，不可能確定我們正在觀看此理想球的視頻是向前還是向後-兩個方向都同樣合理。如果能量保留在一個系統中，我們將不再能夠確定時間方向。

但是，該原理也可以顛倒：如果我們觀察到系統中的某個過程清楚地表明時間在哪個方向運行，則該系統必須損失能量，或更確切地說，要耗散能量，例如通過摩擦。

回到我們的微型電動機：通常假定在隧道掘進過程中不會產生摩擦。但是，與此同時，沒有能量提供給系統。那麼，如何使轉子始終向同一方向旋轉呢？熱力學的第二定律不允許有任何例外-唯一的解釋是，即使在隧穿過程中，能量損失也很小，即使能量損失很小。因此，格羅寧和他的團隊不僅為分子工匠開發了玩具。Empa研究人員說：“電動機可以使我們研究量子隧穿過程中的過程和能量耗散的原因。”

6. 21世紀有什麼發現和發明

二十一世紀世界十大科技成果和中國十大科技成果
2000年
世界
一、科學家公布人類基因組「工作框架圖」
二、美研製出最先進的量子計算機和生物計算機
三、美開發出12萬億次超級計算機
四、國際空間站迎來第一批長住宇航員
五、科學家發現τ子中微子存在的直接證據
六、科學家發現存活了2.5億年的細菌
七、法國實施基因療法首獲成功
八、艾滋病研究取得重要進展 科學家在實驗室中發現了兩種能遏制整合酶運動的物質——二酮酸抑制劑的化合物家族成員。試驗表明，它們能阻止艾滋病毒遺傳物質與人體白細胞遺傳物質相結合。
九、美科學家研製出分子開關
十、科學家製造出直徑0.4納米的碳納米管

中國
一、袁隆平主持超級雜交稻研究取得重大成果
二、在世界上率先破譯對蝦病毒遺傳密碼
三、中科院金屬所在世界上首次觀察到納米金屬材料室溫下的超塑延展性
四、上海有機化學所率先合成高活性抗癌物質
五、高性能計算機開發應用取得重大突破
六、首次發現新的物質波干涉現象。
七、中國網通寬頻高速互聯網開通
八、在世界上首次完成生物制氫中試研究
九、我國在世界上首創電磁式生物晶元
十、國防科技大學研製成功我國第一台類人型機器人。

2001年
世界
一．納米技術領域獲得多項重大成果。
二．科學家發現RNA（核糖核酸）多才藝。它不僅是遺傳物質的信使，還能執行其他工作。例如，1.科學家去年發現一些RNA小片段能夠使植物基因處於關閉狀態。2.今年又在老鼠和人身上發現了類似的「RNA干擾」現象。3.細胞生物學家還發現信使RNA是如何拼接在一起的，而信使RNA是DNA信息和蛋白質信息之間的生化連接。
三．太陽中微子的失蹤之謎被揭示。
四．「人類基因組計劃」同時公布進一步完善後的人類基因組圖，提前完成人類基因組測序計劃。另外，還有60多種生物的基因組在2001年被測定。
五．兩項超導發現將超導溫度推向更高水平，科學家在實現室溫零電阻電流的道路上又邁進一步。 六．科學家在發育中的神經系統里發現了分子信號如何誘導和壓制神經軸突的生長，這將有助於科學家找到修復受損成年神經的方法。
七．一種新的抗癌葯物、特效「智能炸彈」出現，專門對付致癌的明確生化缺陷。該葯能抑制與某種白血病有關的缺陷酶。
八．玻色－愛因斯坦理論取得進展。
九．國際氣候變化專家調查組首次正式表明，過去50年中的全球變暖現象很可能是由大氣中的溫室氣體聚集造成的，人類、而非自然是全球變暖的原因。
十．確定二氧化碳沉降。二氧化碳沉降吸收了美國當前溫室氣體排放量的約三分之一。

中國
一、我國第一艘無人飛船「神舟二號」發射成功。
二、人類基因組「中國卷」率先繪制完成 「中國卷」完成圖的覆蓋率從90％提高到100％，准確率從99％提高到99.99％。
三、我國首次獨立完成水稻基因組「工作框架圖」和資料庫
四、我國建成世界上最大種質資源庫。 保存種質資源數量處於世界第一，長期貯存的種子數量達到33萬多份。
五、性能最高的超級伺服器「曙光3000」研製成功
六、科學家成功直接觀察分子內部結構
七、我國早期生命研究獲重要成果 《中國澄江化石庫中發現新的後口動物門》，並將這一奇特的絕滅類群命名為「古蟲動物門」。這是《自然》雜志近年來第6次公布舒德乾等在「寒武紀生命大爆發」研究這一重大前沿領域的系列性科學發現，為全面、准確揭示寒武紀生命大爆發的屬性和力度提供了可靠證據。
八、我國新核素合成研究獲突破
九、全國土地資源「家底」摸清
十、我國創世界棉花單產「三連冠」

2002年
世界
一．「小分子核糖核酸（ micro－RNA）」被列為今年最重要的新發現。
二.太陽中微子丟失之謎被揭破；
三.水稻和蚊子等基因組測序工作完成；
四.成功拍攝宇宙「嬰兒」期照片；
五.冷熱體驗機理研究獲新突破；
六.超快速攝影捕捉到繞原子核旋轉的電子；
七.發現有助於實現人體生物鍾調節的新型光敏細胞；
八.開發出太空攝影新技術；
九.開發出拍攝細胞三維圖像的新技術；
十.發現600萬年前的古人類頭蓋骨。

中國
一.中國科學家率先繪制出水稻基因組精細圖和水稻第四號染色體精確測序圖。
二."神舟"三號、四號飛船發射成功。
三.中國發現首個世界級大氣田，探明儲量六千多億立方米。
四.三峽工程導流明渠截流成功。
五.中國第三代移動通信系統研製成功。
六.中國已初步掌握當代CPU關鍵設計製造技術。
七.浙江省農科院培育出世界上含油量最高的油菜新品系。
八."神光二號"巨型激光器研製成功。
九.北京大學醫學部科學家初步揭開人類細胞衰老之謎。
十.聯想推出首台實測速度超過萬億次計算機。

2003年
世界
一、美國科學家研製出世界最小的納米電動機
二、世界衛生組織正式確認冠狀病毒的一個變種是引起非典型肺炎的病原體。科學家還完成了「非典」病毒基因組測序。
三、多國科學家相繼破譯人類第十四號、七號、六號和Y染色體。
四、科學家首次測出引力速度。這次實驗再次證實了愛因斯坦的理論是正確的。科學家確信引力傳播的速度與光速相等。
五、國際科研小組創造世界最低溫度紀錄。國際科研小組，在實驗室內達到了僅僅比絕對零度高零點五納開爾文的溫度,這是人類歷史上首次達到絕對零度以上一納開以內的極端低溫。
六、世界第一個修補大腦的晶元問世(美國)。
七、二00三年六月二日歐洲和美國火星探測器發射成功。
八、幹細胞研究取得一系列突破性進展。美國科學家首次對人類胚胎幹細胞完成了基因工程操作，在幹細胞應用於醫療研究上前進了一大步；日本科學家用猴子胚胎幹細胞成功生成血管和神經，大大拓寬了再生醫療的前景，日本科學家還首次培育出人體胚胎幹細胞；法國科學家首次用胚胎幹細胞培育出生殖細胞；澳大利亞科學家首次用胚胎幹細胞培育出肺細胞；中國科學家首次將人類皮膚細胞與兔子卵細胞融合，培植出人類胚胎幹細胞；美國科學家發現鼠的胚胎幹細胞在培養皿中既能發育成精子也能發育成卵子，新發現對研究生殖細胞發育和某些不育症也許會有幫助。
九、日本研製出量子計算機基本電路。
十、美國科學家發現暗能量存在的直接證據。

中國
一．首次載人航天飛行獲得圓滿成功。
二．科學家揭示出水稻高產的分子奧秘和超級雜交稻研究取得重大突破，超級雜交水稻示範田平均畝產達800多公斤。
三．抗擊非典科研取得階段性重大成果；
四. 金屬材料表面納米化技術和全同金屬納米團簇取得突破進展，在300攝氏度的環境中成功實現純鐵塊表面氮化，研製成功一種新納米材料—全同金屬納米團簇；
五．上海建成世界上第一條商業化運營的磁浮列車示範線並運行成功；
六．三峽水庫蓄水成功、永久船閘通航、首批發電機組全部投產。
七．中國科技大學在量子通信實驗領域取得重大進展，為未來遠距離量子通信等奠定了基礎；
八．百萬億數據處理超級伺服器研製成功；
九．中國科學院等離子所可控熱核聚變實驗研究獲重大突破，繼續保持世界領先地位；
十．發現長著4個翅膀的恐龍，為鳥類飛行起源於樹棲動物、經歷了一個滑翔階段的假說提供了關鍵性證據。

2004年
世界
一．「勇氣」號和「機遇」號火星車登陸火星並發現有水的證據；
二．美超音速飛機創飛行時速超萬公里新紀錄
三．「卡西尼」號飛船成功進入土星軌道；
四．韓、美科學家首次利用克隆技術獲得人類胚胎幹細胞；
五．美科學家首次利用核磁共振技術觀測到單個電子；
六．美研發利用核反應堆大規模製氫技術；
七．日開開發出世界最快光通信技術；
八．美天文學家發現太陽系最遙遠的大天體；
九．法艾滋病病毒抗體研究獲得重要進展；
十．以、美科學家研製成能夠停止或暫停的分子馬達。

中國
一．10億次高性能計算機啟用並躋身世界十強；
二．我國首座國產化商用核電站建成投產；
三．西氣東輸工程全線實現商業運營；
四．我國第一個下一代互聯網主幹網開通；
五．「探測二號」衛星發射成功；
六．納米「超級開關」材料研製成功；
七．高精度水下定位導航系統研製成功；
八．我國科學家破解膜蛋白晶體結構難題；
九．我國量子信息實驗領域取得重大突破；
十．我國海域油氣資源戰略調查獲重大突破

7. 近30年來，中國數學研究取得哪些成就

朱棣文 (2004-02-06) 朱棣文院士於民國卅七年二月二八日生，籍貫為 江蘇省太倉縣。專習物理應用物理(原子物理)； 1970年畢業於羅徹斯特大學，獲數學學士和物理 學學士；1976年獲加州大學伯克利分校物理學博 士。博士論文是〃原子鉈的禁戒M1躍遷 62P1/2- 72P1/2 的測量〃，博士指導老師是康明斯教授。 目前現職於美國史丹福大學物理學和應用物理教 授授。 得獎作品 發展利用雷射冷卻與捕捉原子方法 對科學研究之影響 用類似的技術，還可以用來研究DNA或者其他聚合鏈的機械性質。當年他還在貝爾實驗室時就發明了一種「光學鑷子」(optical tweezer)，這有點像星際大戰中的拖曳光束，可以用雷射來操縱微小物質，包過細菌、DNA等等。他們也研究過號稱為「分子馬達」(molecular motor) 的肌蛋白細胞的收縮。此技術當然也可以在不破壞細胞膜的情況下，操控細胞內的物質，或在密閉容器內處理稀有元素或者放射性元素了。 丁肇中 (2004-02-06) 丁肇中祖籍山東日照縣；1936年出生於美國密西根州安阿堡（Ann Arbor）；父親是丁觀海，母親是王雋英，他在台北讀中學，在密西根大學讀大學本科與研究院，於1962年獲博士學位；自1967年起執教於麻省理工學院。丁教授在粒子物理學中有許多卓著的貢獻，最有名的是1974年J粒子的發現，這項發現導致粒子物理學走入了新的方向，也因此而獲得1976年諾具爾物理獎。 此外，他對量子電動力學之精確性、輕子的性質、矢量粒子的性質、膠子噴注現象，Z-γ之干涉等問題的研究都是十分重要的貢獻。 近年來丁教授組成並領導一實驗組，積極建造L3探測器，將於1988年起在西歐中心（CERN）的LEP加速器上做實驗，這是一項極大的計劃，動員了世界各國四百多名實驗物理學者，探測器建造費用將超過一億美元。丁教授是當代最傑出的實驗物理學家之一。他的工作特徵是方向明確果斷，計劃周詳嚴謹。 得獎作品 發現新的重基本粒子：J/Ψ粒子(現稱J粒子) 楊振寧 (2004-02-06) 安徽省合肥縣人，民國十一年八月二十二日出生。一九二八年就讀廈門國小、一九三三年就讀北平崇德中學、一九三八年插班昆明昆萬中學高中二年級、並以高二的同等學歷，考取當時由清華、北大、南開三個大學合並的西南聯大的化學系，後來改念物理系。一九四二年西南聯大畢業、一九四四年西南聯大研究所畢業、一九四五年在西南聯大附中教學後赴美、一九四八年夏完成芝加哥大學博士學位一九四九年秋天普林斯頓大學研究、一九五七年獲諾貝爾物理獎、一九五八年當選中央研究院院士、一九六五年應紐約州立大學校長托爾邀請籌備創立石溪分校研究部門、一九六六年離普林斯頓赴紐約州立大學石溪分校主持物理研究所，擔任教授至今。 一九五七年，和李政道合作推翻了愛因斯坦的「宇稱守恆定律」，獲得諾貝爾物理獎學金。他們這項貢獻得到極高評價，被認為是物理學上的里程碑之一。盡管他們早已入了美籍，但也是「美籍華人」，消息傳來，中國人無不引以為傲。楊氏也是以曾經接受中國文化的薰陶為自傲的，那年他們在接受諾貝爾獎金的時候，由他代表致辭，最後一段，他說：「我深深察覺到一樁事實，這就是：在廣義上說，我是中華文化和西方文化的產物，既是雙方和諧的產物，又是雙方沖突的產物，我願意說我既以我的中國傳統為驕傲，同樣的，我又專心致於現代科學。」 在教了十七年書之後，楊氏於一九六六年，離開普林斯頓大學，前往紐約州立大學石溪分校主持理論物理研究所的研究工作。他認為是自己「走出象牙塔」，重新出發，科學界人士對他再度獲得諾貝爾獎的可能性，抱持期待與樂觀。楊夫人杜致禮女士，出生名門，為杜聿明將軍掌珠，專攻文學，中英文造詣均佳，曾在台灣教過英文，在美國紐約州立大學石溪分校教中文，言談舉止富書卷氣，育子女三人，老大楊光諾電腦工程師，老二楊光宇，化學家，楊又禮，醫生。 得獎作品 發現弱相互作用宇稱不守恆原理：宇稱守恆如在弱相互作用中不成立，宇稱概念就不能用在θ和τ粒子的衰變過程中，因此可以認為θ和τ粒子是同一粒子。 對科學研究之影響 楊振寧和李政道的理論，推翻了物理學上屹立不移三十年之久的宇稱守恆定律。這一發現，使瑞典皇家科學院立即將一九五七年 的諾貝爾物理獎，頒發給楊振寧和李政道兩位博士，因為他們指正了過去科學家所犯的嚴重錯誤，更開啟基本粒子「弱交換作用」一些規則的研究，使人類對物 質構造內層的認識邁進一大步。

8. 20世紀化學的七大技術

§20世紀有七大技術，
第一是合成化學技術
n 報刊上常說20世紀有六大技術：（1）無線電、半導體、計算機和網路等信息技術，（2）基因重組、克隆和生物晶元等生物技術，（3）核科學和核武器技術，（4）航空航天技術和導彈，（5）激光技術，（6）納米技術。但卻很少有人提到包括新葯物、新材料、高分子和化肥的化學合成技術。
n 上述六大技術如果缺少一二個，人類照樣生存，但如沒有合成氨和尿素的技術，世界60億人口有一半要餓死。沒有合成抗生素和新葯物，人類平均壽命要縮短25年。沒有合成纖維、合成橡膠、合成塑料，人類生活要受到很大影響。沒有合成大量新分子新材料，上述六大技術根本無法實現。但化學和化工界非常謙虛，從來不提抗議。我們應該理直氣壯地大力宣傳20世紀有七大技術，第一是化學合成技術。國外傳媒把Harbor Process 評為20世紀最重要的發明，是很有道理的。

§化學是中心科學
n 科學可按照它的研究對象由簡單到復雜的程度分為上，中，下游。數學，物理學是上游，化學是中游，生命、材料、環境等朝陽科學是下游。上游科學研究的對象比較簡單，但研究的深度很深。下游科學的研究對象比較復雜，除了用本門科學的方法以外，如果借用上游科學的理論和方法，往往可收事半功倍之效。化學是中心科學，是上游和下游的必經之地，永遠不會像有些人估計的那樣，將要在物理學與生物學的夾縫中逐漸消亡。
n 中心科學還有另一層含義，因為化學與八大朝陽科學都產生交叉學科。這也說明中心科學的重要性。
§但化學作為中心學科的形象
反而被其交叉學科的成就所埋沒
n 但化學家非常謙虛，在交叉學科中放棄冠名權。例如"生物化學"被稱為"分子生物學"，"生物大分子的結構化學"被稱為"結構生物學"，"生物大分子的物理化學"被稱為"生物物理學"，"固體化學"被稱為"凝聚態物理學"，溶液理論、膠體化學被稱為"軟物質物理學"，量子化學被稱為"原子分子物理學"等。又如人類基因計劃的主要內容實際上是基因測序的分析化學和凝膠色層等分離化學，但社會上只知道基因學，看不到化學家在其中有什麼作用。

n 再如分子晶元、分子馬達、分子導線、分子計算機等都是化學家開始研究的，但開創這方面研究的化學家卻不提出"化學器件學"這一新名詞，而微電子學專家馬上看出這些研究的發展遠景，並稱之為分子電子學。內行人知道分子生物學正是生物化學的發展。在這個交叉領域里化學家與生物學家共同作戰，把科學推向前進。但在中學生或外行看來，"分子生物學"中"化學"一詞消失了，覺得化學的領域越來越小，幾乎要在生物學與物理學的夾縫中消亡。

n 這樣化學這門重要的中心科學（Central science）反而被社會看作是伴娘科學（Bridesmaid science）而不受重視（參見前引Nature社論），化學家居然不喊不叫也不抱怨。化學家的謙虛本是美德，但因此而在社會上造成化學是落日科學（Sunset science）的印象，吸引不到優秀的年輕學生，這個問題就大了。
§化學有沒有理論？
n 有人說：化學沒有理論，這也是化學不被認同的理由之一。對於這個問題，唐敖慶先生有很好的回答（引自江福康、封繼康根據唐老師於1997年12月23日在吉林大學理論化學與計算國家重點實驗室的二屆學術委員會上的發言記錄整理稿）。唐先生說19世紀的化學有三大理論成就（1）經典原子分子論，包括建築在定比、倍比定律基礎上的道爾頓原子論，和以碳4價及開庫勒等的工作為中心內容的分子結構和原子價理論。（2）周期律（3）化學反應的質量作用定律。