分子马达发明

1. 纳米技术能制作治病机器人吗

美国著名的科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫1965年曾经写过一本科幻小说，名字叫《奇妙的航程》。小说中幻想一些科学家把一艘由人操控的潜艇微缩后，让潜艇进入人体进行了一段奇妙的旅行。今天，我们还是没能发明微缩术，可是制造出微小的机器进入人体已经成为科学家研究的目标。

科学家设想这样制造出来的纳米机器人可以在病人的血流中前进，追捕患病细胞，穿透其细胞膜并释放精确定量的药物，随时清除人体中的一切有害物质，激活细胞能量，使人不仅仅保持健康，而且延长寿命。这种机器人还能够从动脉壁上清除脂肪等沉积物。这不仅会提高动脉壁的弹性，还会使通过动脉的血液流动状况得到改善。血栓会在人体的要害部位阻塞血流，导致重要脏器的损伤。纳米机器人可以在这些血块未堵塞血管、尚处在流动中时，把它们打成小碎片，使其对机体的损伤大大降低。纳米机器人还可用来清除创伤和烧伤。它们的大小使它们在清除切割伤等伤口附近的垃圾和异物时变得很有用，在烧伤时也是这样。它们可以从事比常规技术更复杂的工作，造成的损伤却非常的小。纳米机器人可以用来清除人体内的其他微生物。它们很适宜清除一些微小的寄生虫、修复关节、加强骨组织、去除疤痕组织等，看来它真的是神通广大。此外，这种微小的机器人还可以时刻不停地监测我们身体里的各种信息，就好像我们身边始终跟着一个医生气样。

艾滋病是目前医学上的难题，可在未来的某一天，医学科学家把它交给了一种纳米机器人，让这些纳米机器人进入人体的细胞里面，发起全方位的攻击，彻底清除这万恶的病毒，挽救人的生命。人们把它称为“神医”。原因挺简单，医生并没给病人动手术、开药方，而是把这种机器人注入到病人的血液中。这个微型机器人不断在病人的血液中游走，及时地捕捉病毒。结果病人很快痊愈，称纳米机器人为“神医”真是当之无愧。

试想不久的将来一位高级工程师患了脑血栓。医生采用了一种独特的治疗方法：他把一根极其纤细的微型导管先插入病人大腿，然后将其慢慢引向脑血管。微型导管上的诊断激光束如同一位高明而又细心的大夫沿着脑血管仔细地搜索检查。忽然间，诊断激光束发现了在前进的道路上有脑血管瘤等堵塞物，此时微型导管上的气囊立刻自动膨胀起来，迅速将导管固定住，让治疗激光束立刻对堵塞物进行“轰击”清除。治疗效果自然是令人满意的，这也是目前普通药物无法企及的。

以上所描述的情景已不再是什么幻想，而是纳米技术在医学领域中即将成为现实的事情。目前，医学专家正对微型机器人在医疗领域的应用全力攻关。20世纪。90年代初，当用硅制作的微型马达出现时，各国的医学专家就考虑到它的各种应用。前些年，直径约0.2毫米的微型静电马达乃至直径更小的超微型静电马达就已研制成功，使得用纳米机器人来治疗各种疾病的技术日臻成熟。美国贝尔实验室研制成功的一种微型气轮机，是一种带有旋转叶片的电机。它的体积非常小，看上去只是一个小黑点，只有借助显微镜才能看清它。但由于超微电机实在太小，以至于滞留于其气轮叶片间的物质分子也重到足以引起强大的阻力，从而减缓电机的转速。即使用一个注射器针头轻轻一吹，它也能以每分钟24000转的速度快速旋转起来。

纳米技术与生物仿生学及医学的融合交叉，已取得了一些辉煌的成果，如分子马达的发明，用DNA的密码原理开始研制智能纳米机器人。

纳米技术与生物学的结合将对21世纪的人类生活产生不可估量的影响。想二想近10年来信息技术的迅速发展，生物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界不存在的生物。信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事，因特网如同幻梦般地改变人类的生活方式，就不难想像纳米技术与生物学的结合将怎样改变现代医学和农业的面貌。我们的生活方式正因纳米技术向生物学的渗透而面临着巨大的变革。

“纳米技术有着不可限量的潜力，它甚至会超过计算机或基因技术，成为2l世纪的决定性技术。”这是某位著名分析家所说的话。此话的确道出了新世纪科学发展的一个重要趋势。

仿生学是根据生物学原理而进行的，它是生物物理学的一个重要分支。物理学家总是模仿生物的行为制造各种灵巧的机器。飞机是模仿鸟类飞行的产物，照相机是眼睛的仿制品，智能机器人更是当前科学家热衷发展的技术。

当纳米技术朝仿生学渗透时，其基本内容就是研制微型机器人，制造一些仅由数千个原子组成的机器人，使它们可以在细胞水平的微小空间内开展工作。

微型机器人的设计是基于分子水平的生物学原理。事实上，细胞本身就是一个活生生的纳米机器，细胞中的每一个酶分子也就是一个个活生生的纳米机器人。

蛋白分子构象的变化使酶分子中不同结构域的动作就像微型机器人在移动和重新安排有关分子中的原子排列顺序。细胞中的很多结构单元都是执行某种功能的微型机器：核糖体是按照基因密码的指令安排氨基酸顺序制造蛋白质分子的加工器；加工好的蛋白质可以按照信号肽的指令由膜囊泡运送到确定的部位发挥功能；完成了功能使命的蛋白质还会被贴上标签，送去水解成氨基酸以备再用。细胞的生命过程就是一批又一批的功能相关的蛋白质组群不断替换、更新行使功能的过程，这些生命过程所需的一切能量来自太阳。植物叶子中的叶绿体是把太阳能转化成化学能从而制造粮食的加工厂；线粒体是把能量物质中储存的太阳能释放出来从而制造能量ATP(直接为生命提供能量的分子)的车间；我们每人每天都要消耗相当多的ATP分子，来维持生命活动和繁忙的工作。细铲，8中发生的所有这一切都是按照DNA分子中的基因密码序列的指令井然有序地进行的。

瑞典已经开始制造微型医用机器人。据报道，这种机器人由多层聚合物和黄金制成，外表类似人的手臂，其肘部和腕部很灵活，有2～4个手指、实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段。科学家希望这种微型医用机器人能在血液、尿液和细胞介质中工作，捕捉和移动单个细胞，成为微二型手术器械。

纳米拒技术与仿生学的结合可以使生物物理学家仿照生命过程的各个环节制造出各种各样的微型机器人。可以预料，直接利用太阳能制造食物的机器很可能将在21世纪出现；利用纳米技术可以制造在血管中游走的机器人，以便专门清除血管壁上沉积物，减少心血管疾病的发病率；利用纳米技术还可以制造能进入组织间隙专门清除癌细胞的机器人，所有这些都已不再天立夜谭。

在小型化方面，科学家不仅造出了像微生物那样大的精巧装置，而且还使这些装置能够运动。

美国国家航空航天局资助的研究人员最近启动了一个项目，目的是；把这个纳米机器人真的变为现实。如果项目成功，这艘由科学家开发的“船”——称为“纳米微粒”或“纳米胶囊”——就能使另一个科幻故事成真：载人火星探测以及其他的长期太差生活。

当研究人员的主要注意力都集中在太空应用时，纳米微粒也拥有了在医学(特别是治疗癌症)等领域的潜在价值。把治疗肿瘤的药物直接导人癌细胞的迫切需要已经在医学领域掀起了对纳米微粒的广泛兴趣，因为这能避免化疗的副作用。这些纳米微粒的作用是引入了一种新的治疗方法——实际上是进入一个个单独的细胞……并将其修复，如果细胞的损害过于严重，就干脆杀死这些细胞。

他们研制的项目将集中在与癌症有关的问题上——尤其在飞往月球或火星的旅途中，飞船脱离了围绕地球的由巨大磁场构成的保护伞，宇航员在太空中会受到高剂量辐射，这可能引发癌症。

甚至在宇宙飞船上使用的防辐射的先进材料也不能将宇航员与太空中的高能辐射完全隔离开来；这些高能宇宙射线像极细小的子弹一样能穿透宇航员的身体，处于其飞行轨迹上的分子会被击碎。一旦细胞内DNA因辐射而损坏，细胞就不能正常地行使功能，有时会癌变。这是一个重要的问题，如果人类要在太空中生活，我们就必须知道如何更好地使他们免受辐射之害。

因为独立地防护也许并不能解决问题，粒子学家必须找到某种使宇航员自身能抵抗辐射危害的方法。纳米微粒是第一流的解决方案。这些运药小船的长度仅有几百纳米，比细菌小得多，甚至比可见光的波长还要短。用一只皮下注射针头进行的简单注射能把成千乃至上百万的这种小船注入人体血流中。一旦进入血流，纳米微粒能比人体内的普通细胞信号系统更有效地找到被辐射损坏的细胞。

数以万亿计的人体细胞靠外层膜上的复杂分子进行相互识别和通信。这些分子就像化学“旗帜”一样与其他细胞通信，在控制血流中的分子(如荷尔蒙)能否通过时，它们又起着化学闸门的作用。

细胞被辐射损坏时，它们会在特定种类的蛋白质上产生一个标记，这标记会体现在细胞的外表面上。细胞就这样告诉其他细胞说：“嗨，我受伤了。”通过向纳米微粒的外表面植入可以识别细胞标记的分子，科学家能够为纳米微粒“制定任务”使其找出那些受辐射损害的细胞。

如果辐射造成的损伤很严重，纳米微粒会进入受损细胞并释放一种酶使细胞“自动破坏DNA序列”。或者，它们能释放DNA修复酶以尝试修理细胞，使其恢复正常功能。

如果这种纳米微粒研究成功，那么人类在太空中就不怕各种射线的辐射了，其时，移民太空将成为可能。

2. 2016诺贝尔化学奖“分子机器”，为什么会是分子机器

据诺贝尔官网消息，斯德哥尔摩当地时间5日中午，2016年诺贝尔化学奖在瑞典皇家科学院揭晓，让-皮埃尔-索维奇，J-弗雷泽-斯托达特爵士和伯纳德-L-费林加三位科学家分享该奖，以表彰他们在“合成分子机器”方面的研究。

1991年，斯托达特爵士进行了第二步。他分解出了轮烷。他将分子环缠绕在很细的分子轴上，表明分子环可以沿着分子轴移动。他的实验基于轮状化合物，包括分子起重机、分子肌和分子级别的电脑芯片。

伯纳德-L-费林是第一个做出了分子马达的人。1999年，他得到了一个可以沿着一个方向持续旋转的分子马达叶片。他可以用分子马达旋转一个玻璃量筒，这个量筒是分子马达的1万倍大。他还设计了一个纳米汽车。

3. 中国科学家的资料

朱棣文

(2004-02-06)

朱棣文院士於民国卅七年二月二八日生，籍贯为 江苏省太仓县。专习物理应用物理(原子物理)； 1970年毕业于罗彻斯特大学，获数学学士和物理 学学士；1976年获加州大学伯克利分校物理学博 士。博士论文是〃原子铊的禁戒M1跃迁 62P1/2- 72P1/2 的测量〃，博士指导老师是康明斯教授。 目前现职於美国史丹福大学物理学和应用物理教 授授。

得奖作品

发展利用雷射冷却与捕捉原子方法

对科学研究之影响

用类似的技术，还可以用来研究DNA或者其他聚合链的机械性质。当年他还在贝尔实验室时就发明了一种「光学镊子」(optical tweezer)，这有点像星际大战中的拖曳光束，可以用雷射来操纵微小物质，包过细菌、DNA等等。他们也研究过号称为「分子马达」(molecular motor) 的肌蛋白细胞的收缩。此技术当然也可以在不破坏细胞膜的情况下，操控细胞内的物质，或在密闭容器内处理稀有元素或者放射性元素了。
丁肇中

(2004-02-06)

丁肇中祖籍山东日照县；1936年出生於美国密西根州安阿堡（Ann Arbor）；父亲是丁观海，母亲是王隽英，他在台北读中学，在密西根大学读大学本科与研究院，於1962年获博士学位；自1967年起执教於麻省理工学院。丁教授在粒子物理学中有许多卓著的贡献，最有名的是1974年J粒子的发现，这项发现导致粒子物理学走入了新的方向，也因此而获得1976年诺具尔物理奖。 此外，他对量子电动力学之精确性、轻子的性质、矢量粒子的性质、胶子喷注现象，Z-γ之干涉等问题的研究都是十分重要的贡献。 近年来丁教授组成并领导一实验组，积极建造L3探测器，将於1988年起在西欧中心（CERN）的LEP加速器上做实验，这是一项极大的计划，动员了世界各国四百多名实验物理学者，探测器建造费用将超过一亿美元。丁教授是当代最杰出的实验物理学家之一。他的工作特徵是方向明确果断，计划周详严谨。

得奖作品

发现新的重基本粒子：J/Ψ粒子(现称J粒子)

杨振宁

(2004-02-06)

安徽省合肥县人，民国十一年八月二十二日出生。一九二八年就读厦门国小、一九三三年就读北平崇德中学、一九三八年插班昆明昆万中学高中二年级、并以高二的同等学历，考取当时由清华、北大、南开三个大学合并的西南联大的化学系，后来改念物理系。一九四二年西南联大毕业、一九四四年西南联大研究所毕业、一九四五年在西南联大附中教学后赴美、一九四八年夏完成芝加哥大学博士学位一九四九年秋天普林斯顿大学研究、一九五七年获诺贝尔物理奖、一九五八年当选中央研究院院士、一九六五年应纽约州立大学校长托尔邀请筹备创立石溪分校研究部门、一九六六年离普林斯顿赴纽约州立大学石溪分校主持物理研究所，担任教授至今。

一九五七年，和李政道合作推翻了爱因斯坦的「宇称守恒定律」，获得诺贝尔物理奖学金。他们这项贡献得到极高评价，被认为是物理学上的里程碑之一。尽管他们早已入了美籍，但也是「美籍华人」，消息传来，中国人无不引以为傲。杨氏也是以曾经接受中国文化的薰陶为自傲的，那年他们在接受诺贝尔奖金的时候，由他代表致辞，最后一段，他说：「我深深察觉到一桩事实，这就是：在广义上说，我是中华文化和西方文化的产物，既是双方和谐的产物，又是双方冲突的产物，我愿意说我既以我的中国传统为骄傲，同样的，我又专心致於现代科学。」 在教了十七年书之后，杨氏於一九六六年，离开普林斯顿大学，前往纽约州立大学石溪分校主持理论物理研究所的研究工作。他认为是自己「走出象牙塔」，重新出发，科学界人士对他再度获得诺贝尔奖的可能性，抱持期待与乐观。杨夫人杜致礼女士，出生名门，为杜聿明将军掌珠，专攻文学，中英文造诣均佳，曾在台湾教过英文，在美国纽约州立大学石溪分校教中文，言谈举止富书卷气，育子女三人，老大杨光诺电脑工程师，老二杨光宇，化学家，杨又礼，医生。

得奖作品

发现弱相互作用宇称不守恒原理：宇称守恒如在弱相互作用中不成立，宇称概念就不能用在θ和τ粒子的衰变过程中，因此可以认为θ和τ粒子是同一粒子。

对科学研究之影响

杨振宁和李政道的理论，推翻了物理学上屹立不移三十年之久的宇称守恒定律。这一发现，使瑞典皇家科学院立即将一九五七年 的诺贝尔物理奖，颁发给杨振宁和李政道两位博士，因为他们指正了过去科学家所犯的严重错误，更开启基本粒子「弱交换作用」一些规则的研究，使人类对物 质构造内层的认识迈进一大步。 李政道

李政道（1926～）美籍华裔物理学家。1926年11月25日生于上海，抗战时期在国立浙江大学（当时在贵州省）和国立西南联合大学学习。1946年赴美国芝加哥大学深造，1950年获博士学位。1950－1951年在加利福尼亚大学（伯克利分校）任教，1951－1953年在普林斯顿高级研究院工作，1953－1960年在哥伦比亚大学工作（1955年任副教授、1956年任教授），1960－1963年任普林斯顿高级研究院理论物理学教授，1963年起任哥伦比亚大学教授。美国科学院院士。

李政道1956年和杨振宁合作，解决了当时的θ－τ之谜——就是后来称为的K介子有两种不同的衰变方式：一种衰变成偶宇称态，一种衰变成奇宇称态。如果弱衰变过程中宇称守恒，那么它们必定是两种宇称状态不同的K介子。但是从质量和寿命来看，它们又应该是同一种介子。他们通过分析，认识到很可能在弱相互作用中宇称不守恒，并提出了几种检验弱相互作用中宇称是不是守恒的实验途径。次年，这一理论预见得到吴健雄小组的实验证实。因此，李政道和杨振宁的工作迅速得到了学术界的公认，并共同获得了1957年诺贝尔物理学奖。

李政道的研究领域很宽，在量子场论、基本粒子理论、核物理、统计力学、流体力学、天体物理方面的工作也颇有建树。1949年与罗森布拉斯和杨振宁合作提出普适费米弱作用和中间玻色子的存在。1951年提出水力学中二维空间没有湍流。1952年与派尼斯合作研究固体物理中极化子的构造。1954年发表了量子场论中的著名的"李模型"理论。1957年与奥赫梅和杨振宁合作提出电荷共轭不守恒和时间不反演的可能性。1959年与杨振宁合作，研究了硬球玻色气体的分子动理论，对研究氦Ⅱ的超流动性作出了贡献。1962年与杨振宁合作，研究了带电矢量介子电磁相互作用的不可重正化性。1964年与瑙恩伯合作，研究了无（静止）质量的粒子所参与的过程中，红外发散可以全部抵销问题，这项工作又称李－瑙恩伯定理。20世纪60年代后期提出了场代数理论。70年代初期研究了CP自发破缺的问题，又发现和研究了非拓扑性孤立子，并建立了强子结构的孤立子袋模型理论。70年代后期和80年代初，继续在路径积分问题、格点规范问题和时间为动力学变量等方面开展工作；后来又建立了离散力学的基础。

李政道十分关心中国物理学的发展，自1972年起多次回中国访问讲学。1980年以来，他发起组织美国几十所主要大学在中国联合招收物理学研究生，为培养中国青年物理学家作出了贡献。他受聘为暨南大学、中国科学技术大学、复旦大学、清华大学等校的名誉教授，中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。

李政道
(Tsung-Dao Lee)
美国物理学家。1926年11月25日生于中国上海市，原籍江苏苏州。1944-1946年先后就读于浙江大学、西南联合大学。1946年入美国芝加哥大学物理系研究院学习，1950年6月获哲学博士学位。1953-1960年历任美国哥伦比亚大学助理教授、副教授、教授，1960-1963年任普林斯顿高等研究院教授，1964年至今任哥伦比亚大学费 米物理教，1984年至今任哥伦比亚大学“大学教授”。

李政道教授曾获:诺贝尔物理学奖(1957)、爱因斯坦科学奖(1957)、法国国立学院布德埃奖章(1969, 1977)、伽利略· 伽利莱奖章(1979)、意大利共和国最高骑士勋章(1986)、埃. 马诺瑞那爱瑞奇科学和平奖(1994) 等。他是 美国艺术和科学院院士(1959)、美国国家科学院院士(1964)、意大利林琴科学院院士(1986)和台湾“中央研”院士(1957)。

李政道教授关于弱相互作用中宇称不守恒定律以及其一 些对称性不守恒的发现，是极为重要的划时代贡献，为此，李政道教授和杨振宁教授共获1957年诺贝尔物理学 奖。

从40年代末到70年代初，李政道教授在弱相互作用研究 领域做出了许多具有里程碑性质的工作：除去宇称不守恒定律，还有二分量中微子理论、两种中微子理、弱相互作用的普适性、中间玻色子理论以及中性K介子衰变中的CP破坏等重要研究成果 。

在统计力学方面，李政道和杨振宁研究了一阶相变的本质(1952 )；完成了稀薄玻色硬球系统低温行为的分析(1956 )；他们还对量子多体系统的维里展开做了一系列的研究(1956-1959 ),并和黄克孙一起研究了量子玻色硬球系统的能级(1956-1957)等等。这些研究对多体理论作 出了开创性的和重大的贡献。

70和80年代，李政道教授创立了非拓扑性孤子理论及强子模型方面的研究，具有经典意义。量子场论中的“李模型”对以后的场论和重整化研究有很大影响。“KLN 定理”的提出，为分析夸克—胶子相互作用奠定了理论基础。“反常核态”概念的提出，深化了人们对真空的认识，推动了相对论重离子碰撞的理论和实验研究工作。用随机格点的方法研究量子场论的非微扰效应，并建立离散时空上的力学，理论上受到广泛重视。 李政道教授近年来关于高温超导的系统理论研究工作，也是别具一格的。

从70年代起，李政道教授为中国的教育事业和科技术的 发展做出了重大的贡献。为了在中国发展高能物理和建立高能加速器，在李政道教授的建议和安排下，自1979 年，由几十位中国学者到国外学习和培训，后来成为建立北京正负电子对撞机(BEPC）、北京谱仪和进行高能物理实验的骨干；1982年当我国高能物理事业举棋不定 的关键时刻，他帮助我国选择了一个既先进又符合国情 的BEPC方案，并促成了中美高能物理合作，使BEPC工 程在选择方案、进行设计和建设中都得到了美国高能物理界的帮助和支持，对撞机之能如期建成，并成为当今世界上在c -τ物理研究能区唯一的高亮度电子对撞机，并做出了重要的物理结果，这与他的努力是分不开的。

为年轻人的尽快成才，李政道教授除在国内开设长期座外，还倡议并创立了中美联合招考物理研究生计划(CUSPEA)，在1979年到1989年的十年内，共派出了915位研究生，并得到美方资助。

1985年，他又倡导成立了中国博士后流动站和中国博士后科学基金会，并担任全国博士后管理委员会顾问和中国博士后科学基金会名誉理事长。 1986年，他争取到意大利的经费，在中国科学院的支持下，创立了中国高等科学技术中心(CCAST)并担任主 任，每年回国亲自主持国际学术会议，并指导CCAST开展多种形式的学术活动，对提高科技人员的水平起了重要作用。同时, 在北京大学建立了北京现代物理中心(BIMP)；其后，成立了在浙江大学的浙江近代物理中心，和在复旦大学的李政道实验物理中心。他是中国科 技大学、北京大学等11所大学的名誉教授。

1994年6月8日当选为首批中国科学院外籍院士。

4. 诺贝尔奖得主朱隶文教授是

1948年 出生於美国圣路易(St.Louis)
1968年 获颁罗彻斯特大学斯托达数学奖
1970年 罗彻斯特大学斯托达物理奖及伍德罗．威尔逊奖学金
1970-1974年 获颁国家科学基金会博士预备生奖学金
1976-1978年 在加州大学伯克利分校做博士后研究
1977-1978年 获颁国家科学基金会博士后奖学金
1978年 担任美国物理学会理事
1978-1983年 担任电磁现象研究贝尔实验室研究人员
1983-1987年 担任美国电话、电报公司贝尔实验室量子电子学 研究部主任
1987年 获颁美国物理学会在雷射光谱领域的布洛依达奖
1987年 担任斯坦福大学物理和应用物理教授迄今
1987-1988年 担任哈佛大学莫里斯．洛伯讲师
1989年 担任实验天体物理联合研究所特邀访问学者
1990年 担任美国光学学会理事及法国学院访问教授
1990年 受邀美国物理学会和美国物理教师学会的理直脱迈耶纪念奖讲演
1990-1993年 担任斯坦福大学物理系主任
1992年 担任美国艺术和科学科学院院士
1993年 获颁费塞尔国王国际科学奖及担任美国国家科学院院士
1994年 获颁美国物理学会在雷射科学领域的亚瑟．萧洛奖及美国光学学会的威廉．梅格斯奖

朱棣文院士於民国卅七年二月二八日生，籍贯为 江苏省太仓县。专习物理应用物理(原子物理)； 1970年毕业于罗彻斯特大学，获数学学士和物理 学学士；1976年获加州大学伯克利分校物理学博 士。博士论文是″原子铊的禁戒M1跃迁 62P1/2- 72P1/2 的测量″，博士指导老师是康明斯教授。 目前现职於美国史丹福大学物理学和应用物理教 授授。

得奖作品

发展利用雷射冷却与捕捉原子方法

对科学研究之影响

用类似的技术，还可以用来研究DNA或者其他聚合链的机械性质。当年他还在贝尔实验室时就发明了一种「光学镊子」(optical tweezer)，这有点像星际大战中的拖曳光束，可以用雷射来操纵微小物质，包过细菌、DNA等等。他们也研究过号称为「分子马达」(molecular motor) 的肌蛋白细胞的收缩。此技术当然也可以在不破坏细胞膜的情况下，操控细胞内的物质，或在密闭容器内处理稀有元素或者放射性元素了。

5. 全世界最小的电机有哪些作用，它是由谁发明的

时间是哪条路？

如果我们再打开一点示波器：观看视频时，通常可以清楚地知道时间在视频中是向前还是向后。例如，如果我们看一个网球，它在每次撞击地面后会跳得更高一点，那么我们直观地知道该视频向后播放。这是因为经验告诉我们，每次撞击球都会损失一些能量，因此反弹回弹的高度应该较小。

如果我们现在考虑一个既不增加能量又不损失能量的理想系统，那么就无法确定时间在哪个方向上运行。这样的系统可以是一个“理想的”网球，它在每次撞击后以完全相同的高度反弹。因此，不可能确定我们正在观看此理想球的视频是向前还是向后-两个方向都同样合理。如果能量保留在一个系统中，我们将不再能够确定时间方向。

但是，该原理也可以颠倒：如果我们观察到系统中的某个过程清楚地表明时间在哪个方向运行，则该系统必须损失能量，或更确切地说，要耗散能量，例如通过摩擦。

回到我们的微型电动机：通常假定在隧道掘进过程中不会产生摩擦。但是，与此同时，没有能量提供给系统。那么，如何使转子始终向同一方向旋转呢？热力学的第二定律不允许有任何例外-唯一的解释是，即使在隧穿过程中，能量损失也很小，即使能量损失很小。因此，格罗宁和他的团队不仅为分子工匠开发了玩具。Empa研究人员说：“电动机可以使我们研究量子隧穿过程中的过程和能量耗散的原因。”

6. 21世纪有什么发现和发明

二十一世纪世界十大科技成果和中国十大科技成果
2000年
世界
一、科学家公布人类基因组“工作框架图”
二、美研制出最先进的量子计算机和生物计算机
三、美开发出12万亿次超级计算机
四、国际空间站迎来第一批长住宇航员
五、科学家发现τ子中微子存在的直接证据
六、科学家发现存活了2.5亿年的细菌
七、法国实施基因疗法首获成功
八、艾滋病研究取得重要进展 科学家在实验室中发现了两种能遏制整合酶运动的物质——二酮酸抑制剂的化合物家族成员。试验表明，它们能阻止艾滋病毒遗传物质与人体白细胞遗传物质相结合。
九、美科学家研制出分子开关
十、科学家制造出直径0.4纳米的碳纳米管

中国
一、袁隆平主持超级杂交稻研究取得重大成果
二、在世界上率先破译对虾病毒遗传密码
三、中科院金属所在世界上首次观察到纳米金属材料室温下的超塑延展性
四、上海有机化学所率先合成高活性抗癌物质
五、高性能计算机开发应用取得重大突破
六、首次发现新的物质波干涉现象。
七、中国网通宽带高速互联网开通
八、在世界上首次完成生物制氢中试研究
九、我国在世界上首创电磁式生物芯片
十、国防科技大学研制成功我国第一台类人型机器人。

2001年
世界
一．纳米技术领域获得多项重大成果。
二．科学家发现RNA（核糖核酸）多才艺。它不仅是遗传物质的信使，还能执行其他工作。例如，1.科学家去年发现一些RNA小片段能够使植物基因处于关闭状态。2.今年又在老鼠和人身上发现了类似的“RNA干扰”现象。3.细胞生物学家还发现信使RNA是如何拼接在一起的，而信使RNA是DNA信息和蛋白质信息之间的生化连接。
三．太阳中微子的失踪之谜被揭示。
四．“人类基因组计划”同时公布进一步完善后的人类基因组图，提前完成人类基因组测序计划。另外，还有60多种生物的基因组在2001年被测定。
五．两项超导发现将超导温度推向更高水平，科学家在实现室温零电阻电流的道路上又迈进一步。 六．科学家在发育中的神经系统里发现了分子信号如何诱导和压制神经轴突的生长，这将有助于科学家找到修复受损成年神经的方法。
七．一种新的抗癌药物、特效“智能炸弹”出现，专门对付致癌的明确生化缺陷。该药能抑制与某种白血病有关的缺陷酶。
八．玻色－爱因斯坦理论取得进展。
九．国际气候变化专家调查组首次正式表明，过去50年中的全球变暖现象很可能是由大气中的温室气体聚集造成的，人类、而非自然是全球变暖的原因。
十．确定二氧化碳沉降。二氧化碳沉降吸收了美国当前温室气体排放量的约三分之一。

中国
一、我国第一艘无人飞船“神舟二号”发射成功。
二、人类基因组“中国卷”率先绘制完成 “中国卷”完成图的覆盖率从90％提高到100％，准确率从99％提高到99.99％。
三、我国首次独立完成水稻基因组“工作框架图”和数据库
四、我国建成世界上最大种质资源库。 保存种质资源数量处于世界第一，长期贮存的种子数量达到33万多份。
五、性能最高的超级服务器“曙光3000”研制成功
六、科学家成功直接观察分子内部结构
七、我国早期生命研究获重要成果 《中国澄江化石库中发现新的后口动物门》，并将这一奇特的绝灭类群命名为“古虫动物门”。这是《自然》杂志近年来第6次公布舒德干等在“寒武纪生命大爆发”研究这一重大前沿领域的系列性科学发现，为全面、准确揭示寒武纪生命大爆发的属性和力度提供了可靠证据。
八、我国新核素合成研究获突破
九、全国土地资源“家底”摸清
十、我国创世界棉花单产“三连冠”

2002年
世界
一．“小分子核糖核酸（ micro－RNA）”被列为今年最重要的新发现。
二.太阳中微子丢失之谜被揭破；
三.水稻和蚊子等基因组测序工作完成；
四.成功拍摄宇宙“婴儿”期照片；
五.冷热体验机理研究获新突破；
六.超快速摄影捕捉到绕原子核旋转的电子；
七.发现有助于实现人体生物钟调节的新型光敏细胞；
八.开发出太空摄影新技术；
九.开发出拍摄细胞三维图像的新技术；
十.发现600万年前的古人类头盖骨。

中国
一.中国科学家率先绘制出水稻基因组精细图和水稻第四号染色体精确测序图。
二."神舟"三号、四号飞船发射成功。
三.中国发现首个世界级大气田，探明储量六千多亿立方米。
四.三峡工程导流明渠截流成功。
五.中国第三代移动通信系统研制成功。
六.中国已初步掌握当代CPU关键设计制造技术。
七.浙江省农科院培育出世界上含油量最高的油菜新品系。
八."神光二号"巨型激光器研制成功。
九.北京大学医学部科学家初步揭开人类细胞衰老之谜。
十.联想推出首台实测速度超过万亿次计算机。

2003年
世界
一、美国科学家研制出世界最小的纳米电动机
二、世界卫生组织正式确认冠状病毒的一个变种是引起非典型肺炎的病原体。科学家还完成了“非典”病毒基因组测序。
三、多国科学家相继破译人类第十四号、七号、六号和Y染色体。
四、科学家首次测出引力速度。这次实验再次证实了爱因斯坦的理论是正确的。科学家确信引力传播的速度与光速相等。
五、国际科研小组创造世界最低温度纪录。国际科研小组，在实验室内达到了仅仅比绝对零度高零点五纳开尔文的温度,这是人类历史上首次达到绝对零度以上一纳开以内的极端低温。
六、世界第一个修补大脑的芯片问世(美国)。
七、二00三年六月二日欧洲和美国火星探测器发射成功。
八、干细胞研究取得一系列突破性进展。美国科学家首次对人类胚胎干细胞完成了基因工程操作，在干细胞应用于医疗研究上前进了一大步；日本科学家用猴子胚胎干细胞成功生成血管和神经，大大拓宽了再生医疗的前景，日本科学家还首次培育出人体胚胎干细胞；法国科学家首次用胚胎干细胞培育出生殖细胞；澳大利亚科学家首次用胚胎干细胞培育出肺细胞；中国科学家首次将人类皮肤细胞与兔子卵细胞融合，培植出人类胚胎干细胞；美国科学家发现鼠的胚胎干细胞在培养皿中既能发育成精子也能发育成卵子，新发现对研究生殖细胞发育和某些不育症也许会有帮助。
九、日本研制出量子计算机基本电路。
十、美国科学家发现暗能量存在的直接证据。

中国
一．首次载人航天飞行获得圆满成功。
二．科学家揭示出水稻高产的分子奥秘和超级杂交稻研究取得重大突破，超级杂交水稻示范田平均亩产达800多公斤。
三．抗击非典科研取得阶段性重大成果；
四. 金属材料表面纳米化技术和全同金属纳米团簇取得突破进展，在300摄氏度的环境中成功实现纯铁块表面氮化，研制成功一种新纳米材料—全同金属纳米团簇；
五．上海建成世界上第一条商业化运营的磁浮列车示范线并运行成功；
六．三峡水库蓄水成功、永久船闸通航、首批发电机组全部投产。
七．中国科技大学在量子通信实验领域取得重大进展，为未来远距离量子通信等奠定了基础；
八．百万亿数据处理超级服务器研制成功；
九．中国科学院等离子所可控热核聚变实验研究获重大突破，继续保持世界领先地位；
十．发现长着4个翅膀的恐龙，为鸟类飞行起源于树栖动物、经历了一个滑翔阶段的假说提供了关键性证据。

2004年
世界
一．“勇气”号和“机遇”号火星车登陆火星并发现有水的证据；
二．美超音速飞机创飞行时速超万公里新纪录
三．“卡西尼”号飞船成功进入土星轨道；
四．韩、美科学家首次利用克隆技术获得人类胚胎干细胞；
五．美科学家首次利用核磁共振技术观测到单个电子；
六．美研发利用核反应堆大规模制氢技术；
七．日开开发出世界最快光通信技术；
八．美天文学家发现太阳系最遥远的大天体；
九．法艾滋病病毒抗体研究获得重要进展；
十．以、美科学家研制成能够停止或暂停的分子马达。

中国
一．10亿次高性能计算机启用并跻身世界十强；
二．我国首座国产化商用核电站建成投产；
三．西气东输工程全线实现商业运营；
四．我国第一个下一代互联网主干网开通；
五．“探测二号”卫星发射成功；
六．纳米“超级开关”材料研制成功；
七．高精度水下定位导航系统研制成功；
八．我国科学家破解膜蛋白晶体结构难题；
九．我国量子信息实验领域取得重大突破；
十．我国海域油气资源战略调查获重大突破

7. 近30年来，中国数学研究取得哪些成就

朱棣文 (2004-02-06) 朱棣文院士於民国卅七年二月二八日生，籍贯为 江苏省太仓县。专习物理应用物理(原子物理)； 1970年毕业于罗彻斯特大学，获数学学士和物理 学学士；1976年获加州大学伯克利分校物理学博 士。博士论文是〃原子铊的禁戒M1跃迁 62P1/2- 72P1/2 的测量〃，博士指导老师是康明斯教授。 目前现职於美国史丹福大学物理学和应用物理教 授授。 得奖作品 发展利用雷射冷却与捕捉原子方法 对科学研究之影响 用类似的技术，还可以用来研究DNA或者其他聚合链的机械性质。当年他还在贝尔实验室时就发明了一种「光学镊子」(optical tweezer)，这有点像星际大战中的拖曳光束，可以用雷射来操纵微小物质，包过细菌、DNA等等。他们也研究过号称为「分子马达」(molecular motor) 的肌蛋白细胞的收缩。此技术当然也可以在不破坏细胞膜的情况下，操控细胞内的物质，或在密闭容器内处理稀有元素或者放射性元素了。 丁肇中 (2004-02-06) 丁肇中祖籍山东日照县；1936年出生於美国密西根州安阿堡（Ann Arbor）；父亲是丁观海，母亲是王隽英，他在台北读中学，在密西根大学读大学本科与研究院，於1962年获博士学位；自1967年起执教於麻省理工学院。丁教授在粒子物理学中有许多卓著的贡献，最有名的是1974年J粒子的发现，这项发现导致粒子物理学走入了新的方向，也因此而获得1976年诺具尔物理奖。 此外，他对量子电动力学之精确性、轻子的性质、矢量粒子的性质、胶子喷注现象，Z-γ之干涉等问题的研究都是十分重要的贡献。 近年来丁教授组成并领导一实验组，积极建造L3探测器，将於1988年起在西欧中心（CERN）的LEP加速器上做实验，这是一项极大的计划，动员了世界各国四百多名实验物理学者，探测器建造费用将超过一亿美元。丁教授是当代最杰出的实验物理学家之一。他的工作特徵是方向明确果断，计划周详严谨。 得奖作品 发现新的重基本粒子：J/Ψ粒子(现称J粒子) 杨振宁 (2004-02-06) 安徽省合肥县人，民国十一年八月二十二日出生。一九二八年就读厦门国小、一九三三年就读北平崇德中学、一九三八年插班昆明昆万中学高中二年级、并以高二的同等学历，考取当时由清华、北大、南开三个大学合并的西南联大的化学系，后来改念物理系。一九四二年西南联大毕业、一九四四年西南联大研究所毕业、一九四五年在西南联大附中教学后赴美、一九四八年夏完成芝加哥大学博士学位一九四九年秋天普林斯顿大学研究、一九五七年获诺贝尔物理奖、一九五八年当选中央研究院院士、一九六五年应纽约州立大学校长托尔邀请筹备创立石溪分校研究部门、一九六六年离普林斯顿赴纽约州立大学石溪分校主持物理研究所，担任教授至今。 一九五七年，和李政道合作推翻了爱因斯坦的「宇称守恒定律」，获得诺贝尔物理奖学金。他们这项贡献得到极高评价，被认为是物理学上的里程碑之一。尽管他们早已入了美籍，但也是「美籍华人」，消息传来，中国人无不引以为傲。杨氏也是以曾经接受中国文化的薰陶为自傲的，那年他们在接受诺贝尔奖金的时候，由他代表致辞，最后一段，他说：「我深深察觉到一桩事实，这就是：在广义上说，我是中华文化和西方文化的产物，既是双方和谐的产物，又是双方冲突的产物，我愿意说我既以我的中国传统为骄傲，同样的，我又专心致於现代科学。」 在教了十七年书之后，杨氏於一九六六年，离开普林斯顿大学，前往纽约州立大学石溪分校主持理论物理研究所的研究工作。他认为是自己「走出象牙塔」，重新出发，科学界人士对他再度获得诺贝尔奖的可能性，抱持期待与乐观。杨夫人杜致礼女士，出生名门，为杜聿明将军掌珠，专攻文学，中英文造诣均佳，曾在台湾教过英文，在美国纽约州立大学石溪分校教中文，言谈举止富书卷气，育子女三人，老大杨光诺电脑工程师，老二杨光宇，化学家，杨又礼，医生。 得奖作品 发现弱相互作用宇称不守恒原理：宇称守恒如在弱相互作用中不成立，宇称概念就不能用在θ和τ粒子的衰变过程中，因此可以认为θ和τ粒子是同一粒子。 对科学研究之影响 杨振宁和李政道的理论，推翻了物理学上屹立不移三十年之久的宇称守恒定律。这一发现，使瑞典皇家科学院立即将一九五七年 的诺贝尔物理奖，颁发给杨振宁和李政道两位博士，因为他们指正了过去科学家所犯的严重错误，更开启基本粒子「弱交换作用」一些规则的研究，使人类对物 质构造内层的认识迈进一大步。

8. 20世纪化学的七大技术

§20世纪有七大技术，
第一是合成化学技术
n 报刊上常说20世纪有六大技术：（1）无线电、半导体、计算机和网络等信息技术，（2）基因重组、克隆和生物芯片等生物技术，（3）核科学和核武器技术，（4）航空航天技术和导弹，（5）激光技术，（6）纳米技术。但却很少有人提到包括新药物、新材料、高分子和化肥的化学合成技术。
n 上述六大技术如果缺少一二个，人类照样生存，但如没有合成氨和尿素的技术，世界60亿人口有一半要饿死。没有合成抗生素和新药物，人类平均寿命要缩短25年。没有合成纤维、合成橡胶、合成塑料，人类生活要受到很大影响。没有合成大量新分子新材料，上述六大技术根本无法实现。但化学和化工界非常谦虚，从来不提抗议。我们应该理直气壮地大力宣传20世纪有七大技术，第一是化学合成技术。国外传媒把Harbor Process 评为20世纪最重要的发明，是很有道理的。

§化学是中心科学
n 科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上，中，下游。数学，物理学是上游，化学是中游，生命、材料、环境等朝阳科学是下游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可收事半功倍之效。化学是中心科学，是上游和下游的必经之地，永远不会像有些人估计的那样，将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡。
n 中心科学还有另一层含义，因为化学与八大朝阳科学都产生交叉学科。这也说明中心科学的重要性。
§但化学作为中心学科的形象
反而被其交叉学科的成就所埋没
n 但化学家非常谦虚，在交叉学科中放弃冠名权。例如"生物化学"被称为"分子生物学"，"生物大分子的结构化学"被称为"结构生物学"，"生物大分子的物理化学"被称为"生物物理学"，"固体化学"被称为"凝聚态物理学"，溶液理论、胶体化学被称为"软物质物理学"，量子化学被称为"原子分子物理学"等。又如人类基因计划的主要内容实际上是基因测序的分析化学和凝胶色层等分离化学，但社会上只知道基因学，看不到化学家在其中有什么作用。

n 再如分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机等都是化学家开始研究的，但开创这方面研究的化学家却不提出"化学器件学"这一新名词，而微电子学专家马上看出这些研究的发展远景，并称之为分子电子学。内行人知道分子生物学正是生物化学的发展。在这个交叉领域里化学家与生物学家共同作战，把科学推向前进。但在中学生或外行看来，"分子生物学"中"化学"一词消失了，觉得化学的领域越来越小，几乎要在生物学与物理学的夹缝中消亡。

n 这样化学这门重要的中心科学（Central science）反而被社会看作是伴娘科学（Bridesmaid science）而不受重视（参见前引Nature社论），化学家居然不喊不叫也不抱怨。化学家的谦虚本是美德，但因此而在社会上造成化学是落日科学（Sunset science）的印象，吸引不到优秀的年轻学生，这个问题就大了。
§化学有没有理论？
n 有人说：化学没有理论，这也是化学不被认同的理由之一。对于这个问题，唐敖庆先生有很好的回答（引自江福康、封继康根据唐老师于1997年12月23日在吉林大学理论化学与计算国家重点实验室的二届学术委员会上的发言记录整理稿）。唐先生说19世纪的化学有三大理论成就（1）经典原子分子论，包括建筑在定比、倍比定律基础上的道尔顿原子论，和以碳4价及开库勒等的工作为中心内容的分子结构和原子价理论。（2）周期律（3）化学反应的质量作用定律。