諾貝爾基金會的評審委員會已經做出了年度評選。四位傑出的科學家將獲得他們的榮譽——以及 7,900,000 瑞典克朗的獎金——頒獎典禮將於 1999 年 12 月 11 日舉行。其中三位獲獎者曾在《大眾科學》雜誌上發表過關於他們工作的文章。
以下是 1999 年諾貝爾獎得主及其在物理學、化學和醫學領域工作的簡介。
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物理學
統一理論
傑拉德·特·胡夫特 |
自 19 世紀以來，數學家一直在奠定理論基礎，試圖統一所有物理力的對稱性。這個傳奇故事始於詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在 1860 年代證明電和磁是單一電磁力的兩個方面。多年來，一系列諾貝爾獎標誌著這個故事的新發展。
最新的里程碑是 1999 年諾貝爾物理學獎授予烏得勒支大學的傑拉德·特·胡夫特和密歇根大學前教授、現已退休的馬丁努斯·韋爾特曼，以表彰他們在更堅實的數學基礎上建立了粒子物理理論。根據諾貝爾獎的引文，物理學家們的特殊貢獻是展示瞭如何將粒子理論用於物理量的精確計算。歐洲和美國的加速器實驗室的實驗最近證實了他們的許多計算結果。
特·胡夫特和韋爾特曼的工作是尋求統一理論的最新數學成就。在本世紀早期，量子力學與狹義相對論相結合，產生了量子場論。但是，儘管該理論成功地解釋了許多現象，例如粒子如何產生或湮滅，或者不穩定的粒子如何衰變，但它似乎荒謬地預測，某些相互作用的可能性可能是無限大的。
馬丁努斯·J·G·韋爾特曼 |
這個問題在 1940 年代由理查德·費曼、朱利安·施溫格和朝永振一郎解決，他們重新定義了電子的質量和電荷。他們的新理論，量子電動力學 (QED)，為他們贏得了 1965 年的諾貝爾獎。該理論被證明非常精確，併成為電弱理論的原型，該理論將電磁力和弱核力納入一個單一模型，併為謝爾頓·L·格拉肖、阿卜杜斯·薩拉姆和史蒂文·溫伯格贏得了 1979 年的諾貝爾獎。該理論預測了新的 W 和 Z 粒子，這些粒子後來在 1983 年在日內瓦的歐洲核子研究中心 CERN 加速器實驗室被探測到——為卡洛·魯比亞和西蒙·範德梅爾贏得了 1984 年的諾貝爾獎。
不幸的是，電弱模型在預測方面也遇到了與量子場論相同的問題。這一次，特·胡夫特和韋爾特曼透過類似於費曼的“重整化”克服了困難。韋爾特曼決心解決這個問題。而且，與費曼不同，他可以使用計算機。1969 年春天，韋爾特曼的一位 22 歲的學生特·胡夫特加入了他的工作。1971 年，特·胡夫特發表了兩篇文章，代表著一個重要的突破。在韋爾特曼開發的計算機程式的幫助下，結果得到了驗證，兩位研究人員共同制定了一種計算方法。
他們方案中的一個重要組成部分是另一種粒子的存在，稱為希格斯玻色子。它的作用是將質量賦予許多已知的粒子。是希格斯玻色子和各種力載體粒子之間的相互作用，使得 W 和 Z 玻色子（弱力的載體）如此巨大（質量分別為 80 和 91 GeV），但光子（電磁力的載體）沒有質量。
有了韋爾特曼和特·胡夫特的理論機制，物理學家可以更可靠地估計 W 和 Z 的質量，並且至少可以粗略地指導頂夸克的可能質量。W、Z 和頂夸克隨後在高能碰撞實驗中被創造和探測到。難以捉摸的希格斯玻色子本身現在是一個重要的目標。它是否會像預測的那樣出現還有待觀察。唯一強大到可以探測到它的加速器將是 CERN 的大型強子對撞機，該對撞機正在日內瓦建造，預計將於 2005 年完工。
進一步閱讀
希格斯玻色子。《大眾科學》；1986 年 11 月。
基本粒子之間力的規範理論。《大眾科學》；1980 年 6 月。
相關連結
背景（PDF 格式）
化學
慢鏡頭反應
艾哈邁德·H·澤韋爾 |
您需要一臺非常快速的相機才能拍攝原子在反應過程中的慢動作照片。鍵的斷裂和新鍵的形成發生在飛秒級的超快世界中——10-15 秒——飛秒與秒的關係就像秒與 3200 萬年的關係一樣。1999 年諾貝爾化學獎將授予加州理工學院的艾哈邁德·H·澤韋爾，以表彰他開發了捕捉這個世界的精密技術——並在這一過程中創立了物理化學的一個新分支，稱為飛秒化學。
為了完成這項壯舉，澤韋爾設計了一種使用超快雷射脈衝的方法，以提供比任何相機都快得多的快照。在飛秒光譜學中，試劑在真空室中以分子束的形式混合。然後，雷射注入兩個短暫的脈衝：首先是一個強大的泵浦脈衝，它擊中分子並將其激發到更高的能量狀態，然後是一個較弱的探測脈衝，其波長選擇為檢測原始分子或改變後的形式。泵浦脈衝是反應的起始訊號，而探測脈衝則檢查正在發生的事情。研究分子吸收的光型別可以獲得有關化學反應每一步中原子在分子內位置的資訊。
在 1980 年代後期，澤韋爾和他的同事首次研究了碘氰化物 (ICN-->I+CN) 的 200 飛秒分解，觀察了碘和碳之間的化學鍵即將斷裂的確切時刻。隨著時間解析度的逐步提高，研究人員能夠觀察到從原始物質到最終產物過程中產生的中間物質。時間解析度的每一次提高都導致反應鏈中出現新的環節，以壽命越來越短的中間體的形式，並更好地理解了反應機理是如何運作的。
澤韋爾的開創性工作引發了世界範圍內的研究熱潮。目前的研究不僅檢查分子束，還檢查表面上的過程（從而更好地理解和改進催化劑）、液體和溶劑中的過程（揭示溶解和溶液中物質之間反應的機理）以及聚合物中的過程。在生物系統的研究中，這項新技術提供了葉綠素分子在光合作用過程中如何將陽光轉化為植物可用能量的分子級細節。
在頒獎公告中，瑞典皇家科學院指出，“澤韋爾獲得諾貝爾獎的貢獻意味著我們已經走到了盡頭：沒有化學反應比這更快。”
進一步閱讀
分子的誕生。《大眾科學》；1990 年 12 月。
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飛秒化學背景（PDF 格式）
快速雷射的新物理學，來自美國物理學會百年會議
醫學
細胞“郵政編碼”
岡特·布洛貝爾 |
活細胞中的核糖體是工廠，生產數十億個不同型別的蛋白質分子，種類數以千計。當需要更換時，這些新制造的蛋白質會被轉運穿過細胞膜並輸送到它們適當的位置。
在 1999 年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、洛克菲勒大學的細胞生物學家岡特·布洛貝爾揭示了細胞郵政編碼系統的存在之前，這個複雜系統是如何運作的一直是個謎。或者正如卡羅林斯卡研究所的諾貝爾大會在其引文中宣告的那樣，這項發現是“蛋白質具有內在訊號，可以控制其在細胞中的運輸和定位”。
在 1970 年代初，身為霍華德·休斯醫學研究所研究員並領導洛克菲勒細胞生物學實驗室的布洛貝爾發現，新合成的蛋白質具有內在訊號，可以將它們定向到內質網膜並穿過該膜，內質網是細胞的細胞器之一。到 1975 年，他已經確定了轉運過程中的各個步驟。該訊號由肽組成，肽是特定順序的氨基酸序列，構成蛋白質的組成部分。他的工作還表明，蛋白質透過內質網膜上的通道穿過。
在接下來的二十年中，布洛貝爾實驗室的工作人員描述了這些過程背後的分子機制。1980 年，布洛貝爾制定了將蛋白質分選和靶向特定細胞區室的一般原則。每種蛋白質在其結構中都帶有指定其在細胞中正確位置所需的資訊。特定的氨基酸序列（拓撲訊號）決定了蛋白質是穿過膜進入特定的細胞器，整合到膜中，還是輸出到細胞外。
事實證明，這些原則是普遍適用的，在酵母菌、植物和動物細胞中以類似的方式運作。由於蛋白質的準確分佈到它們在細胞中的適當位置對於細胞發揮功能是必要的，因此這些發現對包括囊性纖維化、阿爾茨海默病和艾滋病在內的許多疾病具有直接影響。布洛貝爾的研究還有助於更有效地利用細胞作為“蛋白質工廠”來生產重要的藥物。
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新聞稿，來自洛克菲勒大學
概述，布洛貝爾的工作，來自霍華德·休斯醫學研究所