诺贝尔基金会的评审委员会已经做出了年度评选。四位杰出的科学家将获得他们的荣誉——以及 7,900,000 瑞典克朗的奖金——颁奖典礼将于 1999 年 12 月 11 日举行。其中三位获奖者曾在《大众科学》杂志上发表过关于他们工作的文章。
以下是 1999 年诺贝尔奖得主及其在物理学、化学和医学领域工作的简介。
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物理学
统一理论
杰拉德·特·胡夫特 |
自 19 世纪以来，数学家一直在奠定理论基础，试图统一所有物理力的对称性。这个传奇故事始于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在 1860 年代证明电和磁是单一电磁力的两个方面。多年来，一系列诺贝尔奖标志着这个故事的新发展。
最新的里程碑是 1999 年诺贝尔物理学奖授予乌得勒支大学的杰拉德·特·胡夫特和密歇根大学前教授、现已退休的马丁努斯·韦尔特曼，以表彰他们在更坚实的数学基础上建立了粒子物理理论。根据诺贝尔奖的引文，物理学家们的特殊贡献是展示了如何将粒子理论用于物理量的精确计算。欧洲和美国的加速器实验室的实验最近证实了他们的许多计算结果。
特·胡夫特和韦尔特曼的工作是寻求统一理论的最新数学成就。在本世纪早期，量子力学与狭义相对论相结合，产生了量子场论。但是，尽管该理论成功地解释了许多现象，例如粒子如何产生或湮灭，或者不稳定的粒子如何衰变，但它似乎荒谬地预测，某些相互作用的可能性可能是无限大的。
马丁努斯·J·G·韦尔特曼 |
这个问题在 1940 年代由理查德·费曼、朱利安·施温格和朝永振一郎解决，他们重新定义了电子的质量和电荷。他们的新理论，量子电动力学 (QED)，为他们赢得了 1965 年的诺贝尔奖。该理论被证明非常精确，并成为电弱理论的原型，该理论将电磁力和弱核力纳入一个单一模型，并为谢尔顿·L·格拉肖、阿卜杜斯·萨拉姆和史蒂文·温伯格赢得了 1979 年的诺贝尔奖。该理论预测了新的 W 和 Z 粒子，这些粒子后来在 1983 年在日内瓦的欧洲核子研究中心 CERN 加速器实验室被探测到——为卡洛·鲁比亚和西蒙·范德梅尔赢得了 1984 年的诺贝尔奖。
不幸的是，电弱模型在预测方面也遇到了与量子场论相同的问题。这一次，特·胡夫特和韦尔特曼通过类似于费曼的“重整化”克服了困难。韦尔特曼决心解决这个问题。而且，与费曼不同，他可以使用计算机。1969 年春天，韦尔特曼的一位 22 岁的学生特·胡夫特加入了他的工作。1971 年，特·胡夫特发表了两篇文章，代表着一个重要的突破。在韦尔特曼开发的计算机程序的帮助下，结果得到了验证，两位研究人员共同制定了一种计算方法。
他们方案中的一个重要组成部分是另一种粒子的存在，称为希格斯玻色子。它的作用是将质量赋予许多已知的粒子。是希格斯玻色子和各种力载体粒子之间的相互作用，使得 W 和 Z 玻色子（弱力的载体）如此巨大（质量分别为 80 和 91 GeV），但光子（电磁力的载体）没有质量。
有了韦尔特曼和特·胡夫特的理论机制，物理学家可以更可靠地估计 W 和 Z 的质量，并且至少可以粗略地指导顶夸克的可能质量。W、Z 和顶夸克随后在高能碰撞实验中被创造和探测到。难以捉摸的希格斯玻色子本身现在是一个重要的目标。它是否会像预测的那样出现还有待观察。唯一强大到可以探测到它的加速器将是 CERN 的大型强子对撞机，该对撞机正在日内瓦建造，预计将于 2005 年完工。
进一步阅读
希格斯玻色子。《大众科学》；1986 年 11 月。
基本粒子之间力的规范理论。《大众科学》；1980 年 6 月。
相关链接
背景（PDF 格式）
化学
慢镜头反应
艾哈迈德·H·泽韦尔 |
您需要一台非常快速的相机才能拍摄原子在反应过程中的慢动作照片。键的断裂和新键的形成发生在飞秒级的超快世界中——10-15 秒——飞秒与秒的关系就像秒与 3200 万年的关系一样。1999 年诺贝尔化学奖将授予加州理工学院的艾哈迈德·H·泽韦尔，以表彰他开发了捕捉这个世界的精密技术——并在这一过程中创立了物理化学的一个新分支，称为飞秒化学。
为了完成这项壮举，泽韦尔设计了一种使用超快激光脉冲的方法，以提供比任何相机都快得多的快照。在飞秒光谱学中，试剂在真空室中以分子束的形式混合。然后，激光注入两个短暂的脉冲：首先是一个强大的泵浦脉冲，它击中分子并将其激发到更高的能量状态，然后是一个较弱的探测脉冲，其波长选择为检测原始分子或改变后的形式。泵浦脉冲是反应的起始信号，而探测脉冲则检查正在发生的事情。研究分子吸收的光类型可以获得有关化学反应每一步中原子在分子内位置的信息。
在 1980 年代后期，泽韦尔和他的同事首次研究了碘氰化物 (ICN-->I+CN) 的 200 飞秒分解，观察了碘和碳之间的化学键即将断裂的确切时刻。随着时间分辨率的逐步提高，研究人员能够观察到从原始物质到最终产物过程中产生的中间物质。时间分辨率的每一次提高都导致反应链中出现新的环节，以寿命越来越短的中间体的形式，并更好地理解了反应机理是如何运作的。
泽韦尔的开创性工作引发了世界范围内的研究热潮。目前的研究不仅检查分子束，还检查表面上的过程（从而更好地理解和改进催化剂）、液体和溶剂中的过程（揭示溶解和溶液中物质之间反应的机理）以及聚合物中的过程。在生物系统的研究中，这项新技术提供了叶绿素分子在光合作用过程中如何将阳光转化为植物可用能量的分子级细节。
在颁奖公告中，瑞典皇家科学院指出，“泽韦尔获得诺贝尔奖的贡献意味着我们已经走到了尽头：没有化学反应比这更快。”
进一步阅读
分子的诞生。《大众科学》；1990 年 12 月。
更多探索
飞秒化学背景（PDF 格式）
快速激光的新物理学，来自美国物理学会百年会议
医学
细胞“邮政编码”
冈特·布洛贝尔 |
活细胞中的核糖体是工厂，生产数十亿个不同类型的蛋白质分子，种类数以千计。当需要更换时，这些新制造的蛋白质会被转运穿过细胞膜并输送到它们适当的位置。
在 1999 年诺贝尔生理学或医学奖获得者、洛克菲勒大学的细胞生物学家冈特·布洛贝尔揭示了细胞邮政编码系统的存在之前，这个复杂系统是如何运作的一直是个谜。或者正如卡罗林斯卡研究所的诺贝尔大会在其引文中声明的那样，这项发现是“蛋白质具有内在信号，可以控制其在细胞中的运输和定位”。
在 1970 年代初，身为霍华德·休斯医学研究所研究员并领导洛克菲勒细胞生物学实验室的布洛贝尔发现，新合成的蛋白质具有内在信号，可以将它们定向到内质网膜并穿过该膜，内质网是细胞的细胞器之一。到 1975 年，他已经确定了转运过程中的各个步骤。该信号由肽组成，肽是特定顺序的氨基酸序列，构成蛋白质的组成部分。他的工作还表明，蛋白质通过内质网膜上的通道穿过。
在接下来的二十年中，布洛贝尔实验室的工作人员描述了这些过程背后的分子机制。1980 年，布洛贝尔制定了将蛋白质分选和靶向特定细胞区室的一般原则。每种蛋白质在其结构中都带有指定其在细胞中正确位置所需的信息。特定的氨基酸序列（拓扑信号）决定了蛋白质是穿过膜进入特定的细胞器，整合到膜中，还是输出到细胞外。
事实证明，这些原则是普遍适用的，在酵母菌、植物和动物细胞中以类似的方式运作。由于蛋白质的准确分布到它们在细胞中的适当位置对于细胞发挥功能是必要的，因此这些发现对包括囊性纤维化、阿尔茨海默病和艾滋病在内的许多疾病具有直接影响。布洛贝尔的研究还有助于更有效地利用细胞作为“蛋白质工厂”来生产重要的药物。
更多探索
新闻稿，来自洛克菲勒大学
概述，布洛贝尔的工作，来自霍华德·休斯医学研究所