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中國科學家獲得諾貝爾自然科學獎的人數很少,到底為什麼?

2024-11-12 05:54:40

自1901年首屆頒發至如今,諾貝爾獎已經走過了123年的歷史,獲此殊榮的科學家累計近400人,然而,在自然科學領域,唯獨中國科學家屠呦呦一人獲獎,諸如丁肇中、楊振寧等人在獲獎時均具有華裔身份。為何中國科學家在諾貝爾自然科學獎的榜單上如此罕見?答案在於——基礎科研的薄弱積累。

中國在基礎研究上的成就與西方相比,確實較為薄弱。文藝復興時期起,西方開啟了科學復興之路。16世紀伽利略將實驗引入力學,他運用實驗與數學結合的方法確立了若干重要的力學定律。不僅推翻了統治歐洲近兩千年的亞里士多德錯誤觀點,還奠定了研究自然科學的新方式,對人類的物質運動及宇宙觀產生了革命性的影響。自此,歐洲的科學發展開始穩步崛起。

隨後,牛頓的《自然哲學的數學原理》一書問世,被譽為物理學的“聖經”,該書總結了近代天體力學和地面力學的成果,為經典力學確立了基本概念,並提出了力學三大定律及萬有引力定律,將經典力學打造成一個完整的理論體系。這部著作標誌著經典力學的成熟,其理論體系成為近代科學的標尺。

在化學界,與牛頓同時代的“化學之父”波義耳發表了《懷疑派化學家》,確立了科學這一新學科。1661年問世的這部著作,被視為近代化學誕生的起點。

科學的發展離不開數學的推動,19世紀,魏爾斯特拉斯發起“分析算術化”運動,戴德金、康托爾及魏爾斯特拉斯各自提出了實數理論。這標誌著實數的定義及其完備性的確立,消除了圍繞實數概念的邏輯迴圈。

完備的實數體系建立後,為數學分析帶來了嚴密性,將牛頓建立的微積分及其推廣從對幾何概念、運動和直觀理解的完全依賴中解脫出來。它不依賴於幾何含義,也避免了極限定義無理數的邏輯錯誤。有了這些定義作為基礎,關於極限的微積分基本定理的推導才不會有理論上的迴圈。導數和積分因此可以直接建立在這些定義之上,免除任何與感性認識相關的性質。幾何概念無法提供充分明確和精確的描述,在微積分漫長的發展歷程中已經得到了證實。因此,必要的嚴格性只能透過數的概念來實現,並且在割斷數的概念與幾何量觀念的聯絡後才能完全達到。

實數體系的建立以及微積分的完善促進了物理學的蓬勃發展,物理問題的表達通常以微分方程的形式呈現。這也迎來了科學的繁榮發展時期,一直持續了整整200多年,直到20世紀末。在這200多年的時間裡,湧現了無數著名的數學家、科學家,他們將微積分應用於天文學、力學、光學、熱學等領域,並取得了豐碩成果。

因此,西方在基礎研究上的歷史近500年,他們構建了現代文明的框架,這是不爭的事實。即便是日本,也透過明治維新等自上而下的改革,在現代化和資本主義道路上摸索了超過150年。

然而,中國真正進行科學理論研究,即使從1898年京師大學堂成立算起,也僅有201年的歷史,且當時國家環境及清政府對科學的態度,都未能為科學研究提供充足支援。隨後的近40年戰亂中,中國科學家雖取得了許多偉大成就,如彭桓武、何澤慧、王淦昌等人的貢獻。

但中國成體系地進行科學研究,實際上要追溯到78年恢復高考之時,那時中國教育學科體系建設和發展進一步完善,國家也開始大規模投入科研,因此僅有短短40年。為何不算前三十年?因為當時國家建設需要,更加重視實驗物理,以解決實際問題為主。

1982年2月6日,我國舉行首次博士論文答辯,馬中騏為答辯者。其論文答辯委員會由五位學部委員(相當於中科院院士)和兩位頂尖教授組成,“兩彈一星”元勳彭桓武擔任主席。這之後,中國再無如此高規格的論文答辯委員會,標誌著中國在人才培養與投入上正式步入正軌。

新中國成立後,國家百廢待興,工業基礎幾乎為零。在這樣的背景下,大批歸國科學家轉型實驗物理研究,以解決實際問題為主。新中國成立時,科研設施僅限於北平研究院的一個原子學研究所和中央研究院物理研究所內的核物理部分。當時的工作條件和人員狀況極為薄弱。

北平研究院的原子學研究所僅有歸國的科學家錢三強、何澤慧、彭桓武,再加上一名助理員和一名事務員,共計五人。在經費緊張、人員短缺、技術手段落後且社會動盪的條件下,中國科研面臨兩大致命弱點:缺乏計劃性和彼此瞭解不足、缺乏合作。

1949年11月,中國科學院成立後,提出使科學服務於國家工業、農業、國防建設、人民健康和文化生活等領域,從而確立瞭解決實際問題的發展方向。

在這樣的導向下,中國科學院近代物理研究所成立,此時李四光發現了鈾,於是大力發展原子能。原本從事統計物理學和熱力學研究的王承書,毅然轉型研究高能物理。在從蘇聯學習培訓回國的火車上,她七天七夜翻譯出美國最新出版的關於熱核聚變的書籍,從而搞清楚了熱核聚變的理論基礎和方法,並參與建設了中國最初的三個等離子體實驗裝置。

50年代,錢三強領導建成了中國第一個重水型原子反應堆和第一臺迴旋加速器,以及一批重要儀器裝置。正是因為當時的環境,我國的堆物理、堆工程技術、釺化學放射生物學、放射性同位素製備、高能加速器技術、受控熱核聚變等科研工作在當時都取得了不小的進展,但在理論物理研究、理論數學領域發展相對薄弱。

基於這樣的導向,1953年,我國第一根無縫鋼管在鞍鋼無縫鋼管廠壓制成功。無縫鋼管是航天、地質、石油、機械等工業的基礎材料。1954年7月,新中國第一架飛機“初教-5”研製成功。

1958年,中國第一臺計算機研製成功。1965年,結晶牛胰島素研製成功。當然,最重要的成就是兩彈一星等,有力保障了國家安全。

意識問題也是一個重要原因。我們肯定諾貝爾獎的含金量,獲得諾貝爾獎的科學家都取得了非凡成就。但蘇聯從1917年至1991年,共74年的時間裡,也僅獲得了9次諾貝爾自然科學獎。要知道,蘇聯前身的沙俄在基礎研究上是有深厚積累的。在彼得大帝一世時期,沙俄開始規劃建立科學院。

彼得堡科學院成立後,彼得一世邀請了世界一流科學家。艾勒、伯努利和德國博物學家格麥以及數學四大天王之一的尤拉在彼得堡科學院工作,他們的到來,在俄羅斯這塊科學荒地上播撒了知識的種子,促進了俄羅斯基礎教育的發展,傳播了歐美的先進科學知識,也為俄羅斯培育了一大批人才。

但是蘇聯也僅獲得9次諾貝爾自然科學獎,從中可以看出西方對我們的態度。像以下我國的科學家完全是可以獲得諾貝爾自然科學獎的。

以兩彈元勳王淦昌為例,他在1942年1月發表的《關於探測中微子的一個建議》中,提出了透過輕原子核俘獲K殼層電子釋放中微子時產生的反衝中微子的創造性實驗方法,這是研究中微子的實質性一步。他還建議用Be7的K俘獲過程做研究,並指出:“測量放射性原子的反衝能量或動量是獲得中微子存在的證據的唯一希望。”

美國物理學家艾倫看到論文後,立即進行實驗,艾倫測到了Li7的反衝能,實驗結果證實了王淦昌的構想,並發表了論文《一箇中微子存在的實驗證據》。這個實驗首次證實了中微子的存在,轟動了整個物理學界,“阿倫—王淦昌實驗”被《美國物理現代評論》譽為國際物理學重大成就之一。

1946年,王淦昌在美國《物理評論》雜誌上發表了《建議探測中微子的幾種方法》,在論文中提出了三種驗證中微子的方法,除此之外,王淦昌還提出了透過裂變檢測中微子的全新思路,這是在之前科學界從未有人提出過的構想,這為中微子的研究打開了全新思路。

美國萊因斯和柯萬就是在王淦昌的構想上進行實驗,透過裂變探測中微子獲得了諾貝爾獎,後來美國戴維斯也根據王淦昌的構想發現太陽中微子失蹤,獲2002年諾貝爾獎。

中微子,這個在科學界掀起無數風浪的“隱身高手”,它的存在與特性已連續為九位科研工作者贏得了諾貝爾獎的金質獎章。他們包括1988年因揭示中微子的傳遞方式以及三種輕子代結構的確立而獲獎的萊得曼、施瓦茨和施泰因貝格爾,以及1995年因直接捕捉到中微子而獲獎的弗雷德裡克·萊因斯,還有馬丁·佩爾因發現了T輕子而獲獎。

2002年,小柴昌俊和戴維斯因在探測宇宙中微子上的開創性工作被授予諾貝爾獎,而2015年梶田隆章和麥克唐納則因發現中微子振盪證明其具有質量而獲獎。然而,儘管王淦昌提出了三種探測中微子的方法,並透過理論預測首次證實了中微子的存在,卻未曾獲得諾貝爾獎的青睞。

1960年的科研界,王淦昌的名字曾轟動一時。在高能物理實驗中,他發現了反西格瑪負超子,這一發現讓世界為之矚目,全球各大報章紛紛報道。然而儘管反西格瑪負超子的發現在科學上的意義被高度評價,諾貝爾獎仍舊與王淦昌擦肩而過。

薛其坤領導的研究小組經過五年的努力,從拓撲絕緣體材料的成功生長到實驗技術的不斷攻關,付出了巨大的努力。他們的實驗成功,標誌在於是否能在零磁場條件下觀察到磁性拓撲絕緣體材料的霍爾電阻跳變到量子電阻值25813歐姆。

薛其坤團隊對1000多個樣品進行了精心的生長和測量,最終使用分子束外延技術培養出高質量的Cr摻雜(Bi,Sb)2Te3薄膜,並在極低溫條件下的輸運測量中,首次觀察到了量子反常霍爾效應。然而儘管此領域中馮·克里津於1985年獲獎,崔琦和史特莫也在1998年獲獎,薛其坤仍未能摘得諾貝爾獎。

在科研領域中,王貽芳因發現中微子振盪,何澤慧獨立發現了機率極低的鈾“四分裂”現象,都作出了重大貢獻。趙忠堯作為首位發現正電子,也是人類歷史上首次證實反物質存在的科學家,其成就本應獲獎,但諾貝爾獎卻被安德遜獲取。即便安德遜本人承認了趙忠堯的優先權,但西方科學界並未對此作出回應。

此外,諾貝爾科學獎通常在研究成果經過數十年的驗證後才頒發,而中國大規模科研活動的真正起步要追溯到1978年之後,時間尚短。

因此,我們必須明確:雖諾貝爾獎得主的成就卓越,但未獲獎者亦不可小覷。中國如今每年有超過九百萬大學生畢業,擁有世界上最多的高等教育畢業生。我們有潛力,有能力,也有時間去展現自己的科研實力,以實際成果向世界證明我們的科研成就!

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