2017年诺贝尔三大科学奖在十月上旬陆续揭晓。
美国科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬，因在研究生物钟运行的分子机制方面的成就，获得诺贝尔生理学或医学奖。美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩，因在“激光干涉引力波天文台”（LIGO）项目和发现引力波方面的贡献，获得诺贝尔物理学奖。瑞士科学家雅克·杜博歇、美国科学家约阿希姆·弗兰克以及英国科学家理查德·亨德森，因研发出能对生命分子进行三维成像的冷冻电子显微镜技术，获得诺贝尔化学奖。
九位性格迥异的科学家，为何能够获得这三项科学领域最高成就的科学奖项？让我们一起了解2017年三项诺贝尔科学奖获得者背后的科学故事。
2017年诺贝尔生理学或医学奖：解密机体生物钟奥秘
从蓝绿藻到真菌、从植物到动物，地球生命普遍拥有一套内置的时钟，以24小时为周期调节生理活动，以适应我们这颗行星的自转和昼夜变化。获得2017年诺贝尔生理学或医学奖的三位科学家，在分子水平上揭示了生命时钟怎样“滴答”走动。
含羞草叶子在黑暗中仍按昼夜规律开闭，向日葵在太阳尚未升起时已经朝向东方，人在亮如白昼的办公室里待到半夜照样犯困——生物的自然节律并不依赖于外界条件刺激，而是由某种内在机制掌控。钟表的核心元件是振荡器，比如钟摆、机械振子或石英电路，它们产生稳定的周期性振动。
那么在生物体里，这个振荡器是什么？人们很早就发现生物节律特征可以遗传，随着分子生物学发展，科学界逐渐提出“生物钟基因”的设想。20世纪70年代，美国加州理工学院的西摩·本泽和罗纳德·科诺普卡用果蝇做实验，筛选相关的基因突变。
1984年，三名美国科学家，杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬克隆出了“周期”基因，并把它编码的蛋白质命名为PER。他们发现，果蝇体内的PER蛋白质浓度有规律地变动，振荡周期正是24小时。至此，人们找到了生物钟的“振荡器”。
这项研究成果的最大价值在于，该调控机制也同样适用于人类，进而能够从基因变异角度研究哺乳动物的生物节律。弄清这一机制有助于解决因昼夜节律紊乱导致的睡眠问题，亦为后来的科学家们进一步治疗遗传性疾病铺平了道路。
诺贝尔物理学奖：引力波，听见宇宙的声音
在一片嘈杂的背景噪音中，一声“噗”的清脆声响，如水滴落水，持续时间短暂得不到1秒，这正是由引力波转化成的宇宙之声。这个声音源自13亿年前一个双黑洞系统的合并，由此产生的引力波信号经过13亿年漫长旅行，于2015年9月14日抵达地球，被“激光干涉引力波天文台”（LIGO）的两个探测器捕捉到。
我们可以通过倾听声音来分辨乐器的种类和质地，物理学家也通过类似方式来研究宇宙。引力波就是这样一种“时空的涟漪”，它能被极为灵敏的探测“听”到，向我们传递宇宙的信息。
雷纳·韦斯——LIGO的“发明者”
出生于德国的韦斯在上世纪70年代就提出了用激光干涉技术来探测引力波的实验构想，这是LIGO装置的基础。随后，韦斯遇到了索恩，二人仔细研究了探测引力波的可行性。韦斯推动了仪器方面的科学研究，使得LIGO相关设备达到了足够的灵敏度和稳定性，最终捕捉到了“宇宙之声”。
2015年第一次探测到引力波后，韦斯和索恩紧紧拥抱在一起。韦斯说：“如果我们能把这一消息告诉爱因斯坦，那么他的表情一定会很好玩。”百年前，爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存在。
基普·索恩——LIGO的“代言人”
“引力波将成为未来几年、几十年甚至几个世纪人类探索宇宙的强有力工具，”77岁的基普·索恩获奖后接受媒体采访时说，“这是全人类的胜利。”不过，他说1000多名参与引力波探测工程的科学家没能分享这一奖项，“有些令人失望”，但他还是十分荣幸能够代表他们接受这一荣誉。
擅长科普写作，语言表达能力极强的索恩被认为是美国引力波探测项目公认的“代言人”。1970年，年仅30岁、打扮“嬉皮”的他成为加州理工学院历史上最年轻的教授。他“任性”地依照个人兴趣，开创了物理学多个分支领域，促成了引力波探测各相关领域研究的大发展。
LIGO科学合作组织的研究成员、加州理工学院物理学教授陈雁北在上世纪90年代曾是索恩的学生。他对新华社记者说，索恩推动了引力波探测研究合作，帮助搭建了整个研究理论框架，促成了这一领域研究“大生态”的发展。
索恩不仅对科研充满激情，还是一位在文学和艺术领域游刃有余的“跨界达人”。2009年退休后，他前往好莱坞参与电影制作。首部电影便是著名的《星际穿越》，索恩担任科学顾问。这部科幻电影成为很多物理课堂的必放影片。
索恩撰写的科普书籍被翻译成多国语言，其科普演讲节目在媒体上反复播放，他推动科幻小说新的创作方向……正是索恩等人的努力，让全世界无数年轻人开始对引力波、相对论、时间旅行等话题着迷，激发更多年轻人投身自然科学探索。
巴里·巴里什——LIGO的“大主管”
对于81岁的巴里·巴里什来说，获得诺贝尔奖是“意料之中”的事。
曾主持过国际直线对撞机项目的巴里什在科研项目管理方面特别有一套，威望极高。早期LIGO项目内部也曾充满竞争、矛盾和对立，一度关系僵化。负责该项目的加州理工学院和麻省理工学院“脾气”和“秉性”各异，在合作中遇到很多问题。直到加州理工学院找到巴里什来主持实验工作，才逐渐把两个学校的合作拉上正轨。
他于1997年至2006年担任LIGO项目主管，把早期“各自为政”的几个研究小组，成功转化为由1000多名科学家参与的高效的国际大科学合作工程。他在采访中说，是科学目标和不断的技术挑战激励着他坚持走下去。
美国《科学》杂志在一篇关于巴里什的报道中写到：“他虽然没有发明LIGO，但是他让LIGO成为了现实。”
诺贝尔化学奖：冷冻电镜，让你看清生物大分子的模样
见人所未见的世界，一直是科学探索的一个目标。但如何去见呢？理论在先，还是工具改进在先？比如量子理论，是典型的概念带来实践和认知革命，而工具改进是否也会带来类似革命？2017年诺贝尔化学奖对这一问题做了一个交待。
英国科学家理查德·亨德森、美国科学家约阿希姆·弗兰克以及瑞士科学家雅克·杜博歇因为在冷冻显微术领域的贡献而获诺奖。
消息宣布后，不少科学界人士善意地调侃说，三个搞物理工作的“工匠”得了个化学奖。科学界利用三人不断改进的技术，得以高分辨率测定溶液中的生物分子结构，而又不破坏其形态，这一突破对生物化学产生了革命性影响。
正如化学奖评选委员会成员彼得·布热津斯基所说，今年的化学奖是跨学科研究的一个典型，技术在科学发现中正发挥越来越重要的作用。
“电镜鼻祖”——亨德森
“我一直觉得如果你做一些有趣的事情并且把它做好了，那么在某个阶段你就会因为做你喜欢的事情而获得很好的回报。”英国剑桥大学的分子生物学家亨德森几年前的预言今天应验了。
亨德森生于1945年，作为电子显微镜领域的开创者之一，他也是个生物物理学家，以一个物理学家的特有眼光看待生物化学领域，或许总能获得别样的思路。“我把从事的研究当成了一项吸引人的爱好，因为从来不会重复，总有新东西。”
把研究当爱好，就仿佛孩子爱玩并好奇周围一切一样，让亨德森在上世纪90年代才思泉涌，改进了传统电子显微镜，取得了原子级分辨率的图像。人们因此得以看到极其微观层面的世界。
研究不是亨德森唯一的爱好，他日常喜欢遛狗、划皮划艇、喝点葡萄酒，与孙子一起踢足球，还一直是个电影迷。
我很幸运获得了这么好的教育，同时又有时间去从事其他活动。”亨德森说，他和几个朋友经常花很多时间在一起收集并维修一些老爷车，他们曾开着一辆1948年的老爷车游遍了苏格兰。
“跨界奇才”——弗兰克
77岁的德裔美国科学家弗兰克如今是哥伦比亚大学生命科学系教授。他的主要贡献是在上世纪70、80年代开发了一种图像合成算法，能将电子显微镜模糊的二维图像合成清晰的三维图像。
弗兰克物理学背景深厚，说他是物理学家也不为过。在德国的大学里，他研究的是熔点下的金的电子衍射，读博士时，接触了Ｘ射线晶体学，并师从德国著名的电子显微学家霍佩博士，并由此接触到了电子显微镜。
1970年弗兰克在德国慕尼黑理工大学获得博士学位后，获得了资助前往美国最好的几个实验室游学两年，其中包括美国航天局的喷气推进实验室。而在喷气推进实验室工作期间，他选择去学习图像处理技术。当时的他，怎么也不会想到他的这些功课日后会与化学有关联。
此后，弗兰克在英国剑桥大学从事电子光学研究。几年后又定居美国，从事一些与电子显微镜相关的公共卫生研究。丰富的“跨界”学术经历对他的成长很有帮助。
弗兰克发展了一系列成像算法并编写软件，实现无需结晶的蛋白质三维结构解析技术。尤其在核糖体三维重构方面有一系列的重要开创性工作，可惜当年解析核糖体结构而获诺贝尔奖的科学家不包括他。现在他在冷冻显微术领域获诺贝尔奖，实至名归。
“科学哲人”——杜博歇
如果说，亨德森和弗兰克在基本理论实践和重构算法方面有贡献，75岁的瑞士洛桑大学荣誉教授雅克·杜博歇则在样本制作方面有开创性贡献。
上世纪80年代，杜博歇发明了迅速将液体水冷冻成玻璃态以使生物分子保持自然形态的技术。通俗地说，生物细胞内的水一旦冷冻就会结冰，而这些冰晶会破坏细胞内各种物质的原有形态。让这些水变成玻璃态，就能让细胞内的各种分子保持原样，供电子显微镜观察。
杜博歇做出开创新研究之后，随着冷台技术的开发，低温冷冻电子显微技术才正式推广开来。2015年，这一成果已被同行认为是“诺奖级”。
杜博歇不仅是一位科学家，还堪称“哲人”。退休后，他在博客上经常写一些富有哲思的短文。他还广泛关注社会问题，提倡科学家要有社会责任感，成为“公民科学家”。他在一篇题为《教科学家成为公民》的文章中写道：“成为一名好科学家很难，成为一个好公民更难”，“成为一名好的公民生物学家需要一点哲学和历史，加上一些经济学和法律知识”。
来源：新华社、《科技日报》、科学网、澎拜新闻网等
