探秘2014年诺贝尔物理、化学奖

2014年的诺贝尔奖已经揭晓，物理奖和化学奖各被三名科学家摘取。这几位科学家为世界的进步和发展作出了怎样的贡献？他们的发明又给人类生活带来了怎样的便利？让大脸兔为大家一一解读。

化学奖：超高分辨率荧光显微镜

2014年诺贝尔化学奖的获奖者分别是美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫奈和德国科学家斯特凡·黑尔，他们获奖的理由是，超越光学显微镜的局限，发展了超高分辨率荧光显微镜，这使得光学显微镜技术进入纳米尺度。

很长一段时间里，科学家认为光学显微镜有一个极限：无法获得比半光波长（即0.2微米左右）更好的分辨率，这导致科学家们无法看到更小的物体，如常规尺寸的病毒，或单个的蛋白质。但是，今年诺贝尔化学奖的三位获得者在荧光分子的帮助下，巧妙地绕开了这种极限。

同样是发展荧光显微镜，但这几名科学家用的方法却不尽相同。其中斯特凡·黑尔开发的是受激发射减损显微镜技术。这项技术同时使用两束激光，一束负责激发荧光分子使其发光，另一束则负责抵消大部分荧光，只留下一块纳米大小的荧光区域。这样，通过一个纳米一个纳米地扫描样品，可以获得更高分辨率的图像。

埃里克·贝齐格和威廉·莫奈共同开发的是单分子显微技术。这项技术可以对同一区域进行多次“绘图”，每次仅仅让很少量的分散分子发光，将这些图像叠加起来，就能产生密集的纳米尺寸超分辨率图像。

通过超高分辨率的荧光显微镜，科学家们就可以在细胞中观察到单个分子的运动；可以看到分子如何在脑的两个神经细胞之间产生突触；可以追踪帕金森病、阿尔兹海默症和亨廷顿症患者体内相关蛋白质的累积情况；还能跟踪受精卵在分裂形成胚胎时，蛋白质的变化过程……总之，人们能更好地了解微观世界，攻克更多的科技难题。

物理学奖：蓝色发光二极管

2014年诺贝尔物理学奖获得者为日本科学家赤崎勇、天野浩和日裔美籍科学家中村修二。他们获奖的理由是：发现新型高效、环境友好型光源，即蓝色发光二极管（LED）。通过应用蓝光LED技术，人类可以使用一种全新的手段产生白色光源。如果说爱迪生的白炽灯泡点亮了20世纪，那么21世纪将闪耀在LED之下。

红色和绿色LED在上世纪中叶已经问世，但要把LED用于照明，必须发明蓝色LED，因为有了红、绿、蓝三种单色光后，才能产生白色光。但蓝色LED的制备技术困扰了人类30多年。一直到1986年，赤崎勇和矢野浩两人首次制成高质量的氮化镓晶体，才使得蓝色LED的研究取得突破。三年后，两人又首次研发成功蓝光LED。而中村修二的研究则是让LED照明实现了实用化，引发了照明技术的革新。

那么这项技术的意义何在呢？在LED灯中，电能被直接转换为光，这就大大提升了发光的效能。图2是在消耗同样能量的情况下，油灯、白炽灯、荧光灯和LED灯的发光强度对比。数据显示，LED灯的发光效率是煤油灯的3000倍，是荧光灯的4倍多。目前，全世界大约四分之一的耗电量来自于照明，LED这一高效照明工具的出现，能够极大地节省电能。同时，由于LED灯可以持续使用长达10万个小时，与白炽灯泡的1000个小时以及荧光灯的1万个小时相比，LED灯又能节省材料的消耗。

由于极大地节约了资源，LED技术使得更高效、更便宜的照明设备陆续被开发出来，这给世界上超过15亿的人口带来了直接的福利——生活在发达地区的我们可能不知道，地球上还有很多人因为贫困和缺乏电网设备，无法享受电力照明。但LED灯的出现，让他们未来有望使用小型太阳能电站产生电力进行照明。

此外，LED是可以非常灵活运用的光源技术，人们可以根据不同的需求，合成各式各样的色彩和亮度。如让面积达数百平米的屏幕闪烁，变换色彩与图形，而且这一切都可以用计算机进行控制。对光线色彩的控制还意味着LED灯可以模仿自然光源，让我们的生物钟能够更好地适应。而在人工温室内使用人工照明的方法也已经成功进行了实践。被污染的水体可以使用紫外光LED灯进行消毒，它同样是蓝光LED技术的衍生品。

正是由于十多年来蓝光LED和LED照明技术为人类社会作出如此巨大的贡献，诺贝尔奖评选委员会才会将2014年的物理诺贝尔奖，颁给多年前开发这项技术的三名科学家。