18.htm

自牛顿以来的科学家

<br><center><b>5、典型案例1：高温超导体科学家群体<a href="18.htm#注" class=v3><sup>[5]</sup></a><br><br></center></b>

　　1986年到1988年，是高临界温度超导体取得历史性突破的3年。高温超导体发现的竞争激烈程度也是科学发现史上少有的。在这一场竞争中，几个关键的人物是德国科学家柏诺兹(J.G.Bednorz,1950-)和瑞士科学家穆勒(K.A.Muller)<a href="18.htm#注" class=v3><sup>[6]</sup></a>、美籍华裔科学家朱经武、中国科学家赵忠贤、日本科学家北泽宏一。从以下描述可以看出，柏诺兹和缪勒是这场发现高温超导竞争的引发者，而朱经武、赵忠贤、北泽宏一等人争分夺秒的竞争大大加快了超导研究的步伐。<br><br>

　　自1911年荷兰科学家卡末林·昂内斯发现汞的超导效应之后，探索具有高临界温度的超导体一直是科学家的追求。1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。<br><br>

　　1986年1月，在美国国际商用机器公司（IBM）设在瑞士苏黎世实验室中工作的科学家柏诺兹和穆勒，首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K。1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了48．6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。1987年2月16日，美国国家科学基金会宣布，朱经武与吴茂昆获得转变温度为93K的超导体。1987年2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。1987年3月3日，日本宣布发现123K超导体。1987年3月27日，美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。1987年12月30日，美国休斯敦大学宣布，朱经武又将超导温度提高到40．2℃。<br><br>

<table border=0 align=right><tr><td><img src="mullera.gif" alt="穆勒"></td></tr></table>

　　1927年在瑞士出生的穆勒1958年在瑞士联邦工业大学获得物理学博士学位，1963年就开始在IBM公司苏黎世研究实验室工作，1972年成为物理部负责人，1982年提升为公司研究员。提升为研究院意味着他有权自由地选择研究课题。柏诺兹是1950年出生于德国，1982年也在瑞士联邦工业大学取得博士学位，同年进入苏黎世研究实验室工作。柏诺兹和缪勒是从1983年夏天开始合作研究的。他们虽然相差23岁，但两人却能平起平坐，成为亲密无间的研究伙伴。穆勒在理论上比较有造诣，他认为在金属氧化物中可能存在高临界转变问题的超导体；而柏诺兹在实验方面又非常熟练的技能，精通化学和制造陶瓷材料的技术。两人经过3年的艰苦努力，在试验过100多种氧化物后，终于在1986年1月26日发现了一种Ba－La－Cu－O材料在35K时开始出现超导现象。这是一个历史性的突破，出于谨慎并再三核实结果之后，他们4月份才向一本知名度不高的德国《物理学杂志》寄交了一篇划时代的论文《Ba－La－Cu－O系中可能的高TC超导电性》。1986年10月，他们将另一篇论文寄交《欧洲物理学通讯》，报道了这种氧化物的磁化率的结果，再一次证实了他们寻找到的这种氧化物确实是超导材料。他们的开拓性工作很快得到了科学界的承认，并掀起超导研究的高潮。1987年10月，柏诺兹和穆勒获得诺贝尔物理奖。<br><br>

　　朱经武是出生于中国湖南、长大于台湾、留学于美国的物理学家。朱经武主要从事关于超导电性、磁学和电介质物理的研究。1986年夏天曾预言，如果自己3年内不能发现高温超导体的话，就将放弃自己多年的这项研究。没过多久，柏诺兹和缪勒的论文发表了。由于很多人或者没有看到他们的论文或者看到后也不相信，因此没有引起重视。但是朱经武对他们的结果敏锐地做出了肯定的判断，并与自己的研究小组加紧了研究工作。他们用高压的方法使La－Ba－Cu－O材料的超导转变问题提高到了40.2K（论文发表于1987年1月26日《物理评论通讯》），接着又提高到52.5K（论文发表于1987年1月30日《科学》）。当认识到高压方法已到极限时，他们对材料的纯度和成分进行了深入分析，得出了新的结论。在进一步改变材料和处理条件后，1987年1月29日，朱经武等人首次宣布的到了90K以上电阻消失的超导体（论文发表于1987年3月2日《物理评论通讯》）。这也是超导物理史上的又一个里程碑，因为这是人类首次发现突破了液氮温区（77K）的超导体。出于专利方面的考虑，这篇论文没有公布新材料的化学成分。<br><br>

　　赵忠贤是中国科学院物理研究所从事低温物理和超导性研究的科学家。从1976年开始物理研究所就开始从事进行高临界温度超导体研究项目。1986年9月赵忠贤看到柏诺兹和穆勒的论文后，马上认识到了他们工作的重要性，并和从快离子研究的陈立泉合作，与其他科人员一起开始了有关的研究工作。1968年底，赵忠贤等人在多相的Sr－La－Cu－O系统中观察到了起始转变温度为48.6K的超导转变，在Ba－La－Cu－O系中观察到了起始转变温度为46.3K的超导转变。1987年2月20日凌晨，他们得到了起始临界转变温度在100K以上的YbaCuO系超导体，2月21日，论文递交《科学通报》。在这一期间，赵忠贤等人连续工作了48个小时未曾休息。2月23日，他们又制出了第2批样品，证明其制造工艺使可以重复的。2月24日中国科学院发布新闻宣布获得液氮温区的钇钡铜氧超导体，并公布了化学成分。<br><br>

　　日本东京大学的北泽宏一领导的研究小组的研究工作在1986年11月全面展开。11月13日，北泽宏一辅导的一位本科生首先独立证实了柏诺兹和缪勒的工作。11月22日，他们投出了首篇对钡镧铜氧高温超导体的迈斯纳效应测量的论文。12月23日，他们递交了世界上第一份关于高温超导材料的专利申请。1987年2月，日本东京大学的另一个研究小组宣布发现了临界温度高达80K的新超导体。<br><br>

　　在这场世界性的竞争中，出现了几个较有争议的问题。一是朱经武的两篇论文中出现的打字错误（代表钇的元素符号Y被打印成了代表镱的元素符号Yb）是人为的设计还是偶然的失误，这里涉及到研究中工作中的保密与泄密、科技道德等问题？二是合作研究者的荣誉分配问题，例如，美国的公众舆论把属于朱经武的合作者吴茂昆的荣誉过多地给了朱经武，北泽宏一的两位本科生甚至没有在论文中书名。三是关于工业间谍的猜疑。朱经武的合作者之一在其回忆文章中，针对中国几次获得成功和宣布成果都在朱经武获得成果后，数此暗示有人将秘密传到中国。四是诺贝尔奖评奖委员会将如何处理科学发现活动中合作研究者越来越多、多重独立发现的事实。<br><br>

<br><center><b>6、典型案例2：DNA双螺旋结构的发现<br><br></center></b>

　　DNA双螺旋结构的发现是20世纪科学竞争与合作的典型范例之一。布拉格在为沃森的自传《双螺旋》一书作的序言中谈到了一个科学家与其他科学家的竞争与合作时所处的进退两难的处境。他写道：“他知道有个同行在某个问题上已经工作了多年，并且积累了大量难得的资料。这个同行知道成功就在眼前，因此没有公开发表这些资料。这个研究者看到过这些资料，并有充分理由相信，他想象中的一种研究方法，或者说仅仅一种新观点就能使问题迎刃而解。在这个时候，如果他提出同对方合作，可能会被认为是想捞一点外快。他应该单枪匹马地去干吗？很难判断一个重要的新观点究竟真的是一个人独出心裁想出来的，还是在同别人交谈中不知不觉地吸收来的。鉴于这种困难，在科学家中间逐渐形成一种不成文的法规，大家承认同行对研究的方式有申明自己要求的权利。但是，有一定的限度。当竞争不止来自一个方面的时候，就不能再踌躇不前了。在解决DNA结构的过程中，这种进退两难的困境显得尤为突出。由于考虑到伦敦金氏学院的威尔金斯（M.H.F.Wilkins,1916-）长期耐心的研究，以及剑桥的克里克和沃森最后出色地并很快地解决了DNA的结构问题，1962年在颁发诺贝尔奖金时，才使所有与此有关的人皆大欢喜。”<br><br>

<table border=0 align=left><tr><td><img src="crick.gif" alt="DNA"></td></tr></table>

　　沃森曾师从噬菌体遗传学家卢里亚和德尔布吕克，是一位对遗传学很有造诣的年青生物学家；克里克在物理学方面接受过训练，十分了解X射线结晶学，虽然克里克本人不懂遗传学，但因为薛定谔《生命是什么》一书的启发，而对基因的结构和生物学功能很感兴趣。1951年，23岁的沃森与35岁的克里克来到剑桥大学卡文迪什实验室开始密切合作，探索DNA的结构。<br><br>

　　和沃森和克里克他们两人竞争的有两个小组：伦敦大学国王学院的威尔金斯及其助手罗莎琳·富兰克林(R.Franklin)，美国加州理工学院化学家鲍林。威尔金斯与富兰克林根据X射线衍射研究，已经知道了DNA分子是由许多亚单位的堆积层组成，这些亚单位据有规则的螺旋状几何形状，而且DNA分子是长链的多聚体，其直径保持恒定不变。鲍林通过对蛋白质α螺旋的研究，认为大多数已知蛋白质中的多肽链会自动卷曲成螺旋状，这可能到处DNA分子的单螺旋结构。沃森和克里克采用了鲍林的直觉研究方法来分析DNA分子的结构，即先根据理论上的考虑建立模型，再用X射线衍射结构来检验模型。<br><br>

　　显然，在这场竞争中，沃森和克里克最大地得益于威尔金斯与富兰克林、鲍林的研究结果。在不到两年的时间里，沃森和克里克否定了脱氧核糖核酸的单螺旋与三螺旋模型，提出了正确的双螺旋模型，并在1953年4月《自然》杂志的一篇论文中公布于世。1962年，沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔生理医学奖，而富兰克林于1958年37岁时去世，自然地不在被受奖之列。<br><br>

<font color=seagreen>
<a name="#注">注：<br></a>

　　1、沃尔珀特、理查兹，激情澎湃—科学家的内心世界，上海科技教育出版社，2000，P109.<br><br>

　　2、Science & Engineering Indicators -2000。<br><br>

　　3、吉姆·巴戈特。李涛 曹志良译，完美的对称，上海教育出版社，1999，p135。<br><br>

　　4、这两段话都转引自高策著《走在时代前面的科学家－杨振宁》，山西科学技术出版社，1999年。<br><br>

　　5、本段关于超导体研究中科学家的介绍详细可见《著名超导物理学家列传》（刘兵著，北京大学出版社，1988年）和“对1986～1987年间高温超导发现的历史再考察”一文（《刘兵自选集》第206～218页，广西师范大学出版社，2000年。 <br><br>

　　6、本书涉及了3个Muller，因发明DDT获得1948年诺贝尔生理医学奖的瑞士科学家Paul.Herman.Muller被译名为米勒，研究X射线对基因突变作用的美国科学家Herman.Joseph.Muller被译名为缪勒，而研究超导的K.Alexander.Muller被译名为穆勒，以示区别。

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            <!-- 表格4第3列，正文右边的内容 -->
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<tr><td width=35> </td>
<td width=155 class=p1>
<font color=thistle><b>本文有关信息：</b></font><br>
《自牛顿以来的科学家——近现代科学家群体透视》<br>
张九庆　著<br>
收录时间：2002.04<br>
来源：授权发表<br>
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<font color=thistle><b>该作者其它作品：<br></b></font>

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<!-- 表格4结束 -->

<!-- 表格5，页面最下端部分 -->
  <table width=780 border="0" cellspacing="0" cellpadding="0">
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      <td bgcolor=gray align=center class=p4>         <font color="#FFFFFF"><font class=p4>
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