2018诺贝尔奖大预测：钙钛矿太阳能电池会获奖吗?

每年，诺贝尔生理学或医学奖、物理奖和化学奖都颁发给在科学上取得巨大进步和发现的科学家。在这里，美国物理联合会内部科学专栏的编辑总结了今年有望赢得这些著名科学奖的强劲竞争者。

诺贝尔生理学或医学奖将于2018年10月1日揭晓

强大的微生物

几十年前，研究人员很少关注人体内的微生物，除非它们“作恶”并导致疾病。然而，由于细菌、病毒和真菌在保持人体健康方面发挥着许多关键作用，它们正以自己的能力不断加入人体器官的行列。换句话说，它们可以被视为人体器官。

近年来，微生物学领域的关键发展是圣路易斯华盛顿大学的杰弗里。杰弗里·戈登实验室。1996年，戈登教授和他当时的研究生林恩。Lynn Bry已经证明，老鼠需要肠道微生物来产生一些对其健康很重要的复合碳水化合物。十年后，戈登教授的研究小组发现瘦老鼠和大腹便便老鼠的肠道微生物有一个非常重要的区别。研究人员将肥胖老鼠肠道中的微生物移植到没有这些微生物的小老鼠体内，他们发现小老鼠的体重也逐渐增加。另一方面，一旦小老鼠肠道中的微生物被移植到肥胖老鼠体内，以前肥胖的老鼠也会变瘦，在整个过程中，它们吃的食物量会保持不变。

这些发现促进了人类医学的进步，包括提高对使用抗生素的风险的认识，以及开发能够治愈破坏性胃肠疾病的“粪便移植”技术。有时，戈登教授被毫不夸张地称为“微生物之父”。至少自2015年以来，他一直是诺贝尔生理学或医学奖的有力竞争者。

寻找癌症病毒的猎人

据估计，大约15%~ 20%的人类癌症病例是由病毒引起的。癌症病毒可以将自己的遗传物质插入宿主的基因组。1994年，匹兹堡大学夫妇研究小组的张远·常·帕特里克。帕特里克·摩尔利用一种独特的创新技术发现了一种重要的致癌病毒。在研究过程中，他们没有寻找病毒颗粒，而是直接从癌细胞基因组中减去了正常的人类基因组，剩下的基因是一种叫做“人类疱疹病毒8号”的病毒基因组。

在正常情况下，“人类疱疹病毒8”将被免疫系统直接抑制。然而，对于那些免疫功能受损的人来说，病毒会引起细胞变化，如促进细胞生长和关闭自然细胞死亡，从而增加受感染细胞癌变的风险。这种病毒通常会导致三种类型的癌症，包括卡波西肉瘤，这是艾滋病患者中最常见的癌症。卡波西肉瘤在一些非洲国家相当常见，甚至超过了美国前列腺癌的患病率。

2008年，张教授和摩尔教授用相似的方法鉴定出另一种致癌病毒——默克尔细胞多瘤病毒。他们的研究工作为他们赢得了许多著名的奖项和成千上万的引用，也引发了他们将来可能获得诺贝尔奖的猜测。

抗癌药物会关闭免疫系统的抑制机制

最初，人类免疫系统会自然地寻找并摧毁这些癌细胞。但是癌症经常偷偷寻找反击的方法，直接避开免疫细胞，甚至“转化”免疫细胞来保护自己。

许多类型的癌症可以增强身体的抑制机制，从而控制免疫细胞，如检查站。这些检查点确实有助于防止免疫细胞，如T细胞，直接攻击人体本身，但同时它们也保护肿瘤细胞，让它们可以轻松休息。

近年来，一批新的抗癌药物相继出现，它们可以完全关闭人体对免疫细胞的控制。这些“检查点抑制剂”包括针对CTLA-4的药物和针对帕金森-1的药物。CTLA-4是一个可以使T细胞失活的检查点，而PD-1可以促进T细胞自毁。

这些“检查点抑制剂”有显著的副作用，但它们已被临床证明是有效的，甚至对一些以前无法治疗的晚期癌症有明显的疗效。德克萨斯大学安德森癌症中心的詹姆斯就是这种抑制剂的开发者之一。詹姆斯·艾利森也赢得了十多个重要奖项。然而，鉴于2011年诺贝尔生理学或医学奖在一定程度上是对癌症疫苗开发的认可，或许今年的诺贝尔奖评审团不愿意再次将这一荣誉授予与免疫系统相关的癌症治疗。

诺贝尔物理学奖将于2018年10月2日揭晓

幻影距离效应

一年前，中国的研究人员首次引入了量子加密视频通话技术，该技术基于一种被称为量子纠缠的量子现象。今年的诺贝尔物理学奖最有可能授予在量子纠缠领域做出杰出贡献的科学家。

当不同的粒子纠缠在一起时，它们的状态是相互关联的，即使它们被“千山万水”分开。粒子之间的这种纠缠也可能导致量子世界中一些更奇怪的现象。这是因为量子态不是固定的，根据不同的测量时间，它会得到完全不同的结果。因此，在量子纠缠中测量一个粒子的特性会立即影响其配对粒子的状态。这也是爱因斯坦著名的“幽灵般的距离效应”，他自己也非常不喜欢。

1964年，物理学家约翰。约翰·贝尔曾提出一种方法来测试“幽灵行动”是否真实。在接下来的几十年里，科学家们对所谓的“贝尔不等式”进行了越来越严格的测试。

2010年，科学家艾伦。阿兰·阿普斯特和约翰。克劳斯和安东。齐格勒因在这一领域的杰出工作获得了沃尔夫物理学奖。这一奖项有时被认为是诺贝尔奖的先兆。2015年，科学家宣布他们终于对“贝尔不等式”进行了“无泄漏”测试，再次证明量子纠缠系统的魔力可能确实存在。

太阳能的利用

太阳每小时在地球上传播的能量足以满足人类一年的能量消耗。钙钛矿太阳能电池的出现将有助于捕获更多这样的清洁能源。

钙钛矿是19世纪在俄罗斯乌拉尔山脉发现的一种矿物，以俄罗斯矿物学家列夫·佩罗夫斯基的名字命名。钙钛矿材料是一类具有相同晶体结构的材料，其中一些是人工合成的材料。在太阳能电池中使用钙钛矿材料的想法是由日本横滨横滨大学的高桥努·宫崎教授和他的同事在2009年首次提出的。起初，它的太阳能转换效率只有可怜的3.8%。但是很快，它的转换性能超过了20%，完全可以与传统的硅太阳能电池相媲美。

同时，钙钛矿太阳能电池有许多优点:制造成本相对较低；能吸收所有可见波长的阳光；可喷涂在各种表面。

然而，钙钛矿太阳能电池目前仍面临许多挑战:钙钛矿太阳能电池相对较小，其生产工艺需要改进，以制备更大面积的太阳能电池；热量和水分会损坏电池的组成，电池的稳定性差。钙钛矿电池通常含有有毒的金属铅。然而，如果研究人员将来能够解决这些不利因素，这种新兴的太阳能技术的前景仍然非常光明。

总的来说，诺贝尔奖委员会认可基础物理学领域的科学发现，而这些工程技术的进步很可能在选择中处于劣势。然而，蓝光发光二极管，一种创新的能源技术，获得了2014年诺贝尔物理学奖。

光的减速和停止

光在真空中以每秒186，000英里(每秒300，000公里)的速度传播。但是近几十年来，科学家们一直试图用特殊材料来减缓光速，使其传播速度可以低于普通人，在某些情况下甚至可以完全停止。

1999年，丹麦物理学家林恩。由利内·豪领导的哈佛研究小组通过将光速冷却到仅比绝对零度高几亿度的钠原子气体，将光速减慢到只有38英里每小时(约61公里每小时)。在如此低的温度下，这些冷原子会形成一种奇怪的物质状态，称为玻色-爱因斯坦凝聚。研究人员发现，“玻色-爱因斯坦凝聚体”中物质的光学性质可以通过控制激光来直接控制。

随后的实验进一步减缓了光的传播速度。2001年，研究人员甚至将光完全停止了大约一毫秒。后来，在2013年，德国科学家让光在晶体中停留整整一分钟。这些实验绝不仅仅是物理学家的把戏。这种操纵光线的方式可能会促进未来计算机和通信网络的进步和发展。

毫无疑问，郝教授是减慢光速和停止实验的先驱之一。如果她能获得今年的诺贝尔物理学奖，将打破50多年来只有男性获得诺贝尔物理学奖的魔咒。

诺贝尔化学奖将于2018年10月3日揭晓

这是CRISPR吗？

近年来，基因编辑技术CRISPR的发明者已被列入诺贝尔化学奖候选人名单。自然，今年也是一样。这种基因编辑技术使用从细菌中提取的分子工具将DNA片段切割并粘贴到生物体的基因组中。其影响是巨大的:科学家认为，通过基因编辑技术可以消除亨廷顿舞蹈病等遗传疾病，可以增强脆弱作物对气候变化的抵抗力，甚至可以培育出产绒量极高的绒山羊。然而，一些人担心这项技术可能会导致一些伦理困境，例如涉及婴儿的设计和灭绝物种的复活。

此外，CRISPR不能在没有争议的情况下切断基因，一些相互竞争的科学家声称已经开发了更新的基因编辑技术。詹妮弗，加州大学伯克利分校的生物化学家。德国柏林的Jennifer Doudna和max。艾曼纽，生物学，普朗克传染生物学研究所。伊曼纽尔·夏彭蒂尔在最近一轮激烈的专利纠纷中被击败。它的竞争对手是麻省剑桥哈佛大学的生物化学家张峰和麻省理工学院的贝尔德研究所。

便携式电源:锂离子电池

今天，锂离子电池为世界提供电力。然而，他们的发明者并没有获得诺贝尔奖。从智能手机到电动汽车，锂离子电池无处不在，为日益移动的世界扫清了道路。

在电池内部，带电原子，也称为离子，沿着两个电极之间的路径移动并产生电流。在目前最常见的可反复充放电的锂离子电池中，富含锂的阴极由氧化钴组成，而阳极由碳组成。这种电极组合在首次被发现时是完美的:这种电池结构紧凑、稳定，比其他同等大小的电池能储存更多的能量。1991年，第一个商用锂离子电池投放市场，在随后的几天里，科学家们正在测试和开发更高效和安全的锂离子电池。

宾汉姆顿大学(纽约州立大学)的斯坦利。斯坦利·惠廷翰在纽约起草了锂离子电池的初步设计，随后锂离子电池更安全、更便携的使用主要归功于奥斯汀的德克萨斯大学的约翰。班尼斯特。够了。好极了)以及名古屋市和美兆大学的教授阿基拉·吉野。如果这项技术最终获得批准，这三位科学家都可能获得诺贝尔奖。

关注一位可能再次获得诺贝尔奖的科学家

2001年，斯克里普斯研究所的卡尔。巴里。夏普勒斯。巴里·夏普勒斯(Barry Sharpless)因其在“手性催化氧化反应”方面的杰出工作获得了今年的诺贝尔化学奖。作为该研究所唯一的科学作家，我有责任尽快写一份新闻稿，向记者介绍他获奖的不对称催化方面的作品。那天早上，从纽约到圣地亚哥，所有的电视、广播和报纸记者都在忙着采访我，而我的老板只为我安排了不到一个小时的新闻发布会。

幸运的是，夏普勒斯实验室的一位名叫瓦雷利的教授。一位来自瓦莱里·福金的年轻研究员给了我很大的帮助，他目前在南加州大学工作。他巧妙地向我解释了什么是不对称催化科学——一种选择性合成化合物的方法，然后迅速回顾并巧妙地纠正了我写的关于这项研究突破的文章。不对称催化最终不会产生右旋分子和左旋分子的混合物(这可能是有害的，例如反应停，其右旋构型具有镇静作用，而左旋构型会导致婴儿畸形)，而是选择性地产生一种或另一种构型。

同年，夏普勒斯教授创造了术语“点击化学”来描述合成化学领域的另一个突破。这一突破是由他和福金以及前斯克里普斯研究教授芬恩(现在的佐治亚理工学院)共同发起的。在过去的几年里，“点击化学”一直是诺贝尔奖的有力竞争者，夏普勒斯、福金和芬恩因此被列入诺贝尔奖候选人名单。

点击化学是材料合成梦想的一部分。它是一种简单、快速、不对称的催化反应，在一个容器中即可获得高收率，并使生成的副产物变得无害或易于纯化。这些都是药物设计中需要考虑的重要因素。主要挑战之一是如何在工业规模上开发合成工艺来生产小分子药物。

如果夏普勒斯教授今年再次获奖，他将是少数几个同时获得两项诺贝尔奖的人之一。如果福金教授获奖，我会再打电话给他，因为我知道他的采访一定是我的！