《Science》2018盘点：回溯重大科研成果百年纪念

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数学、医学、天文学、量子材料领域的成果素材很丰富，比如1993年3月美国西雅图的物理学年会，IBM的Charles Bennett展示了量子传输理论，让世界的各地科幻迷们为之震撼（几日后，Bennett和他的团队成员将文章发表在Physical Review Letters及其合作者的远距传送论文，发表于物理评论快报）。Bennett描述了量子物理学家Alice和Bob如何用量子纠缠清除量子的地域标识，再实现远程的恢复——就像柯克船长（星际迷航角色）魔法般地在传送机中消失，又重现于一些危险的外星星球。

量子传输

Alice和Bob需要有一对相互纠缠的量子粒，如果Alice想把一颗量子粒传给Bob，她得让量子与纠缠的粒子相互作用，通过邮件（短信、电话、或者蜗牛邮递）将信息传输给Bob。这种传输的相互作用会破坏Alice的粒子，但Bob可以用另一纠缠粒子重建Alice粒子的复制品。在1993年，这仅是一个想法，如今已经在实验室中成为现实。

尼尔斯·玻尔引入量子化条件，提出了玻尔模型来解释氢原子光谱之后，1868年12月5日，出生于东普鲁士的柯尼斯堡的阿诺德·索末菲，在继续推进早期量子理论发展方面，发挥了重要作用。索末菲将量子轨道理论，从圆形拓展到椭圆形。索末菲之与波尔，正如开普勒之与哥白尼。20世纪群星闪烁的物理学家，不少曾师从索末菲门下，包括沃尔夫冈·泡利、沃纳·海森堡、汉斯·贝特。

让·巴普蒂斯·约瑟夫·傅里叶，出生于1768年3月21日，在法国大革命的多次逮捕中幸存下来，最终为拿破仑工作，并被授予男爵爵位。拿破仑逝世后，傅里叶致力于重获其政治支持，并重新进入学术界，，最终取得成功。但政治与外交耗费他太多的时间和精力，而他本应在数学领域有更大的作为。尽管如此，他对热传递数学方程式的发展卓有贡献。他最著名的成就：傅里叶定律——将复杂的周期性过程，分解为一系列简单的波动，在物理和工程领域都得到了应用的广泛。

傅里叶

詹姆斯·焦耳1818年12月24日出生于一个啤酒制造商家庭。用啤酒厂作为实验室，他锻炼出非凡的实验技能。尽管没受过正规的科研训练，他依旧成为了英国著名的科学家。他卓越的实验能力令他能够准确判断产生大量热量所需的工作量，并确定了热电关系。

他最著名成就是论证了能量守恒定律。该定律揭示了机械能、电能、化学能互相之间的转化，在进行物质测量后，能量与热量的总和保持不变。这个定律被称为热力学第一定律。那时并没有诺贝尔奖，所以他获得的主要荣誉是将标准能量单位命名为焦耳。

亨丽爱塔·勒维特1868年7月4日生于马萨诸塞州，就读于俄亥俄州欧柏林大学，而后进入拉德克利夫学院研习天文学。她出色的学习成绩令哈佛天文台主任皮克林印象深刻，因此成为了他的助理研究员。她用最先进的摄影和分光镜技术来绘制星图，最终测量了数以千计星体的亮度。一些星体的亮度会随时间变化（这类星体被命名为造父变星，例如：仙王座δ星）。勒维特比前辈们更细致地分析了造父变星。注意到恒星亮度变化的规律取决于其内在亮度。勒维特在1908年间计算出了“周光关系”，给天文学家测量星体和其它天体间的距离提供了强有力的工具。

造父变星的距离可以用视差法确定，根据亮度变化时间表确定其固有亮度。然后，可以利用造父变星的固有亮度及更远造父变星明暗变化周期，推断更远造父变星的内在亮度。这使得恒星间距离的计算成为可能。勒维特的工作在很大程度上是对20世纪人类的宇宙观一次戏剧性的修正。“她对于造父变星周光关系的发现首先是转变了人们的观念。其次，给我们提供了移动定义银河系的存在的方法。”历史学家罗伯特·史密斯，在去年一月的报告中如此说道。

对自然不严谨的观察，比如腐肉生蛆的现象使古人相信腐烂的有机物中可能会产生生命。蛇毒研究专家弗朗切斯科·雷迪并不认同他出生于意大利，毕业于比萨大学，后就读于佛罗伦萨大学医学院。雷迪进行了各类蛇毒影响的实验，明确了蛇毒的危险在于毒液进入血液。1668年还出版了他对于昆虫繁殖的杰出实验研究。他设计了一个巧妙的实验，表明只有苍蝇接触肉并产卵，才会孵化出蛆。尽管没完全否定自然发生说，但他首次用实验和理性打败了生物学中的教条主义。

1868年8月18日，法国天文学家Jules Janssen在印度贡土尔目击了日全食，并将日珥的颜色记入光谱。而后他发现即使在没有日全食的情况下他也能记录这些颜色在接下来几天的观察中，发现一条奇妙的亮黄线，于是他把这个现象撰写了一篇论文寄给法国科学院。同年晚些时候，英国天文学家Joseph Lockyer也观察到同样的现象，也写了一篇论文寄给法国科学院。据说两篇报道相隔几分钟到达，但无论如何，Janssen和Lockyer共享了该发现的成果。

日全食

Lockyer主张这代表一种不存在于地球上的新元素，他将其命名为氦，取自希腊的太阳神。一些专家怀疑这条线能否代表新元素，其他人则认为该元素只存在于太阳上，对于地球毫无用处。但他们吹鼓的言论在1895年破裂了，因为身处伦敦的拉姆塞在含铀矿物中发现了氦气。（另一些在瑞典的工作者也几乎同时发现了氦气。）地球上的放射性矿物中所含有的氦是α衰变的产物，但当时没有人知道，因为那时放射性还没有被发现。

伊格纳兹·塞麦尔维斯生于1818年7月1日，他凭一己之力宣传洗手的重要性，把公共卫生从黑暗时代带入现代水平。他在维也纳医学院学习掌握了助产、外科以及统计学相关知识，此后进入一家医学院的附属医院工作，在那里，他注意到两个临床接诊的产妇或婴儿，死于产褥热的数量（统计学上的疑点）存在巨大差异，最终发现是其中一个的医生，在尸检完后，直接带着污染进入了分娩室。

于是塞麦尔维斯大力推行尸检之后进行手部清洁的举措，使产褥热导致的死亡率大幅下降，但他的倡议遭到医疗机构的广泛抵制。直到很久之后，路易斯·巴斯德建立学说的建立，证明了微生物在疾病传播中的重要性，塞麦尔维斯的方法得以解释和被采用。

说起最不墨守成规的理论物理学家，当属理查德.费曼（生于1918年5月11日），他作为调查挑战者号航天飞机爆炸事件委员会的成员而名声大振。物理学家中，他最受推崇的是原始的量子力学方法和量子场论的推导（1965年获诺贝尔物理学奖）。他也是早期量子计算的领头人。另一位诺贝尔物理学奖获得者汉斯·贝特评价费曼是举世无双的天才。“他就是个魔术师，”贝特曾说，“毫无疑问费曼是我一生中见过的最独特物理学家。”

历史上，因为女性身份而被低估、忽视的伟大数学家，埃米·诺特是不得不提的一位。尽管受到十九世纪的世俗态度的阻碍，她依旧成为了德国首屈一指的数学家。1918，她发明了诺特定理，这是理论物理的核心结论之一，为二十世纪物理学家的研究提供了基础。她还发现了自然界的平衡，暗示了当时物理学家们尚未发现的守恒定律。

埃米·诺特

焦耳发现的能量守恒定律，有时间对称性要求——即要求时间点的完全统一。同样，如果空间是对称的，则遵守动量守恒，移动到空间的不同点，不会有任何的变化。如果空间所有方向等效——旋转对称，那么角动量守恒定律久得到保障，花样滑冰将仍是一项奥林匹克运动项目。埃米·诺特1935年逝世，之后十年间，物理学家们仍试图利用她的洞察力，加深对宇宙中潜在的对称法则的理解。任何权威的的榜单，只要不拘于性别和其他的因素编写历史上伟大的数学家，埃米·诺特都会名列其中。

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