文章出處：卓老闆聊諾獎3-化學
今年的諾貝爾化學獎，獎給了3位科學家，他們來自三個國家，
分別是法國的讓-皮埃爾·索瓦、英國的詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特、荷蘭的伯納德·費靈格。
獎勵他們在“分子機器設計與合成”上的研究成果。
化學是這麼發展的，最開始是簡單的無機物，然後是複雜一些的有機物，
從小分子到高分子復雜程度不斷提高。到1987年，複雜程度又提升到了超分子化學。
在超分子化學出現之前的化學是什麼樣的呢？
大約就是把原料找好，把反應條件設置好，然後發生反應。
反應只要開始就只能等結果出來再說了，
反應過程中原子和分子是怎麼運動的，對我們，是個黑匣子。
這有點像我們燒造瓷器，它的外觀定型了，各種塗層也上好了，一大批送進窯裡燒製。
至於說在燒製過程中哪個瓷瓶身上有開裂的花紋了，那你也不知道，也沒法干預，
只能等這個階段燒完之後，取出來看。
而"超分子化學"就是要干涉窯裡面的過程，
比如瓶子表面出現開裂的花紋了，那麼就能精確控制，讓它開裂成一條龍的形狀。
我們舉一個超分子化學誕生之初的例子，
就是這次獲獎的讓-皮埃爾·索瓦做出來的，
是兩個鑰匙環套在一起的形狀，這東西整體是一個完整的大分子，
而且在自然界，甚至在傳統化學反應中都不可能出現的結構。
它的特殊之處在於，在幾十納米的尺寸下，
這個環套環的東西和真實世界中兩個鑰匙環套在一起之後，
呈現的情況差不多，也是可以來回來去的動。
這在從前的化學家腦中是不可想像的，因為微觀世界由布朗運動主導，
也就是你看每個分子都在無規則的行走，你沒法涉足其中，讓他們做有規則的活動。
後來他們又做出了3個鑰匙環套在一起的結構，叫做三疊結。
沿著這條路，後續化學家做出了各種奇葩的結，比如奧運五環，
100個摞起來的碗那樣的結構，小人兒一樣的結構，
甚至是用語音無法形容清楚的、複雜的多環套多環的幾何結構。
這次獲獎的另一個人
司徒塔特在1991年也做出一個奇葩形狀叫輪烷，就是在一個啞鈴狀的啞鈴桿上套了一個環。
你可能想知道，做出這些稀奇古怪的結構有什麼用啊？
其實也真是不知道有什麼用，只是因為化學家們從沒想到現在可以用分子搭積木了，
而且還能搭建出各種有機械強度的結構，
從前用這些機械力維持外形的結構只能發生在宏觀世界裡，
現在在那麼微小的世界裡，這些結構竟然可以抵抗布朗運動的巨大擾動，沒有被打散，
實在是忍不住去合成各種奇葩造型試一試。
其實，這種有序的、利用機械力維持外形的、可以活動的結構就是零件了。
有了零件，就離今年頒獎中說的“分子機器”不遠了，機器就是由零件組裝完成的嘛。
今年獲獎的第三個人
費靈格教授就利用這些有機械強度、有功能性的部件設計出一個，
可以朝一個方向轉動的結構，起名叫“分子馬達”，
宏觀世界中的馬達有用電做能量、有用燃油做能量的，
這個分子馬達是用光做能量，只要光照射就能轉動。
結果他們竟然利用這個結構轉動了一個28微米長的玻璃棒，
別看微米是個很小的長度單位，但微米已經屬於宏觀世界的尺寸了。
也就是說，他們利用一個微觀世界的機械，
推動了宏觀世界的物體，那個玻璃棒比分子馬達大了幾千倍呢。
後來其他科學家受到費靈格教授團隊的啟發，
設計出車輪和連桿一樣的微觀結構，希望把馬達裝在連桿上，
這車能開動起來，不過現在的嘗試還是失敗的，
三個輪子的原地打轉，四個輪子的不一定往前走，前前後後的，行駛不太有規律。
但我們也可以大膽暢想下，如果把成對的車輪繼續往後連接下去，
如果它們能規則的轉動，今後那就是分子18輪大卡車啊。
上面說的是利用分子機器實現機械功能，
司徒塔特後續用輪烷做出了可以實現算法的結構，
這就和機械功能無關了，開始觸及到開關功能了。
我們知道，計算機的誕生就是因為有了MOS這種半導體開關。
現在新的分子開關出現了，會不會誕生分子計算機呢？
他們團隊用幾百萬個輪烷疊在一起形成的開關，
每一個都可以在電信號的驅動下從一種狀態切換到另一種狀態，
這時候電能轉換成分子開關的動能。
這個機構理論上可以在每平方厘米實現100GB的數據密度，
大約是現在最好的硬盤存儲密度的10倍。
司徒塔特團隊用這個原理確確實實記錄了24個比特的數據，
而且還存儲和讀取了“CIT”這3個字母，也就是他曾經工作的單位“加州理工學院”的縮寫。
這次化學獎頒發給的依然是基礎學科研究，
它是大約從1987年左右才建立起來的，
到現在為止也依然沒有任何商業、工業、軍事上的應用，
它只有實驗室裡的一些有意思的嘗試，
比如剛剛我們提到，那個存儲了CIT縮寫的分子硬盤，在反覆讀寫了100次以後，
開關結構就崩潰了。
雖然還沒有商業應用，但是前景被很多人看好。
諾獎委員會發言中就提到，超分子化學領域今後說不定會成為超分子科學。
你想，從一個化學下面的分支，一躍成為和化學平級的學科了，那前景是夠美好的。
如果總結一句話，這次的諾貝爾化學獎，
獎給的是一幫在微觀世界按圖紙打造機械零件的人。
最後要聊的是諾貝爾化學獎的尷尬，
諾貝爾本人是化學家，是炸藥大王，他憑藉這項研究收益巨大。
在那個年代的化學確實是一門界限清楚的學科，
但隨著物理、生物的發展，化學做為一門學科的邊界越來越模糊了，
不知道有多少次化學獎都獎給了物理學家，都獎給了生物學家，
以至於後來化學獎都被其他科學家調侃成理綜獎，也就是理科綜合啊。
但是這次的化學獎終於不是理綜獎了，
而是純種的化學家獲得了純粹的化學領域最前沿的獎項。
我負責解讀的自然科學類諾貝爾獎就到此告一段落了，
但大家別忘了，接下來還有瑞典國家銀行為了紀念諾貝爾而增設的經濟學獎，
將會在10月10日公佈，
知識新聞工作室的小伙伴們會邀請經濟學大牛來為大家解讀，歡迎關注。
特約撰稿：卓克
特約講述：卓克
---------
主旨：
這次化學獎是頒給，分子機器設計與合成”上的研究成果。
化學是這麼發展的，最開始是簡單的無機物，然後是複雜一些的有機物，
從小分子到高分子復雜程度不斷提高。到1987年，複雜程度又提升到了超分子化學。
在超分子化學出現之前的化學是什麼樣的呢？
大約就是把原料找好，把反應條件設置好，然後發生反應。
反應只要開始就只能等結果出來再說了，
反應過程中原子和分子是怎麼運動的，對我們，是個黑匣子。
這有點像我們燒造瓷器，它的外觀定型了，各種塗層也上好了，一大批送進窯裡燒製。
至於說在燒製過程中哪個瓷瓶身上有開裂的花紋了，那你也不知道，也沒法干預，
只能等這個階段燒完之後，取出來看。
今年的諾貝爾化學獎，獎給了3位科學家，他們來自三個國家，
分別是法國的讓-皮埃爾·索瓦、英國的詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特、荷蘭的伯納德·費靈格。
獎勵他們在“分子機器設計與合成”上的研究成果。
化學是這麼發展的，最開始是簡單的無機物，然後是複雜一些的有機物，
從小分子到高分子復雜程度不斷提高。到1987年，複雜程度又提升到了超分子化學。
在超分子化學出現之前的化學是什麼樣的呢？
大約就是把原料找好，把反應條件設置好，然後發生反應。
反應只要開始就只能等結果出來再說了，
反應過程中原子和分子是怎麼運動的，對我們，是個黑匣子。
這有點像我們燒造瓷器，它的外觀定型了，各種塗層也上好了，一大批送進窯裡燒製。
至於說在燒製過程中哪個瓷瓶身上有開裂的花紋了，那你也不知道，也沒法干預，
只能等這個階段燒完之後，取出來看。
而"超分子化學"就是要干涉窯裡面的過程，
比如瓶子表面出現開裂的花紋了，那麼就能精確控制，讓它開裂成一條龍的形狀。
我們舉一個超分子化學誕生之初的例子，
就是這次獲獎的讓-皮埃爾·索瓦做出來的，
是兩個鑰匙環套在一起的形狀，這東西整體是一個完整的大分子，
而且在自然界，甚至在傳統化學反應中都不可能出現的結構。
它的特殊之處在於，在幾十納米的尺寸下，
這個環套環的東西和真實世界中兩個鑰匙環套在一起之後，
呈現的情況差不多，也是可以來回來去的動。
這在從前的化學家腦中是不可想像的，因為微觀世界由布朗運動主導，
也就是你看每個分子都在無規則的行走，你沒法涉足其中，讓他們做有規則的活動。
後來他們又做出了3個鑰匙環套在一起的結構，叫做三疊結。
沿著這條路，後續化學家做出了各種奇葩的結，比如奧運五環，
100個摞起來的碗那樣的結構，小人兒一樣的結構，
甚至是用語音無法形容清楚的、複雜的多環套多環的幾何結構。
這次獲獎的另一個人
司徒塔特在1991年也做出一個奇葩形狀叫輪烷，就是在一個啞鈴狀的啞鈴桿上套了一個環。
你可能想知道，做出這些稀奇古怪的結構有什麼用啊？
其實也真是不知道有什麼用，只是因為化學家們從沒想到現在可以用分子搭積木了，
而且還能搭建出各種有機械強度的結構，
從前用這些機械力維持外形的結構只能發生在宏觀世界裡，
現在在那麼微小的世界裡，這些結構竟然可以抵抗布朗運動的巨大擾動，沒有被打散，
實在是忍不住去合成各種奇葩造型試一試。
其實，這種有序的、利用機械力維持外形的、可以活動的結構就是零件了。
有了零件，就離今年頒獎中說的“分子機器”不遠了，機器就是由零件組裝完成的嘛。
今年獲獎的第三個人
費靈格教授就利用這些有機械強度、有功能性的部件設計出一個，
可以朝一個方向轉動的結構，起名叫“分子馬達”，
宏觀世界中的馬達有用電做能量、有用燃油做能量的，
這個分子馬達是用光做能量，只要光照射就能轉動。
結果他們竟然利用這個結構轉動了一個28微米長的玻璃棒，
別看微米是個很小的長度單位，但微米已經屬於宏觀世界的尺寸了。
也就是說，他們利用一個微觀世界的機械，
推動了宏觀世界的物體，那個玻璃棒比分子馬達大了幾千倍呢。
後來其他科學家受到費靈格教授團隊的啟發，
設計出車輪和連桿一樣的微觀結構，希望把馬達裝在連桿上，
這車能開動起來，不過現在的嘗試還是失敗的，
三個輪子的原地打轉，四個輪子的不一定往前走，前前後後的，行駛不太有規律。
但我們也可以大膽暢想下，如果把成對的車輪繼續往後連接下去，
如果它們能規則的轉動，今後那就是分子18輪大卡車啊。
上面說的是利用分子機器實現機械功能，
司徒塔特後續用輪烷做出了可以實現算法的結構，
這就和機械功能無關了，開始觸及到開關功能了。
我們知道，計算機的誕生就是因為有了MOS這種半導體開關。
現在新的分子開關出現了，會不會誕生分子計算機呢？
他們團隊用幾百萬個輪烷疊在一起形成的開關，
每一個都可以在電信號的驅動下從一種狀態切換到另一種狀態，
這時候電能轉換成分子開關的動能。
這個機構理論上可以在每平方厘米實現100GB的數據密度，
大約是現在最好的硬盤存儲密度的10倍。
司徒塔特團隊用這個原理確確實實記錄了24個比特的數據，
而且還存儲和讀取了“CIT”這3個字母，也就是他曾經工作的單位“加州理工學院”的縮寫。
這次化學獎頒發給的依然是基礎學科研究，
它是大約從1987年左右才建立起來的，
到現在為止也依然沒有任何商業、工業、軍事上的應用，
它只有實驗室裡的一些有意思的嘗試，
比如剛剛我們提到，那個存儲了CIT縮寫的分子硬盤，在反覆讀寫了100次以後，
開關結構就崩潰了。
雖然還沒有商業應用，但是前景被很多人看好。
諾獎委員會發言中就提到，超分子化學領域今後說不定會成為超分子科學。
你想，從一個化學下面的分支，一躍成為和化學平級的學科了，那前景是夠美好的。
如果總結一句話，這次的諾貝爾化學獎，
獎給的是一幫在微觀世界按圖紙打造機械零件的人。
最後要聊的是諾貝爾化學獎的尷尬，
諾貝爾本人是化學家，是炸藥大王，他憑藉這項研究收益巨大。
在那個年代的化學確實是一門界限清楚的學科，
但隨著物理、生物的發展，化學做為一門學科的邊界越來越模糊了，
不知道有多少次化學獎都獎給了物理學家，都獎給了生物學家，
以至於後來化學獎都被其他科學家調侃成理綜獎，也就是理科綜合啊。
但是這次的化學獎終於不是理綜獎了，
而是純種的化學家獲得了純粹的化學領域最前沿的獎項。
我負責解讀的自然科學類諾貝爾獎就到此告一段落了，
但大家別忘了，接下來還有瑞典國家銀行為了紀念諾貝爾而增設的經濟學獎，
將會在10月10日公佈，
知識新聞工作室的小伙伴們會邀請經濟學大牛來為大家解讀，歡迎關注。
特約撰稿：卓克
特約講述：卓克
---------
主旨：
這次化學獎是頒給，分子機器設計與合成”上的研究成果。
化學是這麼發展的，最開始是簡單的無機物，然後是複雜一些的有機物，
從小分子到高分子復雜程度不斷提高。到1987年，複雜程度又提升到了超分子化學。
在超分子化學出現之前的化學是什麼樣的呢？
大約就是把原料找好，把反應條件設置好，然後發生反應。
反應只要開始就只能等結果出來再說了，
反應過程中原子和分子是怎麼運動的，對我們，是個黑匣子。
這有點像我們燒造瓷器，它的外觀定型了，各種塗層也上好了，一大批送進窯裡燒製。
至於說在燒製過程中哪個瓷瓶身上有開裂的花紋了，那你也不知道，也沒法干預，
只能等這個階段燒完之後，取出來看。
而"超分子化學"就是要干涉窯裡面的過程，比如瓶子表面出現開裂的花紋了，
那麼就能精確控制，讓它開裂成一條龍的形狀。
這在從前的化學家腦中是不可想像的，因為微觀世界由布朗運動主導，
也就是你看每個分子都在無規則的行走，你沒法涉足其中，讓他們做有規則的活動。
我們舉一個超分子化學誕生之初的例子，
就是這次獲獎的讓-皮埃爾·索瓦做出來的，
是兩個鑰匙環套在一起的形狀，這東西整體是一個完整的大分子，
而且在自然界，甚至在傳統化學反應中都不可能出現的結構。
它的特殊之處在於，在幾十納米的尺寸下，
這個環套環的東西和真實世界中兩個鑰匙環套在一起之後，
呈現的情況差不多，也是可以來回來去的動。
獲獎的另一個人
司徒塔特在1991年也做出一個奇葩形狀叫輪烷，就是在一個啞鈴狀的啞鈴桿上套了一個環。
你可能想知道，做出這些稀奇古怪的結構有什麼用啊？
其實也真是不知道有什麼用，
這在從前的化學家腦中是不可想像的，因為微觀世界由布朗運動主導，
也就是你看每個分子都在無規則的行走，你沒法涉足其中，讓他們做有規則的活動。
我們舉一個超分子化學誕生之初的例子，
就是這次獲獎的讓-皮埃爾·索瓦做出來的，
是兩個鑰匙環套在一起的形狀，這東西整體是一個完整的大分子，
而且在自然界，甚至在傳統化學反應中都不可能出現的結構。
它的特殊之處在於，在幾十納米的尺寸下，
這個環套環的東西和真實世界中兩個鑰匙環套在一起之後，
呈現的情況差不多，也是可以來回來去的動。
獲獎的另一個人
司徒塔特在1991年也做出一個奇葩形狀叫輪烷，就是在一個啞鈴狀的啞鈴桿上套了一個環。
你可能想知道，做出這些稀奇古怪的結構有什麼用啊？
其實也真是不知道有什麼用，
只是因為化學家們從沒想到現在可以用分子搭積木了，
而且還能搭建出各種有機械強度的結構，
從前用這些機械力維持外形的結構只能發生在宏觀世界裡，
現在在那麼微小的世界裡，這些結構竟然可以抵抗布朗運動的巨大擾動，沒有被打散，
實在是忍不住去合成各種奇葩造型試一試。
而且還能搭建出各種有機械強度的結構，
從前用這些機械力維持外形的結構只能發生在宏觀世界裡，
現在在那麼微小的世界裡，這些結構竟然可以抵抗布朗運動的巨大擾動，沒有被打散，
實在是忍不住去合成各種奇葩造型試一試。
有了零件，就離今年頒獎中說的“分子機器”不遠了，機器就是由零件組裝完成的嘛。
今年獲獎的第三個人
費靈格教授就利用這些有機械強度、有功能性的部件設計出一個，
可以朝一個方向轉動的結構，起名叫“分子馬達”，
宏觀世界中的馬達有用電做能量、有用燃油做能量的，
這個分子馬達是用光做能量，只要光照射就能轉動。
上面說的是利用分子機器實現機械功能，
司徒塔特後續用輪烷做出了可以實現算法的結構，
今年獲獎的第三個人
費靈格教授就利用這些有機械強度、有功能性的部件設計出一個，
可以朝一個方向轉動的結構，起名叫“分子馬達”，
宏觀世界中的馬達有用電做能量、有用燃油做能量的，
這個分子馬達是用光做能量，只要光照射就能轉動。
上面說的是利用分子機器實現機械功能，
司徒塔特後續用輪烷做出了可以實現算法的結構，
這就和機械功能無關了，開始觸及到開關功能了。
我們知道，計算機的誕生就是因為有了MOS這種半導體開關。
現在新的分子開關出現了，會不會誕生分子計算機呢？
他們團隊用幾百萬個輪烷疊在一起形成的開關，
每一個都可以在電信號的驅動下從一種狀態切換到另一種狀態，
這時候電能轉換成分子開關的動能。
這個機構理論上可以在每平方厘米實現100GB的數據密度，
大約是現在最好的硬盤存儲密度的10倍。
司徒塔特團隊用這個原理確確實實記錄了24個比特的數據，
而且還存儲和讀取了“CIT”這3個字母，也就是他曾經工作的單位“加州理工學院”的縮寫。
而存儲了CIT縮寫的分子硬盤，在反覆讀寫了100次以後，開關結構就崩潰了。
雖然還沒有商業應用，但是前景被很多人看好。
我們知道，計算機的誕生就是因為有了MOS這種半導體開關。
現在新的分子開關出現了，會不會誕生分子計算機呢？
他們團隊用幾百萬個輪烷疊在一起形成的開關，
每一個都可以在電信號的驅動下從一種狀態切換到另一種狀態，
這時候電能轉換成分子開關的動能。
這個機構理論上可以在每平方厘米實現100GB的數據密度，
大約是現在最好的硬盤存儲密度的10倍。
司徒塔特團隊用這個原理確確實實記錄了24個比特的數據，
而且還存儲和讀取了“CIT”這3個字母，也就是他曾經工作的單位“加州理工學院”的縮寫。
而存儲了CIT縮寫的分子硬盤，在反覆讀寫了100次以後，開關結構就崩潰了。
雖然還沒有商業應用，但是前景被很多人看好。
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