所有文章 > 正文

2020年“邵逸夫奖”公布,理论天体、光遗传学、表示论领域先驱获奖

作者: 学术头条

时间: 2020-05-27 16:27

邵逸夫奖基金会於 5 月 21 日(星期四)在香港举行新闻发布会,公布今届共有六位科学家获颁奖项。「邵逸夫奖」设有三个奖项,分别为天文学、生命科学与医学、数学科学。每年颁奖一次,每项奖金一百二十万美元。今年为第十七届颁发。

「邵逸夫奖」得奖者如下:

天文学奖

2020 年度邵逸夫天文学奖颁予罗杰 • 布兰福德 (Roger D Blandford) 以表彰他对理论天体物理学的根本性贡献,特别是在活跃星系核的基本理解、相对论性喷流的形成和准直、黑洞的能量提取机制和激波中的粒子加速及其相关的辐射机制。罗杰 • 布兰福德是美国史丹福大学文理学院卢克 • 布鲁森讲座教授暨 SLAC 国家加速器实验室教授。

202005250201-EgwOy79WIV.jpg

罗杰 • 布兰福德是当代最出色的全方位理论天体物理学家之一。他关注极为广泛的天体物理学问题,作出了重大贡献,堪称为一位罕有的「全才」科学家。他是引力透镜效应模拟和诠析方面的先驱。他对来自费米太空船的γ射线数据的分析,和引力波的研究,均有建树。他在研究领域最重要的贡献,是对活跃星系核及其相对论性喷流的基本理解。

他著作或合著了多篇论文,确定了活跃星系核涉及的关键过程是由大质量黑洞吸积所引起,这些过程同样与 γ 射线爆发和恒星质量级别的黑洞有关。他和研究伙伴对於相对论性喷流令人瞩目的多尺度加速和准直提出了关键性见解,当中涉及复杂的流体动力学和电动力学过程。他有远见卓识,确定磁力矩可从自旋的(克尔)黑洞中提取能量,从而有效驱动喷流。他在论文中提出,围绕大质量黑洞的吸积盘会产生快速风。科学家现在才开始利用高分辨率的无线电和红外干涉观测仪进行直接探测,从而披露围绕大质量黑洞的最内层吸积和喷流形成区,布兰福德有先见之明,早已就此加以理论分析,而他早年的文章日益受到重视。盘风与原恒星的外向流亦有关。

另一项越来越多人关注的工作是双黑洞的终极去向,这是星系之间并合而产生的结果。他也是「回响技术」的共同发明人,该技术观察放射过程的线谱和连续谱,从频谱的时间变化来探索远距超大黑洞附近的气体空间结构,这个手段已广为应用,成为了标准的技术。布兰福德对这个课题的贡献始於分析工作,但在最近的论文中,他和他的团队不断探索更精密的数值技术,模拟自旋和吸积黑洞的强引力环境,从而切实掌握复杂的物理学。

除了自身的研究外,罗杰 • 布兰福德更努力不懈参与科学界的服务,2010 年领导美国天体物理学「十年调查」,踏上高峰。

布兰福德在理论天体物理学多方面都作出深远贡献,他创意无限,表现杰出,获颁 2020 年度邵逸夫天文学奖。

生命科学与医学奖

2020 年度邵逸夫生命科学与医学奖平均颁予格罗 • 米森伯克 (Gero Miesenböck)、彼得 • 黑格曼 (Peter Hegemann)和格奥尔格 • 内格尔 (Georg Nagel),以表彰他们所研发的光遗传学,一项彻底改革了神经科学发展的技术。

202005250202-sSGdEHjIIG.jpg

格罗 • 米森伯克是 英国牛津大学韦恩弗莱特生理学讲座教授暨神经回路与行为中心主任。彼得 • 黑格曼是德国柏林洪堡大学神经科学赫蒂讲座教授暨生物物理系系主任。格奥尔格 • 内格尔是德国维尔茨堡大学分子植物生理学教授。

要明白大脑的运作,我们需要了解神经细胞交流时所使用的语言。鉴於人类大脑中有 860 亿个神经细胞,它们之间的交流异常复杂,要了解其中过程是极富挑战性的。每个神经元可以与其他神经元进行多达近万次接触,导致万亿个突触连接。

感谢 2020 年度邵逸夫生命科学与医学奖得奖人:牛津大学的格罗 • 米森伯克、柏林洪堡大学的彼得 • 黑格曼和维尔茨堡大学的格奥尔格 • 内格尔,他们近年在科学技术方面的发现提供了有效的工具,让我们能够追踪和控制实验动物的神经网络。

神经科学家一直在寻找可控制个别神经细胞活动的方法,以便观察细胞之间交流时所用的网络,并确定细胞交流过程的调控。在过去一个多世纪,科学家通过化学或物理方法直接激活局部的神经细胞,以检测和控制神经网络里的细胞电位变化。神经科学家的梦想是利用光来间接控制细胞电位变化,以达到较少侵入性及更准确地控制和观察神经网络在完整有机体的功能。

第一个关键突破是於 2002 年米森伯克及其同事所发明的光遗传学工具。他的研究小组使用自然光敏蛋白(视紫质),这是一种使视觉产生色素的蛋白。研究小组把果蝇的光敏视紫质基因植入脊椎动物的培养神经细胞。结果,培养细胞表现出由光引起的神经元活动模式。基於这个初步研究结果,米森伯克率先证明这种方法可应用於完整的果蝇,并且通过光学激活指定的环路,从而改变果蝇的行为。

米森伯克在第一份报告中得出结论:「由於每个靶神经元都对光感产生反应,因此无需深入了解其空间坐标。这技术可同时准确地处理大量神经元,而不会对不同功能的周边神经元产生不良干扰。」米森伯克的方法开创了光遗传学的新纪元。

将这种方法应用於动物时,虽然果蝇视紫质对於光所作出反应,但反应比较缓慢,果蝇的遗传机制也过於简单,这些都是技术上的缺点。幸运的是,另一几乎和米森伯克的研究同时进行的衣藻趋光性的研究,发现一种较为简单受光调控的正离子通道蛋白。虽然视紫质最先是在某些原始微生物中发现并分离的,但藻类具有快速趋光反应,证明单个受体蛋白足以引起细胞膜电流的变化。

在 1991 年发表的早期研究中,彼得 • 黑格曼在衣藻发现一种含视紫质的光受体。经过多年对光感的研究,黑格曼和格奥尔格 • 内格尔合作并分别於 2002 年和 2003 年发表两篇论文,他们使用 基因克隆方法,证明两种光敏通道蛋白 ChR1 和 ChR2 的存在。关键是,该团队发现 ChR2 在脊椎动物细胞中表达该基因时,会引起极快的光诱导膜电流变化。这发现意味著光遗传学发展踏入第二个主要阶段。

黑格曼和内格尔发现的 ChR2,可应用於各种细胞和组织的功能上。在 2005 年,戴塞罗斯和博伊顿的研究小组,以及几个月后独立进行研究的黑格曼、兰德梅赛和赫利茨小组,也证明了 ChR2 应用於神经细胞和脊椎动物组织的优越特性。自此,戴塞罗斯和 博伊顿各自研发工具,将光准确地传递到哺乳类动物大脑深处神经网络。

这些基础科学上的发现,使我们获得重要的工具,能够清晰了解和精确地控制动物大脑中特定的神经网络。这些发现预示著探索认知和情感奥秘的黄金时代已经来临,人们终於可以在基因和细胞层面说明甚么是精神失常。

数学科学奖

2020 年度邵逸夫数学科学奖平均颁予亚历山大 • 贝林森 (Alexander Beilinson) 和大卫 • 卡兹丹 (David Kazhdan),以表彰他们对表示论,以及许多其他数学领域的重大影响和深远贡献。亚历山大 • 贝林森是美国芝加哥大学大卫和玛丽•温顿格林讲座教授。大卫 • 卡兹丹是以色列耶路撒冷希伯来大学数学教授。

202005250203-DqKfDI2kYS.jpg

亚历山大 • 贝林森和大卫 • 卡兹丹两位数学家对被称为表示论的数学分支作出了深远贡献,他们也为许多其他领域带来根本性的影响而闻名,例如算术几何学、K 理论、共形场论、数论、代数和复数几何、群论以及广泛的代数领域。除了证明重要定理,他们还创造了一些概念性工具,这些工具对其他数学家取得突破至关重要。他们的工作既深且广,促进了诸多数学领域的长足发展。

群论与对称性的概念有著密切关连,群本身是抽象的概念,但可以通过对某些数学对象的变换或对称关系(通常是向量空间的线性变换)来「描述」,这种具体的描述就是群的表示。众所周知,群的表示十分重要,使许多关於群论的问题简化为较熟悉的线性代数问题。群的表示在物理学上也相当重要,例如,物理系统的对称群决定了该系统的方程解的一些重要特性,而群表示能将这对称群描述清楚。大致而言,表示论是对数学和物理学基本对称性的研究。对称群有很多不同的种类:有限群、李群、代数群、p-adic 群、圈群、赋值向量群等等。正因为这样,贝林森和卡兹丹的工作在许多不同领域上作出贡献。

卡兹丹其中一个最具影响力的想法是引进一个群的特性,称为卡兹丹特性(T)。在各种群表示中,总有一个令人不感兴趣的「平凡表示」,它将群的每一个元素与对物体完全没有任何作用的「变换」联系起来。尽管平凡表示本身并不令人感兴趣,但更有趣的是关乎另一个表示与平凡表示有多接近。特性(T)为该问题提供了精确的量化意义。卡兹丹使用特性(T)解答了两个有关李群离散子群的难题。自此,特性(T)在 群表示论的许多方面都具极其重要的应用,局部域上代数群中的格、遍历理论、几何群论、扩张子、算子代数和网络理论等,并且已被公认为表示论中真正的基本概念。

继这一个突破,卡兹丹也解决了一些表示论和在李群中有关格的难题,例如赛尔贝格猜想中不一致的格,以及关於仿射赫克代数的分类的施普林格猜想。

与乔治 • 卢斯蒂格合作解决上述最后一个问题时,卡兹丹引进一类重要的多项式,并制订出一对非常有影响力的(等价)猜想。亚历山大 • 贝林森的其中一个成就,是与约瑟夫 • 伯恩斯坦一起证明这些猜想(这些猜想也由圣吕克 • 布莱林斯基和柏原正树独立证明)。该证明引进的方法,揭示出一个称为几何表示论的领域,谋求了解群表示的几何和分类结构的深层基础。卡兹丹在该领域的发展也发挥重要作用,从这方面研究所得的洞见已用於解决几个难题。

由贝林森、伯恩斯坦和皮埃尔 • 德利涅创立的另一著名概念称为反常层。避开专业术语去尝试解释反常层是不可行的,但一个颇为人知的说法首先指出反常层既不是反常也不是层。这概念可说是真正深奥的发现,虽然这概念的定义绝不直观,但至今被视为「拓扑学其中一个最自然和最基本的事物」(引自相同的说法)。

朗兰兹纲领是数学研究其中一个核心目标,贝林森的概念亦对朗兰兹纲领造成深远影响。例如,假若没有这概念,便难以想像吴宝珠完成「基本引理」的工作,以及劳伦特和文森特 • 拉夫福格的建树(三位皆因这项工作而曾获大奖)。卡兹丹诚然把数学的卓见带入这一组丰富的意念中。通过指出轨道积分可以演绎为某些有限域上的代数簇的计数点,他和卢斯提格开辟了证明基本引理的通道,自此,卡兹丹继续在这个课题上发挥重大影响。贝林森更因提出与 L 函数和动机理论有关的深奥猜想而闻名,不但完全改变对这两个主题的理解,并导致相关工作激增。

贝林森和卡兹丹站在过去数十年许多最令人振奋的数学发展的核心,这些发展持续不息。他们获颁 2020 年度邵逸夫数学科学奖,实至名归。

邵逸夫奖

202005250204-vkAH5xpCpK.jpg

「邵逸夫奖」是按邵逸夫先生的意愿而设,於 2002 年 11 月宣告成立,以表彰在学术及科学研究或应用上获得突破成果,和该成果对人类生活产生意义深远影响的科学家,原则是不论得奖者的种族、国籍、性别和宗教信仰。

「邵逸夫奖」是国际性奖项,由邵逸夫奖基金会管理及执行。邵逸夫先生亦为邵氏基金会和邵逸夫慈善信托基金的创办人,这两个慈善组织主要发展教育、科研、推广医疗福利及推动文化艺术。

资料来源:

https://www.shawprize.org/sc/news/announcement-press-conference-2020-press-release

https://www.shawprize.org/sc/prizes-and-laureates/astronomy/2020/press-release

https://www.shawprize.org/sc/prizes-and-laureates/life-science-and-medicine/2020/press-release

https://www.shawprize.org/sc/prizes-and-laureates/mathematical-sciences/2020/press-release

往期回顾:

武汉病毒所所长王延轶首次回应质疑:完全是无中生有

Flash 已死,Deno 当立?

2020技术展望:新数字时代人与技术的五大趋势

[关于转载]:本文为“AMiner”官网文章。转载本文请联系原作者获取授权,转载仅限全文转载并保留文章标题及内容,不得删改、添加内容绕开原创保护,且文章开头必须注明:转自“AMiner”官网。谢谢您的合作。

二维码 扫码微信阅读
推荐阅读 更多