第四章 研究結果分析
第一節 諾貝爾物理學獎得主獲獎理論概述
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第四章 研究結果分析
本研究旨在探討諾貝爾獎得主在獲獎前後學術生產力、學術合作和學術影響 力的情形，不僅針對獲獎者得獎前後的論文生產量進行分析，亦對獲獎前後的合 作人數變化、文章被引用次數、h-index 值和期刊影響力進行探究，以了解學術 生產力、學術合作以及學術影響力的情形。本章共計四節，第一節為諾貝爾獎物 理學獎得主獲獎理論概述；第二節為諾貝爾物理學獎得主學術生產力結果分析；
第三節為諾貝爾物理學獎得主學術合作結果分析；第四節為諾貝爾物理學獎得主 學術影響力結果分析。
第一節 諾貝爾物理學獎得主獲獎理論概述
2000 年是資訊科技發展重要的一年，Zhores I. Alferov 和 Herbert Kroemer 因 發展了應用於高速和光電子學中的半導體異質結構而獲獎；Jack S. Kilby 則因發 明積體電路護獎，此三位獲獎者奠定了現代資訊科技的基石，尤其是高速電晶體、
雷射二極體及積體電路（王恆、朱幼文，2001）。高速電晶體可應用於人造衛星 與行動電話，光纖中傳遞訊息的雷射二及光纖中傳遞訊息的雷射二極體，以及雷 射唱盤所使用的雷射；積體電路則可以將不同的電子元件聚集在同一晶片上，使 得功能複雜的電路系統微小化，促成微電子工業的蓬勃發展，現代資訊科技發展 的 主 要 條 件 之 一 ， 即 是 資 訊 系 統 的 組 成 元 件 必 須 運 作 快 速 ， 且 輕 薄 短 小
（NobelPrize, 2000；科學月刊，2005）。
2001 年是開啟原子物理新紀元的一年，Eric A. Cornell、Wolfgang Ketterle 和 Carl E. Wieman 驗證了愛因斯坦的預測，也就是「玻色－愛因斯坦凝結」的實現，
創造出一種物質新狀態「玻色凝結體」。早在1920 年代，愛因斯坦即預測「玻色
－愛因斯坦凝結」，理想氣體在極低溫度所發生的現象，但溫度是阻礙實驗進展
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的因素，直到雷射冷卻與蒸發冷卻的發展，此項研究才漸露曙光。Cornell 和 Wieman 實驗銣原子蒸氣的玻色－愛因斯坦凝結現象；Ketterle 則實現了鈉原子 蒸氣的玻色－愛因斯坦凝結現象，並研究玻色凝結體的性質，對於精密量測的應 用具有重要性（NobelPrize, 2001；科學月刊，2005）。
2002 年在天體物理領域有卓越突破，扭轉了世界的宇宙觀。在宇宙中，微中 子和 X 射線是自然界中不可捉摸的微小物體，Raymond Davis Jr.、Masatoshi Koshiba 成功探測到宇宙微中子的存在，開創了微中子天文學的研究領域；
Riccardo Giacconi 的研究中則首次發現宇宙 X 射線源，奠定了 X 射線天文學的 基礎。瑞典皇家科學院提到：「今年諾貝物理學獎得主利用宇宙中的最小組成部 分，使我們了解太陽、恆星、銀河即超新星等宇宙中最大的部分，並改變我們對 宇宙的看法。」(NobelPrize, 2002；科學月刊，2005)。
2003 年是量子論至超導與超流理論的一年，Alexei A. Abrikosov、Vitaly L.
Ginzburg 與 Anthony J. Leggett 的研究貢獻與二十世紀量子物理和相變理論的發 展有密切關連。Abrikosov 以發現第二類超導體及其磁性聞名，並成功解釋第二 類超導體的超導性與磁性同時存在並且能夠在高磁場中維持超導性；Ginzburg 建 立了第一型超導體的理論；Leggett 提出氦三超流體理論，成功解釋原子如何相 互作用並以超流體狀態排列(NobelPrize, 2003；科學月刊，2005)。
2004 年 David J. Gross、H. David Politzer 與 Frank Wilczek 因為發現「強交互 作理論中的漸近自由」而獲獎。在高能物理領域中，量子色動力學是夸克之間的 交互作用形式的正確理論，質子內部的夸克具有強交互作用，而Gross、Politzer 與Wilczek 發現夸克越靠近，彼此的影響越小，越自由，這種現象稱為漸近自由；
相對來說，夸克之間越遠，交互作用越強，所以可以永遠在一起，而不能成為自 由粒子，此現象稱為「夸克侷限（quark confinement）」（NobelPrize, 2004；科學 月刊，2005）。
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2005 年的諾貝爾物理學獎可以說是由「玩雷射同調特性」的人獲獎，這一年 光同調性的研究更上一層樓。Roy J. Glauber 以量子的觀點來描述與定義光的同 調性；John L. Hall 與 Theodor W. Hänsch 發明了「飛秒光頻梳雷射」（femto-second optical frequencycomb laser），簡稱光梳雷射，以精確的方式確定原子和分子的光 線顏色，能夠讀取各種顏色的光，使得人類有機會建立「光鐘」（NobelPrize, 2005；
科學月刊，2016）。
2006 年 John C. Mather 與 George F. Smoot 進行宇宙微波背景探測的研究，
探測到宇宙微波背景輻射的異向性，以直接的量化證據，將初期宇宙的研究從理 論探究轉為直接觀察與測量，此研究成果強化了宇宙是由一百四十億年前的大爆 炸所形成的「大霹靂理論」，有助於深入了解宇宙結構和星系的起源，並證明星 系形成的過程。透過分析大量的觀測數據，在現代宇宙學演進成精確科學的發展 中，扮演重大角色（NobelPrize, 2006；科學月刊，2016）。
2007 年諾貝爾物理學獎頒給了 Albert Fert 與 Peter Grünberg 在磁性多層薄膜 中發現巨磁阻效應，開啟了自旋電子學域。巨磁阻效應可應用於讀取磁碟機的技 術，使得磁碟機內讀取資料的接頭小型化，可以更靈敏的讀取資料（NobelPrize, 2007；科學月刊，2016）。
「對稱性破壞」是影響宇宙起源的概念，Yoichiro Nambu、Makoto Kobayashi 與Toshihide Maskawa 探討微觀世界對稱性破壞而獲得 2008 年諾貝爾物理學獎。
Nambu 因發現次原子物理對稱性自發破壞機制；Kobayashi 與 Maskawa 發現特 定對稱性破壞之源，而預測了至少三代夸克的存在（NobelPrize, 2008；科學月刊 2016）。
2009 年是打破以往關於基礎科學突破性的貢獻，給予對應用科學有貢獻的 科學家，Charles Kuen Kao、Willard S. Boyle 與 George E. Smith 可以說是奠定現
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代網路生活的發明。Kao 所創造的光纖科技廣泛運用在現今的電話及數據通信，
大量數據量、音樂、圖像、影音可以即時在全球傳遞；Boyle 與 Smith 則發明了 半導體電荷耦合元件感影器，使攝影發生革命性地變化，被廣泛地運用在數位相 機、天文觀測器、醫學內視鏡等（NobelPrize, 2009；科學月刊，2016）。
2010 年獲獎者 Andre Geim 與 Konstantin Novoselov 的研究中，將膠布以反 覆撥開的方式，挑戰製造單原子層石墨片，成功製造出完美的二維度單原子層石 墨片－石墨烯，可以作為電力及熱力的導體，可應用於透明觸碰螢幕、輕型面板 和太陽能電池。通常高科技設備幾乎無法從石墨中抽取出單原子層石墨，而他們 的研究震驚全世界並引發薄石墨片的研究熱潮（NobelPrize, 2010；科學月刊，
2016）。
2011 年表揚 Saul Perlmutter、Brian P. Schmidt 與 Adam G. Riess 發現宇宙正 在加速膨脹的成就。在二十世紀末的宇宙大發現是我們所處的宇宙正在加速膨脹，
Perlmutter、Schmidt 與 Riess 透過觀測十幾顆爆炸的恆星（稱為超新星），收集不 同la 型超新星數據，推算出宇宙的膨脹率，研究發現宇宙正在加速膨脹，宇宙處 於低物質密度的狀態，且需要一個不為零的常數，此發現從此改變人類對宇宙的 看法（NobelPrize, 2011；科學月刊，2016）。
2012 年的獲獎者 Serge Haroche 與 David J. Wineland 研究出用於測量及操控 單個粒子的方法，並同時保留了量子力學的性質，以操控離子及光子，開啟量子 技術的新紀元。他們的研究貢獻，使得量子物理領域發展超快速量子計算機的目 標跨出了第一步，甚至可以創造比銫鐘精確度高出一百倍以上的時鐘，成為新時 間標準的未來基礎（NobelPrize, 2012；科學月刊，2016）。
2013 年的獲獎者 François Englert 與 Peter W. Higgs 研究基本粒子的質量起 源，使高能物理領域了解粒子是如何獲得質量。其研究理論是粒子物理標準模型
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的核心理論，也就是說，世界上的所有東西都是由物質粒子所構建的，整個模型 是依賴特殊粒子的存在。透過歐洲核子研究中心大強子對撞機的實驗中找到此特 殊粒子－希格斯粒子（神之粒子），從實驗到研究理論，花費將近五十年的時間，
終於完成粒子物理標準模型的最後一塊拼圖（NobelPrize, 2013；科學月刊，2016）。
2014 年將獎項頒給了 Isamu Akasaki、Hiroshi Amano 與 Shuji Nakamura，其 發明的新型節能環保光源－藍光LED，使發光二極體（Light-Emitting Diode, LED）
領域跨入新的世代，實現了明亮和節能的白色光源，掀起照明技術的革命時代。
如果說白熾燈泡點燃了十九世紀，螢光燈管點亮了二十紀，那麼 LED 燈則照亮 了二十一世紀（NobelPrize, 2014；科學月刊，2016）。
2015 年的獲獎者 Takaaki Kajita 與 Arthur B. McDonald 在其研究實驗中發現 了微中子動盪的證據，進而推測微中子具有質量。對於粒子物理領域是一個歷史 性的重要發現，長久以來，科學界普遍認為物質運作標準模型中，微中子屬於無 質量。此研究結論推測微中子必須具有一定的質量，只是質量非常小，也說明物 質運作標準模型不能成為宇宙基本組成的完整理論。改變科學界對於宇宙物質內 在運作的觀點，甚至影響目前對宇宙歷史與結構的理解（NobelPrize, 2015；科學 月刊，2016）。
2016 年 David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane 與 J. Michael Kosterlitz 因發 現拓樸相變和拓樸物質理論而獲獎。拓模相變的重要性可以使量子電腦的發展成 為可能，因為量子訊息常因為雜訊而消失，如果需要用到很多的量子位元，保持 量子的訊息就相當重要，而拓樸材質非常穩定，具有對稱性，不受雜訊影響，非 常適合作為量子電腦的量子位元（NobelPrize, 2016）。
2017 年 Rainer Weiss、Barry C. Barish 與 Kip S. Thorne 因證實重力波存在而 獲 獎 ， 其 研 究 構 想 和 設 計 了 LIGO （ Laser Interferometer Gravitational-Wave
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Observatory，雷射干涉儀重力波觀測台），首度偵測到13 億年前兩個黑洞碰撞所 產生的重力波，正如愛因斯坦的廣義相對論中所提到，重力是由物質和能量所產 生 的 時 空 彎 曲 所 造 成 ， 而 重 力 波 是 以 光 速 傳 播 ， 證 明 了 時 空 本 身 的 破 壞
（NobelPrize, 2017）。
表4-1-1 諾貝爾物理學獎得主基本資料表
condensed matter physics, instrumentation
Herbert Kroemer 1/4 1928 Germany
condensed matter physics, instrumentation
Jack S. Kilby 發明積體電路 1/2 1923-2005 USA electronics technology
Wolfgang Ketterle 1/3 1957 Germany atomic physics
Carl E. Wieman 1/3 1951 USA atomic physics
2002
Raymond Davis Jr.
探測到宇宙微中子 1/4 1914-2006 USA neutrino astrophysics
Masatoshi Koshiba 1/4 1926 Japan neutrino astrophysics
Riccardo Giacconi 發現宇宙 X 射線源 1/2 1931 Italy astrophysics
2003
Alexei A. Abrikosov
為超導體和超流體 理論貢獻
1/3 1928-2017 Russia
condensed matter physics, superconductivity,
superfluidity
Vitaly L. Ginzburg 1/3 1916-2009 Russia
condensed matter physics, superconductivity,
superfluidity
Anthony J. Leggett 1/3 1938 UK
condensed matter physics, superconductivity,
superfluidity
2004
David J. Gross
發現漸近自由
1/3 1941 USA particle physics
H. David Politzer 1/3 1949 USA particle physics
H. David Politzer 1/3 1949 USA particle physics