諾貝爾物理學獎、化學獎出爐　交織出人類科技的未來

十月七日，英國學者克拉克、法國學者德沃雷及美國學者馬丁尼斯則獲頒諾貝爾物理學獎，以表彰他們在電路中發現宏觀量子力學穿隧效應及能量量子化，為下一代數位科技發展鋪平道路。瑞典皇家科學院又於八日宣布，今年諾貝爾化學獎頒給日本、英國和約旦籍學者北川進、羅布森（Richard Robson）和亞基（Omar M. Yaghi），表彰他們對「金屬有機骨架」（MOF）的發展貢獻，此材料可用於幫助對付氣候變遷和缺水等挑戰。

百年量子力學帶來新的驚喜

量子力學揭示微觀世界的運作方式，舉例來說，一顆普通的球撞到牆壁會彈回，但在量子尺度下，粒子實際上能直接穿過類似的牆壁，這種現象稱為「穿隧效應（tunnelling）」。

量子力學的行為在人們熟知的極微觀層級—例如原子與次原子粒子—已被深入研究；但與描述宏觀世界的古典物理學相比，這些現象往往顯得離奇且難以直覺理解。

2025年諾貝爾物理學獎，表彰的是克拉克（John Clarke）、德沃雷（Michel Devoret）和馬丁尼斯（John Martinis）在1980年代進行的實驗，即如何透過超導體製成電路，在宏觀尺度上觀察到量子穿隧效應，證明在特定條件下，量子力學也能影響日常可見的物體行為。

量子技術如今已無所不在，例如電腦微晶片中的電晶體就是一例。瑞典皇家科學院（Royal Swedish Academy of Sciences）在聲明中表示，這些實驗展示出「量子世界的奇異特性，在可手持的裝置中實際呈現」。評審團指出，這些發現「為開發下一代量子技術提供機遇，包括量子加密、量子電腦和量子感測器」。

諾貝爾物理學獎委員會主席艾瑞克森（Olle Eriksson）表示：「能夠慶祝有百年歷史的量子力學不斷帶來新驚喜，令人感到美妙。同時量子力學也極為實用，因為它是所有數位科技的基礎。」

克拉克透過電話對記者說：「坦白說，這是我一生中最大的驚喜。我從沒想過這項研究有一天會得到諾貝爾獎的肯定。」
他解釋說，科學家們當初專注於物理實驗，並未意識到後續的實際應用。「我們完全沒想到這項發現會產生如此重大的影響。」
他補充說：「我現在是用手機通話，我想你們也是。而手機能夠運作的其中一個根本原因，就是這些研究成果。」

現年83歲的克拉克，是美國加州大學柏克萊分校（University of California, Berkeley）教授，72歲的德沃雷則在美國耶魯大學及加州大學聖巴巴拉分校（University of California, Santa Barbara）任教，67歲的馬丁尼斯也任職於加州大學聖巴巴拉分校。
馬丁尼斯曾在谷歌（Google）擔任量子人工智慧實驗室（Quantum Artificial Intelligence Lab）負責人，直到2020年。任職Google期間，他所屬的研究團隊於2019年宣稱達成「量子霸權」（quantum supremacy），即利用次原子粒子特性的電腦，在解題效率上大幅超越全球最強的超級電腦。
而德沃雷除了擔任教授外，也兼任Google量子AI部門的首席科學家。

妙麗手提包變成真 「小體積大容量」材質可應付氣候變遷

諾貝爾委員會表示，三位得主「研發出一種具有巨大空間的新分子結構」，「氣體與其他化學物質可在其中流動」，「可用於自沙漠空氣中採集水分、捕捉二氧化碳、儲存有毒氣體或催化化學反應」。

這種多孔材料具有很大的表面區域，雖然外表可能看起來只有一顆方糖大小，但表面區域卻可能和一個足球場一樣大。諾貝爾委員會化學獎委員藍斯壯形容：「這種材料幾乎就像《哈利波特》中妙麗的手提包一樣，可在很小的體積中儲存大量氣體。」

日本籍的北川進在家鄉京都大學擔任教授，英國籍的羅布森則在澳洲墨爾本大學任教，約旦籍的亞基則在美國柏克萊加州大學任教。三人將共享諾貝爾化學獎獎金1,100萬瑞典克朗（120萬美元）。

化學家已為這種材料打造出上萬種不同的變化型，且有機會運用在工業規模的製程。電子業如今已可使用這種材料來儲存一些生產半導體所需的有毒氣體。這也可用來捕捉工廠和發電站排放的二氧化碳，以減少溫室氣體排放。有些也可能被用於消除環境中的藥品痕跡。

金屬有機骨架的發現過程始於1989年，羅布森使用一種新方式來測試原子的本身特性，創造出一種有序、結構龐大、但不穩定的結晶體。在1992至2003年間，北川進和亞基分別在這個基礎上再進行研究。北川進展示出，氣體可在這種結構當中進出，並預期這種結構可製作成具有彈性；亞基則為其創造出非常穩定的架構，並顯示其可進行修改。

諾貝爾委員會表示：「這些學者相信著金屬有機骨架具有的龐大潛力，以及它將成為屬於21世紀的材料。時間終將證明一切。」

北川進是日本京都大學學者，羅布森（Richard Robson）在澳洲墨爾本大學（University of Melbourne）任教，亞基（Omar M. Yaghi）則任職於美國加州大學柏克萊分校（UC Berkeley）。

開啟通往科學未來的窗

（文：張瑞雄，聯合報）今年諾貝爾獎為我們打開了兩扇通往科學未來的窗，化學獎頒給了三位創造「金屬有機框架」（ＭＯＦ）架構的科學家，他們為分子世界建造了新的房間；物理獎頒給了三位用實驗證明量子力學可在宏觀電路中顯現的學者，他們讓粒子的幽靈觸碰到了我們的日常材料。這兩項殊榮不只是對個別學門的肯定，更是一種跨領域的共鳴，呼喚我們重新理解物理與化學之間錯綜交織的本質。

物理所揭示的，是宇宙深層規則的普遍性。當電子能夠穿越本不可逾越的障礙，當電路能階不再連續，而是一階階地量化，這不再只是理論與課本上的思辨，而是在低溫實驗室中可見可測的現象。這些觀察告訴我們，在某些條件下，宏觀世界也必須屈從於微觀法則。就如古人說的大「象」無形，真正的力量往往潛藏在不可見之處。

化學的榮耀，來自於對這種微觀秩序的精準編織。三位得獎者所開創的ＭＯＦ結構並非憑空構想的藝術，而是透過對金屬離子與有機配體相互作用的深刻理解，打造出分子層級的空間迷宮。這些孔洞成為捕捉氣體、儲存能量、淨化汙染的微型容器，是實用功能與分子美學的結合。化學因此成為一種「建築學」，在原子與分子間築構出功能性的空間，將無形之力轉化為可見之功。

物理「可知」、化學「可塑」；當量子穿隧效應進入工程實作，變成量子位元的實體基礎，計算邏輯便開始在矽之外的材料上重建。當ＭＯＦ被設計用來吸附特定氣體或釋放藥物，我們便能以原子級的精準控制世界。這兩種能力如同陰陽雙環，讓科學不僅能解釋宇宙，亦能重新塑造人類的生存條件。

科學不應僅止於對真理追尋，它更是對未來可能性的鍛造。在此兩獎項，我們看到四十年前的靈光一現，如何發酵成當代的科技基石。一位教授因為教學用的分子模型而啟發新思路、一群研究生則在極低溫的電路中觀察到了宏觀量子行為。他們的成功並非一蹴可幾，而是源於不斷質疑「這樣的結構是否有用」或「這樣的結果是否真實」。正如「無用之用，方為大用」，那些起初看似荒謬的發現，往往才是推動人類文明躍進的起點。

這些成果也提醒我們，科學的進步不僅靠精密儀器與計算力，更來自對自然規律的直覺、對未來可能的想像，以及對既有知識框架的挑戰。在今日這個ＡＩ、大數據、能源轉型交錯的時代，化學與物理不再是分立的學門，而是相互為用的雙螺旋。ＭＯＦ可以被設計為量子材料的支架，量子現象則可以在ＭＯＦ的空腔中被放大觀測，這種交會將催生下一波科學革命。

我們身處的世界，正愈來愈像一個大型的ＭＯＦ結構，充滿通道、空間與轉換節點。知識不再是線性堆疊，而是多孔網路；思考不再是單向的邏輯推演，而是類似於量子叢集中的重疊與糾纏。真正的創新者，會像這兩組諾貝爾獎得主一樣，敢於進入這些空間中開鑿、重構，甚至冒著崩塌的風險去建立全新的秩序。

因此我們不只為得獎者喝采，更應從他們的歷程中學會一件事－在科學的世界裡，真正重要的從來不是「正確」的答案，而是那些能持續激發問題、創造可能性的結構。不論是穿透能障的粒子，還是開展化學空間的框架，背後皆有對未知的勇氣與對秩序的敬畏。

科學不是通往終點的道路，而是通往無限的大門。這些門由物理開啟、以化學裝飾；未來能否通行，就看我們是否願意繼續好奇和努力。