撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
如果說最具榮譽(yù)性的科學(xué)大獎(jiǎng)，諾貝爾獎(jiǎng)當(dāng)仁不讓。但說到最慷慨的科學(xué)大獎(jiǎng)，科學(xué)突破獎(jiǎng)必是第一，它憑借著300 萬美元的單項(xiàng)獎(jiǎng)金，堪稱科學(xué)界“第一巨獎(jiǎng)”。
科學(xué)突破獎(jiǎng)（Breakthrough Prize） 創(chuàng)立于 2012 年，獎(jiǎng)金由谷歌聯(lián)合創(chuàng)始人謝爾蓋·布林、FaceBook 聯(lián)合創(chuàng)始人馬克·扎克伯格夫婦、俄羅斯億萬富翁尤里·米爾納夫婦，以及 23andMe 聯(lián)合創(chuàng)始人安妮·沃西基等人贊助。該獎(jiǎng)項(xiàng)旨在表彰生命科學(xué)、基礎(chǔ)物理和數(shù)學(xué)方面的成就。
此次頒發(fā)了生命科學(xué)（3項(xiàng)）、基礎(chǔ)物理學(xué)（2項(xiàng)）和數(shù)學(xué)（1項(xiàng)）領(lǐng)域 6 個(gè) 300 萬美元的科學(xué)突破獎(jiǎng)；此外，8 位青年物理學(xué)家和青年數(shù)學(xué)家分享了 6 個(gè) 10 萬美元的新視野獎(jiǎng)；3 位剛完成博士學(xué)位的女性數(shù)學(xué)家每人將獲得 5 萬美元的 Maryam Mirzakhani 前沿獎(jiǎng)，今年的獎(jiǎng)金總額為1875 萬美元，該獎(jiǎng)項(xiàng)自設(shè)立以來獎(jiǎng)金總額超過 3.26 億美元。
科學(xué)突破獎(jiǎng)——生命科學(xué)獎(jiǎng)
GLP-1 研究先驅(qū)——Daniel J. Drucker、Joel Habener、Jens Juul Holst、Lotte Bjerre Knudsen、Svetlana Mojsov
這 5 位科學(xué)家做出了互補(bǔ)性貢獻(xiàn)——從基礎(chǔ)激素發(fā)現(xiàn)到生理學(xué)理解再到藥物開發(fā)——促成了治療糖尿病和肥胖癥的高效藥物——GLP-1 受體激動(dòng)劑，開啟了針對(duì)代謝疾病的 GLP-1 類藥物的新時(shí)代。他們的突破性成就包括：發(fā)現(xiàn)編碼 GLP-1 激素的基因；合成、分離和表征該激素的生物活性形式；證明其在腸道中產(chǎn)生并刺激胰島素生成；闡明其更廣泛的生理作用（包括控制食欲和能量平衡）；開發(fā)出一種在體內(nèi)持續(xù)作用數(shù)天（而非數(shù)小時(shí)）的更穩(wěn)定激素版本；以及將其轉(zhuǎn)化為一種正在改變?nèi)驍?shù)億人代謝疾病治療的新藥類型。
多發(fā)性硬化癥研究先驅(qū)——Stephen L. Hauser、Alberto Ascherio
他們二人的研究徹底改變了對(duì)多發(fā)性硬化癥（MS）的理解和治療方法，這是一種使人衰弱的神經(jīng)退行性疾病，患者的免疫系統(tǒng)會(huì)攻擊神經(jīng)纖維周圍的絕緣蛋白。Stephen L. Hauser的貢獻(xiàn)之一是推翻了關(guān)于多發(fā)性硬化癥發(fā)病機(jī)制的科學(xué)共識(shí)，他發(fā)現(xiàn)免疫系統(tǒng)的 B 細(xì)胞是導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞受損的主要因素。他還積極參與了 B 細(xì)胞耗竭療法的開發(fā)和測(cè)試，這種療法徹底改變了多發(fā)性硬化癥的現(xiàn)代治療手段。與此同時(shí)，Alberto Ascherio通過長(zhǎng)期細(xì)致的流行病學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了患多發(fā)性硬化癥的必要條件：感染 EB 病毒。大多數(shù)人都攜帶這種病原體，通常不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，但他證明了感染該病毒會(huì)使患多發(fā)性硬化癥的風(fēng)險(xiǎn)增加 32 倍。這項(xiàng)工作為用抗病毒藥物治療多發(fā)性硬化癥以及開發(fā)能有效預(yù)防多發(fā)性硬化癥的 EBV 疫苗提供了可能。
新一代基因編輯技術(shù)先驅(qū)——?jiǎng)⑷缰t（David R. Liu）
劉如謙開發(fā)出了兩種強(qiáng)大且廣泛使用的基因編輯技術(shù)——堿基編輯和先導(dǎo)編輯。這些技術(shù)是經(jīng)過工程改造的分子機(jī)器，能夠修正導(dǎo)致患者遺傳疾病的 DNA 突變。重要的是，它們無需切割 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而減少了意外后果。2016 年，劉如謙開發(fā)出了堿基編輯技術(shù)，能夠修正構(gòu)成約 30%已知遺傳疾病誘因的單堿基錯(cuò)誤。隨后在 2019 年，他開發(fā)出了先導(dǎo)編輯技術(shù)，能夠用正確的 DNA 片段替換整個(gè)缺陷 DNA 片段，理論上可以修復(fù)約 90% 致病突變。這兩項(xiàng)技術(shù)已被全世界的實(shí)驗(yàn)室廣泛使用，促成了數(shù)千項(xiàng)在研究、農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的論文發(fā)表。在動(dòng)物身上，堿基編輯和先導(dǎo)編輯已成功糾正了基因突變，從而治愈了鐮狀細(xì)胞病和β地中海貧血等血液疾病、肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）和脊髓性肌萎縮癥（SMA）等神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肌營(yíng)養(yǎng)不良癥和心肌病等肌肉疾病，以及遺傳性失明、遺傳性聽力損失、多種代謝紊亂以及早衰癥。目前，至少有 15 項(xiàng)堿基編輯和先導(dǎo)編輯的臨床試驗(yàn)已在五個(gè)國(guó)家展開，其中一些試驗(yàn)已證實(shí)對(duì) T 細(xì)胞白血病、鐮狀細(xì)胞病、β-地中海貧血和高膽固醇血癥的治療具有益處，甚至已挽救了患者的生命。
科學(xué)突破獎(jiǎng)——基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)
此次的基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)很特殊——授予了四個(gè)合作團(tuán)隊(duì)的來自 70 多個(gè)國(guó)家的 13508 名研究人員，這些研究人員代表了歐洲核子研究中心（CERN）大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的四個(gè)合作組織——ATLAS、CMS、ALICE和LHCb。300 萬美元獎(jiǎng)金將分配給 ATLAS（100 萬美元）、CMS（100 萬美元）、ALICE（50 萬美元）和 LHCb（50 萬美元），以表彰 2015 年至 2024 年 7 月 15 日期間基于 LHC 運(yùn)行 2 數(shù)據(jù)發(fā)表的 13508 名共同作者。
這四個(gè)合作組織因?qū)ΜF(xiàn)代粒子物理學(xué)理論——標(biāo)準(zhǔn)模型——以及其他可能超越該模型的理論進(jìn)行高精度測(cè)試而受到認(rèn)可。這包括精確測(cè)量希格斯玻色子的特性，并闡明希格斯場(chǎng)如何賦予基本粒子質(zhì)量的機(jī)制；探究極其罕見的粒子相互作用以及宇宙最初時(shí)刻存在的奇異物質(zhì)狀態(tài)；發(fā)現(xiàn)超過 72 種新的強(qiáng)子，并測(cè)量物質(zhì)粒子與反物質(zhì)粒子之間的細(xì)微差異；以及為標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理可能性設(shè)定嚴(yán)格的界限，包括暗物質(zhì)、超對(duì)稱性和隱藏的額外維度。ATLAS 和 CMS 利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的高能和高強(qiáng)度質(zhì)子及離子束開展全面的探索計(jì)劃，在 2012 年同步宣布發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，并繼續(xù)研究其特性。ALICE 研究夸克-膠子等離子體，這是一種在大爆炸后的最初幾微秒內(nèi)存在的極其熾熱和密集的物質(zhì)狀態(tài)。LHCb 探索物質(zhì)與反物質(zhì)之間的細(xì)微差異、基本對(duì)稱性的破壞以及由重夸克和輕夸克組成的復(fù)合粒子（強(qiáng)子）的復(fù)雜光譜。通過進(jìn)行這些極其精確和精細(xì)的測(cè)試，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)將基礎(chǔ)物理學(xué)的邊界推向了前所未有的極限。
科學(xué)突破獎(jiǎng)——數(shù)學(xué)獎(jiǎng)
Dennis Gaitsgory因在幾何朗蘭茲猜想證明中發(fā)揮的核心作用而獲獎(jiǎng)。朗蘭茲綱領(lǐng)是一項(xiàng)跨越多個(gè)數(shù)學(xué)領(lǐng)域的廣泛研究計(jì)劃，它源自一系列提出看似毫無關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)概念之間精確聯(lián)系的猜想。這些聯(lián)系是強(qiáng)大的工具，例如，費(fèi)馬大定理的證明就歸結(jié)為朗蘭茲猜想的一個(gè)特定實(shí)例。朗蘭茲綱領(lǐng)中的這些等價(jià)關(guān)系可以被視為傅里葉變換的推廣，傅里葉變換是一種將波與頻率譜聯(lián)系起來的工具，在從地震學(xué)到聲學(xué)工程的眾多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。在幾何朗蘭茲猜想的情況下，所提出的是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，涉及兩個(gè)截然不同的對(duì)象集合，類似于這些譜和波：在譜的一側(cè)是被稱為基本群表示的抽象代數(shù)對(duì)象，它們捕捉了某些復(fù)雜曲面中可以纏繞的環(huán)路類型的信息；而在“波”的一側(cè)是層，粗略地說，就是將向量空間分配給曲面上各點(diǎn)的規(guī)則。
Dennis Gaitsgory 在過去 30 年的大部分時(shí)間都致力于幾何朗蘭茲猜想的研究。2013 年，他寫出了證明所需的步驟概要，經(jīng)過十多年的潛心研究，2024 年他和他的同事們發(fā)表了完整的證明，該證明由 5 篇論文組成，總頁(yè)數(shù)超過 800 頁(yè)。這是具有里程碑意義的進(jìn)展，預(yù)計(jì)還將在數(shù)學(xué)的其他領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，包括數(shù)論、代數(shù)幾何和數(shù)學(xué)物理。
科學(xué)突破獎(jiǎng)——基礎(chǔ)物理學(xué)特別突破獎(jiǎng)
基礎(chǔ)物理學(xué)特別突破獎(jiǎng)授予了Gerard 't Hooft，他是當(dāng)今世界最杰出的理論物理學(xué)家之一、標(biāo)準(zhǔn)模型奠基人之一，曾獲 1999 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。20 世紀(jì) 70 年代初，他對(duì)后來被稱為亞原子粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)理論做出了關(guān)鍵性貢獻(xiàn)。他證明了楊-米爾斯理論在量子力學(xué)處理下是有意義的——即它們能夠給出有限且可計(jì)算的結(jié)果，而非毫無意義的無窮大——從而驗(yàn)證了這些理論，這些理論后來成為了標(biāo)準(zhǔn)模型的核心。他在理解強(qiáng)相互作用理論方面做出了多項(xiàng)關(guān)鍵性貢獻(xiàn)，包括通過一種稱為瞬子的特殊場(chǎng)構(gòu)型解決了涉及粒子質(zhì)量的一個(gè)重大問題；他開發(fā)了用于研究強(qiáng)相互作用夸克的新數(shù)學(xué)工具；他還引入了一種富有成效的方法，即通過假設(shè)強(qiáng)相互作用由比實(shí)際更多的夸克和膠子種類介導(dǎo)來進(jìn)行研究。這些以及其他貢獻(xiàn)幫助確立了標(biāo)準(zhǔn)模型作為一種可行的理論，并為計(jì)算其預(yù)測(cè)提供了強(qiáng)有力的工具。他還研究了量子效應(yīng)，這些效應(yīng)能夠解釋黑洞中信息是如何處理的，這促成了宇宙學(xué)中全息原理的發(fā)展，也可能為量子力學(xué)的解釋開辟新的替代途徑。
此前，已有多位華人學(xué)者獲得科學(xué)突破獎(jiǎng)：
2014年，華人數(shù)學(xué)家陶哲軒獲數(shù)學(xué)突破獎(jiǎng)；
2015年，中國(guó)科學(xué)家王貽芳獲基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)；
2018年，華人科學(xué)家陳志堅(jiān)、莊小威獲生命科學(xué)突破獎(jiǎng)；
2019年，華人科學(xué)家李文渝獲生命科學(xué)突破獎(jiǎng)；
2020年，中國(guó)科學(xué)家盧煜明獲生命科學(xué)突破獎(jiǎng)；
2021年，華人科學(xué)家葉軍獲基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)。
參考資料：
https://breakthroughprize.org/
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