庄小威、陳志堅、許晨陽等獲2019年科學突破獎 | 詳解
翻譯 | 李可 蔣海宇 楊梟 趙亞傑 羅睿
責編 | 陳曉雪
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北京時間10月17日晚，備受關注的2019年科學突破獎
（Breakthrough Prize）
揭曉，華人科學家莊小威和陳志堅獲生命科學突破獎，許晨陽獲數學新視野獎。
庄小威現為哈佛大學現為化學與化學生物、物理學教授，她也是霍華德·休斯醫學研究所的研究員。她獲得的獎項為
生命科學突破獎
獲獎理由
：通過開發超解析度成像技術來發現細胞內隱藏的結構——這種方法超越了光學顯微鏡的基本空間解析度極限。
1972年1月21日，庄小威出生於江蘇如皋市。「庄小威是一位神童」，科學突破獎的官方介紹上說。六歲時，庄小威就能識別出作用在一杯水中的大氣作用力，這給她父親留下了深刻的印象。1991年，庄小威從中國科學技術大學畢業，1997年獲得美國加州大學伯克利分校物理學博士學位。之後，她在斯坦福大學從事博士後研究，當時正值顯微鏡技術的黃金時代。在哈佛大學的實驗室里，她發明了一種超解析度成像方法
（STORM）
，利用可切換的熒光分子打破了傳統顯微鏡的衍射極限，「分子和細胞結構的超高解析度圖像只有一根人類頭髮粗細的萬分之一」。在STORM的幫助下，她的實驗室已經發現了新的細胞結構，比如大腦神經元中的周期性膜骨架。
陳志堅
（James Chen）
，現為德克薩斯大學西南醫學中心生物學系教授，他也是霍華德·休斯醫學研究所研究員。
他獲得的獎項為
生命科學突破獎
，並將因此獲得300萬美元的獎金。
獲獎理由
: 通過DNA感測酶cGAS的發現，闡明DNA如何從細胞內部觸發免疫和自身免疫反應。
T細胞和其他白細胞是免疫系統的前線戰士。生物化學家陳志堅闡明了潛在的、先天的免疫系統的工作機制。免疫系統在我們體內的每個細胞外運作，觸發對病毒、壓力、輻射和其他脅迫的展開
(或過度展開)
的反擊。陳的實驗室已經展示了入侵者帶來的DNA或者從細胞核中滲出的DNA是如何被一種蛋白感知的，這種蛋白最終激活了T細胞和白細胞。他現在正努力利用這種強大的治療力量來阻止癌症等疾病，並控制這種機制。此外也涉及一些自身免疫性疾病，如關節炎和狼瘡。
陳志堅於1966年1月出生於福建泉州的一個偏遠山村。童年早期，他就表現出與生俱來的好奇心，他的父母鼓勵他從事科學事業。1985年，陳志堅本科畢業於福建師範大學。1991年，他從美國紐約州立大學布法羅分校獲得博士學位。
「他認為科學沒有國界，疾病是我們共同的敵人。」科學突破獎的官網介紹說。
許晨陽，現為麻省理工學院數學系教授，他也是北京國際數學研究中心的研究員，此次獲得
科學突破獎數學新視野獎
，獎金為10萬美元。
獲獎理由
: 在最小模型綱領作出的重要進展以及其在代數簇模空間中的應用
許晨陽是中國青年數學家中的傑出代表，主要從事代數幾何研究，他曾獲得拉馬努金獎，獲選龐加萊講座教席，並獲首屆「未來科學大獎-數學與計算機科學獎」。
許晨陽1981年出生於重慶。1999年-2004年，他在北京大學學習，獲學士和碩士學位。2008年，許晨陽獲普林斯頓大學數學博士學位。2012年，許晨陽加入北京國際數學研究中心。今年秋天，許晨陽加入麻省理工學院，擔任該校數學系教授。
今年9月赴美前，許晨陽接受《知識分子》專訪，提出「中國科技有三害」。
附：2019年科學突破獎工作詳細介紹
2019年突破獎宣布生命科學、基礎物理學和數學獎獲得者
總額兩千兩百萬美元的獎金
被用於獎勵以下領域的研究突破：
治療由基因原因引發的嬰兒死亡，
超高解析度成像、新型的電子材料的發現，
以及其他重大成就。
2019年突破獎生命科學獎
頒發給弗蘭克·貝內特
(Frank Bennett)
和阿德里安·克雷納(Adrian Krainer)
，安吉麗卡·阿蒙
（Angelika Amon）
,庄小威，
和陳志堅。
2019年突破獎基礎物理學獎
授予查爾斯·凱恩
（Charles Kane）
與尤金·梅萊（Eugene Mele）。
2019年突破獎數學獎
授予文森特·拉福格
（Vincent Lafforgue）。
總共60萬美元的「新視野」獎
被用於獎勵在物理學和數學領域
處於事業早期階段的
傑出青年科學家所有的得獎人。
包括2018基礎物理特別突破獎得主
約瑟琳·貝爾·伯奈爾
(Jocelyn Bell Burnell)
都將參加11月4號周日舉行的全網直播的頒獎典禮。
2019年突破獎和新視野獎的獲獎人將在第七屆突破獎年度頒獎典禮上被授予獎項。突破獎頒獎典禮被譽為「科學界的奧斯卡」，今年將由著名演員、製片人和慈善家皮爾斯布·魯斯南主持。頒獎典禮將於11月4日，在加利福利亞山景城的NASA埃姆斯研究中心舉行, 國家地理頻道將進行直播。
突破獎被譽為全世界最慷慨的科學獎，單獎為三百萬美金。該獎項已舉辦第七個年頭，旨在表彰生命科學，基礎物理和數學方面的成就，這些學科提出最終極的問題，並尋求最深刻的答案。
今年的突破獎的重要發現包括：
√
在生命科學領域，一種非常成功的基因治療藥物，Spinraza，能用於治療一種致命的嬰兒疾病——脊髓性肌肉萎縮症
（Spinal Muscular Atrophy）
。√
第二項是超越傳統光學顯微鏡的超解析度成像技術。該技術揭示了細胞內部的全新結構。
√
第三個發現揭示了細胞檢測外源DNA並引發免疫反應的機制。對該機制的揭示，能夠影響我們對癌症和自身免疫疾病的治療。√
另外一個發現，是染色體數量異常幾乎和所有癌症相關，並對人體造成嚴重破壞。√
在基礎物理學中，有一系列令人驚嘆的理論進步，其中包括對全新一類電子材料的發現，該材料能夠同時導電和阻電，並將在量子計算領域產生變革性作用。√
在數學方面，獎勵在函數領中，對朗蘭茲綱領（Langlands program）
做出的優美和開創性貢獻。
除了七個主要獎項之外，還有每個價值10萬美元的六個「新視野獎」，獎勵給七位物理學家和五位數學家，以表彰他們在各自領域的早期成就。
2019年的科學突破獎和「新視野獎」獲獎者，將在11月4日星期日的突破獎頒獎典禮
（或稱「科學奧斯卡典禮」）
上領獎。慶祝活動將由著名演員，製片人，慈善家皮爾斯·布魯斯南（Pierce Brosnan）
主持。科學界和技術界的知名人士，娛樂明星，運動員，及音樂家，都將參加慶典，共同慶祝科學和科學成就。今年的頒獎典禮將在加利福尼亞州山景城的美國國家航空航天局埃姆斯研究中心（NASA Ames Research Center）
舉行，並將在國家地理頻道(Nat Geo)
，YouTube和Facebook Live上直播。
今年9月，基礎物理學的另一項特別突破獎也被宣布，以表彰英國天體物理學家約瑟琳·貝爾·伯奈爾
（Jocelyn Bell Burnell）
在發現脈衝星中的重要角色，以及她在過去五十年里鼓舞人心的科學領導力。脈衝星是一種異乎尋常的新型恆星，於1968年2月首次宣布發現。
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2019年突破獎
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1
科學突破獎——生命科學獎
弗蘭克·貝內特
(Frank Bennett)
和阿德里安·克雷納
(Adrian Krainer)
獲獎理由
：他們開發了一種有效的反義寡核苷酸療法來治療兒童神經退行性疾病脊髓性肌萎縮症。
描述
：脊髓性肌萎縮症(SMA)
是一種罕見但極具破壞性的疾病，是導致嬰兒死亡的主要遺傳因素。許多患有SMA的孩子在兩歲之前就去世了。但是現在它不再是死刑。藥理學家弗蘭克·貝內特(Frank Bennett)
和生物化學家阿德里安·克雷納(Adrian Krainer)
基於他們關於反義技術的發現，以及RNA拼接的自然過程，從而生產出第一種治療SMA - Nusinersen(由百健Biogen以Spinraza的名義銷售)
的藥物。該藥物於2016年獲得美國食品及藥物管理局的批准，是目前正在開發的一種有望用於治療家族性自主神經功能障礙、膠質母細胞瘤和肝癌的新型反義治療藥物之一。這項工作也為使用新的基因沉默的方法治療亨廷頓舞蹈症、肌萎縮側索硬化（ALS）
、脊髓小腦失調、帕金森和阿爾茨海默症鋪平了道路。貝內特在自家的旅館裡長大，位於新墨西哥州阿茲特克市。在老師的鼓勵下，他開始從事藥理學，並對尋找特別可怕疾病的治療方法產生了熱情。克雷納在烏拉圭蒙得維的亞長大，為東歐裔。他很欣賞孟德爾的研究成果，高中時就對遺傳學產生了興趣。貝內特和克雷納之前都知道對方的工作，他們在2004年聯手研究SMA，並從那以後合作至今。安吉麗卡·阿蒙
（Angelika Amon）
她來自麻省理工學院和霍華德休斯醫學研究所。
獲獎理由
：探究了染色體異倍性的後果，由於染色體錯分離而導致的染色體數目異常。
額外的染色體可導致破壞性後果
（唐氏綜合症、流產等)
。事實上，80%的癌症都有額外的或缺失的染色體。
描述
：出生於維也納的分子生物學家安吉麗卡·阿蒙(Angelika Amon)
闡明了染色體數目的不規則性(「異倍體」)
如何產生應激反應，並破壞細胞的故障安全、錯誤修復系統，從而導致基因突變快速積累。她希望對異倍體產生的後果的理解能夠有助於了解癌症的演變，並有助於確定新的癌症治療靶點。阿蒙靠她所謂的「奶奶測試」生活——一個想法必須很容易解釋，才能激起她的興趣。她總是從簡單的問題中得到重大的答案。庄小威
– 哈佛大學和霍華德休斯醫學研究所
獲獎理由
: 通過開發超解析度成像技術來發現細胞內隱藏的結構——這種方法超越了光學顯微鏡的基本空間解析度極限。
描述
：庄小威是一位神童。六歲時，她就能識別出作用在一杯水中的大氣作用力，這給她父親留下了深刻的印象。多年後，她在斯坦福大學(Stanford)
從事博士後研究，當時正值顯微鏡技術的黃金時代開端，她將自己對物理的熱愛傾注於生物成像以及對生物系統的探索上。在哈佛大學的實驗室里，她發明了一種超解析度成像方法(STORM)
，利用可切換的熒光分子打破了傳統顯微鏡的衍射極限。結果是：是人類頭髮的粗細萬分之一的分子和細胞結構形成超高解析度圖像。在STORM的幫助下，她的實驗室已經發現了以前不為人知的細胞結構，比如大腦神經元中的周期性膜骨架。
陳志堅
（James Chen）
，來自德克薩斯大學西南醫學中心和霍華德休斯醫學研究所
獲獎理由：
通過DNA感測酶cGAS的發現，闡明DNA如何從細胞內部觸發免疫和自身免疫反應。
描述
：T細胞和其他白細胞是免疫系統的前線戰士。生物化學家陳志堅(James)
闡明了潛在的、先天的免疫系統的工作——他們在我們體內的每個細胞外運作，觸發對病毒、壓力、輻射和其他脅迫的展開(或過度展開)
的反擊反應。陳的實驗室已經展示了入侵者帶來的DNA或者從細胞核中滲出的DNA是如何被一種蛋白質感知的，這種蛋白質最終激活了T細胞和白細胞。他現在正努力利用這種強大的治療力量來阻止癌症等疾病；並在這種機制失效的時候，比如在有像關節炎和狼瘡這樣的一些自身免疫性疾病的情況下，控制這種機制。陳志堅在中國福建省的一個偏遠的山村長大，在年幼時，他對自然表現出一種與生俱來的好奇心，他的父母鼓勵他從事科學事業。他移居美國並在紐約州立大學布法羅分校獲得博士學位。他認為科學沒有國界，疾病是我們共同的敵人。
「生命科學突破獎的獲獎者向我們展示了這一切是如何做到的，」評選委員會主席科里·巴格曼
(Cori Bargmann)
說。通過創造、創新、堅持和技巧，他們每個人都帶來了以前無法想像的進步。
2
科學突破獎——基礎物理學獎
查爾斯·凱恩
（Charles Kane）
與尤金·梅萊
（Eugene Mele）
，二人均來自賓夕法尼亞大學
獲獎理由
：物理學中拓撲學和對稱性的新思想，導致對一類僅在其表面導電的新材料的預測。
描述
：自本·富蘭克林時代以來，我們開始根據電的性質上區分物體，它們要麼導電，要麼絕緣。但是這一概念被Charles Kane和Gene Mele徹底改變，他們二人預測了一類新的材料——「拓撲絕緣體」。這些材料的邊界是不可接觸的導體，但其內部為絕緣體。他們的發現對量子計算中的「太空競賽」具有重要意義，並可能引發在計算中保證巨大的能量效率的新一代電子設備的誕生。拓撲絕緣體還為關於物質和能量的基本性質等深層問題打開了一個窗口，因為它們表現出類似於物理學基本粒子（電子和光子）
的粒子狀激發，但這種激發可以在實驗室以電子和光子無法做到的方式進行控制。這些連接提供了一種新的概念框架，可用於控制不同物質狀態下的電荷、光，甚至是機械波的流動。意料之外的應用似乎也是不可避免的：當晶體管於1947年發明時，沒有人能夠真實地預測，未來的信息技術能夠將數TB的數據塞進微小的硅晶元上。
「凱恩和梅萊以非凡的方式將拓撲學的新思想引入量子物理學，」評選委員會主席愛德華·威滕
（Edward Witten）
說。「這一故事徐徐展開，太美好了。」
3
科學突破獎——數學獎
文森特·拉福格
（Vincent Lafforgue）
，來自法國國家科學研究中心（CNRS）
，格勒諾布爾弗里埃爾研究所（Institut Fourier, Université Grenoble Alpes）
獲獎理由
：他在數學幾個領域內的開創性工作，特別是函數域中對朗蘭茲綱領的貢獻。描述
：文森特是菲爾茲獎得主洛朗·拉弗格（Laurent Lafforgue）
的弟弟。洛朗在2002年獲得菲爾茲獎，當時的獲獎理由是：為數論與分析領域中的朗蘭茲綱領做出了突出貢獻，並對函數域中的自守群證明了朗蘭茲猜想。
法國人一向擁有擁有最了不起的數學家——從笛卡爾、費馬、帕斯卡到龐加萊。年代較近的，韋伊
（André Weil）
、塞爾（Jean-Pierre Serre）
、格羅滕迪克（Alexander Grothendieck）
建立了代數幾何學的基礎——從中創造了算術幾何。文森特·拉福格是這個學術領域的領軍者，而且以算術幾何為核心延展出在密碼學和信息安全技術方面的新發現。拉福格在位於法國東南部的城市格勒諾布爾的CNRS任教，CNRS是歐洲最大的基礎科學機構。他擁有終身教職，可以自由地思考不可思議的問題。拉福格深切關注生態危機，現在專註於量子力學中的運算元代數，並為清潔能源技術設計新材料。他喜歡在阿爾卑斯山腳下徒步旅行。
「文森特·拉福格在函數域中發現了一個優美而簡單直接的證明，」評選委員會主席理查德·泰勒
（Richard Taylor）
說。「在看到它之後，你會問自己，我們其他人怎麼會這麼久都沒有想到。你終於明白為什麼朗蘭茲綱領的對應關係必須存在——它似乎不再是一種複雜計算下的不可論證的的奇妙結果。」
4
科學突破特別獎——基礎物理學獎
約瑟琳·貝爾·伯奈爾
，來自鄧迪大學和牛津大學獲獎理由
：對於脈衝星發現所作出的基礎性貢獻，以及其一生中在科學界所展示的非凡的領導力
5
科學突破獎——物理新視野獎
布萊恩·梅茨赫爾
（Brian Metzger）
，來自哥倫比亞大學獲獎理由
：對於來自中子星合併的電磁信號的開創性預測，以及在新興的多信使天文學領域所展現的領導力。
拉納·阿迪卡里
（Rana Adhikari）
,麗薩·巴索迪
（Lisa Barsotti）
和馬修·埃文斯（Matthew Evans）
，第一位來自加州理工學院，後兩位均來自麻省理工學院獲獎理由
：他們在現在和將來的地面引力波探測器的研究工作
丹尼爾·哈羅
（Daniel Harlow）
,丹尼爾·賈弗里斯
（Daniel L. Jafferis ）
和阿倫·沃爾
（Aron Wall）
，他們分別來自麻省理工學院，哈佛大學和斯坦福大學
獲獎理由
：他們關於量子信息、量子場論以及引力研究的基礎性的洞見。
6
數學新視野獎
許晨陽
，來自麻省理工學院和北京國際數學研究中心
獲獎理由
: 在最小模型綱領作出的重要進展以及其在代數簇模空間中的應用
卡里姆·阿迪拉西托
（Karim Adiprasito）
與俊哈
（June Huh）
，分別來自耶路撒冷希伯來大學和普林斯頓高等研究院
獲獎理由
：他們與Eric Katz一起發展了組合Hodge理論進而解決了Rota的log-concavity猜想
凱撒.馬托馬克
（Kaisa Matom?ki）
與馬克思姆.蘭德茲維爾
（Maksym Radziwill）
，分別來自圖爾庫大學與加州理工學院
獲獎理由
：他們對於理解乘性函數取值的局部相關性所作出的基礎性突破。關於科學突破獎
科學突破獎用以表彰全世界最傑出的科學家，這是科學突破獎頒發的第七個年頭。科學突破獎分為生命科學獎
（每年最多四個獎項）
、基礎物理獎（每年一個獎項）
以及數學獎（每年一個獎項）
，每個獎項的獎金為三百萬美元。此外，每年還會有不超過三個物理新視野獎以及不超過三個數學新視野獎，用以表彰年輕的科研工作者。獲獎者將參加全程直播的頒獎典禮用以表彰他們的傑出成就同時啟發下一代科學家。做為典禮的一部分，獲獎者也會參加主辦方組織的講座以及論壇。
科學突破獎的獎金由謝爾蓋·布林，普莉希拉·陳和馬克·扎克伯格，馬化騰，尤里·米爾納和茱莉亞·米爾納，還有安妮·沃希斯基。其評審委員會由之前在各個領域的獲獎者組成。
信息來源
：breakthroughprize.org
感謝劉若川、韓京俊對數學部分翻譯的幫助。
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皮皮魚
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