| 1926年諾貝爾生理醫學獎 簡介 Theodor Svedberg(1884-1971)，出生於瑞典，父親是Elias Svedberg，一位勞動經營者，前後結了四次婚，育有12名子女，興趣是植物學和繪畫。他在1905年得到文學學位，1907年得到碩士學位，1908年得到哲學的博士學位。(註1) (註2) Svedberg於1905年在Uppsala大學化學研究所中擔任助理，而在1907年時則又另外擔任了大學的化學講師，而在1909年時他擔任了物理、化學講師和實地教學者此特殊職務，而在1912年時他被推選為Uppsala 大學的物理、化學博士，而於1949年名譽退職。 Svedberg所作的研究是關於膠體和巨大分子，在他的博士論文中，他描述了一個新方法製作膠體分子，並且提出使人信服的証據證明了分子的存在，即愛因斯坦和von Smoluchowski提出的布朗運動。 (註2) 所謂的布朗運動，是因蘇格蘭植物學家布朗（Robert Brown, 1773-1858）而命名的。1827年，布朗（利用顯微鏡）注意到，懸浮在水上的花粉粒會做不規則的運動，有如曲折舞蹈。這個令人驚訝的發現剛開始被某些人解釋為活的花粉粒在活動，但後來卻發現微小的灰塵顆粒也會做同樣的舞蹈運動，而灰塵不可能是活的。 1860年代，有些物理學家推測這種運動可能是小粒子受到懸浮液的液體分子所衝擊而引起的（例如，飄浮在空氣中的香菸煙霧粒子也被發現有相同的運動）。但是這種想法在那時就消失了，大部分是因為他們的猜測不正確，他們認為，粒子的每一次急轉彎一定是受單一分子的衝擊，這樣的話，分子就要相當大，相對於懸浮粒子的大小而言。即使就1860年代所知的，那也顯然是錯的。 愛因斯坦從另一方面來解決這個問題。他相信原子與分子是真正存在的，他也希望能找出辦法來使別人相信。他了解，懸浮在液體中的小粒子受到液體分子的衝擊，於是動手計算這種衝擊。愛因斯坦對布朗運動的研究歷史並沒有多大的了解，所以在他有關這主題的第一篇論文裡，他計算懸浮在液體中的粒子應該移動的方式，而謹慎的說：「此處所討論的運動可能與所謂的布朗分子運動完全一樣。」讀到這篇論文的同事很快的向愛因斯坦確認，他以數學方式描述的正是觀測到的布朗運動，所以，在某種程度上，愛因斯坦預測了布朗運動，而實驗也證實了他的預測。 愛因斯坦受到這個想法的引導，特別以顯微鏡來觀察懸浮在液體中的小粒子，而直接看到因熱引起的布朗運動。如同他在1905年寫下的：「依照熱的分子動力論，懸浮在液體中微觀可見的物體將會產生這種規模的運動，我們可在顯微鏡下看得到。 愛因斯坦根據計算而了解，即使是小如花粉粒的物體，也隨時會被一大堆的分子從各方向衝擊。當它往一方向做急速曲折的移動，並不只是因為單一股強大的推力把它推往某方向，而是受了暫時的不平衡力所衝擊，也就是在特定時刻裡，某一方向比另一方向受到較多的分子的打擊。 愛因斯坦就這樣運用純數學來做這一類衝擊的統計學運算，預測出花粉粒（或任何其他粒子）會走的曲折軌跡，結果發現，每一次小移動的發生方向全都沒有一定的。而且粒子由起點所經距離與經過時間的平方根成比例，粒子在4秒鐘裡所走的距離是1秒鐘裡所走距離的2倍（2是4的平方根），如果要走1秒所經距離的4倍，就要花上16秒（4是16的平方根），如此類推。粒子的方向，對起點而言是隨機的，不管你所觀測的時間是4秒後、16秒後或其他任何時刻。這種現象現在稱為「無規行走」（random walk），同類的統計可以引伸到很多其他科學領域中，包括放射性原子衰變的行為 愛因斯坦很清楚布朗運動與亞佛加厥數的關聯，他建議如何進行實驗來研究懸浮在液體中的粒子的精確移動，以及如何這些研究結果獲得亞佛加厥數。但是他自己從來不做實驗，這個實驗是由皮蘭（Jean Perrin, 1870-1942）在法國進行的。皮蘭研究懸浮在液體中的粒子形成積層的方式，發現大部分的粒子靠近在底部，愈往上面粒子愈少。在液體較上層的少數粒子（雖然會被重力拉下來）是被布朗運動踢到上面去的，它們可以到達的高度則視被踢的次數而定，這與亞佛加厥數有關。
在1908年，皮蘭利用這個技術發現，亞佛加厥數的值很接近一些不同技術所發現的值，他的實驗（與愛因斯坦的預測）經常被用來象徵人們不再懷疑原子觀念的時刻，而這離現在還不到一個世紀！愛因斯坦於1909年寫信給皮蘭提到：「我一直認為，把布朗運動量測得這麼精準是辦不到的事。」皮蘭於同一年自己寫道：
Svedberg和許多同伴研究膠體的物理特性，包括他們的擴散、吸光性、和沉澱反應，由此可推出氣體定律可以用在分散系統中，應用了在沉澱作用方面的研究，他發明了超高速離心機，使得溶液中的大分子，如蛋白質、醣類、和高分子聚合物得以被研究。在超高速離心中，大分子被置於高達106的重力之下。這發現和分子的大小和形狀有關，他發現了一些少數的蛋白質的大小是一樣的，且也用此離心器證明了污染物的存在。之後他將注意力轉向了細胞核化學和放射性生物學。在二次大戰期間，他還製造了人造橡膠。 (註4) 由於Svedberg發明了超高速離心機並用於研究高分散膠體物質等重大貢獻，因此於1926年獲諾貝爾化學獎此殊榮。 (註5) (註6)
超高速離心機被應用在非常多有關生物學的領域:例如利用分子顆粒大小的不同可以將大小分子分離出來，較大的分子運用到較小的轉速便可以分離出來，此後再運用不同的轉速便可以將不同大小的分子分離出來。
(註7) 參考資料
本網頁內容由 生科系 陳松柏同學提供 |