科學月刊 擁有 36 年歷史的《科學月刊》 ，創刊於 1970 年。當 時，一群留學和工作於美國的台灣同胞，有感於國內缺 乏優良的科學刊物，於是興起了辦一份科學雜誌的念 頭。他們希望藉此對台灣社會作出回饋，以「引介新 知、啟發民智」為己任，為健全的理想社會奠定基礎。 創刊後，編務工作很快地由海外轉移回國內，隨後 更成立了「台北市科學出版事業基金會」做為月刊出版 業務的後盾。 36 年來，參與社務管理、理事會運作以及 編輯規劃的專家學者，都是本著對科學普及的熱忱而無 條件奉獻。月刊的發行從未間斷，全憑對理想的執著。 本書收錄的各篇報導，即是由多位支持《科學月刊》的 熱心學者執筆。 做為台灣科普的先鋒，《科學月刊》喜見國內科技 水準上升，而科普讀物也逐漸增多。科學（尤其是醫學 相關）促進民生福祉、幫助經濟發展和生活品質、也清 除迷信和成見。理解科學需要時間和耐心，抽象思維或 反覆實驗對於年輕學子的吸引力或許不強，但只要「登 堂入室」 ，即見科學之妙與用，進而熟悉和喜歡科學；以 上均是《科學月刊》的目標，要讓讀者「開卷有益」 ，也 品賞本書中先進的思想和貢獻。 http://www.scimonth.com.tw e-mail: scimonth@seed.net.tw 或 scimonth@hotmail.com
作者簡介（依姓氏筆畫排序） 方俊民 美國耶魯大學化學博士，台灣大學化學系教授。 王文竹 淡江大學化學研究所碩士，淡江大學化學系教 授。 王俊凱 台灣大學凝態科學研究中心副研究員。 王家麟 美國加州大學厄文分校大氣化學博士，中央大學 化學系教授。 牟中原 美國華盛頓大學物理化學博士，台灣大學化學系 教授。 何子樂 加拿大新布藍茲維大學有機化學博士，交通大學 應用化學研究所教授。 何國榮 美國密西根州立大學化學博士，台灣大學化學系 教授。 吳世雄 美國威斯康辛大學藥學博士，中央研究院生化研 究所研究員。 吳妍華 美國田納西大學生物化學博士，陽明大學生化研 究所教授、陽明大學校長。 周成功 美國愛因斯坦醫學院分子生物博士，長庚大學生 命科學系教授。 奇 云 中國淮南聯合大學副教授。 林錦玉 曾任《科學月刊》編輯。 邱式鴻 美國科羅拉多州立大學生物化學博士，台灣大學 生化研究所教授。 俞培新 曾任教於清華大學化學系，現旅居美國。 張南驥 美國愛荷華大學博士，陽明大學微生物暨免疫學 研究所教授。
作者簡介（依姓氏筆畫排序） 許宗雄 美國華盛頓大學化學博士，清華大學生命科學系 教授。 郭光宇 英國劍橋大學物理博士，台灣大學物理學系教 授。 陳壽安 美國華盛頓大學化工博士，清華大學化工系教 授。 陳錦明 任職於同步輻射研究中心。 陸天堯 美國芝加哥大學化學博士，台灣大學化學系教 授、中央研究院化學所所長。 彭旭明 美國芝加哥大學化學博士，台灣大學化學系教 授、中央研究院院士。 曾木金 美國洛克斐勒大學生物細胞學博士，中央研究院 生物化學研究所研究員。 黃紹光 任職於美國哈佛大學化學系核磁共振實驗室。 楊登貴 美國俄亥俄州立大學化學博士，中興大學化學系 教授。 葉玉堂 美國紐約州立大學石溪分校無機化學博士，東海 大學化學系教授。 劉廣定 美國普度大學化學博士，台灣大學化學系教授。 蔡蘊明 美國俄亥俄州立大學有機化學博士，台灣大學化 學系教授。 蕭明熙 美國布朗大學生物有機博士，台北榮民總醫院教 學研究部研究員。 儲三陽 美國伊利諾理工學院化學博士，清華大學化學系 教授。
作者簡介（依姓氏筆畫排序） 羅時成 美國韋恩州立大學生物學博士，長庚大學生命科 學系教授。 蘇志明 美國萊斯大學物理化學博士，台灣大學化學系教 授。
編者簡介 張孟媛 台灣大學農業化學研究所碩士。曾任 《科學月刊》 主編、天下文化編輯，現為《科學人》主編。 林文珠 交通大學應用化學所碩士，現為天下文化編輯。
目 錄
諾貝爾的榮耀 化學桂冠
第二版序
第一版序
1901-1973
15
讓我們勇敢說不吧！
周必泰
科學桂冠，薪火相傳
周延鑫
21
25
諾貝爾化學獎得主與得獎研究簡介
1974
弗洛里
1975
孔佛思
天下文化編輯部
62
永不停息的高分子化學研究
普瑞羅
替酵素催化反應尋求立體化學解答
科學月刊編輯部
66 科學月刊編輯部
Nobel Laureates Chemisrty
1976
李普斯寇姆
1977
普里歌金
1978
密契爾
1979
布朗
1980
柏格
70
解開化學鍵難題的李普斯寇姆
科學月刊編輯部
74
解釋基本輸送現象的非平衡熱力學
俞培新
78
化學滲透理論與生物能量轉移
86
威提希
近代有機合成雙擘
吉伯特
許宗雄
聖格
開創 DNA 研究新紀元
劉廣定、林錦玉
100 周成功
目 錄
諾貝爾的榮耀 化學桂冠
1981
福井謙一
霍夫曼
1982
克魯格
1983
陶布
1984
梅里菲爾德
1985
豪普特曼 卡爾
解釋分子活性的分子軌域理論
電子顯微影像重組技術與核酸蛋白複合體
金屬錯合物電子轉移之謎
梅里菲爾德與固相胜 合成法
直接法揭開晶體結構的奧祕
110 儲三陽
118 羅時成
126 葉玉堂
136 曾木金
144 彭旭明
Nobel Laureates Chemisrty
1986
賀西巴赫
1987
克拉姆
1988
戴森何佛
1989
奧爾特曼
1990
柯理
李遠哲
波拉尼
化學反應動力學裡的奇妙世界
萊恩
佩德森
老中青接力賽的故事
修伯
米歇爾
解開光合作用的機構
切克
開創核酸化學的新領域
起點即終點的「逆合成」法
150 蘇志明
158 方俊民、林雪蕙
166 許宗雄
174 蕭明熙
182 蔡蘊明
目 錄
諾貝爾的榮耀 化學桂冠
1991
厄恩斯特
1992
馬庫斯
1993
穆理斯
1994
奧拉
1995
克魯琛
188
核磁共振學的通才
黃紹光
198
溶液中電子轉移理論
陳錦明、牟中原
208
史密斯
DNA 聚合酶連鎖反應與定點突變法
張南驥、吳妍華
218
揭開碳陽離子神祕面紗的奧拉
馬利納
羅藍得
揪出破壞臭氧層的元兇
何子樂
226 王家麟
Nobel Laureates Chemisrty
1996
柯爾
1997
博耶
1998
柯恩
1999
齊威爾
2000
希格
克洛圖
史莫利
陸天堯
巴克球的發現
沃克
234
斯寇
ATP 的合成及消耗
242 吳世雄、邱式鴻
252
波普
用量子化學計算分子性質
郭光宇、儲三陽
262
化學界的新法老王
麥克戴密
白川英樹
意外發現的導電高分子
王俊凱
272 陳壽安
目 錄
諾貝爾的榮耀 化學桂冠
2001
諾里斯
野依良治
2002
費恩
2003
艾格瑞 麥金南
2004
塞卡諾渥
夏普利斯
手性技術的極致展現
田中耕一
282 楊登貴
伍斯瑞許
294
透視生物巨分子結構
何國榮、王文竹
306
揭開細胞膜通道的奧祕
賀赫希柯
羅斯
貼上標籤步向分解的蛋白
奇云、王文竹
316 羅時成
Nobel Laureates Chemisrty
圖片來源
324
第二版序 讓我們勇敢說不吧！
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第二版序
讓我們勇敢說不吧！ 周必泰
接下天下文化邀約撰寫《諾貝爾的榮耀—化學桂冠》一書序 言時，我的心境相當複雜，畢竟一篇能引人省思的序言可以啟發讀 者；但若不慎誤導則足以戕害學子。自承在學識涵養上仍有不足， 故是以戒慎恐懼的態度寫下這篇序言。 《大學》湯之盤銘曰：「苟日新，日日新，又日新。」科學的發 展也是如此，希冀這本書的再版能做典範，讓國內學子有所依循、 努力向前邁進；藉由這篇序言，在此也想跟大家分享個人對國內外 科學研究發展的淺見。 本書的再版加入了 2000 年至 2004 年的諾貝爾得獎者及其領域的 介紹。由 2000 年以後的得獎領域觀之，生化和材料相關研究獨領風 騷。 2000 年化學桂冠的榮耀給予了在意外中發現，應用卻無遠弗屆 的「導電高分子」； 2001 年的殊榮由「不對稱催化反應」領域占鰲 頭； 2002 年頒予在偵測生化大分子上獲得重大突破的「質譜蛋白質 解析技術」； 2003 年的解開「細胞膜通道」以及 2004 年的「蛋白質 降解酶機制」都與生化醫學研究息息相關。這顯示了現時及下一波 科學研究領域的重點。 在生化醫學研究上，分子階層的探索將逐漸取代巨觀式的傳統 觀察。另一方面，由於偵測儀器、化學合成、元件製程的突破，探 索微小和瞬間的複雜世界已是未來的趨勢。奈米科技有可能掀起產
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諾貝爾的榮耀
業革命。未來奈米科技和生化醫學的結合，前景更是無遠弗屆。 目前，現有的知識系統面臨許多瓶頸正待突破。《三國演義》 開宗明義說：「天下大勢，合久必分，分久必合」，科學研究亦然。 各種領域的科學，在兩百年前開始分支，今天又將再度整合於一 體。不論是物理、化學、數學和生化等基礎學門，或是電機、機 械、光電和電子等應用科學，彼此間正交互影響，藉由統合現有知 識，探究生命的奧祕及奈米世界下物質世界的各種新奇現象。
跨領域整合是趨勢 本世紀初科學研究的主流，將是結合各領域精英的團隊合作。 然而無論科學研究趨勢如何變革，諾貝爾化學獎頒發原則之一的創 新性、先驅性是不變的。這也就是 2002 年化學獎得主田中耕一先生 能獲殊榮的主因。雖然他發表的論文少又沒名氣，但他所發展的雷 射介質脫附質譜（ MALDI ）技術，卻對蛋白質的研究發展影響巨 大。是故創意的思維才是科學研究的基本要件。 不知道大家有沒有想過，考試分數再怎麼高，其實也只是在解 決別人出的題目；而解決這些問題的知識，都是別人早已創造出來 並沿用了幾十年的定理。但是科學研究的本質並不在於背了多少書 本知識，更不在於在限定時間內解出多少題目，而是要具有觀察問 題、思考問題以及邏輯推理的心靈。換句話說，我們需要的是具有 創造題目、定理的科學研究精神，讓科學研究發展具有里程碑的意 義，甚至能如燈塔般引領未來。 原子彈之父歐本海默（J. Robert Oppenheimer, 1904-1967），在擔任 美國普林斯頓高等研究院院長時，曾評論愛因斯坦（Albert Einstein, 1879-1955）只是里程碑而不是燈塔，批評愛因斯坦的研究和時代脫
節。但隨著天文觀測技術的突破，大家再回頭來看愛因斯坦的理論
第二版序 讓我們勇敢說不吧！
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時，才發現愛因斯坦並沒有與時代脫節，而是思維超越了當時的觀 測技術；愛因斯坦不只是里程碑，更是照亮二十世紀至今的燈塔。 有趣的是，就算愛因斯坦在眾望所歸下得到了諾貝爾物理獎， 但得獎的緣由也不是狹義相對論或雷射基礎理論，而是光電效應； 直到愛因斯坦過世五十年後的今日，眾多的科學研究領域仍然在熱 烈討論廣義相對論、統一場論和波色子等問題。簡言之，科學研究 還在愛因斯坦燈塔的領航下前進！雖然愛因斯坦只得過一座諾貝爾 獎，但他留下的理論卻製造出更多個諾貝爾獎得主。 類似的情形在化學界也屢見不鮮， 1992 年的諾貝爾化學獎得主 馬庫斯（Rudolph A. Marcus, 1923-），早在 1960 年代就已提出他得獎的 電子轉移理論，但是當時受限於儀器而無法驗證，直到 1980 年代才 能用實驗證明部分理論的正確性，但是就算到了今日，還是無法完 全克服實驗限制來確認整個理論。另外，國人較熟知的故事還有 《玉米田裡的先知》（天下文化出版），書中的主角是遺傳學家麥克林 托克（Barbara McClintock, 1902-1992 ， 1983 年諾貝爾生理醫學獎得主）， 她的研究遭當時的世人忽視，研究成果發表後三十年，大家才發現 她的研究具劃時代的意義。 由此可見，具有里程碑的研究受到的挑戰往往更嚴苛，阻力也 更大。曾有人揶揄，量子物理（化學）之所以能在二十世紀初成為 主流，是因為反對者都已凋零。雖是戲言，但也道盡科學研究之路 的艱辛，沒有執著與堅持是無以竟全功的。 諾貝爾獎的殊榮是對學者成就的肯定，然而我們更不應忽視一 個重要的觀念，那就是：有更多投入科學研究的傑出學者，雖然未 獲殊榮，但他們對科學研究的貢獻絕對應予肯定。 在化學學門裡，相信沒人會質疑門得列夫（ Dmitri Mendeleev, 1834-1907）對化學研究的貢獻。門得列夫藉由週期表的製作，大膽
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諾貝爾的榮耀
「預言」尚未發現的元素和其化學性質。鎵和鍺這兩個影響半導體時 代的元素，在正式發現後，量測到的基本物理和化學性質，與週期 表所預測的完全相同。此外，提出路易士酸鹼定義的化學界先驅 —美國柏克萊大學的路易士（Gilbert Newton Lewis, 1875-1946）教 授，畢生奉獻熱力學，使統計熱力學在化學反應上發揚光大。這兩 位學者對近代化學研究發展的貢獻無庸置疑，但卻與諾貝爾獎無 緣。各位讀者，在你們閱讀這本書之際，也正有成千上萬的科學家 默默的在科學研究中奉獻呢！ 如同《科學革命的結構》作者孔恩（Thomas S. Kuhn, 1922-1996） 所描述的，這些諾貝爾級大師秉持自己專有觀察現象的方式，透析 眾人所不能理解的一切，再用全新的思考、技術，甚至推翻前人思 維的方式來闡釋結果。如果有幸在這些大師級的實驗室從事研究， 所學到的不只是知識，而是思考、觀察、解決問題的方式，在長時 間的耳濡目染下成長茁壯，傳承科學研究的薪火，是故每一代都能 有新的里程碑。我常喜歡引用牛頓的名言：「如果我看得更遠的 話，那是因為我站在巨人的肩膀上。」來闡釋傳承的重要性。
聽命代工不是科學 相照之下，國人甚至政府對科學研究的觀念，就讓人不得不為 我國未來科學研究發展捏一把冷汗。如果所謂國內最大的「科技」 產業是「代工」（Order Equipment Manufacture, OEM）各種「科技產品」 的話，那麼我們科學研究的層次，其實也與代工無異。 政府近十年來因為意識到國際科學研究的競爭日益增高、產業 升級也日益迫切，著實投資了一大筆科學研究經費，然而成效卻不 彰顯。歸根究柢，我認為最大的敗筆是，經費的運籌往往擺在儀器 的購置，而不是技術、人員素質以及計畫層次的提升。
第二版序 讓我們勇敢說不吧！
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在美國，技術方法的研發不但要有高素質的人員投入研究，研 究人員也要與周邊科技公司互相諮詢、密切合作。如此，政府投入 的經費才能帶動相關科技產業的革新。這也是美國的高科技公司能 長久生存，且產品屢有突破的原因。反觀國內經費的核給，尋求的 是短期內的成果；於是論文產量成了最直接的審查標準，買儀器來 生產（論文）便是最快的捷徑。這不就如同我們半導體工業進口國 外機台做代工一樣嗎？ 各位讀者或許不知，國內儀器代理商密度十年以來一直高居世 界第一。汗顏的說，我們科學研究有最先進的儀器，但卻沒有突破 性的研究成果，更遑論以科學研究帶動國內科技產業升級了。尤其 可惜的是，長期以來我們的科學研究計畫審查皆以「人本」為訴 求，所謂的學界大老，不論計畫好壞，只要繼續出論文，大筆經費 即源源不絕。這種計畫審查，常會杜絕有創意的先驅研究。 君不見李遠哲院長的博士後研究指導教授賀西巴赫（ Dudley R. ，都曾有過研究 Herschbach, 1932-，與李院長共享 1986 年諾貝爾化學獎） 計畫遭拒的經驗；相形之下，國內對研究計畫及成果的審核實在太 過於鬆散。如果體制沒有改進，要提升國內科學研究的能量，可說 是難如上青天。
有創意比考高分更重要 科學研究首重人力素質。國內勤勉研究的學者常在閒聊中感 嘆：「一九六○至八○年代國內的科學研究是有人沒錢，現在卻是 有錢沒人。」各位讀者如果同意我先前描述的「科學研究代工論」 的話，不妨想想「考試」不也如同在代工解題嗎？那麼用考試取才 怎能培養出高素質的科學研究人才呢？ 我印象很深刻，剛去美國求學時，我每次考試不僅名列前茅且
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諾貝爾的榮耀
成績高出老美學生一大截，因此被喚為「天才」、「超人」等，我也 為此沾沾自喜。但我進實驗室的第一個月，親眼看到與我同級的老 美學生對研究的觀念、思維及動手做的能力後，才恍然大悟自己的 鼠目寸光。在研究群進行討論時，那些考試成績遠不如我的同儕， 往往能即時提出異議性的看法，雖然有些問題我一開始會覺得很荒 謬，但在腦力激盪後又往往可以激發出神奇思維。坦白說，這是我 在國內求學時不曾有過的經驗。 我的教育方式告訴我，對書本的知識應完全相信不可反駁。雖 然我們不承認，但本質上我們的知識汲取仍是以背誦為主，並沒有 特別著重思考與邏輯推理，尤其在寫計畫、論文和報告方面的訓 練，更是匱乏。我們的科學研究教育幾乎不曾出現「勇於說不」的 觀念，如此選拔出的人才，最大的優點是能在短時間內正確無誤的 回答考卷裡所有的題目；但是科學研究生涯的實做經驗和邏輯觀， 甚至由「有異議」產生的「創造性思維」卻是相當的貧乏。這種情 況造就了小時了了的教育窘境。 國內許多人喜歡用歐美學者的看法來嘲笑日本式的工匠訓練文 化，批判日本人不擅長超越思考窠臼，但他們忽略了日本人善於利 用現有和所知的一切，按部就班的完成許多研發工作，任何東西在 他們的手中都能改善到最佳化。光是這一點，國人就差了一大截。 中研院李遠哲院長的求學故事就清楚的表達出，如果台灣的教育方 式不改，想要培養出本土的諾貝爾獎得主可能真是緣木求魚了。 希望藉這本書的再版，能給予時下年輕學子一個好的典範，豎 立「勇於說不，創意十足」的思考方向，這樣國內的科學研究才有 可能跨越出那條看不見的鴻溝。讓我們一起衷心期待第一位本土諾 貝爾化學獎得主的誕生吧。 —本文作者為台灣大學化學系教授
第一版序 科學桂冠，薪火相傳
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第一版序（1999 年）
科學桂冠，薪火相傳 周延鑫 什麼是科學？「科學」在西方就是指有系統與有組織的「知 識」，也就是人類經由觀察、實驗、分析、歸納、理論、演繹（或預 測某些現象）等過程而得到的知識。三十年前，我們一些留學國外 的同學，例如學物理的林孝信、學化學的劉廣定、學心理與生物學 的楊國樞等，發現國外與國內的科學教學與研究有些落差，當時我 們認為國內科學落後的主要原因，不是我們中國人不夠聰明，而是 我們的教育體系過於呆版。為了要彌補國內正統科學教育的不足， 民間成立了「科學月刊社」，並發行《科學月刊》，以有系統但通俗 的方式介紹正統的科學知識，希望將來有朝一日，科學能真正在我 國生根。 在三十年前，那時我們想到到底如何才能提升我們的教育與研 究的水準？我們認為教育改革要先從「大學聯考」開始，因為考試 領導教學，所以每年在聯考後，《科學月刊》都推出與聯考有關的 科學方面試題的解析。而在研究方面，我們認為每年瑞典皇家科學 院與卡洛琳斯卡研究所公布的諾貝爾獎，實在是真正好的科學研究 工作，所以《科學月刊》也在每年諾貝爾獎公布後，分別請國內有 關專家，深入淺出地介紹有關諾貝爾獎得主以及他們的研究工作重 點，以便給國內有興趣的學者參考，科月如此的用心，是有她特別 的意義的。
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諾貝爾的榮耀
我們都知道，人類在個人有了大腦的組織，具備感性與理性的 功能以後，便發明了語言與文字；有了文字以後，更使我們的科技 文明在最近一百年發展得特別快速。可是生命有限，學海無涯，一 個人的生命也不過是數十年寒暑，而現代文明的發展，是需要有真 正好的知識才行，所以知識的累積與傳承是非常重要的，這也就是 常有人說「站在巨人的肩上」的意思。 科學界多的是名師出高徒的實例，更是科學傳承的最佳典範。 在化學界，因為研究膽固醇的構造，維蘭德（Heinrich O. Wieland）與 溫道斯（ Adolf O. R. Windaus）分別得到 1927 年與 1928 年的諾貝爾 獎，而他們的後繼者羅賓森（ Robert Robinson ）博士與伍德沃得 （Robert Woodward）分別得到 1947 和 1965 年的諾貝爾獎；發現家蠶性 費洛蒙的布特南特（Adolf F. J. Butenandt）是 1939 年諾貝爾化學獎得 主，他是溫道斯的學生，也是我們研究費洛蒙的師祖，但是他的學 生多伊西（Edward A. Doisy）得的則是 1943 年的生理醫學獎。在物理 界也是一樣的，例如發現電子的學者湯姆森（Joseph J. Thomson）不 但他自己得到 1906 年的諾貝爾獎，在他任職英國劍橋大學卡文迪西 研究所所長期間，就有七位學者前後得到諾貝爾獎，其中還包括他 的兒子喬治•湯姆森（George P. Thomson）在內。在生物醫學界亦是 如此，例如在我們台灣高雄行過醫的萬巴德（Patrick Manson）醫師， 同時他也是一位昆蟲學家，是第一位發現蚊子會傳染絲蟲病的人， 正因為有他的前導，使後來研究蚊子會傳染瘧疾瘧原蟲的羅斯 （Ronald Ross）得到 1902 年諾貝爾生理醫學獎；另又有因研究接種瘧 疾可以治療麻痺性癡呆症的瓦格納姚萊格（Julius Wagner-Jauregg），得 到 1927 年的獎；以及應用 DDT 殺蟲劑殺死傳染瘧疾蚊蟲的穆勒 （Paul Hermann Müller）得到 1948 年的獎。在這裡，我特別要說明的 是，萬巴德醫師雖然自己沒有得獎，可是在羅斯的得獎感言中，他
第一版序 科學桂冠，薪火相傳
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一再感謝萬巴德老師的指導與協助，這也正好像楊振寧與李政道 （1957 年的物理獎得主），每次在公眾場合都讚揚他們的老師前中研 院院長吳大猷博士，長期對學習科學的後輩一再地講述、展示及啟 發作用，真有東西相互輝映的效果。 諾貝爾科學獎的頒發已經有一百年的歷史了，而我們起步較 慢，《科學月刊》才只有三十年歷史。雖然我們有十二億人口，到 現在還沒有一位中國人能得獎，是一憾事，但是只要我們有追求真 理的精神，不斷開拓知識和思想的新領域，我想不久的將來，正如 楊振寧先生在 1999 年四月號《科學月刊》的〈中國人何時能榮獲諾 貝爾獎〉一文中所說的，在今後二十年之內，定能達到此目的。現 在「天下文化」出版社願意出版《科學月刊》的諾貝爾科學獎介紹 專輯，大量發行此書，廣為推薦，我想會更縮短中國人能得諾貝爾 獎的時間。
—本文作者為國立自然科學博物館前館長 科學月刊社董事長