• 时隔55年 女性再获诺贝尔物理学

    2018-10-06 14:19:43

    据诺贝尔官网,当地时间10月2日中午,皇家科学院宣布,将2018年诺贝尔物理学授予美国科学家阿瑟阿什金、法国科学家热拉尔穆鲁和科学家唐娜斯特里克兰,表彰他们在激光物理领域的

      据诺贝尔官网,当地时间10月2日中午,皇家科学院宣布,将2018年诺贝尔物理学授予美国科学家阿瑟·阿什金、法国科学家热拉尔·穆鲁和科学家唐娜·斯特里克兰,表彰他们“在激光物理领域的突破性发明”。他们将获得金质章、证书,3名科学家将分享900万克朗(约合人民币696万元)金,其中阿什金获得其中一半,穆鲁和斯特里克兰将共享另外一半。

      今年的获研究为激光物理学带来性的变化。阿什金发明的光镊工具能够“夹”住微小如原子、病毒以及活细胞等物体。

      穆鲁和斯特里克兰的科研突破则为实现更短和更强的激光脉冲打下基础。他们发明的啁啾脉冲放大技术,已经成为高强度激光的标准,应用于众多领域,例如目前广泛开展的激光视力矫正手术。

      阿瑟·阿什金今年已经96岁高龄了,他在接到皇家科学院的通知电话时说,他暂时不能接受采访,因为他正在非常忙碌地进行一项最新的研究。据《卫报》报道,阿什金曾一度抱怨,诺贝尔物理学忽视了他的科研发现。

      据美国激光节组委会网站介绍,阿瑟·阿什金在纽约布鲁克林长大,随后顺利地进入哥伦比亚大学读书,在那里他曾作为技术人员为美方的雷达设备制造磁控管。在大二时,他应征加入二战,但导师席德·米尔曼因看重阿什金的才华,把他列入了“征兵预备队”,得以让阿什金在剩余的战争时期继续在实验室工作。从哥大毕业后,阿什金考入康奈尔大学攻读核子物理学,最终获得博士学位。经人推荐,他进入贝尔实验室工作,那里从成立至今一直是世界上成就最突出的企业研发机构之一。

      在20世纪60年代,第一台激光器发明之后,阿什金立即开始在纽约郊外的贝尔实验室中试验这台新设备。他意识到激光可以作为利用光束移动微小粒子的一种完美工具。此后他开始用激光微粒的工作,这导致1986年光镊的发明。许多人称他为光镊研究领域之父。

      热拉尔·穆鲁是法国电气工程和激光领域的,他于1944年出生于法国阿尔贝维尔,1973年从巴黎大学获得博士学位,随后前往美国,在州立大学从事博士后工作。1979年至1988年,穆鲁担任罗彻斯特大学的教授,并在此期间完成了得:啁啾脉冲放大。他在接受《卫报》采访时说,他喜欢在滑雪时思考问题,他常常去布里斯托尔山滑雪度假村滑雪,在运动过程中往往能够解决一些科研上想不通的问题。

      据BBC报道,去年穆鲁还与大学物理学教授合作,提出利用镭射和纳米技术,打造“类比黑洞”,希望能解决悬宕40年未决的黑洞信息遗失悖论。

      “这太疯狂了!” 斯特里克兰在接到皇家科学院的电话时脱口而出这句话。唐娜·斯特里克兰是历史上第三位获得诺贝尔物理学的女性。1963年,德裔美国女物理学家玛丽亚·格佩特-梅耶因发展了解释原子核结构的数学模型获得此,而另一位则是居里夫人。

      斯特里克兰是一位自称为“激光运动员”的人。她的研究领域受到尊敬,但竞争激烈,她的研究内容关乎谁能得到“最短的脉冲,最高的能量,最高的平均功率”。斯特里克兰于1997年进入滑铁卢大学物理系,她曾获得过科特雷尔学者和总理杰出研究。她在美国罗彻斯特大学获得博士学位,导师正是同样获得今年诺贝尔物理学的热拉尔·穆鲁教授。

      据滑铁卢大学网站介绍,她和穆鲁教授在20多年前就开始研究“啁啾调频脉冲放大”(CPA),她回忆起第一次参观激光实验室时,认为激光的颜色就像圣诞树。她说:“研究激光的一部分乐趣就在于与五颜六色的激光一起玩耍。”由于斯特里克兰“对超快激光和光学科学的开创性贡献,特别是啁啾调频脉冲放大和超快非线性光学”,她最近被任命为美国光学学会会员。

      中科院光学工程博士分析称,今年物理学颁发给三位激光领域的科学家,而这三位科学家所做的研究都可以用“微小”来形容。这里说的“微小”并不是指他们的贡献微小,而是指他们的研究领域。首先是美国科学家阿什金的“光镊”技术,光镊的基本原理与光的作用力有关。科幻电影中常常有这样的情节,外星人通过一束蓝色的光将地球上的生物体吸入飞船里,其实利用光来实现“隔空移物”就是“光镊效应”。光子虽然没有静止质量,但是有动量和能量。因此光照射在物体上,也是会有力的作用的。但是光镊技术目前仅仅能对微观物体进行,无法对宏观物体进行。其实,光镊技术还没有进入大规模应用的阶段,它还是一个尚待发展的技术,目前主要应用范围是高精尖的研究领域,与我们的日常生活还比较遥远,但是它未来的愿景常好的。光镊技术还有望与人工智能技术结合,能够产生一个自动分拣组装的流水线。

      热拉尔·穆鲁和唐娜·斯特里克兰主要贡献是在脉冲激光领域。根据脉冲时间的长短,脉冲激光器可以分为纳秒、皮秒和飞秒多种。脉冲激光器由于具有极高的功率,因此可以轻松融化甚至气化包括金属在内的许多材料,又可以产生很强的光学非线性效应。当脉冲小到飞秒这种量级的时候,是一种冷加工,它非常安全,比如在包括眼科手术等医学方面的应用上非常有前途。其实脉冲激光的应用极其广泛,比如机械加工、光声探测、物体的表面形貌处理、微区3D打印等方面。例如中国的智能制造计划中,就有很多方面需要使用此类脉冲激光器。

      激光物理领域的理论进步和工业上的技术进步,对光学领域都能产生促进作用。而激光物理方面的工业成就能够很好地反哺光学领域的发展,比如光学加工,光学器件的迭代。