2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)花落激光物理領(lǐng)域，而激光研究的終點(diǎn)在哪里呢？“在真空中把能量直接轉(zhuǎn)化為物質(zhì)需要極高的能量密度，激光是一種可以提供極高能量密度的手段。” 中科院院士、中科院上海光機(jī)所所長(zhǎng)李儒新說(shuō)，“如果我們認(rèn)為宇宙大爆炸是正確的，那么點(diǎn)燃爆炸的那一束超級(jí)激光來(lái)自哪里？或許是多層宇宙?！?br> 　　
　　在前天由上海市科協(xié)、李政道研究所、中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所聯(lián)合主辦的2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)深度解讀報(bào)告會(huì)上，人類對(duì)于激光的操控和應(yīng)用，以及激光與宇宙終極命題的猜想，讓200多位聽(tīng)眾大開(kāi)眼界。
　　
　　抓住微粒的光學(xué)鑷子
　　
　　本月初，美國(guó)科學(xué)家亞瑟·阿什金、法國(guó)科學(xué)家杰拉德·莫羅和加拿大科學(xué)家唐娜·斯特里克蘭因在激光物理研究領(lǐng)域的突破性發(fā)明獲得今年的物理學(xué)獎(jiǎng)。
　　
　　阿什金被許多人認(rèn)為是光學(xué)鑷子領(lǐng)域之父。而以激光為鑷子，不僅可以幫助科學(xué)家俘獲分子、原子，還廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域，諸如DNA、蛋白質(zhì)的研究。
　　
　　諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)委員、瑞典科學(xué)院院士、北歐理論原子物理研究所主任、瑞典斯德哥爾摩大學(xué)教授托爾斯·漢斯·漢森，用“吹風(fēng)機(jī)口上的乒乓球”來(lái)比喻激光對(duì)微粒的操控能力。
　　
　　“如果把一個(gè)乒乓球放在吹風(fēng)機(jī)的口上，你會(huì)發(fā)現(xiàn)乒乓球不僅漂浮在空中，還會(huì)定位在風(fēng)口的中央。”漢森說(shuō)，“當(dāng)一束激光打到微粒時(shí)，這顆微粒也會(huì)如同乒乓球一樣，自然而然地來(lái)到激光束的中央位置?！?br> 　　
　　如此一來(lái)，科學(xué)家就可以用激光捕獲微粒。這一現(xiàn)象與光輻射的梯度力有光，并有著一定的限定條件。1970年，阿什金采用一束高斯激光，成功地在垂直于光的傳播方向上束縛了懸浮在水中的聚苯乙烯微粒，這一實(shí)驗(yàn)將輻射壓的應(yīng)用從原子量級(jí)擴(kuò)展到了微米范圍，奠定了光鑷的研究基礎(chǔ)。1987年，他又把單束激光引入高數(shù)值孔徑物鏡，證明光鑷可以無(wú)損傷地操縱活體物質(zhì)。這使得科學(xué)家可以用光鑷“將細(xì)胞從它們的正常位置移去的能力，從而打開(kāi)了精確研究其功能的大門(mén)”。
　　
　　如今，已經(jīng)96歲的阿什金因此成為有史以來(lái)年紀(jì)最大的諾獎(jiǎng)獲得者?！叭绻麅H僅是光鑷，老先生還不一定能獲獎(jiǎng)，重要的是光鑷在生命科學(xué)的廣泛應(yīng)用。而1987年，他已經(jīng)65歲了?！崩钊逍掳腴_(kāi)玩笑地說(shuō)，“這說(shuō)明，科學(xué)家要活到老，研究到老?！?br> 　　
　　太陽(yáng)女神激光的關(guān)鍵所在
　　
　　作為已經(jīng)創(chuàng)造了10拍瓦世界級(jí)成果的上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，李儒新對(duì)于莫羅和唐娜的“啁啾脈沖放大技術(shù)”可謂了如指掌。
　　
　　“啁啾”形容的是鳥(niǎo)兒鳴叫的聲音，剛開(kāi)始時(shí)往往略低，之后不斷上揚(yáng)，直沖云霞。唐代詩(shī)人王維有詩(shī)《黃雀癡》：“到大啁啾解游飏，各自東西南北飛?！倍诩す忸I(lǐng)域，“啁啾脈沖放大技術(shù)”可以將激光脈沖時(shí)間壓縮到飛秒（一千萬(wàn)億分之一秒）量級(jí)，從而得到驚人的峰值功率。
　　
　　李儒新?lián)]舞著手中的激光筆說(shuō)：“這支激光筆的功率是毫瓦級(jí)的，如果我們將1毫瓦的激光筆連續(xù)發(fā)光1秒的能量，變成時(shí)間寬度為1皮秒（一萬(wàn)億分之一秒）的脈沖激光，其峰值功率就達(dá)到了1吉瓦級(jí)別，這是一個(gè)核電機(jī)組的功率水平?！?br> 　　
　　而上海超強(qiáng)超短激光的10拍瓦功率，是全球電網(wǎng)平均功率的5000倍，全球能耗平均功率的1000倍。更為簡(jiǎn)單的比較是，1個(gè)拍瓦相當(dāng)于1個(gè)太陽(yáng)的輸出功率?！吧虾３坛瑥?qiáng)激光有個(gè)好聽(tīng)的名字——‘羲和激光’?！崩钊逍抡f(shuō)，“羲和是《山海經(jīng)》中記載的中國(guó)太陽(yáng)女神，她生下了10個(gè)太陽(yáng)，正好對(duì)應(yīng)我們的10拍瓦。”
　　
　　與阿什金不同，有關(guān)“啁啾脈沖放大技術(shù)”的論文是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第三位女性獲得者唐娜的第一篇學(xué)術(shù)論文。那時(shí)剛剛26歲的唐娜距離她的博士學(xué)位還有好多年?！爸匾暷愕拿恳黄撐?，說(shuō)不定哪天就能獲獎(jiǎng)了?！崩钊逍掠哪貙?duì)現(xiàn)場(chǎng)大學(xué)生說(shuō)。
　　
　　用激光尋找宇宙的起源
　　
　　“我們諾獎(jiǎng)評(píng)委有一個(gè)原則，從來(lái)不預(yù)測(cè)諾獎(jiǎng)，也不會(huì)對(duì)落選諾獎(jiǎng)的熱門(mén)人選給出解釋。”阿什金對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)諾獎(jiǎng)?lì)A(yù)測(cè)的提問(wèn)三緘其口。而李儒新則要開(kāi)放得多，他說(shuō)：“我專門(mén)研究了近20年諾貝爾獎(jiǎng)中與激光相關(guān)的獲獎(jiǎng)?wù)?，既有物理學(xué)的，也有化學(xué)的。他們或者發(fā)明了激光新技術(shù)，或者用激光創(chuàng)造出了物質(zhì)的新?tīng)顟B(tài)，或者將激光作為精密的工具，加起來(lái)超過(guò)10個(gè)。未來(lái)，還會(huì)有一些獲獎(jiǎng)，將與激光有關(guān)?！?br> 　　
　　李儒新預(yù)測(cè)說(shuō)，超短超強(qiáng)激光進(jìn)一步發(fā)展，從皮秒到阿秒，再到仄秒，將驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生極端超快相干光源，從而開(kāi)辟超快光核物理研究等新前沿。加拿大渥太華大學(xué)阿秒光子學(xué)領(lǐng)域研究主席保羅·科爾庫(kù)姆、德國(guó)馬普量子光學(xué)研究所所長(zhǎng)費(fèi)倫茨·克勞斯，因?yàn)樵诎⒚胛锢韺W(xué)中作出的突出貢獻(xiàn)而成為諾獎(jiǎng)的有力爭(zhēng)奪者。
　　
　　而激光加速器也是一個(gè)有前途的領(lǐng)域。它能將大型的高能粒子加速器變得小型化，也會(huì)對(duì)同步輻射裝置、自由電子激光及高能物理研究帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。“我們還能用激光加速器生產(chǎn)反物質(zhì)，并將反物質(zhì)囚禁冷卻，為太空航行提供反物質(zhì)推進(jìn)器。”李儒新腦洞大開(kāi)地展望說(shuō)，“最終，我們或許會(huì)用激光來(lái)尋找宇宙的起源?！?作者 耿挺)