北欧时报现场播报:2018诺贝尔物理学奖公布

2018-10-02 11:58:04 来源:Nordic Chinese Times



(北欧时报斯德哥尔摩报道)瑞典当地时间10月2日上午11时52分,2018年诺贝尔物理学奖揭晓。获奖者为美国科学家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)、法国科学家热拉尔·穆鲁(Gerard Mourou和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland。获奖理由是表彰3人在激光物理学领域所作出的开创性发明。美国科学家将和另外两位科学家分享今年的800万克朗奖金。


阿瑟·阿什金已经96岁,是迄今年龄最大的获奖者。唐娜·斯特里克兰是55年来首次有女性获得诺贝尔物理学奖,从而将该奖项的女性获奖者增至3人。


2018年诺贝尔物理学奖被授予“激光物理学领域开创性的发明”,其中一半奖金授予美国贝尔实验室科学家阿瑟·阿什金,因其在“光学镊子及其在生物系统中的应用”领域所做的工作;另一半奖金由法国巴黎综合理工学院科学家热拉尔·穆鲁加拿大滑铁卢大学科学家唐娜·斯特里克兰共同分享,以表彰他们在“产生高强度、超短光脉冲方法”方面的工作。


北欧时报记者新译科技现场报道


皇家科学院评委会成员接受记者采访/北欧时报


今年获奖的发明给激光物理学带来了革命性的变化。极其微小的物体和令人难以置信的快速过程正从一个新的角度被观察到。先进的精密仪器正在开启尚未开发的研究领域以及大量的工业和医疗应用。


阿瑟·阿什金于1922年在美国纽约出生在纽约布鲁克林长大。他到哥伦比亚大学读书,在那里还做一名技术人员为美国军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(Sid Millman)打了个电话,把阿什金列入了“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。1952年从康奈尔大学获得博士学位。


阿瑟·阿什金发明了一种光学镊子,可以用激光手指抓取粒子、原子、病毒和其他活体细胞。新工具让阿什金实现了科幻小说中的一个古老梦想——利用光的辐射压力移动物体。他成功让激光将小粒子推向光束中心,并将它们固定在那里。光学镊子由此被发明。1987年,阿什金取得了重大突破,他用镊子在不伤害活细菌的情况下捕获了它们。他立即开始研究生物系统,现在光学镊子已被广泛用于研究生命的机制。阿什金在贝尔实验室长达40年的卓越职业生涯中,发现了如何让激光推、拉和抓住微小物体,如小介电粒子、细胞和DNA等生物分子。


巴黎综合理工学院名誉教授热拉尔·穆鲁于1944年出生在法国阿尔贝维尔,1973年获得博士学位。唐娜·斯特里克兰于1959年出生在加拿大贵湖,1989年从美国罗彻斯特大学获得博士学位。


热拉尔·穆鲁在2012年获得法国荣誉军团勋章和2016年弗雷德里克·艾夫斯奖章之后,今年又获得了美国物理学会的荣誉,被授予阿瑟·伦纳德·肖洛激光科学奖(Arthur L. Schawlow Award),以表彰他在基础科学领域做出的杰出贡献,即利用激光在推进材料的基本物理性质及其与光的相互作用的知识方面所做的杰出贡献。


穆鲁和学生唐娜·斯特里克兰是被称为啁啾脉冲放大(CPA)技术的共同发明人。该技术使短激光脉冲放大到极高的峰值功率成为可能,可达到万亿瓦级(1012瓦)。它彻底改变了激光科学领域,并在物理学的不同分支中找到了新的用武之地,包括核物理和粒子物理。它还适用于医学领域,在眼科和白内障屈光手术方面取得了新进展。他们的革命性文章发表于1985年,并且构成了斯特里克兰博士论文的基础。

无数的应用领域还没有完全开发出来。但即使是现在,这些著名的发明也让人们能够以阿尔弗雷德·诺贝尔的最佳精神在微观世界中上下求索——为人类带来最大的利益。


唐娜成为百年来物理学奖获颁的第三位女性科学家


从1901年到2018年,女性共获得诺贝尔奖物理学奖3次。

其他两次分别为玛丽·居里和皮埃尔·居里分享了1903年诺贝尔物理学奖的一半奖金,原因是“他们对亨利·贝克勒尔教授发现的辐射现象进行联合研究”。

玛丽亚·格佩特-梅耶和汉斯·延森获得了1963年诺贝尔物理学奖的一半奖金,以表彰他们“对核壳层结构的相关发现”。


玛丽·居里

玛丽亚·格佩特-梅耶



中国学者张学刚解读:从2018年诺贝尔物理学奖看创新


Mourou先生和他的学生Strickland教授因啁啾脉冲放大技术(CPA)获得2018年诺贝尔物理学奖。

这个技术的本质,是将雷达中的啁啾脉冲技术移植到了激光放大技术中。雷达和光都是电磁波。通过类比的方法,将一个技术移植到另一个领域,即所谓“触类旁通”,是一种发明的技巧。

虽然有人认为,这个技术不是原创,不应该获得诺奖。但是从锁模技术产生超短脉冲到CPA的发明,几乎经历了20年。在这漫长的时间里,为什么大家都只盯着光束面积的扩大呢?为什么没有其他人提出啁啾脉冲放大技术呢?所以,看似简单的移植,必然包含着Mourou先生这样的有心人的研究和思考。

值得指出的是,经过了30多年的发展,飞秒激光放大技术又到了一个瓶颈期。巧合的是,这个瓶颈竟然和30多年前一样:脉冲的峰值功率太高,而光栅展宽器展宽的脉冲宽度有限:小于等于1纳秒。依然是峰值功率受限,峰值功率太高,放大器的光学破坏。

继续展宽脉冲?谁都想。可是,要把飞秒脉冲展宽到现有水平的10倍,最高效的光栅脉冲展宽器,也要3米长!不太现实。

所以,科学家们不约而同地想到了脉冲的相干合成。

Mourou先生依然站在潮头。他开的药方是上万根光纤放大器捆在一起的空间相干合成,引来无数点赞。上万根光纤输出光的相干合成,所有光纤输出的脉冲要完全同步,想想都头大。虽然理论上不是不能实现。

更重要的是,我们在想,Mourou先生是否背离了初心而忘记了使命?当年大家都盯着扩大光束面积的时候,您不是另辟蹊径,提出了脉冲时域展宽吗?您现在怎么又回到了30多年前呢?

更危险的是,Mourou先生对正在挑战他的另外几种脉冲相干合成技术不屑一顾。这就给其他科学家赶超他提供了机会。现在,密西根大学的一个教授,已巧妙地用新技术将81个脉冲合成到了一起,相当于将展宽到了前所未有的81 ns,增加了脉冲能量进一步放大的空间。如此下去,CPA技术的大旗,恐怕就要易手了。

“生活不是赛场,理想不容退场”。成也萧何,败也萧何。新的CPA技术现在虽然还不分胜负,但胜利永远属于不忘初心,不固执己见,勇于否定自己,不断开辟新路的人。也许这就是本次诺贝尔物理学奖及诺奖之外的故事给我们的启示。


皇家科学院记者室陈列诺贝尔雕像/北欧时报


瑞典皇家科学院/北欧时报