简谈2018年诺贝尔物理学奖

瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，2018年诺贝尔物理学奖将授予美国科学家亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）、法国科学家杰哈·莫罗（Gerard Mourou）以及加拿大女性科学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland），以表彰他们“在激光物理学领域的奠基性工作”。

诺贝尔物理学奖是物理学领域至高无上的荣誉，每年的获奖情况是整个物理学界甚至是整个科学界都关心的话题。今年的获奖情况有一点“黑马”的意思，但是依然不可否认的是，这三位科学家的贡献确实对整个科学界甚至是工程上带来了巨大的变革。

在这里先插入一个不是题外话的题外话，人们常说要想获得诺贝尔奖，一是要有足够分量的科学工作，一是要活得够够长。活得够长是最重要的，因为诺奖的颁发往往是在这项工作出来之后的十几甚至几十年之后，近几年就颁发的屈指可数。讲讲诺贝尔这个人，他是一个实业家，他看中的是实用性，后来的诺贝尔奖基本都秉承了他的这一个理念，要有用的巨大科研成果，而实用性，是要靠时间去验证的，所以，一定要活得够久。

今年的这一匹“黑马”就十分具有实用性，甚至是里程碑式的存在。

尽管我们非专业人士看到这三个人做的东西之后就会一脸懵B，专业人士，获奖者之一、物理学奖史上第3位女性——加拿大滑铁卢大学科学家唐纳·史翠克兰（Donna Strickland）在接到诺贝尔奖现场的电话时都激动地说：“首先，必须得说这很疯狂！”是的，很疯狂，尽管也是科学，但本质上，今年的诺贝尔物理学奖是颁发给了“技术”。

但是，谁又能否认这项技术在科学领域所带来的革命。

美国科学家亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin），生于1922年9月2日（96岁），历史上年纪最大的诺奖得主，美国物理学家，曾在贝尔实验室和朗讯科技公司工作过。他在20世纪60年代后期开始了用激光操纵微粒的工作，这导致1986年光镊的发明。他还开创了光学俘获过程，最终用于操纵原子、分子和生物细胞。他发现光的辐射可以分解为光学梯度和散射力，他拥有相关方向的47项专利，也被许多人认为是光镊研究领域之父。

激光的特性之一就是可以被汇聚到一个十分微小的光斑上，这是普通光源所无法实现的。对于所要操控的微小物体来说，这种激光束汇聚形成的强聚焦光斑会形成一个类似“陷阱”的机构（称为三维光学势阱），微粒将会被束缚在其中。一旦微粒偏离这个“陷阱”中的能量最低点（即位置的稳定点），就会受到指向稳定点的恢复力作用，好像掉进了一个无法摆脱的“陷阱”一般。如果移动聚焦光斑，微粒也会随之移动，因此便能实现对微粒的捕获和操控。

光镊技术在生物学研究领域已经有了相当广泛的应用，例如将不同细胞挤压在一起，或者向细胞中注入微量物质或者微小物体一类场合，都是光镊大显身手的时机。一个有趣的应用实例就是，有研究人员利用光镊测量了驱动蛋白在微管上行走的距离数据，从而推算出驱动蛋白每走一步的能量正好相当于一个ATP水解所释放的能量，堪称光镊操控性和测量性结合的绝好案例。

参考来源：
作者：中国科普博览
链接：https://www.zhihu.com/question/296879512/answer/502574208
来源：知乎

法国科学家杰哈·莫罗（Gerard Mourou），生于1944年6月22日（74岁），法国电气工程和激光领域的先驱，曾在ENSTA（法国Palaiseau）担任Laboratoire d'Optique Appliquee实验室主任，也是巴黎综合理工大学的教授。1990年，他担任密歇根大学超快光学科学中心(CUOS)的创始主任。

加拿大物理学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland），加拿大物理学家，美国光学学会fellow，1981年获安大略省汉密尔顿麦克马斯特大学工程物理学士，1989年在罗切斯特大学获得光学方向的物理学博士。值得一提的是，时隔55年，她是历史上第三位获得诺贝尔物理学奖的女性科学家。

20世纪80年代，杰哈·莫罗（Gerard Mourou）和唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）共同发明了一种称为啁啾脉冲放大（CPA）的技术，后来用于制造超短脉冲，超高强度（太瓦）激光脉冲。这种技术为产生人类有史以来波长最短，能量最高的激光铺平了道路。

1961年，也就是激光被发明之后的第二年，人们就发现激光可以与物质进行非线性的相互作用，产生新的光谱分量，从而诞生了非线性光学这一学科。

非线性相互作用的强弱依赖于光的功率。最为有效的增强激光与物质非线性相互作用的手段是将光的能量集中在很短的一段时间内（比如一个纳秒或者更短），从而获得极高的峰值功率。因此，在70年代，激光技术的一个主流研究方向是如何获得时间上越来越短的光脉冲，并诞生了另外一门学科—超快光学。

很快，人们就意识到，如果要进一步提高脉冲的峰值功率，需要对脉冲进行多级放大。但问题是，当脉冲对峰值功率足够高时，会和放大装置本身产生非线性相互作用，破坏光束质量，甚至损坏放大装置。

1985年，Gerard Mourou和 Donna Strickland通过发明啁啾脉放大技术有效地解决了这一问题。

一个激光脉冲的频谱包括不同的频率分量，不同地频率分量在物质中传输地速度不同，因而脉冲会在传输过程中逐渐变宽。Gerard Mourou和 Donna Strickland让该脉冲在一段很长的光纤中传播，从而将脉冲展宽为原来宽度的100多倍，相应的脉冲峰值功率也降低了100多倍。然后，将该被展宽的脉冲进行放大，便可以有效抑制非线性效应；放大之后，再利用一个压缩器将脉冲压缩回原来的宽度。这样，通过展宽－放大－压缩就可以得到峰值功率极高的超短光脉冲，也从而诞生了超强超快激光这一研究领域。

参考来源：
作者：中国科普博览
链接：https://www.zhihu.com/question/296879512/answer/502574208
来源：知乎

每年到了这个时候，我们这边科研界的状态变化就是：
我猜***会获奖>果然是他或者竟然不是他>看看诺奖得主的研究>厉害了，有些看不懂>我们科研界做的怎么样了>厉害了，我的国，不出意外果然是国际领先水平>各大相关不相关的牛人争相报道自己的见解和我们的进展>政治老师登场，批判唯物主义的精神来了，尽管他有多好，但是还有多少的改进空间>接下来又是一场自吹自擂，我们的科研界对此做的改进和优点。
那么问题来了？原创的工作在哪里。
最后老生常谈一下：
2005年，温家宝总理在看望钱学森的时候，钱老感慨说：“这么多年培养的学生，还没有哪一个的学术成就，能够跟民国时期培养的大师相比。”钱老又发问：“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”
也许莫言、屠呦呦之后我们不该再追问，但是事实就是这样，我们什么时候能有完全本土教育出来的诺贝尔物理学奖得主？哪位敢为天下先？