文章來源：新浪科技

專題：2018諾貝爾獎

解讀稿：通往更加極端的光學之路：“用光制造的工具”獲諾獎

新浪科技訊 北京時間10月2日消息，據(jù)國外媒體報道，諾貝爾物理學獎剛剛揭曉！

2018年諾貝爾物理學獎授予Arthur Ashkin、 Gérard Mourou 、Donna Strickland，由來自美國，法國和加拿大的三位科學家共同分享，表彰他們在激光物理研究領域的突破性發(fā)明 ！瑞典皇家科學院將9百萬瑞典克朗（約合695萬人民幣）的獎金一半授予美國科學家亞瑟·阿什金Arthur Ashkin，另一半將法國科學家吉拉德·毛羅Garard Mourou和加拿大科學家多娜·斯蒂克蘭德Donna Strickland一起分享。

亞瑟·阿什金Arthur Ashkin的獲獎理由是“由于他所發(fā)明的光鑷及其在生物系統(tǒng)領域的廣泛應用”，亞瑟·阿什金來自美國貝爾實驗室；

另兩位科學家的獲獎理由是“他們所開創(chuàng)的高強度，超短波長激光產生方法”，吉拉德·毛羅來自法國巴黎綜合理工大學，多娜·斯特克蘭德來自加拿大滑鐵盧大學；

值得一提的是，Donna Strickland是自2015年以來第一位獲得諾貝爾獎的女性，她也是第三位獲得諾貝爾物理學獎的女性，第一位是1903年居里夫人。

今年諾貝爾物理學獎授予激光物理學革命性發(fā)明。激光物理通過新的裝置可對非常小的物體進行實驗，并實現(xiàn)難以置信的快速進程，先進的精密儀器正在開辟未知研究領域，并應用于工業(yè)和醫(yī)療領域。

科幻已經(jīng)成為現(xiàn)實。光鑷或光鉗使得我們可以利用光束作為工具，去進行觀察，轉動，切，推或者拉的動作。在許多實驗室中，光鉗被廣泛用于對生物過程的觀察，比如蛋白質，分子馬達，DNA或者細胞內部活動。

由光制成的工具

今年的獲獎成就在激光物理領域產生了一場革命，我們現(xiàn)在可以用嶄新的方法對極端微小的物體和超高速過程進行觀察。先進的精細設備正在打開嶄新的研究領域，并具有廣闊的工業(yè)與醫(yī)學應用前景。

亞瑟·阿什金發(fā)明的光鑷使用激光光束來抓取粒子，原子以及分子。這種嶄新的工具使阿什金得以講一個古老的科幻夢想變成現(xiàn)實，那就是利用光的輻射壓強去移動物理對象。他成功地操控激光束，使其接近光束的中心并在那里被囚禁住。這就是光鑷。

一項關鍵性的突破出現(xiàn)在1987年，當時阿什金使用光鑷在不對其造成傷害的情況下捕獲了活體的細菌，隨后他立即開始著手對生物系統(tǒng)的研究。今天，他發(fā)明的光鑷技術已經(jīng)被廣泛應用于對生命機制的探索。

吉拉德·毛羅和多娜·斯蒂克蘭德所做的工作為產生人類有史以來波長最短，能量最高的激光鋪平了道路。他們的那篇開創(chuàng)性論文發(fā)表于1985年，這也是多娜·斯蒂克蘭德博士論文的基礎。

借助一種巧妙的方法，他們成功地在不損壞放大材料的基礎上創(chuàng)造出超短波長，超高強度的激光。他們首先將激光波束在時間上拉伸，以便削弱其峰值強度，隨后對其進行放大，最后再對其進行壓縮。如果一段波束在時間上被壓縮，變得波長更短，那么將會有更多的光被壓縮到一個極小的空間內，此時該波束的強度就將急劇上升。

吉拉德·毛羅和多娜·斯蒂克蘭德的這項新技術被稱作“啁啾脈沖放大”（CPA），并很快被推廣并成為產生超強激光束的標準技術。每年在全球各地開展的數(shù)百萬例眼科激光手術中，就應用到了這項技術。

這些技術在不同領域的應用價值還尚未得到充分的探索。但是即便是在現(xiàn)在，這些技術的結合已經(jīng)可以讓我們在微觀世界里到處探尋，并時刻銘記諾貝爾獎創(chuàng)建者諾貝爾先生的遺志：為了全人類的福祉。

去年諾貝爾物理學獎授予三位美國科學家，他們使用深奧理論和巧妙裝置探測宇宙引力波。

獲獎人：

唐納·斯特里克蘭（Donna Strickland），來自加拿大滑鐵盧大學的國際著名光學專家、啁啾脈沖放大技術（Chirped Pulse Amplification， 簡稱CPA技術）發(fā)明者之一。她曾是加拿大國家研究中心的研究助理，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家和普林斯頓大學技術委員會委員。唐納·斯特里克蘭教授于1997年進入加拿大滑鐵盧大學物理系，她曾獲得過隆研究學者獎、科特雷爾學者獎和***杰出研究獎，她現(xiàn)在是美國光學學會的會士并曾于2013年度擔任美國光學學會主席。

“我們必須為女性物理學家們歡呼，因為她們就在那里。我很驕傲我是她們之中的一員。”——多娜·斯蒂克蘭

多娜·斯蒂克蘭今天的獲獎，使其成為繼瑪麗·居里（居里夫人，1903）以及瑪利亞·梅耶（梅耶夫人，1963）之后，歷史上第三位獲得諾貝爾物理學獎的女性科學家。

亞瑟·阿什金Arthur Ashkin，出生于1922年9月2日，是美國科學家和諾貝爾獎得主，他曾在貝爾實驗室和朗訊科技公司工作過。20世紀60年代后期，他開始使用激光操控微粒，1986年發(fā)明了光學鑷子。同時，他還開創(chuàng)性研制光學捕獲過程，最終用于操控原子、分子和生物細胞。該過程的關鍵在于光的輻射壓力，該壓力可以分解為光學梯度和散射力。阿什金被許多人認為是“光學鑷子研究領域之父”。

1992年，阿什金從貝爾實驗室退休，在他40年的職業(yè)生涯中，他參與了許多實驗物理學領域的研究。多年以來，他撰寫了許多研究論文，擁有47項專利。2003年，他被授予約瑟夫·吉時利測量科學進步獎；2004年，他被授予哈維獎。1984年，他被選入美國國家工程學院，1996年，他被選入美國國家科學院。目前，他繼續(xù)在自己的家庭實驗室工作。

吉拉德·毛羅（Gérard Albert Mourou）出生于1944年，他是一位法國科學家，也是電氣工程、激光領域的先驅者。他和唐娜·斯特里克蘭（Donna Strickland）共同發(fā)明了一種“脈沖放大技術（CPA）”。之后該技術被用于制造超強度脈沖、超高強度（萬兆瓦等級）的激光脈沖。

1994年，毛隆和密歇根大學研究小組通過電離和稀疏空氣中萬兆瓦等級激光束，可以發(fā)現(xiàn)自聚焦折射和自衰減衍射之間的平衡。

2015年11月23日，毛隆出席了羅馬尼亞首都布加勒斯特第三屆圣誕講座，他的報告主題是——“突破未知：極端光線，從科學到藝術。”

以下是關于諾貝爾物理學獎的一些趣事：

1、從1901年到2017年，物理學獎一共頒發(fā)111次。其中，有47次授予一名科學家，32次由兩名科學家分享，32次由三名科學家分享。

2、共有207人次獲得諾貝爾物理學獎，其中美國物理學家約翰·巴丁在1956年和1972年兩次摘走物理學獎桂冠，因此實際獲獎科學家為206名。

3、截至2017年，只有兩名女性科學家獲得物理學獎。最近一次是在1963年，德裔美國女物理學家瑪麗亞·格佩特-梅耶因發(fā)展了解釋原子核結構的數(shù)學模型獲得物理學獎。

4、歷屆物理學獎獲獎者獲獎時的平均年齡是55歲。最年輕的得主是英國物理學家勞倫斯·布拉格，他因X射線晶體結構的研究于1915年獲獎，當時才25歲；最年長的是美國科學家雷蒙德·戴維斯，他2002年獲獎時已88歲高齡。

5、在物理學獎的歷史上，曾有1對“夫妻檔”同時獲獎。居里夫婦的故事人們早已耳熟能詳，因對放射性物質的研究，皮埃爾·居里、瑪麗·居里夫婦一同獲得1903年諾貝爾物理學獎。有意思的是，居里夫婦的女兒伊雷娜·約里奧—居里與丈夫弗雷德里奧·約里奧共同獲得過1935年諾貝爾化學獎。

6、在物理學獎獲獎者中，還有4對“父子檔”，其中威廉·布拉格與勞倫斯·布拉格于1915年同時獲獎，其他三對父子不是同年獲獎。